114 年 國立政治大學心理學系碩士班實驗與發展組《知覺與生理心理學》

本題主要在測試考生對於神經元基本結構的認識。神經元是神經系統的基本結構和功能單位，主要由細胞體、樹突和軸突組成。細胞體包含細胞核，是神經元代謝的中心；樹突是接收其他神經元訊號的結構；

本題探討動作電位的產生過程及其伴隨的膜電位變化。動作電位是神經元傳導訊號的主要方式，其產生與細胞膜內外離子濃度的快速變化有關。當神經元受到足夠刺激時，會引發鈉離子（Na+）通道打開，大量鈉離子流入細胞內，使得細胞膜內側的電位由負變為正，此過程稱為去極化（depolarization）。

本題旨在測試考生對大腦各腦區功能的了解，特別是與運動協調和平衡相關的部分。
(A) 杏仁核（Amygdala）主要與情緒處理，特別是恐懼和焦慮有關。
(B) 海馬迴（Hippocampus）在學習和記憶，尤其是空間記憶方面扮演重要角色。

本題考查神經傳導物質與特定神經系統疾病的關聯。帕金森氏症（Parkinson's disease）是一種神經退化性疾病，其主要病理特徵是腦部特定區域（尤其是黑質）的多巴胺能神經元退化，導致多巴胺（Dopamine）的產生和釋放顯著減少。多巴胺在中腦黑質（substantia nigra）和紋狀體（striatum）之間的神經傳導中扮演關鍵角色，負責調節運動控制。

本題在測試考生對睡眠階段及其對應腦波特徵的了解。腦波（EEG）是監測睡眠階段的重要指標。
(A) 第一階段（N1）：介於清醒與睡眠之間，腦波以 θ 波（theta waves, 4-7 Hz）為主，振幅較低。
(B) 第二階段（N2）：進入較淺的睡眠，腦波出現 θ 波，並伴隨睡眠紡錘波（sleep spindles, 12-14 Hz）和 K 複合波（K-complexes）。

本題考查生物節律（biological rhythm）的概念。生物節律是指生物體內週期性的生理或行為變化，通常與環境的週期性變化（如日夜、季節）相關。
(A) 睡眠-清醒週期：這是最典型的日週期（circadian rhythm）節律，大約 24 小時一個週期，受光線影響。
(B) 體溫變化：人體的體溫在一天中會呈現週期性波動，最高點通常在傍晚，最低點在凌晨，這也是一種日週期節律。

本題考查 James-Lange 情緒理論。此理論是較早期的情緒理論之一，由 William James 和 Carl Lange 分別提出。

本題在測試考生對海馬迴（Hippocampus）在記憶形成中所扮演角色的理解。海馬迴是邊緣系統（limbic system）的重要組成部分，對於將短期記憶轉化為長期記憶（記憶鞏固，memory consolidation）至關重要，尤其在陳述性記憶（declarative memory），如事件記憶（episodic memory）和語意記憶（semantic memory）的形成中扮演核心角色。
(A) 儲存短期記憶：短期記憶主要涉及工作記憶（working memory）的相關腦區，如前額葉皮質。

本題旨在辨識神經退化性疾病（neurodegenerative diseases）。神經退化性疾病的特徵是神經細胞（神經元）的漸進性喪失。
(A) 阿茲海默症（Alzheimer's disease）：是一種最常見的失智症，其特徵是大腦中澱粉樣蛋白斑塊（amyloid plaques）和神經纖維纏結（neurofibrillary tangles）的積聚，導致神經元死亡和腦萎縮，影響記憶、思維和行為。屬於神經退化性疾病。
(B) 帕金森氏症（Parkinson's disease）：如前所述，是由於中腦多巴胺能神經元退化所致，是典型的神經退化性疾病。

本題考查常見的抗抑鬱藥物類別。
(A) 選擇性血清素再回收抑制劑 (Selective Serotonin Reuptake Inhibitors, SSRIs)：這是目前最常使用的抗抑鬱藥物之一，通過抑制血清素在突觸間隙的再回收，增加血清素的濃度，從而改善情緒。
(B) 苯二氮平類藥物 (Benzodiazepines)：這類藥物主要用於治療焦慮、失眠、肌肉痙攣和癲癇，它們通過增強 γ-氨基丁酸 (GABA) 的抑制作用來發揮效果。

本題要求從神經元和腦區兩個層級來闡述學習和記憶的生理基礎。

從神經元層級來看學習和記憶的生理基礎：

學習和記憶最基本的生理基礎是神經元之間的連結——突觸（synapse）的可塑性。當我們學習新事物或形成記憶時，神經元之間的訊號傳遞效率會發生改變。主要機制包括：

1. 突觸可塑性 (Synaptic Plasticity)：

   • 長時程增強 (Long-Term Potentiation, LTP)：這是一種在特定突觸上，神經元間訊號傳遞效率長期增強的現象。當兩個神經元（突觸前與突觸後）被同時且規律地活躍時，突觸後神經元會變得更容易被活化。LTP 被認為是學習和記憶的細胞基礎之一，特別是對於陳述性記憶的形成。其機制涉及 NMDA 受體和 AMPA 受體等離子通道的活化，導致突觸後神經元對麩胺酸（glutamate）的反應增強，並可能引起突觸結構的改變。
   • 長時程抑制 (Long-Term Depression, LTD)：與 LTP 相反，LTD 是指突觸間訊號傳遞效率的長期減弱。這對於抹除不相關的資訊、精煉記憶或學習新技能以取代舊技能是必要的。
   • 神經傳導物質的釋放與敏感度改變：學習過程也可能涉及突觸前神經元釋放更多神經傳導物質，或突觸後神經元對神經傳導物質的受體數量或敏感度發生改變。

2. 神經發生 (Neurogenesis)：雖然一度認為成人大腦無法產生新神經元，但現已證實，在某些區域（如海馬迴）仍有少量的新神經元生成。這些新神經元的整合可能對學習和記憶，特別是情境記憶的形成有貢獻。

3. 神經迴路重組 (Neural Circuit Reorganization)：長期的學習和記憶可能導致現有神經迴路的結構發生改變，例如形成新的突觸連結，或強化現有連結，以更有效地處理特定訊息。

從大腦層級來看學習和記憶的生理基礎：

大腦各區域協同合作，共同負責不同種類的學習和記憶。

1. 海馬迴 (Hippocampus)：
   • 陳述性記憶 (Declarative Memory) 的形成：海馬迴是將短期記憶轉換為長期記憶（記憶鞏固）的關鍵結構，特別是對於事件記憶（episodic memory，個人經歷的記憶）和語意

本題考查視覺系統的生理基礎，重點在於視覺敏銳度（visual acuity）的分佈及其影響因素。視覺敏銳度是指眼睛分辨細節的能力。

人類視覺敏銳度的基本分佈：

人類視覺敏銳度在視網膜上並非均勻分佈，而是呈現中央凹（fovea）最高，向周邊逐漸降低的趨勢。

1. 中央凹 (Fovea)：位於視網膜的中心區域，是視覺最敏銳的部分。中央凹的特點是：

   • 高密度視錐細胞 (Cones)：中央凹幾乎完全由視錐細胞組成，而且視錐細胞的密度極高。視錐細胞負責在明亮光線下進行顏色視覺和精細的細節辨識。
   • 一對一神經連接：在中央凹，許多視錐細胞僅與一個雙極細胞（bipolar cell）連接，而該雙極細胞又僅與一個神經節細胞（ganglion cell）連接。這種「一對一」的連接方式，極大地減少了訊號的融合，保留了最多的空間細節，因此提供了最高的視覺分辨率。

2. 視網膜周邊 (Peripheral Retina)：隨著遠離中央凹，視覺敏銳度迅速下降。

   • 視桿細胞 (Rods) 增加，視錐細胞減少：視網膜周邊區域的視桿細胞數量遠多於視錐細胞。視桿細胞對光線更敏感，負責在弱光下的視覺，但辨識細節的能力較差。
   • 神經融合 (Neural Convergence)：在視網膜周邊，多個視桿細胞和視錐細胞會匯聚到一個雙極細胞，然後再匯聚到一個神經節細胞。這種「多對一」的神經融合，增強了對微弱訊號的偵測能力（因為來自多個感光細胞的訊號被加總），但犧牲了空間分辨率。

視覺敏銳度分佈受視網膜和視覺皮質生理特性影響：

1. 視網膜的生理特性影響：
   • 感光細胞的密度和類型：如前所述，中央凹高密度的視錐細胞和一對一的連接是高視覺敏銳度的基礎。周邊區域視桿細胞的增加和神經融合則導致低視覺敏銳度。

本題考查知覺心理學在人機互動（CAPTCHA）中的應用。CAPTCHA（Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart）的設計原理，是利用人類在特定知覺任務上的優勢，來區分人類使用者和自動化程式（機器人）。

從知覺心理學的角度來看，CAPTCHA 的主要基本原理是基於以下幾點：

1. 人類視覺系統對圖像變形和干擾的魯棒性 (Robustness to Image Distortion and Noise)：

   • 文字識別的複雜性：CAPTCHA 的驗證碼通常會對文字進行扭曲、旋轉、重疊、添加線條或斑點等處理，使其難以被電腦視覺演算法準確識別。人類的視覺系統，特別是大腦皮質的視覺處理通路，具有高度的靈活性，能夠在一定程度上忽略這些干擾，並從不完整的訊息中推斷出原始的文字。
   • 特徵提取與模式識別：人類能夠有效地提取文字的關鍵特徵（如筆劃、曲線、角度），並將這些特徵整合成一個完整的字元模式，即使這些特徵被部分遮擋或扭曲。電腦程式則需要依賴精確的邊緣檢測、特徵匹配等演算法，對這些複雜變形下的文字識別難度極大。

2. 對上下文和整體性的理解 (Contextual and Holistic Understanding)：

   • 整體性處理：人類在識別文字時，往往是採用整體性的方法，即將整個字元視為一個單元來識別，而不是單純地分析每個像素點。這種整體性處理有助於在有干擾的情況下保持對字元的識別。

本題考查知覺心理學中的重要理論——特徵整合理論（Feature Integration Theory, FIT），並要求結合實驗證據進行說明。

特徵整合理論 (Feature Integration Theory, FIT)

由 Anne Treisman 和 G. Gelade 提出，特徵整合理論解釋了我們如何感知一個物體，特別是當物體由多個特徵（如顏色、形狀、方向、位置）組成時。該理論提出，視覺處理過程包含兩個主要階段：

1. 早期階段（或稱「特徵提取」階段）：

   • 在這個階段，視覺系統會獨立地處理物體的不同基本特徵，如顏色、方向、曲率、動態等。
   • 這些特徵的提取是「並行」的（parallel processing），且是「無意識」或「自動」的，不消耗大量的認知資源。
   • 在這個階段，特徵會暫時儲存在大腦的「特徵圖」（feature maps）中，但這些特徵尚未與其空間位置關聯起來。例如，我們知道一個物體是「紅色」的，也知道它是「圓形」的，但還不知道這個紅色圓形具體在空間中的哪個位置。

2. 晚期階段（或稱「注意力聚焦」階段）：

   • 在這個階段，通過「注意力」（attention）的引導，系統會將早期階段提取到的不同特徵，與它們在視覺空間中的具體位置聯繫起來，從而形成一個對物體的完整感知（即「物體配對」）。
   • 這個階段的處理是「串行」的（serial processing），需要消耗認知資源，並且相對緩慢。
   • 當物體由多個特徵組成時，我們需要通過注意力將這些特徵「黏合」在一起，才能形成正確的物體感知。

核心觀點：

• 簡單特徵（如顏色、方向）的識別是並行且自動的，不依賴注意力。
• 將不同特徵（如顏色和形狀）整合起來形成對一個物體的完整感知，需要注意力的引導，是串行且耗費資源的。

視覺搜尋作業的經典實驗結果作為證據：

Treisman 和她的同事進行了大量視覺搜尋實驗來驗證 FIT。實驗通常要求參與者在一個包含多個「干擾物」（distractors）的刺激圖中，尋找一個「目標物」（target）。

1. 簡單特徵目標的搜尋（容像搜尋，Conjunction Search）：
   • 實驗情境：參與者尋找一個具有特定顏色和形狀組合的目標物。

本題要求解釋三個與知覺相關的名詞。

(A) Binocular Disparity (雙眼差距)

• 定義：雙眼差距是指當我們同時使用雙眼觀察一個物體時，由於兩眼在頭部的位置略有不同，導致左右眼視網膜上接收到的物體影像存在細微的差異。這種左右眼影像之間的差異就稱為雙眼差距。
• 生理基礎：我們的雙眼並非完全指向同一個點，而是朝向一個共同的注視點。這導致較近的物體在左右視網膜上的成像位置差異較大，而較遠的物體差異則較小。
• 知覺功能：雙眼差距是人類（以及其他具有雙眼視覺的動物）進行立體視覺 (stereopsis) 或深度感知 (depth perception) 的最重要線索之一。大腦會比較左右眼的影像，並利用這種差異來計算物體的距離和深度，從而形成一個三維的視覺空間。雙眼差距越大，物體通常越近；雙眼差距越小，物體通常越遠。

(B) Change Blindness (變化盲視)

• 定義：變化盲視是一種知覺現象，指的是在我們未能給予足夠注意力的情況下，即使一個物體或場景發生了顯著的視覺變化，我們也常常無法察覺到這些變化。這種現象表明，我們的視覺系統並非持續不斷地、完整地記錄我們所見的一切，而是更傾向於關注我們認為重要的訊息。
• 知覺心理學解釋：變化盲視與注意力的分配密切相關。當視覺訊息沒有被充分關注時，即使該訊息發生了改變，也難以進入我們的意識知覺。常見的觸發變化盲視的實驗設計包括：
  • 閃爍消逝法 (Flicker Paradigm)：在兩幅略有差異的圖像之間插入一個短暫的空白幀或干擾圖案，使兩幅圖像快速交替閃爍。如果沒有額外的干擾，觀看者可能很難發現兩幅圖像之間的差異。
  • 大範圍運動遮擋 (Saccadic Masking)：在眼球運動（掃視，saccade）發生的瞬間，場景會發生改變，掃視本身會暫時「遮蔽」視覺訊息，使得變化難以被察覺。
• 重要性：變化盲視突顯了注意力的篩選作用，以及我們對視覺世界的感知並非如實反映所有輸入的細節。它在理解人際互動（例如，街頭魔術的騙術）和安全監控（例如，無法察覺潛在危險）等方面有啟示意義。

(C) Pure Tone (Sound) and its Characteristics (純音（聲音）及其特性)

本題考查視覺系統的生理基礎，重點在於視覺敏銳度（visual acuity）的分佈及其影響因素。視覺敏銳度是指眼睛分辨細節的能力。

人類視覺敏銳度的基本分佈：

人類視覺敏銳度在視網膜上並非均勻分佈，而是呈現中央凹（fovea）最高，向周邊逐漸降低的趨勢。

1. 中央凹 (Fovea)：位於視網膜的中心區域，是視覺最敏銳的部分。中央凹的特點是：

   • 高密度視錐細胞 (Cones)：中央凹幾乎完全由視錐細胞組成，而且視錐細胞的密度極高。視錐細胞負責在明亮光線下進行顏色視覺和精細的細節辨識。
   • 一對一神經連接：在中央凹，許多視錐細胞僅與一個雙極細胞（bipolar cell）連接，而該雙極細胞又僅與一個神經節細胞（ganglion cell）連接。這種「一對一」的連接方式，極大地減少了訊號的融合，保留了最多的空間細節，因此提供了最高的視覺分辨率。

2. 視網膜周邊 (Peripheral Retina)：隨著遠離中央凹，視覺敏銳度迅速下降。

   • 視桿細胞 (Rods) 增加，視錐細胞減少：視網膜周邊區域的視桿細胞數量遠多於視錐細胞。視桿細胞對光線更敏感，負責在弱光下的視覺，但辨識細節的能力較差。
   • 神經融合 (Neural Convergence)：在視網膜周邊，多個視桿細胞和視錐細胞會匯聚到一個雙極細胞，然後再匯聚到一個神經節細胞。這種「多對一」的神經融合，增強了對微弱訊號的偵測能力（因為來自多個感光細胞的訊號被加總），但犧牲了空間分辨率。

視覺敏銳度分佈受視網膜和視覺皮質生理特性影響：

1. 視網膜的生理特性影響：
   • 感光細胞的密度和類型：如前所述，中央凹高密度的視錐細胞和一對一的連接是高視覺敏銳度的基礎。周邊區域視桿細胞的增加和神經融合則導致低視覺敏銳度。

本題考查知覺心理學在人機互動（CAPTCHA）中的應用。CAPTCHA（Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart）的設計原理，是利用人類在特定知覺任務上的優勢，來區分人類使用者和自動化程式（機器人）。

從知覺心理學的角度來看，CAPTCHA 的主要基本原理是基於以下幾點：

1. 人類視覺系統對圖像變形和干擾的魯棒性 (Robustness to Image Distortion and Noise)：

   • 文字識別的複雜性：CAPTCHA 的驗證碼通常會對文字進行扭曲、旋轉、重疊、添加線條或斑點等處理，使其難以被電腦視覺演算法準確識別。人類的視覺系統，特別是大腦皮質的視覺處理通路，具有高度的靈活性，能夠在一定程度上忽略這些干擾，並從不完整的訊息中推斷出原始的文字。
   • 特徵提取與模式識別：人類能夠有效地提取文字的關鍵特徵（如筆劃、曲線、角度），並將這些特徵整合成一個完整的字元模式，即使這些特徵被部分遮擋或扭曲。電腦程式則需要依賴精確的邊緣檢測、特徵匹配等演算法，對這些複雜變形下的文字識別難度極大。

2. 對上下文和整體性的理解 (Contextual and Holistic Understanding)：

   • 整體性處理：人類在識別文字時，往往是採用整體性的方法，即將整個字元視為一個單元來識別，而不是單純地分析每個像素點。這種整體性處理有助於在有干擾的情況下保持對字元的識別。

本題考查知覺心理學中的重要理論——特徵整合理論（Feature Integration Theory, FIT），並要求結合實驗證據進行說明。

特徵整合理論 (Feature Integration Theory, FIT)

由 Anne Treisman 和 G. Gelade 提出，特徵整合理論解釋了我們如何感知一個物體，特別是當物體由多個特徵（如顏色、形狀、方向、位置）組成時。該理論提出，視覺處理過程包含兩個主要階段：

1. 早期階段（或稱「特徵提取」階段）：

   • 在這個階段，視覺系統會獨立地處理物體的不同基本特徵，如顏色、方向、曲率、動態等。
   • 這些特徵的提取是「並行」的（parallel processing），且是「無意識」或「自動」的，不消耗大量的認知資源。
   • 在這個階段，特徵會暫時儲存在大腦的「特徵圖」（feature maps）中，但這些特徵尚未與其空間位置關聯起來。例如，我們知道一個物體是「紅色」的，也知道它是「圓形」的，但還不知道這個紅色圓形具體在空間中的哪個位置。

2. 晚期階段（或稱「注意力聚焦」階段）：

   • 在這個階段，通過「注意力」（attention）的引導，系統會將早期階段提取到的不同特徵，與它們在視覺空間中的具體位置聯繫起來，從而形成一個對物體的完整感知（即「物體配對」）。
   • 這個階段的處理是「串行」的（serial processing），需要消耗認知資源，並且相對緩慢。
   • 當物體由多個特徵組成時，我們需要通過注意力將這些特徵「黏合」在一起，才能形成正確的物體感知。

核心觀點：

• 簡單特徵（如顏色、方向）的識別是並行且自動的，不依賴注意力。
• 將不同特徵（如顏色和形狀）整合起來形成對一個物體的完整感知，需要注意力的引導，是串行且耗費資源的。

視覺搜尋作業的經典實驗結果作為證據：

Treisman 和她的同事進行了大量視覺搜尋實驗來驗證 FIT。實驗通常要求參與者在一個包含多個「干擾物」（distractors）的刺激圖中，尋找一個「目標物」（target）。

1. 簡單特徵目標的搜尋（容像搜尋，Conjunction Search）：
   • 實驗情境：參與者尋找一個具有特定顏色和形狀組合的目標物。

本題要求解釋三個與知覺相關的名詞。

(A) Binocular Disparity (雙眼差距)

• 定義：雙眼差距是指當我們同時使用雙眼觀察一個物體時，由於兩眼在頭部的位置略有不同，導致左右眼視網膜上接收到的物體影像存在細微的差異。這種左右眼影像之間的差異就稱為雙眼差距。
• 生理基礎：我們的雙眼並非完全指向同一個點，而是朝向一個共同的注視點。這導致較近的物體在左右視網膜上的成像位置差異較大，而較遠的物體差異則較小。
• 知覺功能：雙眼差距是人類（以及其他具有雙眼視覺的動物）進行立體視覺 (stereopsis) 或深度感知 (depth perception) 的最重要線索之一。大腦會比較左右眼的影像，並利用這種差異來計算物體的距離和深度，從而形成一個三維的視覺空間。雙眼差距越大，物體通常越近；雙眼差距越小，物體通常越遠。

(B) Change Blindness (變化盲視)

• 定義：變化盲視是一種知覺現象，指的是在我們未能給予足夠注意力的情況下，即使一個物體或場景發生了顯著的視覺變化，我們也常常無法察覺到這些變化。這種現象表明，我們的視覺系統並非持續不斷地、完整地記錄我們所見的一切，而是更傾向於關注我們認為重要的訊息。
• 知覺心理學解釋：變化盲視與注意力的分配密切相關。當視覺訊息沒有被充分關注時，即使該訊息發生了改變，也難以進入我們的意識知覺。常見的觸發變化盲視的實驗設計包括：
  • 閃爍消逝法 (Flicker Paradigm)：在兩幅略有差異的圖像之間插入一個短暫的空白幀或干擾圖案，使兩幅圖像快速交替閃爍。如果沒有額外的干擾，觀看者可能很難發現兩幅圖像之間的差異。
  • 大範圍運動遮擋 (Saccadic Masking)：在眼球運動（掃視，saccade）發生的瞬間，場景會發生改變，掃視本身會暫時「遮蔽」視覺訊息，使得變化難以被察覺。
• 重要性：變化盲視突顯了注意力的篩選作用，以及我們對視覺世界的感知並非如實反映所有輸入的細節。它在理解人際互動（例如，街頭魔術的騙術）和安全監控（例如，無法察覺潛在危險）等方面有啟示意義。

(C) Pure Tone (Sound) and its Characteristics (純音（聲音）及其特性)