前一节以物体知觉为代表分析了三类知觉信息流。本节介绍面孔认知与识别的研究，首先介绍面孔知觉研究的发展历程，再着重分析面孔知觉研究中提出的理论问题，即整体加工效应和专家效应的知觉理论。
一、面孔认知与识别的研究进展
自从20世纪80年代以来，面孔认知与识别的研究受到许多学科的高度重视，形成了跨学科的研究热点。计算机科学对图像识别的理论研究，以及图像识别技术的研究，多以面孔图像作为实验材料。认知心理学创造了多种研究方法，形成面孔认知的理论模型。脑科学则力图揭示人类识别面孔的脑机制。所以，在这三大研究领域的文献检索中，均可用面孔识别（face recognition）作为关键词检索到数以千计的研究文献。这也是本教科书将面孔知觉，作为一个专题加以介绍的原因，但本书不涉及对面孔图像处理的理论和技术研究。
（一）认知心理学的研究
20世纪80年代，认知心理学创造许多实验方法研究正常人面孔认知的规律。在左构脸和右构脸的研究中，发现了左侧脸负载较多信息；在正位脸与倒置脸的研究中，发现了面孔认知的倒置脸效应；在面孔旋转的研究中，发现了心理旋转效应；在正常脸与重组脸的研究中，发现了面孔认知的拓扑编码规律；在熟悉脸与陌生脸的研究中，发现了不同的编码过程和脑网络。这些研究表明，面孔认知过程至少包含7种编码：图形码、结构码、身份码、姓名码、表情码、面部言语码和视觉语义码；熟悉性判断、身份判断和姓名判断的反应时依次增长的事实，提示三者是顺序进行的信息加工过程；对熟悉人确认至少包括三种编码，即结构码、身份语义码和姓名码；对陌生人识别，则以图形码和视觉语义码为主的两种编码过程；在面孔识别中最普遍而共同的加工过程是并行处理，随加工深度要求不同，则有顺序的串行加工过程；各种编码过程中，均可并行同时提取许多特征，实现底—顶的加工策略，也存在着自上而下的语义指导加工策略。总之，认知心理学发现的这些规律，对于深入研究人类信息加工的自动过程和控制过程的关系，提供了良好的前提。
认知心理学对面孔认知的这些研究还形成一些理论研究热点，常常以面孔认知的规律，作为整体知觉加工的原型，特别是面孔认知中的心理旋转效应和倒置脸效应，专家效应也是从面孔认知研究中引申出来的理论观点，本节将在后面着重分析这些效应，及其脑机制研究所发现的科学事实。
（二）心理生理学研究方法
心理生理学以脑事件相关电位（ERPs）为基础，吸收了认知心理学对面孔认知研究的理论与方法，于20世纪80年代末形成了认知心理生理学的新研究领域。文献中积累的事实表明，从简单描述的面孔图到真实面孔照片，随复杂性增加和要求记忆功能的参与，面孔刺激引出的ERPs中较长潜伏期成分增多，面孔与非面孔刺激的ERPs差异主要反映在潜伏期为250毫秒以前的成分，大体在140-240毫秒之间。在熟悉人照片匹配实验中，不匹配时引起160毫秒以前的负波，以右半球为主；在照片的身份、职业匹配实验中，不匹配时则引起两半球广泛性不匹配负波，潜伏期约450毫秒。
笔者的实验室自1988年开始，研究了正常被试在面孔识别时的ERPs，发现以双关图为认知材料时，将其认知为面孔时比认知为非面孔时P2波的潜伏期加长，说明面孔认知比非面孔认知的加工过程复杂。以熟悉人和陌生人的正面脸照片为实验材料时，发现熟悉的正面脸较陌生脸引出较高幅值的P3波；熟悉人和陌生人左、右侧位面孔照片，对ERPs有相反效应，熟悉人左侧脸照片比陌生人照片诱发出高幅值P3波；熟悉人右侧脸照片比陌生人照片诱发出低幅值P300波。这一结果提示，熟悉人面孔负载较多的信息，伴随更高的能量耗费的控制加工过程；熟悉人左侧脸负载的信息较右侧脸多，而陌生人右侧脸负载的信息多。在另一项面孔匹配的实验中，发现两张照片不匹配较匹配时，在左、右两侧顶、颞区诱发出幅值较高的N400波，这与语义启动效应的ERPs有相似的现象。除正常人类被试的这些实验研究外，还以恒河猴为对象，研究了6种照片的ERPs诱发效应。结果表明，熟悉人与熟悉猴照片较球的照片能诱发出高幅值的P300波；熟悉人与熟悉猴照片比陌生人与猴照片，还引出更明显的N400波。
总结上述实验结果，我们得到这样的初步印象；随刺激面孔复杂性和信息量增多，人类被试ERPs潜伏期发生显著变化。从面孔与非面孔、熟悉人与陌生人一直到面孔的匹配性，发生显著差异的ERPs成分依次为P200和P300，说明加工过程逐渐复杂，信息量多的刺激引起幅值高的ERPs成分，表明有更多消耗的控制加工过程参与。猴ERPs的变化除与人类被试的上述变化相似以外，还表现出不同的规律。猴ERPs差异只发生在300毫秒以后的成分，200毫秒以前的成分没有显著差异，可能是这种识别过程对猴的难度比人类大的缘故。
20世纪最后几年间，面孔认知的生理心理学研究取得了一个公认的突破性进展，发现与面孔认知相关的特异性ERPs成分，即N170波。本廷等人（Bentin et al，1996）报道对正常人类被试呈现正面脸、汽车等不同图形时，记录ERPs发现在两侧颞叶（T5、T6区）有潜伏期为172毫秒的负波（称为N170），右颞区（T6）的N172波幅值略高于左颞区（T5），将其命名为N170成分。N170波在非面孔刺激时不存在。正位面孔比倒置面孔诱发的N170波幅值高。倒置脸诱发的N170波潜伏期也有些延长。随后一批研究报告都重复和证实这一发现，将N170成分视为面孔认知的特异成分。
如前所述，堪维舍1997年利用fMRI发现梭状回是面孔识别的特异性脑激活区。随后几年一批研究报告试图证明ERPs N170成分，是识别面孔时梭状回激活而产生的。在后文中将详细介绍这一领域的研究状况。
（三）生理心理学研究
1983年，英国牛津大学心理学实验室，首先报道猴的杏仁核中存在一些面孔认知单元。几年以后，研究者发现对熟悉人与熟悉猴面孔识别发生特异反应的神经元，主要分布在猴脑颞上沟上沿的皮层中。最令人惊奇的是这些面孔认知单元大体可分为两类：一种是以观察者为中心的细胞（viewer-centred cells），不论熟悉人还是陌生人，只要有面孔呈现，这类细胞就发生反应，根据观察者与被观察者相对位置关系，这类细胞又可分为5种，即正面脸、左侧脸、右侧脸、上仰45°脸和下俯45°脸；另一大类细胞称以对象为中心的细胞（object-centred cells），不管是正位、侧位、仰面还是下俯脸，只要是特定的熟悉人面孔出现，都发生同样的反应。前一类细胞似乎是以并行的自动加工过程为主，后一类细胞则是特异选择性控制加工过程的单元。Roll将面孔认知的细胞电生理研究的数据，用人工神经网络的并行分布处理原理进行概括，提出对熟悉面孔存在一组为数不多的神经细胞，按照编码规则，对一些熟人进行并行分布式群集编码。颞叶视觉信息加工后，输出到边缘系统的杏仁核，将视觉信息与味觉等多种信息聚合，并通过旁海马回、内嗅区皮层与海马的联系，构成自联想网络。这一网络的并行分布式加工，才是熟悉面孔认知的基本机制。
笔者的实验室，2002年训练猴识别面孔模式图，并记录颞下回神经细胞的电活动，发现面孔模式图中，眼睛部位有洞比无洞时，不但识别反应快，正确率高，而且颞下回细胞神经脉冲变化也大，可能是眼部有洞的面孔画像对猴具有明显生态意义：代表清醒的面孔，引起猴颞下回细胞较快的兴奋。
二、面孔认知的整体加工理论与专家理论
面孔的整体加工和专家理论实际上是知觉理论中的重大问题，整体加工对应局部加工，先天特征对应着专家效应，也是面孔认知研究中热烈争论的理论问题。
（一）整体加工与局部加工
整体与局部加工从来都是重大的知觉理论问题。20世纪30年代，格式塔心理学关于图形与背景的研究，以及整体拓扑特性在知觉形成中的作用问题，代表着知觉的整体加工理论观点。20世纪80年代，在认知科学和神经科学研究中形成质地子理论、几何子理论、视觉感受野和功能柱理论，整体和局部特征检测的知觉理论。面孔各部有一定的结构关系，是面孔知觉的整体性；然而眼睛大小、鼻子高矮、嘴的特征又常常是识别不同面孔的依据之一。在识别面孔与非面孔的认知任务中，面孔的整体加工占优势；而在识别不同人的面孔时，可能局部特征检测发挥一定作用。前者是知觉类别（面孔与非面孔）识别，为层次较浅的初级知觉任务，后者是层次较深的次级认知任务。
利用fMRI对面孔识别的实验研究表明，无论是面孔与非面孔的识别任务（整体加工），还是不同面孔的识别任务（局部加工），梭状回面孔识别区（FFA）都发生较强的激活。与之对比的房屋图片，无论是其整体还是局部特征，只能引发FFA较弱的激活，两类刺激物的激活水平相差两倍之多。对ERPs N170的研究得到与此相似的结果，正常人面孔刺激诱发的N170幅值显著高于房屋图片刺激的N170.先天性面孔失认症的病人，对面孔照片和房屋照片N170的幅值和潜伏期没有差异。
利用面孔倒置效应作为其整体加工优势的证据，得到普遍的认同。当面孔倒置时，识别作业成绩明显变差，对FFA的激活作用也变弱；与之相比而言，对其他物体识别的倒置效应并不这样明显，有助于说明，面孔认知中整体加工占优势。因为倒置破坏了整体加工过程的信息，对局部加工过程的信息影响较小。ERPs N170成分在面孔倒置后，潜伏期延长幅值增高。艾莫（M。Eimer）2000年认为这一事实说明，倒置面孔影响的是整体结构编码。
（二）面孔知觉的专家理论
面孔知觉的专家理论认为面孔知觉与对其他物体的知觉并没有本质的区别，梭状回的面孔识别区原本不是特异性的。面孔知觉的整体加工优势和梭状回面孔识别区都是后天习得性增强或募集的结果。因为新生儿第一眼就看到人的面孔，不断增加与母亲和亲人接触的次数和人数，使其很快积累了识别面孔的技能和专长。在这种经验习得过程中，脑内梭状回作为固定这种专家特长的脑结构，也逐渐特化起来。总之，面孔知觉的专家理论认为面孔识别能力是后天经验积累的结果。与之相反，先天模块论认为面孔知觉特性是先天遗传的，新生儿大脑内已经存在面孔识别模块，在发育过程中面孔知觉模块也不断得到发育和完善，特别是在早期发育中，募集了较多脑细胞参与面孔知觉。这一先天的面孔知觉模块是不同于其他物体的知觉模块。对于面孔知觉的先天模块论还是后天习得的专家理论，近年涌现出一批研究报告，利用功能性脑成像技术和特殊病例加以验证。
格兰特尔等人（Grandr，et al，2001）报告一批先天性白内障的病儿，从出生到2-6月龄进行的白内障手术，治疗之前未能获得对面孔知觉的经验，手术以后经过多年正常面孔认知的经验积累，但仍不能对面孔整体的结构特性形成正常知觉，只能识别面孔组成成分的局部特性。这一事实证明：面孔知觉早期经验的重要性，同时还说明面孔结构的整体加工优势，在早期专家经验积累的基础上形成的。另一批研究报告证明：只有面孔的整体结构加工，才能有效激活梭状回的面孔识别区和事件相关电位N170成分。利用功能性磁共振和事件相关电位技术进行的面孔识别实验，都发现了作为整体加工的倒置脸效应。这些研究报告都支持面孔知觉专家理论。也就是面孔整体加工优势是后天经验积累的专家效应。但还有一批学者持相反的观点，认为专家理论的证据仍不十分充分。
§§第四章 注意的生理心理学基础
