前　　言
Perceptual Learning: How Experience Shapes Visual Perception
我們從1997年開始進行知覺學習的研究。當時，只有少數(shù)幾個研究人員關注這個課題。從那時起，這個領域開始發(fā)生變化，這本書講述了我們對現(xiàn)象和理論的了解。這種轉變的發(fā)生歸因于大量積極的研究人員做出了巨大的貢獻，從心理學家對現(xiàn)象學的深入研究到有見地的建模和生理學。
在20世紀90年代末，我們正在研究人類觀察者的新模型，即知覺模板模型（PTM）。我們的目的是利用這個模型來了解視覺知覺如何依賴信號模式和兩種噪聲—外部刺激的噪聲和內部感官響應的可變性。我們也有興趣使用此模型來區(qū)分視覺注意力對人類知覺（“觀察者”）的影響，從而區(qū)分出濾除刺激中的外部噪聲而導致的增強或放大信號刺激本身帶來的不便—之前難以捉摸的機制可以通過外部噪聲方法輕松地區(qū)分開來。
在某個時候，我們意識到相同的分析同樣很好地適用于一個重要領域的性能提升，即知覺學習。據(jù)報道，從19世紀90年代末實驗性心理學研究開始以來，實踐就有所改善，并作為Eleanor Gibson對兒童早期知覺發(fā)展的興趣的一部分在20世紀50年代被普及。經(jīng)驗在成年人的知覺任務執(zhí)行中的作用已在許多任務領域得到了證明，包括敏銳度、運動和立體視覺。視覺知覺領域中一些優(yōu)秀的心理物理學家已經(jīng)開始研究學習，并且有些時候學習是針對任務或刺激的某些方面的特異性。
然后，在20世紀90年代末，許多科學家（Avi Karni、Dov Sagi、Merav Ahissar、Shaul Hochstein、Aniek Schoups、Robert Sekuler等人）的杰出工作證明了一種非常奇怪的特異性形式。在視網(wǎng)膜上某個位置進行的一項任務中所學到的改進有時無法轉移到視野中的新位置。真的！這些發(fā)現(xiàn)導致許多研究人員將視力的經(jīng)驗依賴的性能變化歸因于早期視覺皮層的可塑性，長期以來人們一直認為大腦皮層在發(fā)育初期是穩(wěn)定的。很快，最杰出的知覺學習理論涉及早期視網(wǎng)膜視覺皮層感覺調節(jié)的可塑性改變。在其他方式的類似報道的支持下，一系列重要的研究（Rufin Vogel、Guy Orban、Geoff Ghose、John Maunsell、Charles Gilbert、Joshua Gold、Wu Li等人）開始探索（知覺）學習如何在視覺編碼的最早期影響細胞反應的特性。在視覺皮層中，學習是多久開始的？我們一直是這些生理學研究的追隨者。
我們對知覺學習的第一項研究是使用外部噪聲方法和PTM模型對現(xiàn)象進行系統(tǒng)的分析。從一開始，我們就懷疑知覺學習主導的重調諧理論可能只是其中的一部分。為了影響行為，還必須將感官信息與決策聯(lián)系起來。如果感覺系統(tǒng)對刺激進行編碼，則還需要對這一證據(jù)進行解碼。即使在早期階段，我們也發(fā)展了另一種重加權理論，其中改變感官信息在決策中的加權方式（改變的讀數(shù)）可能是學習的主要方式。如果早期的視覺區(qū)域是感官信息的編碼器，那么大腦還需要解碼器來解釋編碼的信息，并且這些解碼器也必須是學習的關鍵�；�于此見解，我們發(fā)展了一種重加權（讀出）理論，其中許多早期視覺通道中的證據(jù)確定了如何通過重加權來更改決策。那是在1998年。直到后來，我們才意識到Mollon和Danilova分別發(fā)展了相同的理論構想。
直到幾年后，在天才博士后Alex Petrov的幫助下，我們開始研究知覺學習的多通道模型，即增強型Hebbian重加權模型（AHRM）。該模型建立在20世紀90年代的視覺學習網(wǎng)絡模型（Tomaso Poggio、Shimon Edelman、Manfred Fahle、Michael Herzog等人）的基礎上，并利用了神經(jīng)網(wǎng)絡領域最近的重大發(fā)展。我們將此模型加入具有生理啟發(fā)性的信號處理前端。為了檢查兩種主要學習理論（重調諧和重加權）做出相反預測的情況下的特異性，實驗也變得更加復雜。隨后證明了這種純粹的重加權模型可以解決視覺知覺學習中的許多主要現(xiàn)象。憑借另一位才華橫溢的博士后Jiajuan Liu和研究生Pam Jeter的深入研究工作，AHRM于2013年得到擴展，形成了綜合重加權理論（IRT）。該理論解釋了某些形式的遷移是如何發(fā)生的。反過來，此模型已被其他研究人員（Aaron Seitz、Peggy Seriès等人）以非常巧妙的方式進行了修改和推廣。這就是我們在第6章講述的知覺學習模型的故事。
在過去的20年中，知覺學習領域已經(jīng)發(fā)生了重大的變化。如今，有許多研究對知覺學習的特異性提出了挑戰(zhàn)（Cong Yu等人）。現(xiàn)在，關于重加權或讀出在學習中的作用的想法，已成為Takeo Watanabe等人的集成模型的重要組成部分，這些模型將知覺學習領域置于人腦成像的更廣泛的考慮范圍內。除了我們自己的模型外，其他模型在提出的學習中使用或推進了我們提出的多級重加權原則。同時，得益于Dennis Levi、Krystel Huxlin、John Anderson、Chang-Bing、Uri Polat、Robert Hess、Ben Thompson等人的工作，學習研究已經(jīng)越來越多地走向從教育到視覺修復的大量實際應用。
到21世紀10年代中期，似乎需要對該領域的最新發(fā)展進行系統(tǒng)的探索。我們開始對有時互不相關的知覺學習文獻進行詳細調查。我們的目標是評估各種理論狀態(tài)，了解生理學發(fā)現(xiàn)的含義，并指出可能的富有成果的研究方向。這本書是我們努力的結果。它適用于知覺學習的研究人員以及其他相關領域的科學家。我們試圖在多個層面上討論知覺學習，希望做到透徹而簡潔，內容全面而不是詳盡無遺。
多年以來，在知覺學習中，許多杰出科學家的重要貢獻推動了該領域的發(fā)展以及我們在同等領域的工作。除了閱讀論文和參加會議演講外，我們也從參加“國際知覺學習研討會”中受益良多，這是一個較小的組織，每兩年召開一次會議，討論令人興奮的新想法和新方法。我們確實從這些公開交流中受益。在知覺學習研究中一件令人驚奇的事情是，雖然參與者的理論分歧很大，但該領域一直保持合議，參與者合作并致力于共同推動科學的發(fā)展。
現(xiàn)在，許多個人和實驗室的主要貢獻已將知覺學習確立為一個主要領域，并廣泛認識到學習和可塑性在人類適應中起著至關重要的作用，在對知覺機制的任何研究中都必須考慮這一點。
由于各種原因，我們花費很多年寫了這本書。在此期間，我們得到了許多同事、朋友和家人的大力支持，在此深表感謝。
Barbara Dosher說：“經(jīng)過23年的合作，我仍然很高興與我的合著者和朋友Zhong-Lin Lu談論科學。加州大學爾灣分校認知科學系富有創(chuàng)造力的環(huán)境，以及聰明、熱切的同事為本書的編寫工作做出了重要貢獻。我還要感謝實驗室（記憶注意力知覺實驗室）的應屆畢業(yè)生和博士后所做的重大貢獻，其中包括Pam Jeter、Alex Petrov、Wilson Chu、Shiau-Hua Liu、Nate Blair、Richard Hetley、Emelien Tlapale，以及許多本科生和助教，包括Anchit Roy，他協(xié)助提供了本書的一些圖表。我的研究生導師Wayne Wickelgren的理論構想仍然鼓舞著我。我還要感謝將我引入視覺科學領域的同事和朋友：Norma Graham、George Sperling和Eileen Kowler。通過與知覺學習和注意力社區(qū)中的許多同事的交談，這項研究得到了完善。朋友和家人提供了樂趣、支持和幫助。特別感謝我的朋友Kristi、Liz、David和Eileen，感謝我的姐姐Cathie、retreat小組以及其他許多人的支持。在此特別對我的兒子Joshua Sperling表示衷心的感謝，他的支持、理智探索和評論使本書的最后階段有了實質性的改進。我還要感謝包括麻省理工學院出版社在內的所有相關人員的耐心，因為該項目的延期比預期要長，部分原因是應我年邁生病的母親Anne Dosher的要求。她畢生的求知欲、對社區(qū)的奉獻精神和交友的天賦，樹立了令人欽佩的榜樣。”
Zhong-Lin Lu說：“這本書的出版是我們20多年合作的一個重要里程碑。這也是許多新的、令人激動的聯(lián)合研究項目的開始。非常感謝Barbara給我與她合作的機會。非常感謝我的妻子Wei Sun、我的兒子James和我的女兒Mae。沒有他們的理解和支持，這本書是不可能完成的。我從博士生導師Samuel J. Williamson和Lloyd Kaufman以及我的博士后導師George Sperling那里學到了很多，他們的科學精神至今仍激勵著我。我想借此機會感謝腦過程實驗室（LOBES）的成員（最初他們在南加州大學，然后在俄亥俄州立大學，現(xiàn)在在紐約大學和上海紐約大學），包括Luis A. Lesmes、Wilson Chu、Simon Jeon、Debbie Dao、Jiajuan Liu、Chang-Bing Huang、Xiangrui Li、Gui Xue、Miao Wei、Fang Hou、Jongsoo Kim、 Carlos Cabrera、Zhicheng Lin、Yukai Zhao、Pan Zhang和 Pengjing Xu，感謝他們對研究項目做出的貢獻。還要感謝C. Shawn Green、Daphne Bavelier、Alex Pouget、Tianmiao Hua和Jinrong Li在知覺學習方面與我合作，并感謝國際知覺學習研討會的組織者Cong Yu、Dov Sagi、Takeo Watanabe、Merav Ahissar、Uri Polat、Shaul Hochstein、Yuka Sasaki、Mitsuo Kawato、Michael Herzog、Miguel Eckstein、Aaron Seitz和Michael Silverman，他們?yōu)槲覀兲峁┝俗鳛檠芯可鐓^(qū)聚集在一起的機會。我還要感謝同事Irving Biederman、Adrian Raine、Antonio Damasio、Hanna Damasio、Michel Baudry、Judith Hirsh、James Todd、Roger Ratcliff、Brandon Turner、Deyue Yu、Alex Petrov、Tony Movshon、Paul Glimcher、Marisa Carrasco、Joanna Waley-Cohen和Anqi Qian，以及我多年來的朋友Patrick Suppes、Bosco Tjan、Stephen Madigan和Richard F. Thompson�！�
這些年來，我們在知覺學習方面的實驗和理論工作得到了美國國家心理健康研究所和美國國家眼科研究所的資助。感謝它們的支持。

Barbara Dosher，爾灣
Zhong- Lin Lu，都柏林和紐約
2019年8月