探秘面部认知：从部分面部可见性解析大脑的 “人脸识别术”

研究人员为探究部分面部认知机制，结合 EEG 和眼动追踪技术研究，发现眼睛是关键，且戴口罩脸与全脸认知模式相似。

　　在新冠疫情的大背景下，口罩成为人们日常生活的一部分。以往研究表明，面部认知机制涉及整体面部加工，面部特征缺失会降低认知能力。然而在疫情期间，人们即便面部部分被口罩遮挡，也能正确识别他人面孔，这一现象与传统研究相悖。为了解开这一谜题，探究人类如何识别部分被遮挡的面部以及整体加工在这种情况下是否仍然有效，来自东京农工大学（Department of Electronic and Information Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology）和玛希隆大学（Department of Biomedical Engineering, Mahidol University）的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《Cognitive Neurodynamics》上，为深入理解面部认知机制提供了新的视角，对未来安全和消费者研究发展具有重要意义，如助力开发基于部分面部图像的先进测谎系统和创新营销分析工具。

研究人员运用了脑电图（EEG）和眼动追踪两种关键技术。EEG 能直接测量大脑电活动，具有高时间分辨率，可记录大脑对刺激的反应，获取事件相关电位（ERP） ，该电位是参与者感知刺激时因认知机制而诱发的时间波形，包含多个成分，不同成分根据峰值极性和诱发峰值的潜伏期命名。眼动追踪技术则通过记录眼睛运动，如快速扫视、注视、瞳孔直径变化和系统扫描等，来探究认知功能，基于眼 - 心假设（eye - mind hypothesis），眼睛运动可传达多种认知信息。研究中使用的面部图像来自 “Ethnic Origins of Beauty (Les origines de la beauté)” 项目的公共数据集，参与者为 31 名健康人，但最终仅 19 人的数据用于分析。

研究结果如下：

• 事件相关电位（ERPs）：实验发现了 N170 和 P300 两个 ERP 成分，N170 和 P3a 峰值出现在大脑额叶，P3b 出现在顶叶。N170 在各面部条件下，其振幅和潜伏期均无显著差异。而 P3a 和 P3b 成分在部分面部认知时，与全脸认知相比，振幅变小，潜伏期延长。但当参与者识别鼻子被遮挡的面部时，P3a 振幅比全脸认知时更大。
• 眼动追踪：眼动追踪数据显示，当眼睛可见时，大多数参与者主要聚焦并注视眼睛区域，这与 ERP 结果中眼睛被遮挡时振幅下降相吻合，证实了眼睛在面部认知中起重要作用。不过，也有部分参与者会关注鼻子和注视位置，甚至有一名参与者在鼻子被遮挡的面部刺激下看向嘴巴，这表明部分面部认知可能依赖整体面部加工，也可能因个体差异依赖结构面部加工。
• 基于 EEG 和眼动追踪的典型相关分析：分析结果表明，全脸认知、嘴巴被遮挡的面部认知以及鼻子和嘴巴都被遮挡的面部认知之间具有很强的相关性。这意味着人们识别戴口罩的面部和全脸的认知机制相似，即使面部部分特征被遮挡，人们仍能正确识别面部。

研究结论和讨论部分指出，P300 是不同面部认知条件下的重要 ERP 成分，而 N170 相对稳定。P300 成分在某些面部特征（如眼睛）被遮挡时会出现波动。眼动追踪数据进一步证明了眼睛在面部认知中的关键作用。典型相关分析显示全脸和戴口罩或类似戴口罩面部认知之间的强相关性，表明即使面部特征被遮挡，也不影响人们对面部的识别。然而，研究也存在一些局限性，如使用彩色图像且未去除明显面部特征可能分散参与者注意力、刺激呈现时间较短、刺激间隔固定可能导致参与者产生预期效应、刺激呈现顺序可能带来结果偏差、实验工作量大可能导致参与者疲劳以及数据同步过程可能造成时间不准确等。针对这些问题，研究人员提出了相应的改进措施。

总体而言，这项研究通过 EEG 和眼动追踪技术，深入探究了部分面部认知机制，为面部认知领域的研究提供了重要依据，其成果在实际应用中具有广阔前景，有望推动相关领域的进一步发展。