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面孔认知中自上而下加工的研究综述
刘茜，葛列众，刘玉丽**
作者简介：刘茜（1987－），女，研究生在读，认知心理学，工程心理学
通信联系人：刘玉丽（1981－），女，副教授，认知心理学，工程心理学
（浙江理工大学心理学系，杭州 310018）
5 摘要：面孔认知有两种加工方式：一种是自下而上的加工方式，另一种是自上而下的加工方
式。人们在面孔知觉过程中利用过去经验或想象对视觉信息进行的加工就是面孔自上而下加
工。对面孔认知中自上而下加工的研究的总结和分析，不但有助于使我们从加工方式的角度
进一步了解面孔加工的机制和基本特点，而且有助于我们对人类一般知觉加工模式规律的认
识。本文从传统的行为研究和现代神经成像研究两方面系统回顾了该领域的主要研究成果，10
通过分析现有研究的不足，对未来研究提出建议。
关键词：面孔认知；自上而下加工； N170；梭状回面孔区
中图分类号：
Review of top-down face processing 15
LIU Xi, GE Liezhong, LIU Yuli
(Psychology Department, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018)
Abstract: There are two processing in face recognition: one is bottom-up processing and the other
is top-down processing. The performance that people use existing knowledge, expectations or
imagination to recognize and interpret ambiguous sensory visual information is top-down face 20
processing. Summary and analysis of the research on top-down face processing can not only help
us to explore the mechanism and characteristic of face perception from processing methods , but
also learn the general law of perception processing models. In this review, we reviewed the main
research achievements in this field from two aspects: traditional behavioral researches and modern
neuroimaging researches. Then, we summarized the deficiency in the existing studies and 25
proposed some suggestions for future research.
Key words: face perception; top-down processing; N170; FFA
0 引言
面孔作为一种极为特殊又极其常见的视觉刺激，可以为人们提供丰富的信息，如种族、30
性别、年龄、身份、情绪等等。这些信息对人的生存与社交有着举足轻重的作用，对面孔的
感知和识别也显得尤为重要。一般认为，对面孔的认知可以通过两种加工方式：一种是自下
而上（bottom-up）的加工方式；另一种是自上而下（top-down）的加工方式。人类作为面孔
加工的专家，不仅可以在宽松的视觉感知条件下（如清晰的外在面孔视觉刺激）快速、准确
地检测到并识别出其中的面孔，即进行自下而上的加工；而且在信息模糊或者残缺不全的条35
件下依然可以对面孔进行加工，甚至在听到或看到与面孔有关的信息时也能联想到面孔，这
些都属于面孔的自上而下加工。
自上而下加工又称“概念驱动加工”(conceptually driven processing),是指知觉者习得的
经验、期望、动机，引导着知觉者在知觉过程中的信息选择、整合和表征的建构[1]。具体在
面孔认知中，面孔自上而下加工是指人们在面孔知觉过程中利用过去经验或想象对视觉信息40
进行的加工[2]。
综观国内外文献，大量的面孔认知研究主要集中于自下而上的加工方式，并已取得丰硕
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成果。 例如，Costen 等（1996）[3]的研究让被试识别高通滤波（high-pass images）、低通
滤波（low-pass images）和像素化（pixel images）的三类面孔，结果发现面孔识别的正确率45
随图片清晰度的增加而提高，反应时随清晰度增加而缩短，说明面孔识别的绩效受刺激材料
清晰度的影响。但是，只有自下而上加工是不够的，一个完整的面孔认知过程应该既包括自
下而上加工，也包括自上而下加工。当人们接收到模糊、残缺不全、具有双关性质或不确定
性的刺激信息时，就需要自上而下加工的参与。因此，对面孔认知中自上而下加工研究的总
结和分析，不但有助于使我们从加工方式的角度入手进一步了解面孔加工的机制和基本特50
点，而且有助于我们对人类一般知觉加工模式规律的认识。
本文就近几年来面孔自上而下加工相关的研究方法和成果进行归纳和总结，并对这些研
究中存在的问题进行讨论和分析。
1 面孔认知中自上而下加工的相关研究
面孔的自上而下加工研究起源于上个世纪对知觉和注意的研究。在知觉领域中，自上而55
下加工方面有许多经典的研究，比如，1979 年 Kinchla 和 Wolfe （1979）[4]利用英文字母
考察个体对视觉影像（visual image）的加工顺序究竟是自上而下还是自下而上，结果却表
明人们是以一种“由中间向外”（middle-out）的顺序进行加工的。Chun 和 Jiang（1998）
[5]在一项有关场景知觉的研究中发现背景线索（contextual cueing）可以引导视觉注意力转向
与任务有关的方面，从而改善视觉搜索绩效。另一类典型的自上而下加工研究则是有关注意60
捕获（attentional capture）的研究。这类研究争论的焦点在于注意捕获是否受自上而下的控
制和调节。Theeuwes（1992）[6]的研究采用视觉搜索任务，发现被试在搜索目标刺激时，注
意会被无关的奇异刺激自动捕获进而导致反应时增加。由此研究者认为注意捕获是一个刺激
驱动的过程，它不受当前任务目标的影响。但是，Folk等（1992）[7]则认为只有与观察者当
前目标的特征相匹配的刺激才会捕获注意，注意捕获受自上而下的控制所调节。 65
面孔认知中自上而下加工的研究主要有两类，一类是以研究其行为特征为主的行为研
究，另一类是以研究其神经机制为主的 ERP 和 fMRI的研究。
面孔自上而下加工的行为研究
以往的面孔研究更多关注人们对清晰外在的面孔视觉刺激的加工过程，此时知觉更多的
依赖于感觉输入的直接作用。当人们接收到模糊、残缺不全、具有不确定性的刺激信息时是70
否会受到动机、经验的影响而表现出自上而下加工呢？为了回答这一问题，研究者使用各种
特殊视觉刺激，创设不同的任务情境来验证面孔自上而下加工的存在。一些研究运用经典的
启动范式，被试在面孔图片的启动下会将双关图或模糊图片知觉为面孔从而进行面孔加工；
另一些研究利用指导语诱导被试从纯噪声图片中进行虚幻的面孔探测进而考查人们在自上
而下面孔加工中的行为表现。 75
面孔的自上而下加工是否存在？
早期的研究主要采用启动范式，其基本假设是如果存在面孔的自上而下加工，那么使用
与面孔有关的图片作为启动刺激时，被试会将不确定的探测刺激更多的知觉为面孔。比如葛
列众等（2006）[8]研究不同的启动刺激（面孔和汉字）对双关图（可以知觉为面孔，也可以
知觉为汉字）造成的知觉差异。结果显示，接受面孔图片启动的被试会把双关图知觉为面孔，80
产生面孔反转效应；接受汉字图片启动的被试并没有把相同的双关图知觉为面孔，也没有产
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生反转效应。可以看出，面孔相关的启动刺激促使被试将双关图知觉为面孔，形成了自上而
下的面孔加工，从而出现了面孔认知中典型的反转效应。
近几年，学者们为了抑制刺激材料中自下而上信息的干扰，较多使用本身不包含任何信
息的纯噪声图片，要求被试从中进行面孔探测（即判断图片中是否存在面孔）。这些研究期85
望在实验的刺激材料没有任何面孔信息的条件下，考查被试是否能够在认知加工过程中表现
出对面孔的自上而下的加工。如 Hansen 等（2010）[9]的实验，在不提供任何背景信息的情
况下要求被试判断纯噪声图片中是否有面孔出现，并对面孔出现的确信度做 1-4的评价（其
中 1 代表“确定没有面孔”，4代表“确定有面孔”，2和 3 居中）。结果显示，被试按 1
的反应率接近 50%，按 2 的反应率接近 30%，按 3 的反应率低于 20%，按 4 的反应率低于90
10%，反应率随着认为有面孔的确信度增加而降低；被试做出“2-4”反应（认为纯噪声中
有面孔）所需要的时间明显长于做出“1”反应（认为纯噪声中无面孔）所需要的时间。由
实验结果可以推论，被试在缺乏自下而上的信息输入的情况下进行面孔的自上而下加工难度
更大，所需要的时间更长。
为了提取面孔自上而下加工的内部表征，进一步探究面孔自上而下加工的加工机制，一95
些研究在使用纯噪声图片的基础上通过 CI 技术对实验材料进行后期处理和分析。
CI( classification image)技术即分类图像分析技术。这种技术可以通过计算引发被试某类反应
（比如探测到面孔）的图片中每个像素的亮度，反过来推论图片的哪些空间特征能诱发被试
的该类反应。Gosselin 和 Schyns (2003) [10]在实验开始前先告诉被试所有图片中微笑和中性
表情的面孔图片各占一半，然后要求被试辨别纯噪声图片中的面孔表情（事实上纯噪声图片100
中没有面孔）。实验结束后使用 CI 技术将被试认为微笑和中性的图片分别叠加，用得到的
微笑面孔减去中性面孔并进行低通滤波，最终得到一种包含类似笑脸的噪声图片。这一结果
说明，即使面对随机无意义的纯噪声图片，被试仍然可以借助以往有关面孔表情的记忆想象
出生动的面孔表情，并将人们对面孔的内部表征有效地用外显的形式表现出来。
面孔自上而下加工是否具有特异性？ 105
通过以上研究我们可以得出“面孔认知加工中存在自上而下过程”的结论，那么，这种
加工过程在行为方面的表现与面孔的自下而上加工相比是否具有特异性呢？
Rieth 等（2011）[11]的研究试图建立人们进行虚幻探测（illusory detection）时运用的视
觉模板（visual template），为自上而下加工提供行为方面的解释。整个研究包括三个实验。
实验一要求被试进行面孔探测（判断纯噪音图片中是否含有面孔），实验二进行字母探测（判110
断纯噪音图片中是否含有字母），实验三仍然进行面孔探测。实验一与实验三的区别在于，
实验一被试可以从整张图片的任意位置“探测”是否存在面孔；而实验三的纯噪声图片中间
加入了一个椭圆框，限定被试只能在椭圆区域内进行面孔探测。研究结束后，用 CI 技术分
析被试认为有目标（面孔或字母）存在的纯噪声图片。分别叠加不同实验中被试认为有面孔
和有字母的图片之后发现：当被试不受限制的在整张图片中进行面孔探测时，图片中的斑块115
较为分散，略偏向左侧；当被试进行字母探测时，图片中的斑块集中在中间；而在椭圆中进
行面孔探测时，图片中的斑块相对集中并形成了一个类似面孔的图像，略偏向左侧。实验结
果表明，进行自上而下的面孔加工时人们倾向于关注视觉刺激的左侧部分，进行自上而下的
非面孔（字母）加工时人们的关注焦点没有表现出倾向性。这一研究结果与已有的以真实面
孔为材料的自下而上研究结果一致[12-14]，即对面孔的加工具有左侧偏好效应（Left Side Bias 120
Effect）。同时，葛列众等（2006）[8]的研究结果也清楚表明，对双关图进行自上而下的面
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孔加工时仍然存在面孔自下而上中发现的反转效应。由此我们可以大胆推论：面孔自上而下
加工与自下而上加工具有相似的加工特点。
从以上研究结果可以看出：（1）在面孔知觉过程中，人们除了利用自下而上这种加工
方式以外，还会运用自上而下的加工方式。（2）基于真实面孔的研究所发现的现象如反转125
效应、左侧偏好效应等在面孔的自上而下加工中仍然存在，面孔自上而下加工与自下而上加
工具有相似的加工特点。（3）面孔的自上而下加工是一个复杂的认知过程，特别是在缺乏
自下而上的信息输入的情况下难度更大。（4）在面孔自上而下加工的研究当中，鉴于其刺
激材料的特殊性，允许我们使用不同于以往的研究手段来进一步了解其加工过程，为面孔识
别的特异性提供新的证据。 130
面孔自上而下加工的神经机制研究
近年来，基于自下而上加工方式的研究采用 ERP（Event Related Potentials，事件相关电
位)和 fMRI（Functional Magnetic Resonance Imaging，功能性磁共振成像)等技术对面孔认知
加工的神经机制进行了深入探讨。事件相关电位的研究发现，在面孔刺激呈现 170 ms左右
记录到一种脑电负成分——N170 对面孔刺激具有选择性反应，其主要分布于大脑颞枕区135
(occipito-temporal region)
[15,16]。同时，利用 fMRI技术的研究表明，在人类大脑右侧枕颞结
合部腹侧（梭状回）存在一些独立的皮层区域对面孔视觉刺激的反应显著强于对其它普通物
体刺激，这些区域被命名为梭状回面孔区(fusiform face area, FFA) [17]。然而，为了进一步了
解面孔加工机制，揭示面孔加工机制是否具有特异性，研究者开始探索面孔自上而下加工的
神经机制。依照上述自下而上的面孔加工的结果，可以将自上而下面孔加工神经机制的研究140
分为两大类。 第一类研究考查自上而下的面孔加工是否会出现以往自下而上方式所揭示的
面孔加工特异性神经指标，其基本的假设是自上而下和自下而上的面孔认知加工有着相同的
脑机制；第二类研究期望建立一个相对完整的进行面孔自上而下加工的脑网络，其基本的假
设是自上而下和自下而上的面孔认知加工脑机制有所不同。
面孔自上而下加工的特异性神经指标 145
在这一类研究中，研究者试图通过自上而下面孔加工时 N170和 FFA 等特异性神经指标
的变化情况来证明面孔的自上而下加工和自下而上加工的神经机制相同。例如，Bentin 等
（2002a） [18]使用抽象的面孔图片考查自上而下的面孔加工能否诱发 N170。实验让被试首
先看到了两个点附加一些其他的简单图形或符号，这些刺激没能引发 N170。随后把这两个
点放进一个图式化面孔（schematic face）(见图 1)中，当被试再次看到这两个点时报告说将150
这两个点当成了眼睛，由此引发了和面孔引发的相同幅度的 N170，并且右半球的 N170 振
幅显著大于左半球。这一结果说明，面孔的背景信息促使被试对无特殊意义的点进行自上而
下的面孔加工，从而导致了 N170的出现。Bentin（2002b）[19]的另一项研究使用同样的刺激
材料（schematic face）进一步证明了提供面孔图片作为启动刺激诱导被试进行自上而下的面
孔加工同样可以诱发 N170。 155
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图 1 图示化面孔示意（Bentin S & Golland Y , 2002b）
Fig. 1 schematic face
Wild 等（2004）[20]采用不同的方法进一步证实了 Bentin 等人的研究结果。他们将纯噪
声图片、面孔图片和单词图片（分为高、低对比度）随机呈现，要求被试判断刺激为面孔还160
是单词。研究结果显示，对相同的纯噪声图片做出不同判断（面孔或单词）时 N170的激活
情况存在差异，即将纯噪声刺激判断为面孔时右侧颞叶的 N170 在 T6 上的振幅显著大于将
其判断为单词的振幅。另外，Hansen等（2010）[9]研究的脑电部分也证明了随着被试认为有
面孔的确信度的增加，大脑左右两侧的 N170 的振幅增大。
有关情绪面孔的自上而下加工也有类似的结果。比如，Lee等（2010）[21]的研究给被试165
呈现嵌入不同程度噪音的恐惧和中性面孔图片（分为高对比度和低对比度）以及纯噪声图片，
要求被试完成情绪迫选任务。为了诱导被试对纯噪声图片进行自上而下的情绪加工，他们被
告知每一张图片都含有面孔（而事实上三分之一的图片为纯噪声图片），只是有些较难辨认。
研究者重点分析了与情绪加工有关的两个脑电成分——EPN（early posterior negativity）和
LPP（late positive potentials），结果显示被试报告看到恐惧面孔比报告看到中性面孔诱发的170
EPN 振幅更大；但被试报告看到中性面孔比报告看到恐惧面孔诱发的 LPP 振幅更大。特别
值得注意的是，纯噪声图片同真实的情绪面孔一样诱发了上述 EPN和 LPP 振幅的变化，这
一结果说明对情绪（面孔）的知觉过程也受到自上而下加工的调制。
fMRI 的研究发现，将双关图或模糊图片识别为面孔时会引起 FFA 激活。Andrews 等
（2002）[22]用面孔-花瓶双关图作为刺激物，发现当被试把注意力集中在图片左右两侧边框175
将双关图感知为面孔时，会引起 FFA 的激活；而当被试把注意力集中在图片的中线附近将
双关图感知为花瓶时，不会引起 FFA 的激活。实验中的刺激图片的物理属性并无差别，差
别仅在于注意区域转换引起的对双关图的知觉转换。
Mooney面孔(Mooney face) 也是一类双关图片。这类图片可以被识别为面孔，也可以被
识别为非面孔。Andrews 等(2004) [23]的研究中使用了这种刺激材料，结果发现当被试将图片180
识别为面孔相对于将图片识别为非面孔其 FFA 的激活水平显著增强；但是作为物体选择加
工区的海马旁回却没有显示出这种面孔识别和非面孔识别之间的激活差异。McKeeff（2007）
[24]的研究也得到了同样的结论。
Summerfield等（2006）[25]的研究表明，将模糊的房子错误的感知为面孔时相对于将模
糊的面孔错误的感知为房子时 FFA 激活程度增强。同样，对面孔失认症患者的研究也得到185
了相似结论。Righart 等（2010）[26] 以面孔失认症（Prosopagnosia）患者和正常人为被试，
要求他们分别判断高、低对比度图片和纯噪声图片中是否含有面孔或房子。结果发现在纯噪
声中探测面孔时，面孔失认症患者和正常人的 FFA 均被激活；而面孔失认症患者在纯噪声
中探测房子时，FFA 没有被激活。
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面孔自上而下加工的神经网络 190
这一类研究主要采用面孔想象和面孔探测的方法，试图建立一个相对完整的进行面孔自
上而下加工的神经网络，从而说明面孔自上而下加工和自下而上加工的神经机制有所不同。
Ishai 等（2002）[27]要求被试在看到名人的名字时想象相应的面孔，并运用 fMRI 技术
考察他们大脑的活动情况，研究发现其大脑双侧额下回、双侧楔前叶、双侧顶下沟和双侧海
马回被激活。Mechelli等（2004）[28]发现，当被试想象面孔的时候，其 fMRI结果显示前额195
叶中部、顶上回、楔前叶以及 FFA 引起激活，研究结果表明参与面孔信息处理的大脑后部
皮层区域受到前额叶皮层接收到的自上而下的信号所调制。
还有些研究使用了一种新的实验范式——面孔探测。面孔探测是指使用诱导的方法，让
被试经过从易到难的训练后从纯噪声图片中感知面孔（纯噪声图片里没有任何面孔信息）
[29]。Zhang等（2008）[30]的研究即采用了这一范式。当被试主观上认为有面孔存在时，相比200
认为没有面孔存在时 FFA 和双侧额下回的激活增强，但并没有引起 OFA（occipital face area，
枕部面孔区）的 fMRI信号的增强，由此研究者认为 OFA 对自下而上输入的信息更为敏感，
而 FFA 是进行面孔自上而下加工和自下而上加工的交汇点。Li等（2009,2010）[31,32]的研究
使用相同的材料和实验范式进一步发现：当被试从纯噪声图片中感知到面孔时，不仅 FFA
被激活，而且前额叶（包括内侧区域和双侧额下回）、左侧楔前回和顶下沟以及杏仁核等脑205
区也被激活。
综合以上研究成果发现：（1）自上而下和自下而上的面孔认知加工有着相同的脑机制，
特异性的神经指标仍会出现。（2）面孔自上而下加工的大脑网络同传统自下而上面孔加工
研究所获取的加工网络既有重合也有不同。传统的自下而上面孔加工研究认为进行面孔的脑
区主要集中在枕叶、颞叶和顶叶[33-34]；而上述自上而下的面孔研究发现，大脑的前额皮层区210
域在面孔自上而下加工中起着重要的作用，有可能是该机制在大脑中的源头区域。（3）特
殊群体的自上而下面孔认知加工和正常人进行自上而下面孔加工的脑机制相似。
2 面孔自上而下研究的总结与展望
面孔的自上而下加工是一个复杂的认知过程，可能包含初级视觉加工、记忆的提取和保
持以及注意力的调节等相关认知加工[2]，正是由于这些区域的协调运作才使得自上而下方式215
下的面孔加工顺利进行。通过对面孔自上而下加工研究的系统回顾，我们发现相关研究比较
有限且主要集中于其神经机制方面。究其原因主要表现在两个方面：第一，对面孔这一特殊
视觉刺激的加工是一个综合的知觉过程，既需要自下而上信息的输入，又需要自上而下加工
对接收到的信息进一步补充、完善甚至纠正，不可能彻底将两种加工过程分离。第二，真实
的面孔刺激物容易获取且易于控制，对实验结果也容易进行统计和分析；而现有面孔自上而220
下研究中使用的刺激材料和实验范式或者容易受到自下而上信息的干扰，或者不能充分的引
导被试对其进行自上而下的面孔加工，所以提取纯粹的自上而下加工过程较难实现；第三，
目前关于面孔神经网络的结论所采用的支持证据大多来自于面孔自下而上加工的研究成果，
而面孔自上而下加工的网络模式尚不明了，需要进一步研究和探索。
尽管对这一领域的研究已经取得了一些进展，但仍然存在一些不足：（1）缺乏对面孔225
自上而下加工影响因素的探讨。在知觉的自上而下的加工中，知觉者的习得的经验、期望、
动机，都会对知觉过程产生影响。那么在面孔自上而下加工的过程中，哪些因素会影响到面
孔的自上而下加工？（2）过去的知识经验和现实刺激都是产生知觉所必需的，对面孔的认
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知既需要自上而下加工又需要自下而上加工，以往研究主要考察两种加工方式之间的差异，
但是面孔的自下而上加工和自上而下加工是如何互相影响的呢？二者之间是否存在交互？230
（3）对情绪面孔的自上而下加工非常有限。Lee等（2010）[21]的研究虽然涉及了情绪面孔，
但仅局限于恐惧面孔和中性面孔，对积极情绪（如高兴、惊喜等）面孔的考察还比较缺乏。
在以后的研究中，我们还可以对情绪的维度进一步扩展，不仅考察被试对情绪面孔的自上而
下加工，还可以通过创设一定的问题情境营造被试的某种情绪体验，从而研究情绪的自上而
下加工。（4）由两种加工方式同时作用的面孔认知过程中，自下而上加工和自上而下加工235
的发生阶段是否有先后顺序？哪种加工方式起的作用更大？（5）让被试从纯噪声图片中进
行面孔探测已成为研究面孔自上而下加工的常用范式，但是余妮泽（2013）[29]的研究结果
发现对面孔探测的反应率（认为纯噪声图片中有面孔的比率）不同被试之间个体差异很大，
面孔自上而下的加工是否和个体特质存在关联？后续研究可以从个体差异，如想象力、受暗
示能力等方面入手进一步探讨。 240
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