视觉拓扑结构的时间顺序判断揭示视觉加工优先级

　　本研究通过时间顺序判断(TOJ)范式，探究视觉系统对拓扑结构变化的加工优先级。研究人员发现，当形状变换涉及拓扑属性(如孔洞数量、内外关系、连通性)改变时，被试更倾向于优先感知拓扑变化，表现为主观同时点(PSS)偏移。该研究首次在时间维度证实拓扑变化作为新物体出现的信号具有注意捕获优势，为拓扑知觉理论提供了直接证据，对理解视觉物体识别机制具有重要意义。

　　

在瞬息万变的视觉环境中，人类大脑如何从视网膜上永不重复的图像流中快速识别物体？这个看似简单的问题背后，隐藏着视觉系统对"不变性"的深刻感知机制。就像吉布森生态心理学强调的，知觉系统本质上是从流动的视觉阵列中提取不变特征的过程。拓扑结构——这种在橡皮膜变形（如拉伸、扭曲但不撕裂或粘合）下保持不变的属性（如孔洞数量、连通性、内外关系），被理论认为在物体识别中扮演关键角色。当玻璃碎裂或雨滴融合时，这些涉及拓扑结构突变的场景总能瞬间抓住我们的注意力，而单纯的形状变形（如物体融化）则难以产生同等效果。这种差异暗示：拓扑变化可能标志着新物体的产生，触发注意机制的"警报系统"。

为验证这一假说，中国科学院的研究团队创新性地采用时间顺序判断(TOJ)范式开展系列实验。不同于传统空间多刺激呈现方式，TOJ通过精确控制刺激起始异步性(SOA)，能敏感捕捉早期注意分配的时间特性。研究人员设计多组形状变换对，系统比较拓扑变化（如从无孔到有孔、连通性改变）与非拓扑变化（如对称变换）的感知优先级。

关键技术包括：1）采用TOJ范式测量主观同时点(PSS)偏移；2）设计四类拓扑变换（孔洞数量、内外关系、连通性、交叉结构）；3）控制像素级物理特征差异；4）招募160名右利手被试进行跨实验验证。

实验1a-1d的主要发现
通过四组递进实验，研究团队发现：当两个形状变换存在拓扑差异时，被试始终优先报告拓扑变化。在孔洞数量变化（1a）、结构关系变化（1b）、S/O型图形连通性变化（1c）以及交叉结构变化（1d）中，拓扑变化的PSS均出现系统性偏移。这种优势效应不受具体拓扑属性类型的限制，且与刺激的物理特征变化量无关。

讨论与理论意义
研究首次证明拓扑变化在时间知觉维度具有加工优先性，这种"视觉优先进入"效应支持拓扑变化作为新物体出现的信号机制。当拓扑属性改变时，视觉系统会将其解释为场景中出现了新的物体实体，从而通过自下而上的方式捕获注意资源。这一发现为Chen提出的拓扑知觉理论提供了直接的时间加工证据，弥补了传统空间范式可能涉及注意重分配的局限。

更深层地，该研究揭示了拓扑不变性在物体识别中的核心地位。在视网膜图像持续变化的条件下，拓扑属性作为高阶不变特征，为物体身份识别提供了稳定锚点。这种机制可能源于进化压力——环境中真正重要的变化（如捕食者出现）往往伴随拓扑结构突变，而单纯的形状变形（如风吹草动）则较少威胁生存。研究结果对计算机视觉系统设计具有启示意义，建议在目标检测算法中加入拓扑特征权重。

结论
系列实验一致表明，视觉系统对拓扑结构变化具有时间加工优势，这种效应源于拓扑变化所暗示的新物体出现事件。研究通过TOJ范式为拓扑知觉理论提供了新颖的时间维度证据，深化了对视觉物体识别中不变性提取机制的理解，为注意捕获的客体基础理论作出重要补充。未来研究可进一步探索拓扑属性在复杂场景分割、动态物体追踪等高级认知功能中的作用机制。