The effect of object-based holistic processing in perceiving inverted faces

Abstract

When inverted, faces are disproportionately difficult to recognize or discriminate compared to general objects. The intriguing phenomenon of the face inversion effect has triggered enormous research and it is suggested that what is diminished in upside-down faces would be face-specific holistic processing. According to the holistic view, inverted faces cannot be perceptually integrated as upright faces. Recent research, however, showed that upside-down faces can be amalgamated into a whole even if the amalgamations in inverted faces were not as efficient as those in upright faces. Moreover, general objects accompanied with Gestalt grouping cues may also be holistically integrated, similar to upright faces. In the midst of the controversy, the present study aimed to examine the counterintuitive phenomenon whereby inverted faces are more holistically integrated than upright ones, and suggested that upside-down faces can be perceived as an integrated whole with the assistance of object-based grouping mechanisms. Three experiments were designed to demonstrate that more amalgamations can occur in inverted faces compared to upright faces. In Experiment 1, participants were shown leftright composite faces wherein the two hemifaces from two different individuals were put together with a blue bar in the middle, and judged the amount to which the target face was perceived as a unitary face (i.e., one-faceness). Results showed that the one-faceness of inverted composite faces was rated as higher than that of upright composite faces. Experiment 2 was a conceptual replication of Experiment 1, using the indirect measure of unitary perception (i.e., the skin color difference between two hemifaces). Again, the inverted presentation was assessed as significantly less different in inter-hemifacial skin color than the upright presentation was. Given the previous findings that skin color discriminability was relatively robust to face inversion and that the colors of perceptually grouped objects may assimilate each other, the perceptual integration observed in Experiment 1-2 is unlikely to be explained by the involvement of face-specific holistic processing. Since the results of Experiment 1 and 2 were based on subjective ratings, Experiment 3 implemented a perceptual discrimination task to obtain the objective measure of holistic integration. When presented with mirror-symmetric faces wherein two hemifaces were the same in their identities but different in their skin color, participants judged the inverted presentation as having a smaller inter-hemifacial difference in skin color. The perceptual integration of inverted faces again persisted with the relatively objective measure of holistic integration and this eliminated the alternative explanation of general sensitivity decrement. The current findings suggest that (a) in the left-right composite faces where the cues to impair the perceptual integration are prominent, holistic perception of upright faces can be disrupted even with the involvement of face-specific mechanisms. (b) But inverting the composite faces can induce better integration via Gestalt-based object mechanisms. (c) In conclusion, face-specific mechanisms and object-based mechanisms are dissociable but form a close complementary relationship, both engaging in the processing of an object.;‘얼굴 역전 효과’는 얼굴이 역전되었을 때, 다른 물체에 비해 재인, 회상, 변별 등 수행에서의 손상이 두드러지는 현상을 가리킨다. 많은 선행 연구에서 역전된 얼굴에서 손상되는 것이 얼굴 특정적인 총체적 처리라고 제안하였으며, 이러한 주장에 따르면 뒤집힌 얼굴은 똑바로 선 얼굴과 달리 하나의 총체로 지각되기 어렵다. 그러나 최근 연구는 뒤집힌 얼굴 또한 통합 기제의 혜택을 받을 수 있으며, 게슈탈트 단서를 가진 일반 물체에서도 얼굴과 유사한 패턴의 총체적 지각이 발생할 수 있다고 제안하였다. 본 연구에서는 게슈탈트 기반 물체 통합을 탐구하기 위해 사용되었던 무형 완성 패러다임을 차용하여 뒤집힌 얼굴이 오히려 똑바로 선 얼굴에 비해 총체적으로 지각되는 반 직관적인 현상을 확인하고, 역전된 얼굴 또한 물체 기반 통합의 혜택을 받아 하나의 총체로 지각될 수 있음을 제안하고자 한다. 역전된 얼굴에서 발생하는 지각적 통합을 입증하기 위해 실험 1에서 참가자들은 서로 다른 두 명의 얼굴 반이 막대를 사이에 두고 합성된 ‘좌우 합성 얼굴’을 보고, 제시된 얼굴이 하나의 통합된 얼굴로 느껴지는 정도를 평가하였다. 연구결과, 뒤집힌 합성 얼굴이 똑바로 제시된 합성 얼굴보다 유의하게 더 한 얼굴에 가깝게 평가되었다. 실험 2는 통합 정도를 반영하는 간접 측정치인 두 얼굴 반쪽 간 피부색 차이를 변인으로 하여, 실험 1에서 관찰된 제시 방향 간 차이가 피부색 차이와 같은 표면 정보에서도 나타나는지 확인하였다. 실험 1과 유사하게, 뒤집힌 합성 얼굴의 피부색 차이가 직립 조건에 비해 유의하게 더 적은 것으로 평가되었다. 실험 2는 실험 1의 결과를 반복 검증했을 뿐 아니라, 피부색에 대한 지각은 역전된 얼굴에서 거의 손상되지 않으며 같은 그룹으로 통합된 물체의 색이 유사하게 지각된다는 선행 연구 결과를 고려할 때 뒤집힌 얼굴에서의 통합이 얼굴 특정적 처리기제 만으로 설명되기 어려움을 시사한다. 비록 실험 1과 2에서 일관적으로 본 연구의 예측과 일치하는 현상을 관찰하였으나, 두 실험의 결론은 모두 주관적 평정치를 기반으로 도출되었다는 한계를 가진다. 따라서 실험 3에서는 통합적 지각을 반영하는 객관적 측정치를 얻기 위해 지각 변별 과제를 사용하여, 역전 얼굴에서 나타난 통합이 실제 지각을 반영하는 현상인지 확인하였다. 실험 3에서는 정체성이 동일한 반쪽 얼굴로 구성된 좌우 합성 얼굴에서 한쪽 반의 피부색을 조작하였고, 그 결과로 생성된 합성 얼굴을 한 화면의 양쪽에 제시 방향을 달리 하여 제시하였다. 이때 참가자들은 제시된 두 얼굴 중 양쪽 반의 피부색 차이가 더 크게 느껴지는 얼굴을 선택하였고, 연구 결과 물리적 차이가 동일한 두 얼굴이 동시에 제시될 때 뒤집혀 제시된 얼굴에서 피부색 차이가 유의하게 적게 지각되었다. 이는 역전 얼굴에서 나타난 지각적 융합이 역전에 따른 변별 민감도 감소의 결과가 아닌 실제 지각의 변화를 반영하는 현상임을 지지한다. 본 연구의 시사점은 다음과 같다. (1) 양쪽 반의 차이가 두드러지거나 양쪽 얼굴 간 간격이 매우 넓어 통합이 어려운 조건에서는 합성 얼굴의 처리에 얼굴 특정적 기제가 관여하더라도 총체적 지각이 저해될 수 있으며, (2) 이때 합성 얼굴의 상하를 역전하면 역전된 얼굴이 물체 기반 처리 기제의 혜택을 받아 오히려 더 통합된 하나의 얼굴로 지각될 수 있다. (3) 종합해볼 때 본 연구는 얼굴 특정적 기제와 물체 처리 기제가 분리되어 있으나 긴밀한 상보적 관계를 맺고 대상의 처리에 관여함을 시사한다.