视觉研究中最根本的问题是“什么是视觉信息的基本表达?”。大范围首先的拓扑知觉理论(陈霖，1982&2003)认为视觉过程是从用拓扑性质来描述的大范围性质开始的，拓扑性质为最基本层次的各个层次的几何不变性质是图形知觉的基本单元。本论文通过一系列的行为学和功能磁共振成像(fMRI)实验研究不变性知觉的功能层次。　　 本论文主要由两部分组成。在第一部分中，设计一系列图形对(目标刺激vs.干扰子)，使其差异依次属于各个层次的几何不变性质，采用视觉搜索实验范式，应用行为学和fMRI两种实验手段。实验结果揭示出一个与几何不变性层次一致的搜索效率行为功能层次和fMRI信号功能层次。　　 在第二部分中，功能磁共振成像神经适应范式是最直接的研究不变性在大脑皮层上的神经表征的手段之一。区组设计和事件相关设计的fMRI-Adaptation实验发现在侧枕复合区等皮层，神经元对局部性质的变化是敏感的；在左右两侧前颞叶，神经元对局部性质的变化不敏感，但是对拓扑性质的变化是敏感的。　　 论文从两个不同的角度揭示了这样一个由抽象的数学层次提出的理论预期，和视觉行为乃至神经信号上的功能层次的系统一致性，给不变性知觉理论提供了强有力的证据；提示了几何不变性是描述整个视觉形状和知觉的恰当的变量，拓扑不变性是描述物体形状的基本特征。