孤独症谱系障碍的面部表情认知特征研究进展

郭嘉　综述　　静进　审校

孤独症(autism)、阿斯伯格综合征(Aspergersyndrome,AS)和未分类的广泛性发育障碍(PDD-nototherwisespecified,PDD-NOS)是一组以社交困难、语言障碍和行为异常为特征的发育障碍性疾病,因共同位于一个连续的疾病谱上,被统称为孤独症谱系障碍(autism spectrumdisorders,ASD)。

面部表情是人们情绪情感的外在表现,被称为“情绪反应最敏感的指示器”。研究表明,各种面部模式与引起的情绪体验基本一致。对人类面部表情的准确识别以及根据他人面部表情准确推测其情绪状态,对建立有效的社会互动至关重要。而ASD患者对社会情境认知能力低下,与他人交往时缺乏目光接触,不懂得社会情境中的含蓄内容,缺乏合适的社会行为,难以建立社会关系和适应社会规则。有学者提出面部表情感知缺陷可能是ASD患者社交缺陷的主要原因之一[1]。

1　ASD患者面部表情认知特点

1.1　面部表情认知能力　正常发育的婴儿在出生6个月时就能注意母亲的面部表情,7个月时可辨别母亲的面部表情变化,1岁婴儿表现出对几种基本面部表情的理解力。根据他人的面部表情进行社会判断和交流的能力随着年龄的增长而提高。正常儿童精确识别和解释面部表情的能力与年龄和IQ成正比。能否准确地识别他人的面部表情并作出适当的反应,在一定程度上反映了儿童社会能力的发展状况[2]。

目前,国外关于ASD患者对面部表情识别能力的研究不仅在儿童中开展,更多涉及成人患者,多数研究认为ASD患者对面部表情识别能力低下。Baron-Cohen等[3]使用标准面部表情图研究孤独症成人患者对不同情绪种类的识别,发现其对他人由外部情境引发的基本面部表情识别较好,如高兴和悲伤,但对由信念和愿望引发的面部表情如生气、惊讶、害怕以及复杂面部表情如窘迫等识别较困难。也有研究证实ASD患者对诸如傲慢和轻浮等微妙、复杂的面部表情的判断能力明显低于正常对照组[4]。Begeer等[5]发现,高功能孤独症(high-functioningautism,HFA)患儿在4种基本面部表情(开心、伤心、生气及害怕)识别中与正常对照组并无差异,而对复杂情绪如嫉妒和尴尬等会表现出识别困难。关于ASD患者对静态面部表情认知的研究结果虽然不甚一致,但认为ASD患者对基本面部表情并非完全不能辨认,对于复杂面部表情识别与正常对照组相比则确实存在困难。在日常的社交情景中可能涉及更多的复杂情绪识别,它与基本面部表情识别不同,需要综合情景、信念、期望甚至文化背景和人格因素,包含复杂的情感归因和心灵见解能力(心灵理论),而这种综合各种信息作出复杂情感判断的技能恰恰是ASD患者所缺乏的,从而导致社交失败。

由于静态面部表情不能完全真实地模拟社交情境中表情的变化,有人提出动态面部表情刺激可能更准确地评估对面部表情的认知能力,正常人群在面孔身份识别[6]和情绪识别任务[7]中,有明显的动态识别优势(即能够更好地识别动态面孔)。Humphreys等[8]发现HFA患者识别动态基本面部表情的速度较慢,对恐惧表情的识别率最低,易将厌恶识别为愤怒,恐惧识别为惊讶。动态面部表情的识别障碍可能暴露出ASD患者对快速变化的信息识别有困难,不能理解细微情绪和社交差异,因而难以在社交情境中建立有效互动。也有研究者提出孤独症患儿有快速视觉运动整合缺陷,表现为加工快速运动视觉事件的能力受损,比如眨眼和眼球运动,孤独症患儿不能精确有效地利用这些快速运动的面部信息,而将其视为反常刺激而回避直接的视觉接触[9]。近年有研究认为孤独症患儿识别动态面部表情的能力并未受损,他们在动静态面部表情识别任务中,与正常对照组表现相似,对动态面部表情的识别有表现更好的趋势[10]。因此,对于孤独症患者能否利用动态信息识别面部表情仍是不定的结论。

面部表情识别可能的影响因素有受试者的年龄、IQ、语言能力、社交障碍严重程度以及与对照组的匹配方式等。随着年龄增长,面部表情识别能力提高[11];IQ正常的ASD患者对面部表情识别的成绩好于IQ低下者;临床症状较轻的AS和HFA患者对面部表情识别困难较轻;ASD患者被诊断后,并经过一系列情绪认知的训练,其面部表情识别成绩较好。所选择的对照类型可影响试验结果,当匹配因素为语言能力时,非语言能力较好的孤独症成人患者可使用更多的补偿机制,试验结果可能与正常对照组无显著差异。当匹配因素为年龄或IQ时,如选择能力较好的正常儿童作为对照组,孤独症组的试验结果可能与正常对照组有显著差异[12]。

成功的社会交往需要同时整合多种感觉信息,准确从他人面孔和声音里区分一致或矛盾的情感信息是利于社交的重要技能[13]。正常人会自发地整合同时呈现的面孔和声音信息,AS成人患者在识别两者传达情感信息的统一性上存在困难。尤其当声音与面孔表达的情绪不一致时,他们对情感信息一致性的识别率更低[14]。这些发现也能解释ASD患者在日常生活中难以综合复杂情景中的基本面部表情、微妙眼神及声音语调等多种信息,从而导致社交困难。

1.2　面部表情的自主性注意　儿童早期心理发展中一个具有重要社会意义的现象是婴儿期的“面孔偏好”,与其他刺激相比,婴儿更喜欢注视人的面孔。新生儿对面孔模式的视觉刺激有天生的反射性注意,出生数天的婴儿对母亲面孔有更长的注视时间。 12月龄的婴儿可通过对他人面孔的关注达到与周围环境的互动,如共同注意和社会参照[15]。对面孔的注意提供了婴儿提取面孔信息的机会,利用面孔注视的线索学习外部环境(如情景和事件)与内部状态(如情绪和意图)之间的关系,以便进行顺利的社会交往。以后发展起来的社会认知,可能也依赖于人类早期对面孔的反射性注意[16]。

孤独症患儿较少会自主性注意他人的面部表情。对6个月孤独症患儿的家庭录像的回顾性研究发现,与正常及存在智力障碍的同龄婴儿相比,孤独症患儿出生6个月时仍不能对眼睛注视发出注意定向,注意人面孔的时间很少。Maestro等[17]指出,婴儿的前6个月对面孔注视少是孤独症的可疑指征之一。许多ASD患者从婴儿期就缺乏对人面孔的兴趣,在社会交往中表情关注少,目光接触少[18]。

Swettenham等[19]发现出生20个月的孤独症患儿与发育延迟和正常同龄儿童相比,注视人面孔的时间较短而注视物体的时间较长。此阶段婴儿注视他人面孔的次数和时间是预测孤独症诊断的最好指标,也是区分孤独症和正常儿童、发育延迟儿童的最明显指标。婴儿在此阶段对社会刺激的注意缺陷直接影响其后来共同注意的出现,从而影响建立在面部表情注意上的社会互动行为。孤独症表情记忆研究显示,正常儿童对面孔视觉刺激的记忆明显优于非面孔视觉刺激,而孤独症患儿在面孔和非面孔刺激任务中的成绩相当或在非面孔任务中的成绩更好[20]。Dawson等[21]对3～ 4岁孤独症患儿的事件相关电位研究发现,呈现普通物理刺激400～ 500ms后,正慢电位(P400)无明显改变,当出示喜欢与不熟悉的玩具时,P400和Nc两个指标改变有明显差异,出现母亲的面孔和不熟悉的面孔时两指标改变无明显差异。相反,对照组在两种试验情境下两个指标改变都出现了显著差异。说明孤独症患儿对玩具图像的认知比人的面孔更为敏感。Begeer等[22]也发现HFA患儿很少按照情绪纬度分类人物面孔图,在明确告知以情绪纬度分类时其表现与正常儿童无差异。表明孤独症患儿有一定的表情知觉能力,只是不存在表情注意优先。故有学者提出,孤独症患儿在婴儿期就不能对人物面部表情进行自主注意,造成其累积面孔经验失败及后来在建立社会关系和适应社会规则上出现困难[16]。

1.3　面孔加工异常策略———局部加工优势　早期关于ASD的研究主要集中在面孔认知能力上,近几年则着重于ASD患者感知面孔时所运用的加工方式。有研究认为ASD患者面孔加工受损只是一种假象,事实上是使用了不同于正常人的加工策略[23,24]。面孔识别加工方式的整体学说认为,面孔中的各个部件是组成一个整体来加工和表征,面孔识别具有整体性和结构性特点,几乎不存在对面孔部件的专门编码[23]。故采取部分和整体两种方式呈现人的面部表情,正常对照组能更好地识别完整面孔,而没有发现孤独症组对完整面孔的识别优势[25]。正常人识别正立位面孔优于倒置位面孔,即面孔倒置效应。孤独症患者,无论儿童,青少年和成人都不表现出这种面孔倒置效应。倒置呈现破坏了面孔的整体特征,面孔倒置效应的缺乏也反映出孤独症的局部加工策略[26,27]。任何成像都能被分解成代表不同层次的空间频率成分,面孔信息可分解为高空间频率(HSF)和低空间频率(LSF)信息,分别由大脑左半球和右半球处理[28]。HSF代表局部细节特征,与局部面孔加工策略相关。LSF代表总体特征,与整体面孔加工策略相关。孤独症患儿右脑发育异常[29],整合LSF信息即总体信息的能力较差,因此显示局部加工优势的倾向。对不同空间频率信息的选择受年龄和认知能力影响,研究发现孤独症患儿运用LSF信息的能力随年龄增长而增强,HFA也存在LSF信息加工优势,推测较高的认知能力可能有利于面孔加工的整体模式形成[26]。

孤独症的局部特征加工策略与Frith提出的中央凝聚性薄弱理论(WCC)一致,WCC是指中枢的资料处理过程相对弱于边缘资料处理过程,形成局部领域的优先运作,其特点是偏好细节部分多于全盘思考,具有长于分析的技巧,对细节有很强的观察力;可同时引起在某些方面的特殊能力和另外一些方面的缺陷。孤独症患者的认知模式是以局部偏好多于整体信息处理,不能根据前后联系加工信息,中央整合能力较差[30]。该理论应用于面孔加工领域,可以解释孤独症在面孔识别任务中的局部配对优势,面孔倒置效应以及整体-部分优势效应(当呈现整个面孔时,孤立的面部特征能被更好地识别)的缺乏[26,31]。

人们普遍认为眼睛区域是传达人面部情绪和精神状态的核心部位,研究证实了正常儿童和成人对眼睛有注视偏好,这种行为被解释为受试者想从刺激面孔中获取更多的社交信息[32]。很多研究表明,ASD患者倾向于关注面孔的下半部分即嘴部区域。在一项视觉追踪研究中,让受试者观看实际的人像,孤独症组比正常对照组更喜欢看嘴巴,身体或无生命的物体,而且很少注视眼睛[33]。Klin等[34]用相似的方法记录在自然社交情景下孤独症组及正常对照组注视嘴巴、眼睛、身体和物体4个部位的时间,得出了相同的结论。这种回避视线接触的行为导致孤独症患者在从眼睛推测情绪状态时不能累积视觉经验。Joseph等[35]用完整面孔和部分面孔进行测试,发现HFA患儿比正常儿童更依赖嘴部传达的信息。这些结果都证实孤独症对加工眼部信息存在困难。但有趣的是,如果孤独症不依靠眼部信息解读情绪状态,那么冻结该区域将不会影响其表现。但实际上,当眼睛保持静态中性时,相对于动态呈现的整张面孔,孤独症患者的正确识别率更低,表明孤独症患者也能利用眼部信息解读情绪状态[10]。支持性的研究还有AS成人患者从单独呈现的眼部信息中识别情绪时,他们和正常对照组有同样好的表现[36]。Klin等[34]也发现社会能力较好的ASD患者能更多地注视眼睛及利用眼部信息。这些结果都表明孤独症患者在读取眼部信息能力上并非完全缺失,但与正常人相比该能力确实受损。嘴部作为一个显著的面部特征,是产生语言和表达信息的区域,它对情绪状态的认知也很重要。孤独症在自然社交场景中,把注意力放在对方的嘴部,实际上是试图更好地理解对方的面部表情,以弥补在自然情景中不能精确有效地加工眼部信息的缺陷[10]。孤独症患者对嘴部区域注视时间的增加预示较轻的社交损伤和改善的社会适应,而更多的物体注视意味着他们较严重的社

交损害[34]。

2　关于面孔认知的相关脑机制

　　近年来,脑成像技术的研究发现,人的面孔和表情识别,视线方向理解有赖于人的特定脑区域完成。眶额叶、杏仁核、颞上沟、颞上回、梭状回及基底节等结构同时参与面部表情的不同加工过程[37],且各有分工又相互联系[38]。在进行面孔编码时梭状回首先被激活,杏仁核和颞上沟编码从面孔获得的社会信息,杏仁核还负责表情加工,解码面孔的情感意义,颞上沟则感知面部动作加工和注视指向等[39]。新近神经解剖学研究提出,视觉中枢的延线上存在专门的梭状回面孔识认区(FFA)[40]。Kanwisher等[41]在面孔识别的功能核磁共振的研究发现,识别面孔时右侧FFA相对于识别物体有强烈激活。正常人识别面孔时FFA的活动是其他物体作为刺激物时的2倍。而孤独症和AS患者右侧FFA的活动明显低于正常对照组,物体识别脑区的活动正常。Critchley等[42]对14名孤独症患者的研究中,要求对面孔和物体做相同与不同的判断。正常对照组看到面孔时显示出FFA的明显激活,但孤独症组FFA无活动迹象。相反,孤独症组颞下回区域激活明显,而颞下回是物体加工区域,是正常对照组在加工物体信息时显示的激活区。ASD患者这种面孔加工时的大脑激活模式表明他们使用的是以细节特征为基础的加工策略,而这种加工策略是正常人在对非面孔的物体认知中才使用的[43]。它可以解释为何ASD患者感知人类面孔与无生命物体一样,从而对人缺乏兴趣。

神经影像学研究显示,杏仁核是负责识别潜在危险和威胁刺激的主要结构,在加工恐惧的面部表情时杏仁核激活明显[44]。除了感知恐怖,杏仁核还主管一些相关的加工过程包括目光对视、情感记忆、嗅觉学习和社会判断,它对社会信息的解释、面部表情的识别、情绪判断、刺激情感意义的识别、目光注视指引的感知及面部情感的应用至关重要[45]。杏仁核损伤的患者在进行社会判断和对他人情绪情感认知上存在困难。有关ASD杏仁核的功能神经影像学研究均显示杏仁核在面孔认知任务中激活不足。而有关杏仁核的大脑结构成像研究的结果却不一致,有报道显示杏仁核体积增大、缩小或无明显改变[46]。Adolphs等[47]对30例杏仁核损伤的患者进行基本面部表情(高兴、生气、悲伤和恐惧等)和社会性面部表情(害羞和内疚等)的识别测试,以进一步研究杏仁核区和面部表情识别的关系。结果发现他们不能正常利用眼部信息进行情绪判断,在对面孔进行自由注视时,他们缺乏对眼睛的主动自发的注视。眼睛是识别恐惧情绪的最重要部位,因此他们也很难识别恐惧的面部表情[48]。Spezio等[49]使用真实的情景交流观测杏仁核损伤患者的眼动模式,发现患者与交流者的眼神接触减少,嘴部凝视增加。这些和ASD患者面部表情识别特征的研究结果一致,也说明了ASD患者的杏仁核区有一定的发育异常。杏仁核区异常所导致的注意特异性使ASD患者不能按照一般途径去注意和辨别面部表情,导致其产生社会交流和互动障碍。杏仁核功能失调以两种方式影响ASD个体的社会兴趣,它使ASD患者不能从面孔提取社会信息进行合适的社会判断,损害了个体联系社会刺激与社会意义的能力。另外,杏仁核功能失调导致面孔指向减少,社会兴趣缺乏,从而影响面孔经验的获得[50]。如果婴儿期杏仁核先天发育异常,导致其成长过程中缺乏感知面孔身份信号及情绪状态信号,造成其在社会互动中缺乏对面孔关注,面部表情识别异常[51]。

综上所述,目前对ASD患者的面部表情识别研究开展众多,但结论不一。大多数研究者认为ASD患者面部表情识别存在障碍,表现为不能完全识别基本面部表情、不能识别复杂情绪、不能自主注意面部表情及局部加工优势等。其机制与参与面孔认知的特定脑区域的功能失调有关。已有的研究中存在若干问题:①多数研究选用HFA患儿、成人或AS作为被试者,对低功能孤独症(LFA)的面部表情认知特征的了解还很有限,研究结果能否推论到所有ASD群体中还值得商榷。LFA患儿的交流困难会增加试验难度。②研究的方式也需要改进。大多数的面部表情识别研究多采用标准化的图片、照片、动画甚至模拟的人类面孔,这些结果是否能够预测ASD患者在真实情景中的表现?使用这些材料所激活的脑区和在真实情境中脑部活动的区域是否一致?这都是有待解决的问题。ASD是一个异质性很高的群体,生理年龄、IQ、语言能力、社交能力及疾病的严重程度都会造成试验结果的差异,如果在选取试验对象时能细化ASD的诊断亚型,将会使试验结果更加客观可靠。这也是今后的研究方向之一。

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