孤独症谱系障碍者的生物运动探测障碍：基于行为与神经的证据*

荆伟1胡海洋1田琳2张婕**2
（1陕西师范大学教育学部,西安,700062）（2西安市儿童医院,西安,710002）

摘要关于孤独症谱系障碍个体探测生物运动的能力是否受损，已有行为研究尚存分歧。导致分歧的原因可能是实验刺激、实验任务和测量指标存在差异。然而，神经研究却一致证实其潜在的神经机制存在异常。领域特殊性观点认为该障碍可能是基于后侧颞上沟功能异常的社会性功能障碍，也可能是基于镜像神经元功能异常的社会性功能障碍；而领域一般性观点认为该障碍可能是基于背侧视觉流功能异常的视运动知觉障碍，也可能基于脑功能联结异常的弱中央统合障碍。据此，本文将从研究范式、行为表现及潜在机制三个方面梳理相关研究，以期为后续研究提供新方向。
关键词 孤独症谱系障碍 生物运动  探测后侧颞上沟背侧视觉流

1引言

生物运动（biologicalmotion）作为视运动知觉刺激之一，是指蕴含人类或其它动物运动学信息的特殊社会性视觉刺激（Maneraetal.,2010;O'Toole        etal.,2011）。个体对生物运动的感知能力对言语语言和社交技能的顺利发展起着至关重要的作用（Kaiser&Pelphrey,2012）。作为一种复杂的社会性刺激，其加工机制包括探测（detection）、知觉（perception）和解读（interpretation）三个水平（Troje,    2008）。生物运动探测是指个体从噪音或其它刺激中识别生物运动的过程；生物运动知觉是指个体进一步识别动作类型的过程；生物运动解读是指个体识别生物运动所蕴含的情绪意图及身心状态等高级社会性信息的过程（Todorovaetal.,2019）。正常发展（typicallydeveloping,TD）个体从出生就表现出生物运动注意偏向（DiGiorgioetal.,2017;Nackaerts        etal.,2012），随年龄发展其加工机制逐渐趋于成熟（Hadadetal.,2011,2012），能够识别性别（Mather&Murdoch,1994）和身份特征（Loulaetal.,2005；Pollicketal.,2001）等高级社会性信息。
孤独症谱系障碍是一种广泛性神经发展障碍，其核心症状为社交障碍、兴趣狭窄和重复刻板行为（AmericanPsychiatricAssociation,2013）。生物运动加工障碍是其社交障碍的主要表现之一。近年来，研究者对ASD与TD个体在生物运动不同加工水平中存在的差异进行了多项元分析（Federicietal.,2020;Todorovaetal.,2019;vanderHallenetal.,2019）。vanderHallen等人（2019）考察了两者在整体运动（globalmotion）视觉加工的差异。结果发现，两者在整体运动加工方面存在普遍性的差异，并不只限于生物运动等社会性领域。这表明ASD个体在知觉整体运动模式方面存在领域一般性的普遍障碍。随后，Federici等人（2020）进一步对时间和空间等低水平感知特征在不同加工水平中的影响进行了元分析。结果发现，在任务需要个体从生物运动刺激中推断意图、动作和情绪等高水平社会性信息时，两者之间的差异最为显著。鉴于前述研究均未关注被试特征的影响作用，Todorova等人（2019）还考察了年龄、性别和智商对不同加工水平效应量大小和方向的影响作用。结果发现，两者在生物运动感知和解读两方面存在差异，但此差异随年龄增长呈减少趋势。
由此可见，ASD个体在高水平的知觉和解读方面存在障碍，而在低水平的探测方面是否存在障碍还尚无定论。鉴于已有元分析未能深入剖析实验设计对ASD个体生物运动探测的影响作用，因而本文聚焦于ASD个体生物运动的探测水平，梳理ASD个体在不同实验任务、不同刺激材料及不同观测指标下的生物运动探测能力。此外，已有神经研究一致证实ASD个体在生物运动探测中的神经激活存在异常。领域特殊性观点认为该障碍可能是基于后侧颞上沟功能异常的社会性功能障碍，也可能是基于镜像神经元功能异常的社会性功能障碍；领域一般性观点则认为该障碍可能是基于背侧视觉流功能异常的视运动知觉障碍，也可能是基于脑功能联结异常的弱中央统合障碍（Hadadetal.,2015）。据此，本文从研究范式、行为表现及潜在机制三个维度系统梳理相关研究，为后续研究提供新视角。

2ASD个体生物运动探测能力的研究范式

研究者通常呈现生物运动与非生物运动刺激，设置生物运动识别或方向探测任务，选取辨别力或感知阈作为测量指标，考察ASD个体生物运动探测能力。

2.1实验刺激类型

Johansson等人（1973）最早采用光点演示（pointlightdisplay,PLD）人类运动，将位于关节的白色光点呈现在黑色背景中，以排除情绪、身份等因素干扰个体对运动学信息的加工（Johansson,1973）。随后，刺激类型由人类扩展至猫、鸽子等生物（Rutherford&Troje,2012）。动作类型由行走拓展至跑步、跳跃、投掷（Nackaertsetal.,2012）。为了与生物运动进行比较，研究者通过不同方式破坏生物运动意义性与结构性，仅保留运动的协同性从而形成具有一致运动方向的协同运动作为对照刺激。例如，Saygin等人(2010)将生物运动刺激旋转180°,呈现倒置的生物运动刺激作为协同运动以考察ASD个体生物运动的探测能力（见图1a）。Annaz等人（2010）保留了生物运动中各个光点的运动轨迹，仅改变其初始位置从而形成混乱运动(Annazetal.,2010)。另一项研究与前述不同，不改变各个光点的初始位置，而改变其运动轨迹形成混乱运动(Rutherford&Troje,2012)（见图1b）。除上述研究呈现混乱运动刺激，Cusack等人（2015）将生物运动光点轨迹匀速化和直线化，破坏生物学运动特征从而形成机械运动刺激(Cusacketal.,2015)（见图1c），以考察ASD个体生物运动的探测能力。此外，还有研究呈现具有格式塔和协同性而不具有社会性意义的物体运动作为参照刺激，考察ASD个体对具有社会性意义的生物运动的探测能力。例如Weisberg等人（2014）引入了具有结构性的工具运动的PLD刺激考察ASD对个体对生物运动的识别能力(Weisbergetal.,2014)；而又有研究采用卡车运动的PLD刺激作为参照刺激考察ASD个体对生物运动的探测能力(Kaiseretal.,2010;Mooreetal.,1997)（见图1d）。为了控制个体采用局部光点轨迹探测运动学信息，还有研究者呈现人类肢体动画刺激比较自然和非自然运动（Chaminadeetal.,2015;Cooketal.,2009,2013;Edeyetal.,2019）。

2.2实验任务类型

研究者一般采用生物运动识别任务与方向探测任务考察生物运动探测能力。在识别任务中，研究者呈现生物运动与物体运动（Kaiseretal.,2010a;Mooreetal.,1997）、生物运动与机械运动（Cusacketal.,2015）或正置与倒置生物运动（Cusacketal.,2015），要求个体以按键的方式判断该刺激是否是生物运动。此外，呈现肢体动画刺激的研究则要求被试判断两个运动条件下谁更自然（Cooketal.,2009,2013;Edeyetal.,2019）。在方向识别任务中，研究者要求被试在不同噪声光点数量或运动向量分布范围下，通过按键判断方向（Herringtonetal.,2007;Koldewynetal.,2010,2011;McKayetal.,2012;Murphyetal.,2009;Rutherford&Troje,2012;Sayginetal.,2010）。

2.3测量指标类型

早期研究通常选取正确率考察ASD个体生物运动辨别力（Freitagetal.,2008;Herringtonetal.,2007;Krögeretal.,2014;Mooreetal.,1997;Nackaertsetal.,2012;Rutherford&Troje,2012;Weisbergetal.,2014;Wrightetal.,2014）。为了进一步排除个体随机按键的干扰作用，有研究者选取敏感度即正确率的Z分数与错误率的Z分数之差作为指标，考察ASD个体的生物运动识别能力（Alaertsetal.,2017;Annazetal.,2010）及方向探测能力（Murphyetal.,2009）。此外，为了考察ASD个体生物运动探测的感知阈，大量研究引入噪声光点数变量，以目标光点阈值（McKayetal.,2012）、信噪比阈值（目标光点与噪声光点比值）（Annazetal.,2010）、噪声光点阈值（在一定正确率范围内可忍受噪声光点的数量）（Cusacketal.,2015;Sayginetal.,2010）作为指标。此外，还有研究采用噪声光点运动方向一致性作为感知阈的测量指标。实验刺激为空心圆点演示行人，而实心圆点为噪音光点，如图2所示。噪音光点运动方向分布角度越小，噪音光点运动方向一致性越高，生物运动感知阈越高，感受性越低（Koldewynetal.,2010,2011）。而采用肢体动画刺激的研究则是以自然与非自然运动所占比值作为生物运动感知阈的测量指标（Cooketal.,2009,2013）。

3ASD个体生物运动探测的行为表现

关于ASD个体生物运动探测是否存在障碍，已有研究尚未达成一致。导致分歧的原因是实验任务以及测量指标存在差异。

3.1ASD个体生物运动识别的行为研究证据

在识别任务中，当研究者选取正确率作为辨别力的测量指标时，ASD个体表现正常；当研究者选取敏感度作为辨别力的测验指标时，却得出相反结论；而以感知阈作为测量指标的研究相对较少且存在分歧。

3.1.1ASD个体生物运动识别的辨别力
在识别任务中，大部分以正确率为测量指标的研究证实，ASD个体区分生物运动与混乱运动（Freitagetal.,2008;Krögeretal.,2014;Rutherford&Troje,2012）及生物运动与物体运动（Mooreetal.,1997;Weisbergetal.,2014;Wrightetal.,2014）的能力与TD个体不存在差异。仅Nackaerts等人（2012）以正确率作为因变量同时引入性别、动作、情绪和视角等自变量的研究发现ASD个体生物运动识别能力受损。造成差异的原因可能是该研究引入了含有高水平社会信息的情绪状态，从而导致ASD个体识别生物运动的能力降低。
然而，在采用敏感度作为测量指标的研究中，ASD个体区分生物运动与混乱运动的能力与TD个体存在差异（Alaertsetal.,2017;Annazetal.,2010;Blakeetal.,2003;Kaiseretal.,2010a）。此外，引入动作类型及噪声光点变量的研究也支持了上述结论（Kaiseretal.,2010a）。综上，以敏感度为指标的研究中，ASD个体生物运动识别能力异常，而多数以正确率为指标的研究中，ASD个体生物运动识别能力正常。这可能是由于正确率未控制随机按键导致的误差，因此与敏感度相比，正确率的鉴别力较低。3.1.2ASD个体生物运动识别的感知阈另有两项研究采用生物运动识别任务，呈现不同数量的噪声光点，要求被试区分生物运动与混乱运动或生物运动与机械运动，以信噪比阈值（Jonesetal.,2011）或噪声光点阈值（Cusacketal.,2015）为指标，考察ASD青少年生物运动识别的感知阈。结果显示，ASD青少年不存在生物运动探测障碍。然而，另一项给5~12岁儿童呈现相同刺激以信噪比阈值为指标的研究却出现相悖结果（Annazetal.,2010）。ASD个体可能随年龄发展形成一套补偿机制导致童年期后行为表现正常，因而年龄差异可能导致上述差异。
另有研究呈现动画刺激，采用生物运动识别任务，以自然运动信噪比阈值为指标，考察ASD个体的生物运动探测能力。结果表明，ASD个体区分自然与非自然运动的能力与TD个体相比不存在差异（Edeyetal.,2019）。然而，Cook等人（2009,2013）的研究采用上述刺激，以信噪比阈值为指标进行了另一项研究。结果却表明，ASD个体区分自然与非自然运动的能力存在障碍。导致结果存在差异的原因可能是肢体运动的来源不同。Cook等人（2009,2013）呈现计算公式模拟生成的肢体运动，而Edey等人（2019）呈现真实肢体运动。

3.2ASD个体生物运动方向探测的行为研究证据

在方向探测任务中，当选取正确率和敏感度等辨别力指标，或噪音光点阈值和目标光点阈值等感知阈指标时，研究结果一致证实ASD个体表现正常。然而，当研究者选取噪音光点运动向量分布范围作为感知阈指标时，研究结果显示ASD个体表现异常。

3.2.1ASD个体生物运动方向探测的辨别力
研究者采用正确率和敏感度两类指标为因变量考察ASD个体生物运动方向探测的辨别力。以正确率为指标的研究结果显示，ASD个体生物运动方向探测能力正常（Herringtonetal.,2007;Rutherford&Troje,2012）。另有同样采用上述实验任务以敏感度为指标考察ASD个体生物运动方向探测能力的研究亦发现一致结果（Murphyetal.,2009）。上述研究表明，无论以正确率还是敏感度作为测量指标，ASD个体生物运动方向探测能力并未受损。
3.2.2ASD个体生物运动方向探测的感知阈
研究者利用目标光点阈值、噪声光点阈值和噪声光点向量分布阈值三类指标为因变量考察ASD个体生物运动方向探测的感知阈。以目标光点阈值为因变量的研究结果显示，ASD个体判断生物运动行进方向的能力正常（McKayetal.,2012）。此外，以噪声光点阈值为因变量的研究结果显示，ASD个体在生物运动、结构性物体运动及倒置生物运动条件下运动方向探测能力均未受损（Sayginetal.,2010）。然而，以噪声光点运动向量分布范围阈值为因变量的研究结果却表明，ASD个体生物运动方向探测能力与TD个体相比存在差异（Koldewynetal.,2010,2011）。已有研究结果存在差异的原因可能是相较于其它研究操纵噪声光点数量，Koldewyn等人（2010,2011）在大量噪音光点存在的前提条件下进一步增加噪声光点运动向量分布角度变量，导致生物运动方向探测的难度增加。

4ASD个体探测生物运动的潜在机制

功能核磁共振成像（functionalmagneticresonanceimagine,fMRI）研究表明，ASD个体生物运动探测行为正常，但其潜在的神经机制异常。关于其潜在机制，领域特殊性的观点认为可能是基于后侧颞上沟功能异常或镜像神经元功能异常的社会性功能障碍，而领域一般性的观点认为可能是基于背侧视觉流功能异常的视运动知觉障碍或是基于脑功能联结异常的弱中央统合障碍。

4.1领域特殊性社会性功能障碍

4.1.1基于后侧颞上沟功能异常的社会性功能障碍

已有研究表明，TD个体感知生物运动时，后侧颞上沟（posteriorregionofthesuperiortemporalsulcus,pSTS）发挥重要作用（Grossmanetal.,2000），且随个体发展对社会性生物运动的激活逐渐增强，而对非社会性物体运动的激活逐渐减弱（Pelphrey&Carter,2008）。然而，有研究证实ASD个体在感知生物运动时，pSTS激活水平显著低于TD个体（Freitagetal.,2008;Herringtonetal.,2007;Kaiseretal.,2010b;Koldewynetal.,2011;McKayetal.,2012）。例如，一项研究呈现生物运动与混乱运动，要求被试完成生物运动识别任务。结果显示，与TD个体相比，ASD个体临近颞上沟（STS）的右颞中回激活水平较低（Freitagetal.,2008）。在另一项要求被试自由观看生物运动的研究中，与TD个体相比，ASD个体在包括右后侧颞上沟在内的右侧杏仁核、腹内侧前额叶、左侧腹外侧前额叶和双侧梭状回等社会脑区激活水平降低。相关分析进一步发现，ASD组的社交障碍程度和右后侧颞上沟的激活程度呈显著负相关。上述研究表明，ASD个体加工生物运动的特定区域存在结构异常与功能失调（Kaiseretal.,2010b）。
鉴于前述研究均采用外显探测任务，一项研究同时采用外显与内隐探测任务考察ASD个体生物运动与混乱运动知觉的神经激活模式（Alaertsetal.,2017）。内隐探测任务要求被试在生物运动与混乱运动条件下快速判断是否存在颜色变化的点。Alaerts加入这种非社会性的任务旨在考察非社会性任务是否同样能够有效激活pSTS。结果表明，两组被试的pSTS在感知生物运动时相较于混乱运动均更为活跃，但TD组在该脑区的激活水平比ASD组更高。相对于内隐探测任务，TD组的pSTS在外显探测任务中对生物运动表现出更高的激活水平，而ASD组在两个任务中无差异（Alaertsetal.,2017）。上述研究表明，后侧颞上沟功能异常可能导致ASD个体生物运动探测障碍。

4.1.2基于镜像神经元功能异常的社会性功能障碍
已有研究证实，分布在额下回、顶下叶和后侧颞上沟（pSTS）神经回路中的镜像神经元网络（mirrorneuronnetwork，MNN）与观察、理解和模仿他人的行为密切相关（Burns,2006;Rizzolatti&Sinigaglia,2010）。因此，Kaiser和Shiffrar（2009）认为MNN功能异常可能是ASD个体生物运动加工障碍的另一个因素。研究者们一般采用mu抑制指数（mu-suppressionindex,MSI）作为评估人类镜像神经元活动的观测指标（Foxetal.,2016）。ASD个体在执行和观察（Obermanetal.,2005；Raymaekersetal.,2009）或模仿（Bernieretal.,2013）动作时表现出mu抑制反应减少。在生物运动探测水平上，Minichino等人（2016）呈现光点演示刺激考察ASD个体在观察生物运动时MNN是否存在激活异常。结果显示，相对于健康个体而言，ASD个体与早期精神病患者一样对生物运动表现出更少的mu抑制反应。由此可见，MNN功能异常可能导致ASD个体在生物运动探测中表现出障碍。

4.2领域一般性感知觉加工障碍

4.2.1基于背侧视觉流功能异常的视运动知觉障碍人类视觉系统由两条通路组成，即腹侧视觉流
和背侧视觉流（Goodale&Milner,1992）。前者负责细节、静态形状和颜色知觉的加工，后者负责感知、理解运动刺激和定位物体（Trevarthen,1968）。对于TD个体而言，生物运动探测是一种具有社会性意义的完形整合任务，通常需要背侧视觉流通路的参与（Cowey&Vaina,2000）。因此，有研究者提出ASD个体生物运动探测障碍可能与背侧视觉流通路异常有关。有研究者呈现生物运动、协同运动及形式运动，分别以敏感度（Blakeetal.,2003）或信噪比阈值（Annazetal.,2010）为指标，考察ASD个体运动方向识别能力。结果表明，ASD个体在三种运动条件下与TD个体相比均存在差异。由此可见，ASD个体的运动知觉障碍不只限于社会性领域中的生物运动。因此，研究者推测ASD个体生物运动探测障碍可能是由于背侧视觉流功能异常引起的领域一般性的视运动知觉障碍所致。
为澄清ASD个体是否是由于视运动知觉障碍导致生物运动知觉障碍，Koldewyn等人（2011）呈现协同运动与生物运动考察ASD个体方向探测的神经激活反应。结果表明，两组青少年加工生物运动的脑区存在差异：TD青少年更倾向于运用顶内沟，背外侧前额叶皮层和后侧颞上沟等大脑皮层；而ASD青少年更倾向运用下颞叶皮层；与TD青少年相比，ASD青少年后侧颞上沟、顶叶和额叶激活水平降低。两组的颞叶中部第五视觉区域（middletemporalvisualarea5/，MT+/V5）激活水平在协同运动和生物运动知觉任务中相似且能够预测两组协同运动探测阈值，然而pSTS的激活水平能够预测TD组但却不能预测ASD组的生物运动探测阈值。该结果表明ASD个体的生物运动探测障碍不是源于低水平的视运动知觉障碍而是源于高水平的社会性认知缺陷（Koldewynetal.,2011）。

4.2.2基于脑皮层功能联结异常的弱中央统合障碍
格式塔学派认为，ASD个体生物运动探测受损是由于对结构性物体的整体加工存在障碍，但单个光点运动学信息探测完好（Happé&Frith,2006）。目前，关于ASD个体弱中央统合障碍的神经机制尚不明确。但有研究推测，这种障碍可能源于大脑右半球负责视觉刺激的注意加工机制在ASD个体中受损，导致脑皮层功能联结异常（Lambetal.,1990）。一项要求被试区分生物运动与混乱运动的研究结果显示，ASD个体在右侧梭状回的外侧区域（包括梭状回面孔区）与后侧颞上沟、杏仁核等区域的功能联结异常（Wrightetal.,2014）。另一项研究采用外显探测任务与内隐探测任务考察ASD个体区分生物运动与混乱运动的能力。通过对右侧颞上沟的有效功能连接进行分析发现，相对于TD组，ASD组在外显探测任务中，右侧颞上沟（STS）与内侧前额叶皮质的功能连接较弱（Alaertsetal.,2017）。此外，还有一项研究以信噪比为变量，向被试呈现生物运动与混乱运动，要求被试进行方向判断。结果表明，两组被试的大脑工作机制有所不同。TD个体利用从颞叶向顶叶传递信息的单一神经网络，而ASD个体利用以右侧梭状回为核心包括右侧枕下回、海马旁回和舌回在内的形状选择区和以右侧颞中回为核心的包括右侧枕中回和左侧楔前叶在内的运动敏感区两个不同的神经网络（McKayetal.,2012）。

5总结与展望

综上所述，ASD个体生物运动探测在行为水平上是否存在障碍尚存分歧，在何种任务中采用何种指标，ASD个体将表现出生物运动探测障碍尚不明确；而神经研究则发现，ASD个体探测生物运动的潜在神经机制与TD个体相比存在异常。关于该障碍的潜在机制，目前仍存在领域一般性的视运动知觉障碍或弱中央统合障碍与领域特殊性的社会性功能异常之间的理论分歧。鉴于此，未来研究可从以下两个方面进行深入探究：

5.1澄清ASD个体生物运动探测障碍的表现特征

关于ASD个体生物运动探测是否存在障碍的行为研究尚存分歧，造成差异的原因可能是任务类型及观测指标存在差异。在方向探测任务中，无论考察辨别力还是感知阈，无论选取何种测量指标，大部分研究均表明ASD个体具备正常的生物运动方向探测能力。在生物运动识别任务中，大部分选取正确率作为测量指标的研究表明ASD个体具有正常的生物运动探测能力，然而选取敏感度作为测量指标的大部分研究结果却得出相反的结论。在生物运动方向探测任务中，ASD个体可以依据局部光点运动学信息完成方向探测任务，无需感知生物运动的协同性、结构性和意义性，因而表现正常。然而，生物运动识别任务则要求被试通过感知生物运动的协同性和结构性进而感知意义性，因而当研究选取鉴别力更高的敏感度作为测量指标时，ASD个体便表现出障碍。因此为了澄清上述分歧，未来研究可同时考察生物运动识别和方向探测任务，同时选取正确率和敏感度作为指标，考察ASD个体的生物运动探测能力。

5.2探明ASD个体生物运动探测障碍的潜在机制

关于该障碍的潜在机制，当前存在四种理论解释，即基于后侧颞上沟功能异常或镜像神经元功能异常的社会性功能障碍、基于背侧视觉流功能异常的视运动知觉障碍以及基于脑功能联结异常的弱中央统合障碍。ASD个体到底是不能获取生物运动的社会意义性呢，还是不能知觉运动协同性，亦或是不能形成完形格式塔呢？未来研究应运用fMRI技术，呈现具有协同性、格式塔以及意义性的生物运动、具有协同性和格式塔的物体运动以及仅具有协同性的倒置生物运动，考察ASD个体对三类运动方向的探测能力及神经激活模式，以期澄清上述理论分歧。若ASD个体在三种运动中均表现出障碍，则表明该障碍是基于领域一般性的视运动知觉障碍；若ASD个体在生物运动和物体运动中表现出障碍，则表明该障碍是基于领域一般性的弱中央统合障碍；若ASD儿童仅在生物运动中表现出障碍，则表明该障碍是基于领域特殊性的社会性功能障碍。

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