自闭症儿童面部表情识别缺损的内在机制*

毋嫘①②③李昕雨①②张凯帆①②杨雨馨①②赵晨光①②
①教育部人文社会科学重点研究基地天津师范大学心理与行为研究院（天津）300387E-mail:wulei1983@126.com②天津师范大学心理学部③学生心理发展与学习天津市高校社会科学实验室

*基金项目：天津市哲学社会科学规划一般项目（编号：TJJXQN18-005)

【摘要】在社会交往中，对他人的面部表情的识别和理解是一项基本能力，但是自闭症儿童在对他人的面部识别方面有缺陷，因而他们很难进行社会交往。对于自闭症儿童面部表情识别缺陷现有的理论解释有：心理理论缺损说、社交动机缺乏说、脑部加工机制异常说等。但是至今还没有找到自闭症儿童面部表情缺陷的真正原因和内在机制。在此主要讨论自闭症儿童面部表情缺陷的内在机制、现有研究的结果和各个研究结果差异的背后原理。
【关键词】自闭症儿童；面部表情；识别缺陷；内在机制

1自闭症面部表情识别缺损

1.1自闭症

自闭症谱系障碍(AutismSpectrumDisorder,ASD)是一种神经发育障碍，ASD患者的特点是在社交和互动方面存在障碍，并伴有限制性和重复性的行为和兴趣模式[1]。美国国家疾病预防与控制中心(CentersforDiseaseControlandPrevention,CDC)2014年的数据显示：每68名新生儿中，就有1名患有自闭症[2]。
2011年1月26日，美国精神医学学会(Ameri-canPsychiatricAssociation,APA)在DSM-V修订官方网站上公布了最新的自闭症谱系障碍诊断标准草案，具体描述如下：自闭症谱系障碍必须满足以下A、B、C、D4项标准[3]:A在社会性交往方面存在缺陷，这些缺陷具有一定的持续性，且并非由于普遍发展障碍所致；B表现出局限的、重复性的行为、兴趣以及活动；C症状必须出现于童年早期（但也可能由于个体的社会性需求尚未达到权限水平，而使症状无法全部表现）；D症状导致个体日常功能受限或损伤[4]。随后在2013年发布的《精神障碍诊断与统计手册（第五版）》(Diagnosticandstatisticalmanualofmentaldisorders,DSM-5)将自闭症的基本症状界定为：社交沟通和社交互动的持续损害，受限、重复的行为、兴趣或活动模式。

1.2自闭症儿童面部识别缺陷

正确识别和解释面孔对于社会互动至关重要，因为面孔包含大量关于与之交流人的身份、情感、意图和身体状态的信息[5]。但与正常儿童相比自闭症儿童整体面部识别能力较差，注意方式异常，存在普遍的情绪识别障碍问题。普通人在进行面部表情识别时，能把复杂的面部刺激看成一个整体并且可以较好的识别由信念和愿望等引发的复杂的面部表情，但自闭症人群在这些方面存在明显的缺陷，使用和理解人脸传达的信息的困难可能代表了自闭症的核心缺陷[6]。
Sarah等人的研究发现，患有自闭症的成年人对动态面部表情的处理能力和移情能力要差于对静态面部表情的处理能力和移情能力[7]。陈顺森等人的研究，为了考察自闭症儿童在有背景的条件下对面部的觉察和加工情况，设计了实验组为14名7~10岁自闭症儿童、对照组为20名同年龄正常儿童的眼动实验任务。结果表明自闭症儿童对不同情绪面部的觉察时间都显著长于正常儿童；且自闭症儿童对三类（积极、消极、中性）情绪面部特征区的注意分配方式是相似的；自闭症儿童在辨认不同面部表情时，用时都长于正常儿童，而对不同面部表情的加工时间却低于正常儿童[8]。

1.3自闭症儿童面部识别缺陷的假设

眼睛威胁焦虑假设认为自闭症患者是将目光接触视为社会性威胁，与他人目光接触自闭症患者的高度生理唤起和焦虑；因此逃避与他人目光接触是一种适应性行为，在嘴部的注视上与普通人相同。Spezio等人的研究发现，患有自闭症的成年人没有利用面部的眼睛区域的信息，而是主要依赖于嘴巴的信息。面部凝视是对嘴巴依赖程度增加的原因，也是眼睛信息使用不足的部分原因[9]。郝艳斌等人用元分析的方法发现，自闭症患者将眼睛视为威胁刺激，因此比普通人更少注视眼睛，但是在注视嘴部上仅自闭症儿童出现了更多注视嘴部的现象，此研究支持了眼睛威胁焦虑假设[10]。自闭症儿童从眼睛区域获得社会信息的能力非常有限（例如，识别情绪），并认为来自这一区域的信息没有意义。社会信息，如识别面孔和情绪，主要是通过嘴巴获得。由于这个原因，自闭症儿童比一般儿童少看眼睛，多看嘴巴。
快速加工缺陷假设认为自闭症儿童面部识别缺陷的原因是，对自闭症儿童来说周围的生物，社会和物理世界往往发展运动的太快，所以不能被他们及时面对或处理[11]。Lainé等人的研究发现，当要求自闭症儿童模仿电视上呈现的动作时，放慢动作呈现的速度可以显著改善自闭症儿童的模仿表现，即慢速的动作更有利于自闭症儿童理解和识别这些动作的意义[12]。Gepner等人的一项眼动研究让自闭症儿童观看了说话者以不同速度讲故事的视频，结果表明当说话者以更慢的速度讲故事时，自闭症儿童会对面部的注视时间更久[13]。
以上研究均表明自闭症儿童面部识别具有缺陷，所以认识及分析缺陷的内在机制可以对自闭症儿童面部表情识别这一领域具有较高理论意义和实践价值。

2自闭症儿童面部表情识别缺陷的内在机制

2.1心理理论缺损说

心理理论ToM(TheoryofMind)在构成社交技能的关键方面起到重要作用，是指个体能从外在表现去构思他人的心理状态，即能推测他人所思所想、感觉等[14]。心理理论的发展分为5个阶段：①不同的愿望(diversedesires,DD;儿童判断两个人对同一个物体有不同的愿望，例如，一个喜欢西兰花，另一个不喜欢）；②不同的、潜在的真实信念(di-versebeliefs,DB;儿童判断两个人对同一物体有不同的信念，当儿童不知道哪个信念是真是假时，例如，一个人认为被遮挡的盒子装的是汽车，另一个人认为它装的是球）；③获取的知识不同(knowledgeaccess,KA;当儿童知道容器里有什么时，儿童就会判断另一个人对容器里的东西一无所知，例如，孩子知道抽屉里藏着一只玩具狗，但他们会判断另一个从未见过里面的人不知道里面有什么）；④错误的信念(falsebelief,FB;当孩子知道一个独特的容器里有什么时，孩子可以判断另一个人会对该容器产生的错误看法，例如，孩子知道一个熟悉的创可贴盒子里有一辆卡车，但可以判断从未见过里面的其他人会认为里面有创可贴）；⑤隐藏的情绪(hiddenemo-tion,HE;儿童判断一个人可以表现出和自己真实情感不同的情感，例如，角色感到悲伤，但在他的脸上看起来很高兴）[15]。自闭症儿童对错误信念的理解明显延迟，这导致了自闭症的心理理论缺陷假说[16]。心理理论缺损说认为，自闭症儿童在觉察他人的心理状态（诸如信念、愿望、意图等）及心理状态与行为间的联系等方面存在缺损。已有大量研究表明自闭症儿童在各种ToM任务上均表现出不同程度的困难，这些任务可能涉及心理状态认识的多方面，比如心理－物理现象的区分、错误信念认识、关于辨识某个人在思考时的面部表情、对意图的检测、关于欺骗的认识、理解讽刺或比喻等[17]。关于心理理论缺损有两种假说：先天模块缺损假说和反先天模块缺损假说。

2.1.1先天模块缺损假说先天模块论是认知神经科学的一个核心观点，如Lelise认为正常人的大脑中可能存在某一特定区域，特异性地负责关于心理状态的理解，而自闭症患者的这个脑区存在缺损，他提出这可能是一种模块化结构，并用术语“ToM机制”(theoryofmindmechanism)加以称谓[18]。Egeth等人[19]表明ToM具有类似语言发展的特殊领域性，有着先天能力基础并表现为一种特别的模块结构，从认知中分离出来只对心理状态进行表征。Perra等人认为，负责动机和认知的脑部区域可能不负责心理理论[20]。然而这种假说并不能很好地解释自闭症中其他的一些临床特征，包括兴趣范围受限、死记硬背方面的出色表现和对细节的密切关注[21]。

2.1.2反先天模块缺损假说反先天模块缺损假说包含执行功能障碍观、后天环境阻碍观、最低限度先天模块观[22]。执行功能(executivefunction)是指个体有意识的和有效的控制思维与行为的一系列高级认知功能。一个完整的执行系统至少应该包括下列几项执行功能能力：工作记忆、计划、抑制优势反应、控制冲动、致力于有组织的搜索和心理灵活性。执行功能障碍观认为自闭症儿童ToM能力缺损是由于执行能力缺陷造成的[23]。大多数微观发生学和追踪研究结果表明，执行功能是ToM能力发展的前提或促进因素，它是其产生的必备条件[24]。研究表明，自闭症儿童的执行功能各成分存在不同程度的障碍，其中多数研究集中于定式转换和计划方面。Pellicano等人进行的一项为期5年半的纵向研究表明，自闭症儿童早期的执行功能对其后期的ToM能力有良好的预测作用[25]。
后天环境阻碍观不认同自闭症儿童的ToM能力由遗传因素决定且后天不再发展，该观点认为自闭症儿童的ToM能力缺损只是暂时的，在后天还可以通过外部环境进行学习来缓慢发展[26]。Ken-ny等人对自闭症儿童进行了一项为期12年的追踪研究，结果发现儿童期的心理理论能力并不能预测长大后的认知技能[27],这可能与自闭症儿童的心理理论能力也在不断发展，只不过比正常慢有关；对自闭症儿童进行专门的ToM训练可以增强ToM能力发展，只不过发展速度比同龄正常儿童速度慢[28]。有研究发现自闭症儿童家庭中会较少运用描述心理状态的词语和语言，这也表明自闭症儿童可能缺少学习表达和识别自己和他人情绪心理状态的后天环境，这种环境可能使自闭症儿童ToM能力发展受阻。
最低限度先天模块观认为自闭症由先天和很大程度上的后天因素共同决定[22]。Baron-Cohen认为存在一些先天的低水平知觉机制，这些机制通过抽取相关的社会信息为ToM发展提供关键性输入。他的模型并没有假定ToM机制以某种完整的先天模块方式出现，而是极大地弱化关于它的先天性假设，不过仍然假定存在一些先天社会信息加工机制。Tager-Flusberg将心理理论分为两个成分：社会知觉成分和社会认知成分。社会知觉成分是指通过言语、面部表情等外在表现来推测情绪和心理状态，社会认知成分则是指把不同信息以及不同时间进行整理统一，从而推测情绪和心理状态的发展[29]。结果表明，具有高言语水平和逻辑推理水平的自闭症儿童在各项有关实验中表现更好，而言语能力和逻辑推理能力主要在后天进行培养和发展，因此Tager-Flusberg也将大部分的影响归为后天环境影响。

2.1.3碎镜神经元理论镜像神经元(mirrorneu-rons,MN)是一组位于大脑皮层的功能性神经元，在动作执行过程中以及在观察执行动作的过程中都被激活。它们之所以被叫做镜像神经元，是因为它们能够反映行为模式，使观察者能够对观察到的动作序列背后的意图进行编码，并能够进一步模仿它们[30]。这组神经元主要分布在额叶下部皮质、运动前皮质、辅助运动区、初级躯体感觉皮层和顶下部皮质，并被假设与灵长类和人类的社会能力和技能（包括模仿、同理心、汤姆和语言发展）直接相关[31]。大量研究表明自闭症儿童在上述所有领域都表现出损害，这表明自闭症儿童的镜像神经元系统功能障碍[32]。
Cole等人用经颅磁刺激(TMS)和脑电图(EEG)结合研究患有自闭症的年轻人在进行意向性思维任务时对MN的激活情况，以检测异常镜像神经元活动与自闭症特征之间可能存在的联系。他们的脑电图结果显示，在意向性思维任务中，具有高度自闭症特征的参与者右半球的肌肉抑制水平较低。来自TMS的数据显示，在意向性思维任务中，自闭症患者在右半球的镜像神经元的链接较差。Cole等人将ASD患者右半球的镜像神经元激活较差归因于镜像神经元之间的异常连接以及从行动中产生的意图的心智化过程，这与自闭症的ToM受损理论是一致的[33]。

2.1.4EP-M模型和STORM模型在碎镜神经元理论的基础上，有研究者认为自闭症患者的镜像神经元并不是完全受损[34-35],从而提出了EP-M模型和STORM模型。
EP-M模型的一个主要原则是，自闭症的行为 困难和优势模式，特别是在模仿能力方面，并不支持镜像神经元完全受损。相反，模仿行为是由3个节点，即额下回(IFG)、顶下叶(IPL)和中颞回(MTG),以及它们之间的3条路径来服务的。所有动作的处理都从颞中回开始，它提取观察到的动作的视觉运动特征（如手的运动）。然后，剩下的路径是基于该动作是否是目标导向的。对于有目标的动作，信息将通过模拟路径(E-路径）从MTG发送到IPL。然后，IPL处理该动作的抽象目标（例如，抓起杯子喝水）。然后，这一目标信息通过规划(P)途径传递给IFG,在那里制定动作执行的运动特征。如果要模仿的动作不是以目标为导向的，则由模仿路线(M-route)提供服务，这是MTG和IFG之间的直接路线，它提供了观察到的动作的视觉特征和运动表征之间的直接联系，可以自动模仿观察到的动作序列。根据EP-M模型，自闭症患者的模仿路线(M-route)受损[36]。
STORM模型提出，自闭症症状源于镜像神经元系统自上而下调节的异常，而不是镜像神经元系统本身的异常。在正常个体中，镜像神经元系统处理已执行或已观察到的行动的视觉－运动属性，而内侧前额叶皮层(mPFC)将这些行动的社会意义强加给镜像神经元系统。例如，观察某人举起他们的手臂，会根据他们是在讲课还是在超市而被不同地处理。这种自上而下的调节被认为在自闭症患者中减少，导致利用观察到的行动的社会意义的能力受损，但模仿行动的能力正常（通过视觉－运动整合）[35]。

2.2社交动机缺乏说

该理论认为自闭症儿童缺少与他人建立联系以及了解他人情绪和心理状态的社会动机，不能做与情境相匹配的事情[37]。有研究表明，自闭症儿童比同龄正常儿童注视面部的时间短，主要体现在自闭症儿童对眼部的注意时间短，这就说明患病儿童避免和他人进行眼神交流，体现了自闭症儿童在社交方面的不主动，进而可知自闭症儿童社交动机缺乏[10]。自闭症儿童对他人与之的互动表现得冷漠消极，对言语表达中语气语调和面部表情的变化不敏感，因而不能正确识别出他人的情绪和心理状态。有研究表明，自闭症患者在社会交往动机缺乏的环境之下更多关注与人无关的线索。这种缺乏交往兴趣造成了自闭症儿童面孔情绪辨别能力的缺陷[38]。2.3脑部加工机制异常说面孔识别的神经系统分为两个部分：一个是作为人脸视觉分析基础的核心系统，包括枕回、颞上沟(STS)和FFA;另一个是“更广泛”的系统，其中有不同的大脑区域，如杏仁核、大脑边缘系统，脑岛，前颞叶皮层，以更复杂的方式处理信息[39]。
脑部加工机制异常说认为，自闭症儿童面部表情识别障碍源于大脑不同区域活动的异常和大脑不同功能之间连接的异常[40]。对自闭症患者的静息态的EEG研究表明，脑电波的频率改变呈U型，低频和高频段的频率均高于常人，功能连接异常，大脑左半球的频率增强[41]。利用事件相关电位(ERPS)研究发现，自闭症儿童面孔表情识别障碍最主要N170和P100有关[42]。Webb等人的研究发现在3到4岁和3到6岁的自闭症儿童中，在面孔和物体感知任务中，与对照组相比，N170潜伏期更长，波幅更小[43]。Naumann等人以自闭症青少年为研究对象，使用穆尼脸(Mooneyface)为实验材料，发现自闭症青少年与正常青少年相比其P1的潜伏期变长，但P1和N170却没有显著差异[44]。Tye等人的研究发现与愤怒面孔相比，自闭症儿童对中性面孔的N170潜伏期更短，对恐惧表情的N170潜伏期更长。此外，与正常儿童对照组相比，自闭症儿童在快乐、愤怒、恐惧和厌恶表情上的N170振幅降低[45]。Vlamings等人假设高空间频率代表了有处理局部细节信息的能力，而低空间频率则与全局模式的处理相关，在3~4岁ASD儿童中，高空间频率的恐惧面孔比中性面孔诱发更大的P100波幅。相反，智商匹配的TD对照组儿童对中性面孔表现出更大的P100振幅，而对低空间频率的恐惧面孔表现出更大的P100振幅[46]。同时，Bernier等人的研究结果表明，自闭症儿童对不同类型表情所反应出的N300也存在异常[47]。以上研究结果存在差异的原因可能是使用的被试是不同年龄阶段的自闭症儿童。此外自闭症儿童面孔识别障碍还与P200、N300、P300和P500、N400、P400、负慢波(NSW)、N290和Nc有关[48-49]
利用功能性磁共振成像(fMRI)技术发现，自闭症儿童面部表情的识别缺陷和杏仁核、扣带回和梭状回等区域的异常和低激活程度有关，杏仁核和扣带回是影响自闭症儿童面部表情识别的两个重要的脑区。杏仁核在情绪唤醒中起着关键作用，依据环境刺激的重要性进行分配，调节视觉反馈相应的信息[50],研究发现，杏仁核的异常会影响对情绪的判断，杏仁核功能异常时，自闭症儿童会缺少对眼睛的注视，Joseph等人的研究发现在自闭症儿童中，面部专业化程度最低，但右侧梭状回随着年龄的增长而增加，而左杏仁核随着年龄的增长而减少，这表明额叶－杏仁核－梭形系统的非典型发展与处理面部信息密切相关[51]。Jeffrey等人的研究发现，自闭症个体的扣带回总体积比正常人相比是有所减少的[52]。Morita等人利用核磁对自闭症患者的自我面孔识别进行研究，发现自闭症患者在后扣带回皮质(PCC)表现出相对较低的自我相关活动。对自我面孔图像的右侧岛叶的(IC)活动减少与认知评估和对自我面孔图像的情感反应之间的弱耦合有关。PCC负责自我参照加工，IC在情绪体验中起作用。这些区域的功能障碍可能导致自闭症患者缺乏自我反省的自我意识行为[53]。Munson等人用核磁的研究发现自闭症儿童在3、4岁时，右侧杏仁核体积越大，社交和沟通障碍越严重。即使在控制了智商和大脑总容量之后，较大的右杏仁核体积也预示着自闭症儿童在6岁时会有较差的社交和沟通能力[54]。此外，主要对面部进行加工处理的脑区是梭状回，但在对面部表情进行辨识时，自闭症患者的梭状回激活程度明显低于正常人。因而，杏仁核、扣带回、梭状回等脑区的损伤严重影响了自闭症儿童辨别面孔表情的能力。

3自闭症儿童面部表情识别研究的评述

3.1关于心理理论缺损的交互作用机制

现有的许多研究已证明自闭症儿童具有足够的学习能力，其ToM很可能会随着后天习得经验和教育训练的丰富逐渐发展，也就是说在肯定ToM存在某种先天特异性缺损的前提下，后天良好的训练对ToM发展具有积极的决定性影响。先天模块为日后ToM的形成奠定基础，反先天模块提供必要的发展条件。但对于先天模块与反先天模块交互作用的内在机制很少有研究深入涉及，比如关于儿童先天的ToM缺陷是如何能够在社会以及教育的影响下进行补偿或者改善的？那么后天习得经验在多大程度上会影响ToM的发展？又是以何种方式影响的？以上问题还都有待更多研究来解释证明。

3.2影响自闭症儿童心理理论的外部因素探究

3.2.1家庭环境自闭症儿童在家庭环境中度过生活中大部分时间，但其所处的家庭环境可能有弊端。第一，缺失安全依恋对自闭症儿童的发展产生负面影响；第二，亲子之间缺乏有关心理状态的沟通；第三，游戏水平较低，而游戏是心理理论发展的起点[55]。
3.2.2同伴关系同伴接纳也是心理理论的重要影响因素。自闭症儿童的社会性缺陷之一是同伴关系难以得到维系和发展，缺乏社会交往和情感互动[56],高功能自闭症儿童即使能够掌握高级心理理论原则，却仍不能将其应用于社会交往中[57]。高接纳性儿童社会交往频度更高，其心理理论在同伴互动中会更好地发展。由于许多养育者和教师逐渐放弃引导自闭症儿童建立同伴关系，而且我国目前未建立起相对完善的融合教育体系和社会支持体系，多数自闭症患者从幼儿时期便缺乏与同龄非自闭症群体相处的机会，心理理论的发展因此更加迟缓[58]。研究表明，干预措施可以缓和自闭症儿童的同伴关系[59],营造融洽的同辈交往氛围是改善自闭症儿童心理理论的有效途径之一。

3.3认知神经科学的研究

神经心理学研究发现，面部识别能力由梭状回（枕颞叶内侧回）中部内侧出现的一小块皮质区所控制（梭形的面部区，Fusiformfacearea,FFA),自闭症在对面孔进行区分时FFA部位激活水平更低，对情绪性面孔知觉时杏仁核激活水平也较低。这两个部位的病理缺陷，会影响到自闭症儿童的社交技能[60]。研究也指出，杏仁核对社会知觉和认知起着核心作用[61],面部识别方面异常可能根源于杏仁核信号系统的发育问题。因此在以后研究中，为进一步了解自闭症儿童面部识别能力缺损的机制，有必要加强认知科学方面的研究。

3.4缺少对成因的纵向比较研究

现有研究大多采用横向研究探讨自闭症儿童面部表情识别缺损的成因，但横向研究只能得出被试在特定阶段的状态，而儿童的成长多变且快速，所以自闭症儿童的不同成长阶段都应成为研究重点，这就需要进行纵向研究比较，（例如上文提到的Tager以及EPellicano的纵向研究证明了自闭症儿童的执行功能障碍[62])为以后完善自闭症的治疗手段提供理论支撑。

3.5自闭症儿童的内部差异问题

过去研究大多比较自闭症儿童与正常儿童面部表情识别的异同点，总结自闭症儿童面部表情识别障碍的成因及特征。但自闭症谱系障碍是一个连续体，包括自闭症、阿斯伯格症候群和待分类的广泛性发育障碍等，每个自闭症儿童的先天患病条件以及后天生活环境都存在差异，这就可能导致结果不同。已有研究发现，高功能自闭症个体对面孔基本情绪类型的区分能力与正常儿童相似。此外，自闭症的临床表现还存在性别差异。因此，一种理论或者机制无法解释所有患者，今后研究不仅要比较自闭症患者与正常儿童，也应对比自闭症患者各种亚型间的差异。

4未来研究方向

综上所述，有关自闭症儿童面部识别缺陷的研究还可以改进，各种理论机制还可以更加完善。可以从以下几个方面入手：一是需要进一步结合认知神经科学的研究手段，例如fMRI和TMS等来揭示自闭症儿童面部表情识别缺陷的脑机制。二是对于学龄前自闭症儿童的研究相对较少，而学龄前正是自闭症患儿确诊的主要时间。因此未来应该考虑如何对学龄前的儿童进行研究。三是现有的针对自闭症儿童面部表情识别的研究大都使用真人照片、简笔画和卡通人物表情等来进行模拟，但这些都是静态的，与现实中动态的短暂的表情还是有很大不同。因此，实验材料可以考虑采用视频或者真人互动。四是实验研究的科学性以及可比性问题。研究者在研究过程中使用的面部表情材料不同，导致研究结果之间出现差异性，且缺少可比性。有些研究使用的是3种情绪效价的图像或视频（即正性、中性和消极），有些研究则是两种，不同情绪类型的识别难度是有差异的；有必要发展出标准化的面部表情识别实验材料以及使用程序。最后是可以进行干预的纵向研究，基于目前的发现，实施干预并从纵向时间轴考察干预的近期和远期效果能更好的了解自闭症儿童面部识别缺陷的形成和发展。

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