自閉癥患者視覺(jué)信息加工的超常能力概述及其機(jī)制研究進(jìn)展

樊越波，彭曉玲，黃丹

自閉癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder,ASD)是一種神經(jīng)發(fā)育障礙，但部分自閉癥者同時(shí)具備一些超凡的“能力”[1]，對(duì)自閉癥者特殊能力的探究，不僅將促進(jìn)我們對(duì)自閉癥者奇特認(rèn)知現(xiàn)象的理解，也將有助于我們對(duì)自閉癥者優(yōu)勢(shì)技能的開(kāi)發(fā)利用。視覺(jué)是自閉癥者最主要的信息加工通道，對(duì)自閉癥者在視覺(jué)加工通道上的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象進(jìn)行深入探究將最大化地作用于針對(duì)于自閉癥者的教育和從業(yè)技能的訓(xùn)練。本文將對(duì)自閉癥視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的研究及其神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行綜述，以明晰未來(lái)的研究取向。

1 自閉癥者在視覺(jué)加工上的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)

1.1 自閉癥者在視覺(jué)搜索上的優(yōu)勢(shì) 研究者通常采用兩類(lèi)搜索任務(wù)來(lái)觀察自閉癥與其他群體的搜索能力的差異，一類(lèi)為鑲嵌圖片任務(wù)(Embeded Figure Test,EFT)，另一類(lèi)為非鑲嵌式的搜索任務(wù)。研究者發(fā)現(xiàn)，不論ASD兒童還是成人，也不管是否高功能ASD群體，在EFT任務(wù)中，ASD組始終具有優(yōu)于正常對(duì)照組的搜索任務(wù)表現(xiàn)[2]。但前提是EFT任務(wù)的材料不能過(guò)于簡(jiǎn)單，Schoolz等[3]發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用兒童版本的搜索材料時(shí)，自閉癥組的搜索優(yōu)勢(shì)就不能被探測(cè)出來(lái)。而在非鑲嵌式搜索任務(wù)中，研究者發(fā)現(xiàn)無(wú)論干擾刺激是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，高自閉癥譜系商數(shù)得分組始終具有優(yōu)于低得分組的搜索效率[4]。

1.2 自閉癥者在視覺(jué)空間構(gòu)建上的優(yōu)勢(shì) 木塊圖測(cè)試(Block Design Test,BDT)是韋氏智力測(cè)試中的一個(gè)分測(cè)試，通過(guò)利用兩色立方體木塊拼出先定的平面圖形以測(cè)查被試將整體信息分割成局部的能力，也體現(xiàn)了個(gè)體對(duì)空間的知覺(jué)能力。Shah等[5]發(fā)現(xiàn)ASD組完成任務(wù)的優(yōu)勢(shì)并非來(lái)源于空間加工能力改變，而是與對(duì)局部-整體信息加工的能力相關(guān)。Caron等[6]證實(shí)了在均衡空間加工能力的前提下，ASD組依然能夠比對(duì)照組更快地完成BDT任務(wù)。但ASD執(zhí)行BDT任務(wù)的加工優(yōu)勢(shì)卻不如視覺(jué)搜索任務(wù)穩(wěn)定，有研究者認(rèn)為ASD患者完成BDT任務(wù)的優(yōu)勢(shì)似乎更傾向與存在于某個(gè)特定亞型的群體中，如語(yǔ)言功能發(fā)育遲滯的自閉癥群體[7-8]。

1.3 自閉癥者在知覺(jué)區(qū)分上的優(yōu)勢(shì) 自閉癥者雖然在識(shí)別社會(huì)性刺激(如面孔)上存在不足，但Pallett等[9]發(fā)現(xiàn)ASD青少年識(shí)別物品的能力卻顯著優(yōu)于正常青少年。在Plaisted[10]早期的研究中也發(fā)現(xiàn)，高功能ASD組對(duì)于高混淆圖片的區(qū)分能力優(yōu)于正常對(duì)照組，只是由于正常被試者具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，當(dāng)新異材料變?yōu)槭煜げ牧虾螅?duì)照組對(duì)于圖形的區(qū)分能力大幅提升，導(dǎo)致ASD組的區(qū)分優(yōu)勢(shì)不再顯現(xiàn)。在對(duì)于動(dòng)態(tài)視覺(jué)刺激加工的過(guò)程中，研究者也發(fā)現(xiàn)自閉癥者具有增強(qiáng)的知覺(jué)區(qū)分能力[11]。

1.4 自閉癥者較少受到視錯(cuò)覺(jué)的影響 Happe等[12]發(fā)現(xiàn)與學(xué)習(xí)困難兒童組以及正常兒童組相比，ASD兒童組在對(duì)6種常見(jiàn)的二維視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)圖形進(jìn)行判斷時(shí)較少受到錯(cuò)覺(jué)的影響，表現(xiàn)出更高的判斷準(zhǔn)確性。然而Ropar等[13]用類(lèi)似于Happer的錯(cuò)覺(jué)圖形觀察自閉癥者在執(zhí)行判斷任務(wù)時(shí)發(fā)現(xiàn)ASD組并不出現(xiàn)優(yōu)于對(duì)照組的表現(xiàn)[14]。面對(duì)這一矛盾，研究提出可能是在執(zhí)行任務(wù)時(shí)使用了不同的指導(dǎo)語(yǔ)，如使用“這兩者看上去一樣長(zhǎng)么？”以及“這兩者一樣長(zhǎng)么？”這兩種指導(dǎo)語(yǔ)可能引起研究結(jié)果的差異。對(duì)自閉癥者是否具有減弱的錯(cuò)覺(jué)敏感性，Mitchell等[15]利用三維的Shepard錯(cuò)覺(jué)圖形進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證，他們的研究結(jié)果表明自閉癥者與正常被試者都受到錯(cuò)覺(jué)信息的影響，但自閉癥者對(duì)錯(cuò)覺(jué)的敏感性小于正常對(duì)照組。 總體而言，研究者發(fā)現(xiàn)ASD群體在多種視覺(jué)加工任務(wù)中都出現(xiàn)加工優(yōu)勢(shì)，但這些優(yōu)勢(shì)基本停留在初級(jí)的感知覺(jué)加工水平。

2 自閉癥者視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知理論解釋

2.1 視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)源于功能損傷的代償 ASD是一種在生命早期就出現(xiàn)的發(fā)展性障礙，為彌補(bǔ)自閉癥者某些大腦功能的缺失，自閉癥者可能因此獲得其他的代償功能，其中包括優(yōu)越的視覺(jué)加工能力。早期弱的中央統(tǒng)合(Weak Central Coherence,WCC)理論和心理理論(Theory of Mind,TOM)為支持這種思想較具有代表性的兩個(gè)理論。WCC理論認(rèn)為上文提及的視覺(jué)加工任務(wù)，如完成視覺(jué)搜索、視覺(jué)構(gòu)建、視覺(jué)區(qū)分任務(wù)，歸結(jié)而言都屬于需要克服整體信息干擾，從而對(duì)局部信息進(jìn)行加工的任務(wù)[5,16-17]。正是由于自閉癥者整體加工能力的不足，使其在這些任務(wù)中受到較少的來(lái)自整體視覺(jué)信息的干擾，可以更集中于對(duì)局部信息的加工，因而在這些任務(wù)加工中存在優(yōu)勢(shì)。錯(cuò)覺(jué)和完型加工的產(chǎn)生被研究者認(rèn)為來(lái)源于個(gè)體具有自動(dòng)整合視覺(jué)元素的傾向[18]，除本文前面所述自閉癥者具有更低的錯(cuò)覺(jué)敏感性[15]，Brosnan[18]和Bolte等[19]發(fā)現(xiàn)在觀察視覺(jué)材料時(shí)自閉癥組比對(duì)照組缺乏使用某些完型加工原則(如“相似性”原則)對(duì)信息進(jìn)行加工，這些研究預(yù)示著自閉癥者整合靜態(tài)視覺(jué)信息的能力減弱。Atkinson等[20]發(fā)現(xiàn)自閉癥者對(duì)動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息的整合能力也存在不足。心理理論在一定程度上也支持視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的代償思想。心理理論認(rèn)為自閉癥者對(duì)自己和他人的心理狀態(tài)進(jìn)行推測(cè)，并據(jù)此對(duì)他人行為做出因果性預(yù)測(cè)和解釋的能力減弱[21]。由于個(gè)體對(duì)外界環(huán)境的理解能力減弱，將導(dǎo)致其與外界的聯(lián)系減少，但為保持個(gè)體信息接收的穩(wěn)定，自閉癥者將出現(xiàn)較強(qiáng)的內(nèi)部心智關(guān)注，形成多方面認(rèn)知加工的優(yōu)勢(shì)，其中包括視覺(jué)加工方面的優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)彌補(bǔ)對(duì)外界行為預(yù)測(cè)和解釋能力的不足[22]。Jarrold等[23]采用眼部運(yùn)動(dòng)的任務(wù)和EFT任務(wù)發(fā)現(xiàn)不論正常成人還是ASD成人，心理理論的能力越差的個(gè)體，視覺(jué)搜索速度越快。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)自閉癥者對(duì)整體信息加工的能力并未受損[4,24]，這樣自閉癥者對(duì)視覺(jué)信息的整合能力不足的觀點(diǎn)受到?jīng)_擊。另外，心理理論能力與視覺(jué)加工能力之間的關(guān)系也不夠穩(wěn)定，如Morgan等[25]發(fā)現(xiàn)學(xué)齡前自閉癥幼兒的社交技能和視覺(jué)搜索的能力并未存在相關(guān)，這些表明代償說(shuō)的思想還不足以解釋自閉癥者的視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象。

2.2 視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)源于自閉癥者內(nèi)在的特質(zhì) 面對(duì)功能代償解釋的局限，學(xué)者們認(rèn)為其他神經(jīng)發(fā)育障礙群體沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似于自閉癥者的認(rèn)知加工優(yōu)勢(shì)，是因?yàn)樽蚤]癥者的優(yōu)勢(shì)源自于其本身的內(nèi)在特質(zhì)，這是一種先天的認(rèn)知加工風(fēng)格或者加工優(yōu)勢(shì)[26]。研究者發(fā)現(xiàn)1/2的自閉癥孩子的父親，以及1/3的自閉癥孩子的母親出現(xiàn)類(lèi)似自閉癥孩子的任務(wù)加工優(yōu)勢(shì)，間接的支持了視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)源于自閉者內(nèi)在的特質(zhì)的觀點(diǎn)[27]。修正后的WCC理論、知覺(jué)功能促進(jìn)化理論(Enhanced Perceptual Functioning Account,EPF)和Barion-Cohen的移情-系統(tǒng)化(Empathizing Systemizing Account)理論都支持這種特質(zhì)說(shuō)的思想。 修正后的WCC理論認(rèn)為自閉癥者的加工優(yōu)勢(shì)源于其本身具有對(duì)局部信息知覺(jué)的偏好，而正常人存在的是對(duì)整體信息加工的偏好，在執(zhí)行視覺(jué)搜索等針對(duì)局部進(jìn)行加工的視覺(jué)任務(wù)時(shí)，自閉癥者由于存在對(duì)于局部信息知覺(jué)的偏好，因此出現(xiàn)任務(wù)加工優(yōu)勢(shì)。EPF理論認(rèn)為在執(zhí)行視覺(jué)任務(wù)時(shí)出現(xiàn)加工優(yōu)勢(shì)是由自閉癥者本身增強(qiáng)的對(duì)局部信息知覺(jué)的能力導(dǎo)致的[28]。移情-系統(tǒng)化理論的觀點(diǎn)則認(rèn)為自閉癥者具有內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)去理解現(xiàn)實(shí)事物的結(jié)構(gòu)和規(guī)則，希望獲取事物內(nèi)在的系統(tǒng)構(gòu)架的傾向。也正是由于具有這種傾向，使得自閉癥者對(duì)事物的細(xì)節(jié)具有高度的專(zhuān)注力和興趣，從而出現(xiàn)對(duì)視覺(jué)局部信息加工的優(yōu)勢(shì)[29]。盡管這三種理論存在一定的差異，但都可以在不同程度上解釋自閉癥者在視覺(jué)加工任務(wù)中，不僅存在對(duì)局部信息加工的優(yōu)勢(shì)，而且具有完整的對(duì)整體信息進(jìn)行整合的能力這一現(xiàn)象。對(duì)這三種理論的驗(yàn)證正成為現(xiàn)今自閉癥認(rèn)知加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是伴隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，眾多的學(xué)者們?cè)噲D從神經(jīng)機(jī)制方面理解自閉癥者的視覺(jué)優(yōu)勢(shì)。

3 自閉癥者視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的神經(jīng)機(jī)制探究

3.1 大腦特定區(qū)域的功能活動(dòng)的異常 在一些視知覺(jué)加工任務(wù)中，ASD組大腦激活的區(qū)域主要集中于枕-顳-頂葉等大腦后部區(qū)域，激活范圍明顯少于對(duì)照組[30-31]，但大腦后部區(qū)域的激活強(qiáng)度顯著高于對(duì)照組[32-33]。大腦激活區(qū)域的減少，尤其是缺乏前額葉區(qū)域的激活，可能反應(yīng)了自閉癥者在完成視覺(jué)加工任務(wù)時(shí)受到減弱的來(lái)自大腦的自上而下的調(diào)控。而枕-顳-頂葉等大腦后部區(qū)域激活程度的增高則提示自閉癥者存在更自動(dòng)的視覺(jué)空間加工過(guò)程[30]。在完成EFT等視覺(jué)任務(wù)時(shí)，被試需要在抑制對(duì)整體信息加工偏好的同時(shí)完成對(duì)局部視覺(jué)信息的加工，而正由于自閉癥者存在減弱的大腦自上而下的調(diào)控和更自動(dòng)的視覺(jué)加工過(guò)程，使其不需很大的努力來(lái)抑制整體信息的干擾，并可以自動(dòng)專(zhuān)門(mén)化的完成對(duì)局部視覺(jué)信息的加工，最終促使自閉癥者在這些任務(wù)中存在加工優(yōu)勢(shì)[30]。對(duì)于在執(zhí)行視覺(jué)加工任務(wù)時(shí)ASD組大腦的激活狀況，Spencer等[34]卻發(fā)現(xiàn)了不同的結(jié)果，他們觀察到自閉癥者大腦視覺(jué)區(qū)域的血氧活動(dòng)信號(hào)低于對(duì)照組，而額葉和顳葉區(qū)域的激活卻高于對(duì)照組。研究結(jié)果的差異，可能是由于任務(wù)設(shè)置和任務(wù)難度的差異所致。Spencer等[34]發(fā)現(xiàn)大腦各個(gè)區(qū)域的激活程度與任務(wù)難度相關(guān)，在執(zhí)行一定難度的視覺(jué)任務(wù)時(shí)，自閉癥者的大腦枕葉等區(qū)域可能不需要很費(fèi)力的激活就可以完成任務(wù)，而他們的額葉區(qū)域卻需要比普通人非更大的努力，才能促使任務(wù)的完成。此外，研究者發(fā)現(xiàn)自閉癥者在執(zhí)行視覺(jué)加工任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出大腦激活的偏側(cè)化，與正常人相比，自閉癥者更常利用大腦右側(cè)區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺(jué)任務(wù)的加工[30-31]。這與自閉癥者大腦右半球的病理化優(yōu)勢(shì)的說(shuō)法相吻合，即由于左半球受損，繼而代償性的出現(xiàn)大腦右半球的功能優(yōu)勢(shì)。有研究者認(rèn)為，自閉癥的發(fā)生與母體子宮內(nèi)睪丸素水平過(guò)高有密切的關(guān)系，而高度的睪丸素可以導(dǎo)致胎兒左半球發(fā)育遲滯，右半球就產(chǎn)生代償功能，使自閉癥者優(yōu)勢(shì)腦轉(zhuǎn)到右腦[22]。右半腦是典型的認(rèn)知腦，自閉癥者右側(cè)優(yōu)勢(shì)腦的存在將促使他們?cè)谡J(rèn)知加工任務(wù)中出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。

3.2 大腦特定區(qū)域功能協(xié)同活動(dòng)異常 研究發(fā)現(xiàn)在靜息狀態(tài)下，自閉癥者大腦存在減弱的長(zhǎng)程連接以及增強(qiáng)的局部連接[35-37]。大腦額葉區(qū)域與其他區(qū)域連接的減弱，被認(rèn)為反應(yīng)了大腦對(duì)信息的高級(jí)整合能力的下降，大腦區(qū)域內(nèi)局部連接的增強(qiáng)則可能反應(yīng)了大腦對(duì)特定領(lǐng)域加工的專(zhuān)門(mén)化。然而在執(zhí)行視覺(jué)加工任務(wù)中，關(guān)于自閉癥額葉區(qū)域與其他大腦區(qū)域長(zhǎng)程連接的改變卻出現(xiàn)矛盾的研究結(jié)果，Damarla[32]發(fā)現(xiàn)自閉癥者額、頂葉，以及額、枕葉的功能連接減弱，但在Keehn[37]的研究中自閉癥組大腦額-枕葉之間的功能連接增強(qiáng)。雖然McGrath[38]等利用心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)發(fā)現(xiàn)，任務(wù)難度的變化會(huì)影響被試大腦神經(jīng)協(xié)同活動(dòng)狀況(如隨著任務(wù)難度增加，ASD組出現(xiàn)大腦功能連接的抑制，對(duì)照組出現(xiàn)連接的增強(qiáng))，但是否由于任務(wù)難度的不同引起上述結(jié)果的差異仍需進(jìn)一步的驗(yàn)證。值得注意的是，盡管對(duì)于自閉癥者額葉的長(zhǎng)程連接狀況的研究還存在爭(zhēng)議，自閉癥者大腦枕葉區(qū)域內(nèi)功能連接的增強(qiáng)結(jié)果卻較為穩(wěn)定，這可能為自閉癥者對(duì)視覺(jué)信息知覺(jué)能力的增強(qiáng)提供神經(jīng)機(jī)制方面的支持。

3.3 大腦結(jié)構(gòu)的異常 大腦的結(jié)構(gòu)是功能活動(dòng)變化的基礎(chǔ)。在臨床觀察中，自閉癥兒童尤其是嬰兒顯示出比正常兒童增大的大腦頭圍。O'Reilly等[39]研究顯示大頭圍組在完成EFT任務(wù)中表現(xiàn)出相對(duì)于小頭圍組的明顯的優(yōu)勢(shì)，支持了自閉癥者對(duì)視覺(jué)信息的加工優(yōu)勢(shì)可能與大腦結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為自閉癥嬰幼兒大腦頭圍的增大反應(yīng)的可能是大腦白質(zhì)纖維的過(guò)度連接[40]。Wolff等[41]研究發(fā)現(xiàn)自閉癥幼兒可能確實(shí)存在改變的大腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)。 從神經(jīng)影像學(xué)研究結(jié)果上看，當(dāng)前對(duì)自閉癥者視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的認(rèn)知解釋都可以找到一定的證據(jù)支持。如在執(zhí)行視覺(jué)加工任務(wù)時(shí)，自閉癥者額葉區(qū)域激活的缺乏，長(zhǎng)程連接的減弱，以及右半球的病理優(yōu)勢(shì)在一定程度上支持了功能損傷的代償說(shuō)。而執(zhí)行視覺(jué)加工任務(wù)時(shí)，自閉癥者枕葉區(qū)域激活的提高以及枕葉內(nèi)連接的增強(qiáng)則提示自閉癥者可能存在對(duì)視覺(jué)信息加工更自動(dòng)的專(zhuān)門(mén)化過(guò)程，這可能與自閉癥者本身的特質(zhì)有一定的關(guān)系。

4 總結(jié)與展望

近年來(lái)，自閉癥者在認(rèn)知加工上的奧秘吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)自閉癥者在視覺(jué)搜索、視覺(jué)構(gòu)建、視覺(jué)區(qū)分和視錯(cuò)覺(jué)任務(wù)上存在一定的優(yōu)勢(shì)，但由于自閉癥個(gè)體行為表現(xiàn)的差異較大、認(rèn)知加工優(yōu)勢(shì)的類(lèi)型多樣，并且缺乏能將各個(gè)認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行分離的實(shí)驗(yàn)范式，研究者尚未就自閉癥者的優(yōu)勢(shì)加工能力的認(rèn)知解釋達(dá)成共識(shí)。但從目前的研究趨勢(shì)而言，研究者從基于代償?shù)乃枷胂蛱刭|(zhì)說(shuō)轉(zhuǎn)化，更傾向于針對(duì)自閉癥群體特有的加工優(yōu)勢(shì)進(jìn)行探測(cè)，以此獲得與自閉癥的加工優(yōu)勢(shì)直接相關(guān)的證據(jù)。另外，因神經(jīng)影像技術(shù)能夠直觀的探究自閉癥者在視覺(jué)加工過(guò)程中的神經(jīng)活動(dòng)，利用神經(jīng)影像學(xué)的方法對(duì)自閉癥者視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)進(jìn)行深入探究是今后研究的必然趨勢(shì)。在未來(lái)利用神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)對(duì)視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)的研究中，研究者不但需要擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)任務(wù)的種類(lèi)，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)任務(wù)的難度，還需在研究中對(duì)自閉癥的亞型、年齡范圍等進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化。隨著研究的深入，研究者更應(yīng)通過(guò)長(zhǎng)期的縱向追蹤，來(lái)探究自閉癥者視覺(jué)加工優(yōu)勢(shì)與病程發(fā)展變化的關(guān)系。

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