自閉癥患者具有超凡的精細視覺加工能力

    1.前言

    自閉癥是神經的發育異常，能從中度到重度缺損，現在被稱為自閉癥型譜紊亂（ASD）。其流行率大概在0.3－0.9％。病因還沒清楚，但遺傳因素扮演著重要角色。ASD最近被定義為行為方面的缺損，包括社交互動的缺損、語言和非語言溝通方面的缺損、以及對各方面的興趣和活動的抑制。所有這些復合癥狀似乎都跟知覺缺損無關。但隨著研究的深入，人們認為感知覺的異常是ASD一些特性的成因，或至少是成因的一部分。如ASD患者眼睛注視不足和臉部表達匱乏被認為跟低級知覺缺損相關，這種低級知覺缺損最終可能導致社交的缺損。另外，不平衡的認知能力，通常是高級視空間技能，被認為是知覺加工中的特別強項。

    ASD對這個世界的感知是與眾不同的，其對知覺任務有超凡的視覺表現，人們都為此而感困惑。一些研究顯示他們對細節的辨別和尋找隱藏物體的能力超強，另一些研究就顯示他們能集中注意力于細小的東西上，如視覺搜索或在非常紊亂模式中學習。另外，某些與ASD相關的能力，如良好的繪畫能力，都表明ASD對細節有超凡感知的能力,暗示了ASD對相關運動的感知閾值升高。

    2 與ASD具有超凡視覺能力相關的理論

    與ASD具有超凡視覺能力相關的現象被2個理論所解釋，那就是中心連慣一致性不足假設（WCC）和知覺功能增強假設（EPF），如圖：

 
    用于探測ASD患者超凡視覺表現的視知覺加工任務。（A）Wechsler智力測試的拼圖板。（B）找出隱藏的目標圖。（C）重畫視覺錯覺圖。（D）辨別中間圓球是否一樣大。（E和F）當要找出單個“特殊物”（E）和找出“結合特殊物”（F）時，自閉癥患者表現更好。（G）在辨別亮度定義正弦曲線條柵的方向時，ASD表現出能忍受更多噪聲。
   
    2.1中心連慣一致性不足假設（WCC）

    WCC假設著重于研究患者對整體意義的洞察，趨向于整體加工視覺信息（基于對細節和表面特征的洞悉）。這就與ASD患者偏向于局部信息加工，但對提取意思或洞察整個畫面的能力相對不足的解釋相反。因此，中心連慣一致性不足假設就等于是提取總體形狀不足。WCC認為對不同知覺任務視覺表現的好壞依賴于它是否要求相應的局部加工或總體加工。Happe修改了WCC，認為它是一種加工的偏愛或認知方式，它能很好的進行總體加工。另外，她還提出了證據，證明這一認知方式是自閉癥顯型的一部分，在ASD患者的健康親戚中也能看到。

    2.2知覺功能增強假設（EPF）
另一個對超凡局部加工的解釋就是知覺功能增強的假設。這一假設認為對刺激物元素的加工功能是可以被促進的。它被看成由于低級知覺運算發展快速，從而使察覺、辨別和其它低級功能也被提升。對比WCC，EPF并沒認為總體加工有問題。最近，EPF認為，在正常視覺里自動的、由局部視覺表現到總體視覺表現的進步在逐漸發生，但結果是這些ASD患者還可辨別局部結構（但一般人正常視覺加工時就會缺失）。

    3 ASD患者的局部視覺加工能力

    3.1視覺加工：局部想法，總體行動

    視覺加工開始于視網膜把光轉換為電信號，并通過LGN傳送到初級視皮層（V1）。雖然有90％的視網膜發射是對著LGN的，但這些發射只在其結構中占少于10％的神經元，而差不多60％是從V1反饋的。因此，即使是視覺加工的最早時期，它都是依賴于大量反饋發射。在V1階段，圖像被神經元拼湊有效地表現出來，而每塊拼湊物都是落在一個限制區域（接收域）的視覺結構。在V1，細胞特別對接收域里方向定義的結構有反應。皮層里神經元位置和其空間相應點的關系（retinotopic map）暗示了V1形成的最基本的局部表現。但最近，人們認為細胞可被看作單個獨立運算個體，但它崩潰了，明顯地落到接收域之外的視覺結構會大大影響其反應，如：差不多90％在V1里的神經元被它們鄰近神經元的活動抑制。這種脈絡式影響是有爭議性的，但也可能是因為更高層次視覺區域的反饋發射或鄰近神經元長距離水平連接的影響。V1發射到一連串更高視覺區域，總的來說，這些更高區域的神經元的接收域更大（如在V4），那么對V1輸入就有空間性更大的總體整合。對于運動加工，V1神經元――只對細小局部特征的簡單平移（直線）運動趨向于發射到MT/V5區，那有大接收域，并對更復雜的總體運動有反應（如運動邊界）。相對于靜止形態，V1只對簡單方向結構感興趣，而V2神經元喜歡線段之間的角度，V4卻喜歡更復雜的形狀屬性，如通過“群體編碼策略”來把邊角構成更復雜的輪廓。V4區以外，在IT皮層里神經元的反應顯示尺度和位置的大范圍區別，這就顯示了對總體形狀的敏感性，并對物體，如臉孔有所反應，Logothetis et al, 1995報道它們對任何有用的三維物體都有選擇性。

  
 
    接收域與視覺脈絡。初級視皮層V1區里的神經元反應于視覺空間（接收域）里一小塊局部的、方向性的圖像結構。我們可在上圖看到V1的神經元，它們對不同尺寸的特征有所反應。小接收域（綠色）和大接收域（紫色）相應地對高和低空間頻率結構敏感。最近的研究顯示它們并不單獨行動，更廣的視覺脈絡以兩個方式加工。首先，它可用促進（組成輪廓結構的方向結構來進行促進，“＋”連接）或抑制（相似方向接收域的鄰近抑制，“—“連接）來調整局部視覺運算（V1神經元自己的運算）。其次，通過脈絡作用把局部結構整合成更復雜的總體結構，如空間擴展的輪廓。這種整合的機制我們還不清楚，雖然它看上去涉及被從更后視覺區域（如V2）的廣闊空間反饋所激活。

    這種分級性結構是兩個不同加工流匯合的結果。在視覺加工的早期階段（視網膜－LGN－V1），有兩組不同的神經元對刺激物的不同屬性有不同的反應。Polyak 1941注意到視網膜細胞形態學上的重大區別：小型節細胞有緊密的突觸，而parasolcells(傘形節細胞)樹枝狀是稀少和分散的。小型節細胞主要連接更小細胞體的神經元，它們在LGN的4表層上（以形成parvocellular流），而傘型節細胞發射到其它2個更深層的大細胞里（以形成magnocellular 流）。有很多研究都在證明這兩個流裝載何種信息。Lesion的研究顯示magnocellular(大細胞)的缺損跟低空間頻率閃爍刺激物的敏感性相關，這個流涉及運動感知。承載差不多70％視網膜輸入的parvocellular流的缺失會影響很多關于顏色和細節辨別任務。在超出V1區后還有一個更進一步的區分，在那里神經元分別對背流通道或腹流通道都有作用。背視覺流從V1發射到頂葉，其被認為對視覺刺激物進行空間定位和擬定計劃。腹流發射到顳葉，其被認為涉及辨認物體和對場景里的小部分的空間關系進行編碼。

    總結起來，人類視覺系統是有等級性的，當順著視覺通道進行加工時，神經元對越來越復雜特征的選擇性也越來越強。在早期階段，兩個流對 “粗略尺度的運動”和“精細尺度的形狀”的信息是各自分開處理的。在后面階段里，兩個流都一起處理特征的特性和位置。即使從這簡單的說明我們都能看到特征間的脈絡關系能影響信息加工的方法。在這里，我們認為脈絡關系有兩個方面會影響功能性視覺。第一，脈絡關系對局部視覺處理的影響，即是在場景某一特定區域的信息處理會被周圍的視覺結構所影響。如：對一個特征方向的察覺會因為場景中相似視覺特征的接近與分布而得到促進或降低。第二個脈絡關系對視覺影響的方面是通過整體視覺整合，我們都趨向于把相似特征連在一起，這是符合知覺心理學的完整體系原理的。以上兩個方面都互相聯系。相同的視覺結構（場景中的相似物）可能導致“元素間脈絡關系間互相作用或把所有元素整合”。要嚴格定義什么是局部處理和什么是總體處理是很難的。我們認為局部結構可被眾多早期視覺區域（V1）的眾多單個神經元接收域所圍繞，以致被這些神經元的活動所激活。而總體結構就是任何“需要多個神經元協調配合活動”的結構。

    3.2忽略脈絡關系：局部視覺處理

    對局部視覺加工的研究：脈絡關系對基于局部特征的視覺表現的影響。我們通過它來研究局部視覺加工機制。這種視覺任務的普遍特征是（1）受試者需忽略總體結構的干擾，只集中于局部細節；（2）引出自閉癥受試者的視覺表現大大好于控制組。從理論角度來看，它是很有意思的，因為為什么在臨床上某個任務上表現很差是有很多原因的，而超凡的表現趨向于有特別原因，我們可以順著這些原因很容易跟蹤到特定的大腦機制。

    一些用于說明局部感知的脈絡關系的刺激物在第一幅圖中可以看到。ASD受試者用簡單拼圖板建構模式是比較好的，在找出嵌于復雜線條圖像里的形狀時，他們的視覺表現也很好。還有，他們在畫視覺錯覺圖畫時也畫的比一般人好，這可能是他們觀察能力有所缺失，所以被錯覺位置所轉移。這些發現跟ASD能集中于模式里的細節結構相一致。

    很多視錯覺都跟物體外表的脈絡關系有關。用視錯覺來研究脈絡關系的作用在臨床研究上是很有用的（如果認為錯覺能導出一些知覺錯誤的形式時）。在這種情況下，較弱的脈絡關系作用顯示出減低了的視錯覺，如他們有更多的局部視覺加工。Happe發現ASD對很多視錯覺都沒有意識，如上圖的第四張，還有他們的三維場景中的分割能力也減低。但Ropar和Mitchell都沒有發現這種相似的影響。它可能跟程序上的差異有關。

    4.ASD患者超凡的視覺表現與視覺搜索的關系

    自閉癥在視覺搜索中比對比組的人好。對于“特征搜索”，即是目標的獨特特征被不同的干擾物所圍繞（如上圖第五張中有一個黃色的物體）時，正常人的搜索時間跟干擾物的數量無關。對于“關聯搜索”，即是目標被一對特征所定義時，這對特征中的其中一個都跟所有干擾物聯系在一起（如上圖中的第六張，綠色正方體藏在紅色正方體和綠色球體中）。這時正常人的搜索時間就依賴于干擾物的數量了。ASD的搜索時間在以上兩種情況下都表現更快，在“特征－關聯”情況下當刺激物尺寸增大時，其反應時間又沒有增加。在最大尺寸情況下，ASD的速度差不多是正常人的一倍。

    最近，人們都著力研究ASD的視覺搜索和其超凡視覺表現之間的關系。Jarrold et al 2005報道，對于ASD，對隱藏目標的察覺跟“特征搜索”相關；但對于正常人，它跟“關聯搜索”相關。有一些有趣的發現，當給出相當小的、與年齡不匹配的刺激物時，并“特征搜索”任務非常困難時，就會產生像“關聯搜索”一樣依賴于干擾物密度的視覺表現。這個發現的重要性有幾個原因：第一，ASD會將隱藏目標和“特征搜索”進行聯接，這就暗示了目標和干擾物之間的很大差別，而對照組里隱藏目標和“關聯搜索”的聯接暗示了他們受如何跟背景整合的限制。這就超出了認知偏愛，并暗示ASD者整合能力的不足可能是由于他們更能看清“突出”的目標。

    最后，Bertone et al. 2005報道了當刺激物用亮度調節而非對比度調節來定義時，ASD有更低的“方向辨別閾值”（如上圖最后一張）。這就意味著ASD可以忍受更高的亮度噪聲，并能辨別亮度定義視標的方向。

    總結出來，現在有一個值得注意的方面，就是ASD至少在某種情況下能更好地利用局部信息。因為引出這種表現的刺激物趨向于包括總體干擾信息，ASD會很有效地忽略它們。這是否就是他們不能看到總體結構，還是因為他們的認知方式導致這種忽略？我們用幾個總體整合的任務來研究ASD的表現。

    5.總結和未來導向：

    ASD看世界確實是不同的，或他們對視覺環境特征的注意是有不同方式的。難以分解和吸取的元素或許對于正常人來說是一個隱藏的元素，ASD就能輕易觀察到。關于ASD低級視覺感知的文獻都能很好地說明他們有正?；虺簿植恳曈X加工處理。這就使他們在做被總體信息干擾的正常視覺任務時，其表現勝過別人。WCC和EPF理論認為這種超凡能力是認知方式的反射，它要承受總體加工不足或能忽略脈絡關系，又或者它只簡單反映了對局部特征的促進性感知。對這一理論的評測是需要大量的對靜態刺激物組成的總體組合表現的測試。我們還不知道其它對ASD總體整合表現的知覺研究所用刺激物并不包括低SF結構（使受試者能用低SF信息，它能被局部機制激活）。我們應先彌補這一空隙，才可區分這些ASD知覺加工的不同理論（如WCC和EPP）。ASD是如何觀察空間頻率帶寬輪廓刺激物的？這是一個有趣的問題。我們也提議用更隱藏的“突出”任務來測試ASD在背景中尋找隱藏物的能力。特別地，我們知道對視覺刺激物的辨認，如字母，如果是在周邊視野出現，它就會被附近的結構所干擾，也就是我們所說的“擁擠”。我們還不知道ASD在復雜的中心視覺里尋找“特殊物”的能力是否對這種簡單字母結構的辨認有所促進?，F在人們開始注意到擁擠和皮層基質可能牽涉在內。