自闭症患者具有超凡的精细视觉加工能力

    1.前言

    自闭症是神经的发育异常，能从中度到重度缺损，现在被称为自闭症型谱紊乱（ASD）。其流行率大概在0.3－0.9％。病因还没清楚，但遗传因素扮演着重要角色。ASD最近被定义为行为方面的缺损，包括社交互动的缺损、语言和非语言沟通方面的缺损、以及对各方面的兴趣和活动的抑制。所有这些复合症状似乎都跟知觉缺损无关。但随着研究的深入，人们认为感知觉的异常是ASD一些特性的成因，或至少是成因的一部分。如ASD患者眼睛注视不足和脸部表达匮乏被认为跟低级知觉缺损相关，这种低级知觉缺损最终可能导致社交的缺损。另外，不平衡的认知能力，通常是高级视空间技能，被认为是知觉加工中的特别强项。

    ASD对这个世界的感知是与众不同的，其对知觉任务有超凡的视觉表现，人们都为此而感困惑。一些研究显示他们对细节的辨别和寻找隐藏物体的能力超强，另一些研究就显示他们能集中注意力于细小的东西上，如视觉搜索或在非常紊乱模式中学习。另外，某些与ASD相关的能力，如良好的绘画能力，都表明ASD对细节有超凡感知的能力,暗示了ASD对相关运动的感知阈值升高。

    2 与ASD具有超凡视觉能力相关的理论

    与ASD具有超凡视觉能力相关的现象被2个理论所解释，那就是中心连惯一致性不足假设（WCC）和知觉功能增强假设（EPF），如图：

 
    用于探测ASD患者超凡视觉表现的视知觉加工任务。（A）Wechsler智力测试的拼图板。（B）找出隐藏的目标图。（C）重画视觉错觉图。（D）辨别中间圆球是否一样大。（E和F）当要找出单个“特殊物”（E）和找出“结合特殊物”（F）时，自闭症患者表现更好。（G）在辨别亮度定义正弦曲线条栅的方向时，ASD表现出能忍受更多噪声。
   
    2.1中心连惯一致性不足假设（WCC）

    WCC假设着重于研究患者对整体意义的洞察，趋向于整体加工视觉信息（基于对细节和表面特征的洞悉）。这就与ASD患者偏向于局部信息加工，但对提取意思或洞察整个画面的能力相对不足的解释相反。因此，中心连惯一致性不足假设就等于是提取总体形状不足。WCC认为对不同知觉任务视觉表现的好坏依赖于它是否要求相应的局部加工或总体加工。Happe修改了WCC，认为它是一种加工的偏爱或认知方式，它能很好的进行总体加工。另外，她还提出了证据，证明这一认知方式是自闭症显型的一部分，在ASD患者的健康亲戚中也能看到。

    2.2知觉功能增强假设（EPF）
另一个对超凡局部加工的解释就是知觉功能增强的假设。这一假设认为对刺激物元素的加工功能是可以被促进的。它被看成由于低级知觉运算发展快速，从而使察觉、辨别和其它低级功能也被提升。对比WCC，EPF并没认为总体加工有问题。最近，EPF认为，在正常视觉里自动的、由局部视觉表现到总体视觉表现的进步在逐渐发生，但结果是这些ASD患者还可辨别局部结构（但一般人正常视觉加工时就会缺失）。

    3 ASD患者的局部视觉加工能力

    3.1视觉加工：局部想法，总体行动

    视觉加工开始于视网膜把光转换为电信号，并通过LGN传送到初级视皮层（V1）。虽然有90％的视网膜发射是对着LGN的，但这些发射只在其结构中占少于10％的神经元，而差不多60％是从V1反馈的。因此，即使是视觉加工的最早时期，它都是依赖于大量反馈发射。在V1阶段，图像被神经元拼凑有效地表现出来，而每块拼凑物都是落在一个限制区域（接收域）的视觉结构。在V1，细胞特别对接收域里方向定义的结构有反应。皮层里神经元位置和其空间相应点的关系（retinotopic map）暗示了V1形成的最基本的局部表现。但最近，人们认为细胞可被看作单个独立运算个体，但它崩溃了，明显地落到接收域之外的视觉结构会大大影响其反应，如：差不多90％在V1里的神经元被它们邻近神经元的活动抑制。这种脉络式影响是有争议性的，但也可能是因为更高层次视觉区域的反馈发射或邻近神经元长距离水平连接的影响。V1发射到一连串更高视觉区域，总的来说，这些更高区域的神经元的接收域更大（如在V4），那么对V1输入就有空间性更大的总体整合。对于运动加工，V1神经元――只对细小局部特征的简单平移（直线）运动趋向于发射到MT/V5区，那有大接收域，并对更复杂的总体运动有反应（如运动边界）。相对于静止形态，V1只对简单方向结构感兴趣，而V2神经元喜欢线段之间的角度，V4却喜欢更复杂的形状属性，如通过“群体编码策略”来把边角构成更复杂的轮廓。V4区以外，在IT皮层里神经元的反应显示尺度和位置的大范围区别，这就显示了对总体形状的敏感性，并对物体，如脸孔有所反应，Logothetis et al, 1995报道它们对任何有用的三维物体都有选择性。

  
 
    接收域与视觉脉络。初级视皮层V1区里的神经元反应于视觉空间（接收域）里一小块局部的、方向性的图像结构。我们可在上图看到V1的神经元，它们对不同尺寸的特征有所反应。小接收域（绿色）和大接收域（紫色）相应地对高和低空间频率结构敏感。最近的研究显示它们并不单独行动，更广的视觉脉络以两个方式加工。首先，它可用促进（组成轮廓结构的方向结构来进行促进，“＋”连接）或抑制（相似方向接收域的邻近抑制，“—“连接）来调整局部视觉运算（V1神经元自己的运算）。其次，通过脉络作用把局部结构整合成更复杂的总体结构，如空间扩展的轮廓。这种整合的机制我们还不清楚，虽然它看上去涉及被从更后视觉区域（如V2）的广阔空间反馈所激活。

    这种分级性结构是两个不同加工流汇合的结果。在视觉加工的早期阶段（视网膜－LGN－V1），有两组不同的神经元对刺激物的不同属性有不同的反应。Polyak 1941注意到视网膜细胞形态学上的重大区别：小型节细胞有紧密的突触，而parasolcells(伞形节细胞)树枝状是稀少和分散的。小型节细胞主要连接更小细胞体的神经元，它们在LGN的4表层上（以形成parvocellular流），而伞型节细胞发射到其它2个更深层的大细胞里（以形成magnocellular 流）。有很多研究都在证明这两个流装载何种信息。Lesion的研究显示magnocellular(大细胞)的缺损跟低空间频率闪烁刺激物的敏感性相关，这个流涉及运动感知。承载差不多70％视网膜输入的parvocellular流的缺失会影响很多关于颜色和细节辨别任务。在超出V1区后还有一个更进一步的区分，在那里神经元分别对背流通道或腹流通道都有作用。背视觉流从V1发射到顶叶，其被认为对视觉刺激物进行空间定位和拟定计划。腹流发射到颞叶，其被认为涉及辨认物体和对场景里的小部分的空间关系进行编码。

    总结起来，人类视觉系统是有等级性的，当顺着视觉通道进行加工时，神经元对越来越复杂特征的选择性也越来越强。在早期阶段，两个流对 “粗略尺度的运动”和“精细尺度的形状”的信息是各自分开处理的。在后面阶段里，两个流都一起处理特征的特性和位置。即使从这简单的说明我们都能看到特征间的脉络关系能影响信息加工的方法。在这里，我们认为脉络关系有两个方面会影响功能性视觉。第一，脉络关系对局部视觉处理的影响，即是在场景某一特定区域的信息处理会被周围的视觉结构所影响。如：对一个特征方向的察觉会因为场景中相似视觉特征的接近与分布而得到促进或降低。第二个脉络关系对视觉影响的方面是通过整体视觉整合，我们都趋向于把相似特征连在一起，这是符合知觉心理学的完整体系原理的。以上两个方面都互相联系。相同的视觉结构（场景中的相似物）可能导致“元素间脉络关系间互相作用或把所有元素整合”。要严格定义什么是局部处理和什么是总体处理是很难的。我们认为局部结构可被众多早期视觉区域（V1）的众多单个神经元接收域所围绕，以致被这些神经元的活动所激活。而总体结构就是任何“需要多个神经元协调配合活动”的结构。

    3.2忽略脉络关系：局部视觉处理

    对局部视觉加工的研究：脉络关系对基于局部特征的视觉表现的影响。我们通过它来研究局部视觉加工机制。这种视觉任务的普遍特征是（1）受试者需忽略总体结构的干扰，只集中于局部细节；（2）引出自闭症受试者的视觉表现大大好于控制组。从理论角度来看，它是很有意思的，因为为什么在临床上某个任务上表现很差是有很多原因的，而超凡的表现趋向于有特别原因，我们可以顺着这些原因很容易跟踪到特定的大脑机制。

    一些用于说明局部感知的脉络关系的刺激物在第一幅图中可以看到。ASD受试者用简单拼图板建构模式是比较好的，在找出嵌于复杂线条图像里的形状时，他们的视觉表现也很好。还有，他们在画视觉错觉图画时也画的比一般人好，这可能是他们观察能力有所缺失，所以被错觉位置所转移。这些发现跟ASD能集中于模式里的细节结构相一致。

    很多视错觉都跟物体外表的脉络关系有关。用视错觉来研究脉络关系的作用在临床研究上是很有用的（如果认为错觉能导出一些知觉错误的形式时）。在这种情况下，较弱的脉络关系作用显示出减低了的视错觉，如他们有更多的局部视觉加工。Happe发现ASD对很多视错觉都没有意识，如上图的第四张，还有他们的三维场景中的分割能力也减低。但Ropar和Mitchell都没有发现这种相似的影响。它可能跟程序上的差异有关。

    4.ASD患者超凡的视觉表现与视觉搜索的关系

    自闭症在视觉搜索中比对比组的人好。对于“特征搜索”，即是目标的独特特征被不同的干扰物所围绕（如上图第五张中有一个黄色的物体）时，正常人的搜索时间跟干扰物的数量无关。对于“关联搜索”，即是目标被一对特征所定义时，这对特征中的其中一个都跟所有干扰物联系在一起（如上图中的第六张，绿色正方体藏在红色正方体和绿色球体中）。这时正常人的搜索时间就依赖于干扰物的数量了。ASD的搜索时间在以上两种情况下都表现更快，在“特征－关联”情况下当刺激物尺寸增大时，其反应时间又没有增加。在最大尺寸情况下，ASD的速度差不多是正常人的一倍。

    最近，人们都着力研究ASD的视觉搜索和其超凡视觉表现之间的关系。Jarrold et al 2005报道，对于ASD，对隐藏目标的察觉跟“特征搜索”相关；但对于正常人，它跟“关联搜索”相关。有一些有趣的发现，当给出相当小的、与年龄不匹配的刺激物时，并“特征搜索”任务非常困难时，就会产生像“关联搜索”一样依赖于干扰物密度的视觉表现。这个发现的重要性有几个原因：第一，ASD会将隐藏目标和“特征搜索”进行联接，这就暗示了目标和干扰物之间的很大差别，而对照组里隐藏目标和“关联搜索”的联接暗示了他们受如何跟背景整合的限制。这就超出了认知偏爱，并暗示ASD者整合能力的不足可能是由于他们更能看清“突出”的目标。

    最后，Bertone et al. 2005报道了当刺激物用亮度调节而非对比度调节来定义时，ASD有更低的“方向辨别阈值”（如上图最后一张）。这就意味着ASD可以忍受更高的亮度噪声，并能辨别亮度定义视标的方向。

    总结出来，现在有一个值得注意的方面，就是ASD至少在某种情况下能更好地利用局部信息。因为引出这种表现的刺激物趋向于包括总体干扰信息，ASD会很有效地忽略它们。这是否就是他们不能看到总体结构，还是因为他们的认知方式导致这种忽略？我们用几个总体整合的任务来研究ASD的表现。

    5.总结和未来导向：

    ASD看世界确实是不同的，或他们对视觉环境特征的注意是有不同方式的。难以分解和吸取的元素或许对于正常人来说是一个隐藏的元素，ASD就能轻易观察到。关于ASD低级视觉感知的文献都能很好地说明他们有正常或超凡局部视觉加工处理。这就使他们在做被总体信息干扰的正常视觉任务时，其表现胜过别人。WCC和EPF理论认为这种超凡能力是认知方式的反射，它要承受总体加工不足或能忽略脉络关系，又或者它只简单反映了对局部特征的促进性感知。对这一理论的评测是需要大量的对静态刺激物组成的总体组合表现的测试。我们还不知道其它对ASD总体整合表现的知觉研究所用刺激物并不包括低SF结构（使受试者能用低SF信息，它能被局部机制激活）。我们应先弥补这一空隙，才可区分这些ASD知觉加工的不同理论（如WCC和EPP）。ASD是如何观察空间频率带宽轮廓刺激物的？这是一个有趣的问题。我们也提议用更隐藏的“突出”任务来测试ASD在背景中寻找隐藏物的能力。特别地，我们知道对视觉刺激物的辨认，如字母，如果是在周边视野出现，它就会被附近的结构所干扰，也就是我们所说的“拥挤”。我们还不知道ASD在复杂的中心视觉里寻找“特殊物”的能力是否对这种简单字母结构的辨认有所促进。现在人们开始注意到拥挤和皮层基质可能牵涉在内。