ASD外显与内隐面部情绪处理的神经相关性

文献:Luckhardt, C., Kröger, A., Cholemkery, H., Bender, S., & Freitag, C. M. (2017).Neural Correlates of Explicit Versus Implicit Facial Emotion Processing in ASD. Journal of Autism and Developmental Disorders, 47(7), 1944–1955.https://doi.org/10.1007/s10803-017-3141-1 论文原文

1.背景介绍 ¶

面部情绪识别（FER）是自闭症谱系障碍（ASD）中最常研究的神经认知功能之一，因为它有助于该病的社交沟通和互动障碍（美国精神病学协会，2013年）。研究哪些因素会导致研究结果的异质性对于了解ASD 的FER缺陷的本质非常重要。一个很少被研究的重要因素是内隐(implicit)和外显(explicit)FER任务之间的差异。神经影像研究表明，不同的神经网络是内隐和外显FER的基础。情绪反应性的行为研究表明，在内隐任务中，ASD的FER可能会受到更大的影响，但当明确指示ASD人群注意面部情绪时，他们似乎能够克服这个缺陷。为了更好地理解ASD内隐与外显FER的潜在机制，研究其神经基础非常重要。 事件相关电位（ERP）是一个很有用的研究工具，它的优势有：（1）ERP具有非常高的时间分辨率；（2）ERP是神经活动的直接量度；（3）ERP可以解决离散（discrete）面部处理步骤的时间过程。但是，只有很少的研究使用ERPs研究ASD的儿童和青少年的FER缺陷，研究结果仍然存在很大差异。已有的研究存在很多不足，比如任务过于简单；只研究了反映视觉和结构处理的早期ERP（P100和N170），而未考虑反映认知处理的早期ERP，例如，晚期正电位(LPP)，其对刺激的情绪内容和感知意义敏感。 有证据表明ASD的功能连贯性（coherence）受到影响，同样，只有很少的研究调查了在ASD中人脸处理过程中的皮质连贯性（cortical coherence）。已有的发现表明，ASD进行面部情绪处理时，跨大脑区域的信息整合以及区域之间的反馈都会受到影响。

2.目的 ¶

是通过比较早期视觉以及后期认知ERP中内隐与外显加工的神经相关性以及半球内和半球间的连贯性，来表征ASD人群FER缺陷的神经基础。

3.假设 ¶

与TDC（典型发展控制组）相比，ASD将表现出：（1）FER任务中的错误更多；(2)内隐条件和外显条件下的ERP差异较大，表明内隐条件下的注意自动分配和情绪知觉缺乏；（3）半球内和半球内皮质连贯性存在异常模式。

4.方法 ¶

ASD（12.5±2.2岁）：21名，典型发展控制组（TDC，13.0±2.9岁）：16名，根据年龄、性别、惯用手和智商进行匹配。两组的男性明显多于女性（ASD组：女性N = 1，TDC组：女性N = 3）。

被试坐在距离30×37.5厘米的屏幕约80厘米的黑暗房间里，在屏幕上呈现刺激。刺激是来自FACES数据库的50张（25位男性/ 25位女性）标准化面部表情刺激，描绘了愤怒、悲伤和厌恶的情绪（负面情绪比正面情绪更难识别，避免天花板效应）。 试验包括两个条件：内隐和外显。在内隐任务中，被试被指示注意人物的头发颜色，每当他们看到一个金发碧眼的人时，都必须按下按钮进行回应。在外显任务中，指示是要专注于情绪表达，并且每当显示愤怒的面部表情时就做出回应。 记录反应时间和任务表现。任务表现计算为d’（“ D-PRIME”），其定义为命中率（H）和误报率（F）的z转换值之差。d’= z（H）− z（F）。

将脱机数据重新参考为平均参考，并使用Brain Vision Analyzer 2软件（德国慕尼黑的Brain Products GmbH）进行高通滤波。一个0.1 Hz高通滤波器（Butterworth零相位滤波器，24dB / octave）被用于晚期正电位（LPP）的进一步分析，而一个1 Hz高通滤波器（Butterworth零相位滤波器，24 dB / octave）被用于P100和N170组件的分析，使用EEGLAB中实现的独立组件分析(ICA)删除伪影（Artefacts）。下一步，将数据分为600毫秒段（基线100毫秒，刺激后500毫秒）以评估P100和N170和LPP的1300毫秒段（基线300毫秒，刺激后1000毫秒）。在这两种情况下，每种条件（外显/内隐）最多可以获取150个片段。数据分析纳入的数据至少是三分之二没有伪影的。 使用半自动峰检测对ERPs进行了分析，在O1和O2处检查了P100峰，观察到的范围为76至162ms。在由P7 / TP7和P8 / TP8组成的左右颞顶簇上检查了N170峰，发现范围在142至238 ms之间。峰值潜伏期时间较长可能与样本 年龄较大有关。LPP用来评估刺激发作后400-600ms时间窗内枕顶电极簇（O1，O2，Oz，PO1，PO2）的平均激活程度。

类似于ERP数据的预处理，然后从刺激发作开始，提取1个段，使用40 Hz的低通滤波器，并应用具有10％时间窗和最大分辨率0.977 Hz的快速傅立叶变换（fast fourier transform，FFT）。之后，按照BrainVision Analyzer 2的实现，在alpha（8-12 Hz）和beta（13-25 Hz）频率范围内计算功率和幅度平方连贯性（magnitude squared coherence，MSC）。MSC定义为：

图1

Gxy（ω）是信号x（t）和y（t）之间在频率ω处的交叉功率谱，而Gxx（ω）和Gyy（ω）是x（t）和y（t）的自谱（autospectra）。 选择Alpha和Beta频段是因为它们与注意力和认知过程密切相关。感兴趣的电极对，评估半球内（O1-P7，O1-TP7，P7-TP7左和O2-P8，O2-TP8，P8-TP8右）以及半球间（O1-O2，P7-P8 （TP7-TP8）的连贯性，旨在检查早期视觉处理区域（即主要/次要视觉皮层和梭状回）之间的连贯性。

5.数据分析 ¶

使用独立的样本t检验在各组之间比较以d’和反应时间衡量的行为表现。样本数据大致呈正态分布。当违反方差同质性假设时，将报告校正值。 通过重复测量方差分析（ANOVA），被试间因素GROUP（ASD / TDC）和被试内因素CONDITION（内隐/外显）和HEMISPHERE（左/右）对P100和N170的振幅和潜伏期进行了分析。对于LPP，还使用重复测量方差分析（ANOVA），使用被试间因素GROUP（ASD / TDC）和被试内因素CONDITION（内隐/外显）分析了感兴趣时间窗口内的平均激活程度。分别分析了每个频带（alpha / beta）和连贯性类型（半球间ELECTRODEPAIR（O1–O2 / P7–P8 / TP7–TP8）/半球内ELECTRODE-PAIR（枕顶-顶骨/枕-颞顶-顶叶/顶-颞-顶叶））的MSC。 为了确定MSC中可能的组差异不是由α和β功效的总体强度上的组差异引起的，还对α和β功效进行了ANOVA。

6.结果 ¶

TDC组在FER任务上的表现明显优于ASD组，ASD组的反应较对照组慢。

未观察到P100潜伏期的显著影响，但CONDITION有显著影响：即与内隐条件相比，外显中存在较大的P100振幅；GROUP，CONDITION和HEMISPHERE之间存在交互作用：在外显条件下，TDC组右侧的P100振幅比左侧的半球大。

潜伏期没有明显的主要或交互作用，N170的振幅有主要作用的趋势：外显条件下N170的振幅更高。

GROUP和CONDITION之间存在交互作用的趋势：与外显条件相比，ASD组在内隐条件下显示出幅度稍高的趋势，但是事后检验表明，这些差异没有达到显著性。

对于阿尔法频段，电极的主要作用是明显的：较于顶壁和颞顶电极（O> P，p <.001，O> TP，p <.001），枕叶处的α活性更强；电极的主要作用在β范围内也很明显，与顶电极和颞顶电极相比在枕叶处具有更高的β功率，而与颞顶电极相比则在顶壁上具有更高的功率。 对于α和β范围内的半球间连贯性，都观察到了ELECTRODE-PAIR的主要作用：枕叶电极之间的；连贯性高于顶电极和颞顶骨。

组和半球的相互作用：ASD组右半球半球内MSC趋于增强。 在条件、电极对和组之间发现了三向交互作用：TDC组表现出任务相关的调制方式，在内隐条件期间，枕骨和顶叶之间以及顶壁和颞顶电极之间的连贯性均很强（O–P≈P–TP），枕骨和颞顶电极之间的连贯性最低（O–P> O–TP，p < .001和P–TP> O–TP）；在外显条件下，枕和顶电极之间的连贯性增强，并且比其他电极之间的连贯性更强。ASD组没有显示出与任务相关的调制方式，但是在两种情况下都具有相同的连贯性模式。

7.总结 ¶

本研究检查了与年龄、智商和性别匹配的TDC相比，无药物治疗的ASD被试中FER内隐和外显加工的神经相关性。观察到ASD和对照组之间在任务执行上的行为差异，同时在神经水平上伴随着组间差异。 虽然任务表现下降表明在ASD中识别目标情绪存在障碍，但ERP结果表明早期视觉感知和注意力自上而下的处理能力不足。而且，相干分析的结果表明在ASD中缺少任务相关的调制。这项研究突出了考虑内隐和外显处理的重要性，同时也证实了早期视觉感知过程和注意力自上而下处理中的缺陷在ASD的FER缺陷中起着重要的作用。