自闭症谱系障碍中面部情绪识别的机制：眼动和脑电图的见解

文献:Black, M. H., Chen, N. T. M., Iyer, K. K., Lipp, O. V., Bölte, S., Falkmer, M., Tan, T., & Girdler, S. (2017). Mechanisms of facial emotion recognition in autism spectrum disorders: Insights from eye tracking and electroencephalography. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, (), S0149763416308223–. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.06.016.

论文原文

1.背景介绍 ¶

表情表达的情绪通过传递有关内部情绪和精神状态的信息的面部动作显著地促进了这种交流。研究表明5-7个月的婴儿就可以识别六种基本情绪，但是由于复杂情绪通常会有更加细微的差别，识别的过程中需要更多的依赖心理理论和基于新年的决策能力，因此，复杂情绪的识别发展成熟较晚。已有的研究表明，ASD的行为缺陷部分归因于情绪识别障碍，并且这不能用智力来解释。不同文化背景的ASD都会出现情绪识别困难，这表明面部情绪识别困难在人类种具有普遍性。由于研究所用材料和被试以及其他因素的不同，目前关于ASD情绪识别困难还没有统一的结论，进一步的实证研究试图阐明与ASD相关的FER损伤的机制，结合眼动跟踪(ET)和脑电图(EEG)方法的研究为这些可能支持FER损伤的过程提供了重要的见解。 ET（eye tracking）通过面部肌肉的激活差异，在面部表达情绪时，最有效地帮助识别不同情绪的眼动模式会因表情而异。在TD中，ET研究表明，注视方式与情绪的效价有关，个体将更多的注意力集中在负价情绪的眼睛和正价情绪的嘴上。 EEG（electroencephalography）也可以提供有关FER过程中信息处理的神经系统相关的见解。事件相关电位（ERP）的电活动时间是从EEG中提取的最常见的量度之一。在表情处理中，许多早期和晚期出现的ERPs在整个发展过程中似乎都发生了变化和成熟，特别是P100，N170和N250。在刺激显示后的80毫秒至120毫秒之间，P100在枕骨区域最大，并且与视觉信息的早期处理相关。N170（负ERP）在刺激显示后的130到200毫秒之间发生在颞枕区域，可以根据面部（faces）选择性地增强。N250 ERP与特定效价（valence）处理相关，发生在额叶区域，并在250毫秒时达到峰值。 频域脑电图分析可以提供皮层活动的测量，这可能反映了一些认知过程：α（815 Hz）的失同步（Desynchronization）与增加的任务需求和注意力相关；θ频率（4–7 Hz）的增加与记忆和编码相关；γ频率与工作记忆和注意力等过程有关；而β（15–30 Hz）与本地（local）信息处理有关。 ET和EEG均可提供有关面部表情情绪处理过程中注意力和认知的时间动态的见解（insights）。本综述的目的是系统评价在ASD中进行FER期间检查ET或EEG的文献，以概述该领域的当前状况。

2.方法 ¶

检索Cinahl，Embase，Medline，Proquest，Psycinfo和Scopus六个数据库，以查找截至2016年1月20日（Psycinfo）或27日（所有其他数据库）的完整文章。使用MeSH术语和关键字的组合进行搜索。

有ASD个体或自闭症症状高（high autistic symptomology）的个体，自闭症表型更广泛或有ASD发生风险的个体样本，则纳入研究。在本综述中，ASD分为自闭症、阿斯伯格综合症（AS）、其他未明确说明的普遍性发育障碍（PDD-NOS）和儿童崩解性疾病（disintegrative disorder）（美国精神病学协会，2010年）。要求研究采用面部情绪识别范例，提供对ET或EEG或两者结合的测量，被纳入研究。

提取有关临床和比较样本的被试人口统计学数据，还提取了与实验设计和刺激有关的信息，其中包括使用的情绪以及该任务是显式还是隐式FER任务。隐式任务定义为需要被动自由查看（passive free-viewing）面部表情的任务或需要在完成其他识别任务（例如性别识别或目标检测）时查看面部表情的任务。基本情绪被定义为快乐、愤怒、悲伤、恐惧、厌恶、惊讶，复杂的情绪定义为其他情绪。 由于样本年龄、刺激类型、结果测量和结果报告的差异，最初的提取显示出与研究异质性相关的明显趋势。由于研究中观察到的差异很大，因此叙述性评论被认为最适合总结和探索各种实验范式中的发现。在ET研究中，综合包括注视次数和注视时间、注视到特定的兴趣区域以及扫描路径、根据年龄和刺激类型呈现ET的结果。在综合EEG研究中，提取了ERP和EEG频率特征。由于预期的发展变化，研究被分配到三组之一：被试年龄在0至12岁之间的被试的研究被归类为儿童组；被试年龄在13至17岁之间的研究被归类为青少年组；成人组则是18岁及以上的被试。

3.结果 ¶

总共有54篇文章被纳入本综述（31 ET，22 EEG，1 ET和EEG）。

两位审稿人对50篇文章中的48篇（96％）达成了共识，经过讨论，审稿人对全部50篇文章（100％）达成了共识。

52项研究本质上是病例对照研究，其中将ASD个体样本与对照组进行了比较。两项研究没有比较样本。

大多数纳入研究（k = 48）具有很强的方法学质量（得分为80％或更高），有6项具有很好的方法学质量（70-80％）。限制主要存在于被试特征，匹配过程或样本量的描述中。

自闭症、HFA、AS和ASD是该评价中最常见的临床样本，在大多数研究中，比较组由TD个体组成。

绝大多数研究都提出了六种基本情绪（快乐、愤怒、悲伤、厌恶、恐惧、惊奇）或这六种情绪的一部分。31项研究以及32个EEG和ET研究中，许多研究都采用了隐式任务。两项研究使用了由摆拍和杜氏微笑构成的刺激来确定ASD中真实（genuine）和摆拍（posed）微笑时眼睛注视方式的差异。

4.眼动追踪 ¶

关于将ASD儿童与TD样本进行比较的研究结果，在关于核心面部特征（core facial features）的视线模式方面是混杂的。 Van der Geest等人（2002）不仅报告了相似数量的眼睛和嘴巴注视，而且发现ASD儿童在完成愤怒、快乐、中性和惊讶表情的自由观看任务时，他们的第一眼注视的大部分是眼睛，这与TD人群相似。 de Wit等人（2008年）在观察快乐，愤怒和恐惧表情时，也没有发现ASD儿童对眼睛的凝视减少。 Falck-Ytter等人（2010年）在检查观看时间与快乐，生气，厌恶，恐惧，中性和未标记的鬼脸情绪的比率时也报告了类似的发现，患有自闭症的儿童的眼睛和嘴巴看时间相似。 Leung等人（2013年）报告了针对愤怒，快乐和惊讶情绪的对比结果，ASD的儿童不仅对眼睛的固定次数与TD相似，而且在眼睛一分为二的情况下，他们的识别准确性也受到了损害，其程度与对照组相似。 Nuske等人（2014b）假设，ASD儿童在对情绪面孔做出反应（30ms，300ms或2 s）时会表现出不同的注视行为。在所有刺激暴露条件(30ms、300ms、2秒)下，ASD儿童对恐惧表情和中性表情的注视时间均较短，患有ASD的儿童最长暴露时间（2 s）时，不仅对中性面孔的注视时间较短，而且在30ms和2 s时，对恐惧表情的注视时间也较短，在显示条件下(受2 s条件差异的驱动)对中性面孔的嘴部注视时间较短。 与FXS儿童相比，ASD儿童倾向于更多的看中性表情的眼睛。

自由观看任务，发现与TD相比，ASD儿童对情绪面孔的整体注视时间更短，但是在眼睛注视时间方面没有差异 。

Nuske等人（2014a）和Falck-Ytter等人（2010年）的研究中，当观察动态刺激时，与TD相比，ASD儿童注视面部的时间更少。当刺激是恐惧面孔时，ASD儿童对面部以外的区域注视时间更多，其它情绪则不然。 一项研究报告了ADI-R与注视行为与面孔之间的相关性，与低社会障碍者相比，显示出较高社会障碍分数的ASD儿童在观看动态刺激时注视嘴巴的时间更多，而注视眼睛的时间更少。

McCabe等人(2013)，与TD青少年相比，ASD青少年在六种基本情绪上的注视次数更少，但在控制智商时，差异不在显著。 White等人(2015)发现，在厌恶和愤怒表情方面，ASD与对照组之间没有差异，然而，当考虑对负面评价的恐惧自我报告评级时，ASD青少年对面部的注视时间更短。表明ASD人群在厌恶和愤怒表情的区分（disengagement）方面存在差异。 Wagner(2013)报告说，自闭症青少年在观看情绪表达的面孔上没有差异。 Tottenham等人（2014年）报道，ASD青少年朝中性但不是愤怒的表情的眼睛运动（eye movements）较少。 Dalton等人（2005年）报道，对快乐、恐惧、愤怒和中性表情的注视较少。

Hanley等人（2012）发现摆拍或动作的孤立（isolated ）表情没有差异，但是，ASD青少年在观察自然主义孤立面孔的头发上花费了更多的时间。ASD青少年在实际社交场景中花在眼睛上的时间更少，而在身体上花费的时间更多，在自然主义社交场景中花在眼睛和面部的时间更少。

在两项研究中，与TD青少年相比，ASD青少年对前额的注视时间所占比例更大，而对嘴巴的注视时间所占比例则更低。 在Bekele等人（2013）中，当两组都能正确识别情绪时，ASD青少年的面部注视时间较短，非面部区域的注视时间较长，嘴部的注视时间较短，前额的注视时间较长。当ASD青少年不正确（incorrect）时，只有朝向前额和嘴部的注视时间差异显著。

大多数研究发现，与TD相比，ASD注视眼睛的时间更少，或者更频繁地从表情丰富的面孔上转移视线。 Bolaston等人（2008年）旨在检查ASD成年人是否能够区分自然笑容和摆拍的（pose）笑容，研究发现，ASD成年人注视时间减少，对眼睛的注视更少。 Corden等人（2008年）发现，在自由观看和主动识别这六种基本情绪的过程中，尽管ASD和TD都以相似的方式扫描不同的情绪，但ASD成年人对眼睛的注视比例较小。 与TD成年人相比，ASD成年人从眼睛向下看向嘴巴的频率更高（Kliemann等，2010），这表明人们对恐惧和中性表情的眼睛的偏好有所降低。这与Kliemann等人（2012年）的观点一致，后者发现，患有ASD的成年人比TD对照者有更多的远离眼睛区域。 Hernandez等人（2009年）发现，当开始探索情绪面孔时，TD成人比ASD成年人开始在眼睛中进行搜索（search in）的频率更高。 Falkmer等（2011年）发现，在观察全脸时，ASD成年人进行注视的次数与TD成年人的相似，并且在嘴巴的停留时间相似。 Pelphrey等人（2002年）发现，两组在嘴巴上花费的时间比例没有差异。 当观察反向刺激时，Neumann等人（2006年）发现，与TD组相比，ASD成年人对嘴巴的注视时间更长。 Sasson等(2007)发现，ASD成人的识别准确率和注视脸部的时间呈负相关。

Kirchner等人（2011年）发现，ASD人群中，复杂消极刺激的识别表现与对眼睛注视时间正相关，与嘴巴注视时间负相关。 一项研究报告说，ASD和TD组，与基本情绪相比，注视复杂情绪的眼睛和嘴巴的时间没有差异，而Rutherford和Towns（2008）发现，与复杂情绪相比，ASD成年人花更多的时间在表达基本情绪的眼睛和嘴巴上，而TD成年人则相反。

Han et al（2015），ASD的成年人在观看动态面部表情时可能会处理运动而不是情绪。

5.脑电图诱发的电位 ¶

在三项研究中，发现ASD儿童在N170成分的潜伏期和振幅方面均非典型，在一项研究中发现了ASD儿童的N170潜伏期延迟（latencies），另一项研究发现了ASD儿童与合并ADHD的ASD儿童之间的延迟（latencies）差异。

两项儿童研究报告说，ASD和TD儿童对情绪面孔的反应具有相似的P100 ERP。 Batty等人（2011年）将ASD儿童与两组TD儿童进行了比较，一组符合时间年龄，另一组符合语言等效年龄，ASD儿童对六种基本情绪的反应P100幅度较小，但是只有与按时间年龄匹配的控制组相比，潜伏期（latencies）才更慢。 Vlamings等人(2010)发现，ASD儿童，与中性面孔相比，以高空间频率呈现的恐惧面孔引起更大的P100振幅。智商匹配的TD儿童，以低空间频率呈现的中性面孔的P100振幅更大。

与按时间年龄匹配的儿童相比，在隐性识别任务中，ASD儿童对中性面孔的P200反应较小且较慢。 ASD儿童恐惧与中性面孔相比，N300和NSW的振幅没有差异，而TD儿童对恐惧面孔表现出更大的幅度。

研究发现，ASD青少年对恐惧和愤怒面孔的N170振幅没有调节，而TD青少年对恐惧和愤怒面孔的N170振幅有不同的情绪功能。 研究发现，ASD青少年可能会遇到整合注视和表情提示的困难。 研究发现，ASD青少年具有更长的潜伏期和较小的N170振幅，不太可能正确地识别情绪，并且具有更长的响应时间。

一项研究报告，是或非ASD青少年中，对六种基本情绪的反应，P100的潜伏期和幅度的差异均可以忽略不计。发现ASD和TD青少年之间的唯一区别是对愤怒和恐惧表达的反应。

Connor等人(2005)发现，与对照组相比，ASD成人对快乐、悲伤、愤怒和害怕的表情有更小和延迟的N170 ERPs。 O’Connor等人（2007年）发现，与对象（objects）相比，情绪面孔在进行检查时，成人自闭症患者的N170不能将面孔与对象处理区分开；而与对象相比，TD控制组对面孔的N170响应要早。 两项研究发现了ASD信息整合的困难。

在一项研究中，发现患有ASD的成年人对快乐、悲伤和愤怒表情的潜伏期更长。

在ASD成年人中，N100振幅不受情绪面部或物体的调节；当显示表情线图（line drawings）时，N400 ERP在TD和ASD成人中相似，但是当显示表情照片时，N400在ASD成人中并不明显。

6.定量脑电图（k=6）： ¶

θ波与情绪处理有关，ASD儿童右额叶θ连贯性较低，在情绪识别的早期和晚期，ASD青少年和成人Δ/θ同步性较弱。 与TD相比，发现ASD在后部区域具有更大的β同步和α去同步，但是，这些发现在各研究中并不一致。 研究表明，ASD运动皮层中可能出现不同节律的μ波活动。 与性别识别任务相比，ASD青少年表现出较低的对愤怒和厌恶情绪的γ，而TD青少年在这两项任务之间显示出较小的γ差异。

7.总结 ¶

在这篇综述中总结的ET和EEG结果表明，ASD的情绪面孔的注意力和认知加工的整个发展轨迹是非典型的。视线的非典型性虽然不是结论性的，但表明对ASD患者面部表情的视觉注意力发生了变化。在ET的发现中发展作用明显，表明在成年人群中FER期间注视改变更为明显。脑电图研究的发现支持了与面部表情情绪的处理相关的皮质区域的非典型激活，该研究报告了在整个发展轨迹中ERPs诱发的差异。