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IT Literature Intelligence 终审版本 (VERIFIED) 论文编号: 262 | 原始基线: V0_ZCODE_BASELINE | 语义审核: minor_revision | 图表审核: minor_issue

Abnormal ventral temporal cortical activity during face discrimination among individuals with autism and Asperger syndrome

Schultz · Archives of General Psychiatry · 2000 · Zotero itemID=2354

这项 fMRI 研究把面孔加工的脑成像证据首次系统地推向自闭症谱系人群，是比较有名的"自闭症者用看物体的方式看面孔"这一说法的实证来源。作者比较高功能自闭症/阿斯伯格综合征被试与两组匹配对照在面孔与物体辨别任务中的腹侧颞叶活动，发现对照组面孔加工倚重右侧梭状回、物体加工倚重颞下回，而自闭症组面孔辨别时恰恰是梭状回活动减弱、颞下回活动增强。方法上，它用"感兴趣区在一组对照中定义、换一组对照再复制"的设计来对抗被试间变异，这个思路至今仍在群体成像比较中使用。

研究背景

自闭症谱系障碍（autism spectrum disorders，包括自闭症与阿斯伯格综合征，Asperger syndrome, AS）的社会症状早在第一年就显形：偏好无生命物体、对人脸缺乏兴趣。面孔识别异常之所以值得单独研究，在于它可能提示疾病的发展机制：识别个体面孔是成功人际关系的基础，而已有文献提示自闭症与 AS 个体存在相对特异的面孔识别缺陷——非面孔物体识别却相对保留。行为证据不少：Tantam 等发现自闭症儿童在"找不同者"面孔辨别任务上劣于按年龄与非言语 IQ 匹配的对照；Hauck 等发现自闭症男孩面孔知觉与记忆俱损；AS 与广泛发育障碍儿童也有类似困难，提示面孔知觉异常可能是社会障碍的核心特征。但作者也如实交代：这一缺陷的效应量可能不大，至少有一项研究未发现总体成绩的组间差异。

要理解这些缺陷为何有趣，需要放在面孔/物体加工的对照框架里看：正常面孔知觉是整体性的（holistic），依赖眼睛、鼻子、嘴等主要特征的空间配置（configural processing，配置加工）；非面孔物体识别则更多依赖对个别特征的检测。把面孔倒置会打乱习惯的配置、使知觉变难（倒置效应，inversion effect），而物体识别受倒置影响小得多——例外是某类视觉刺激的专家（鸟类学家、汽车发烧友），专长的发展伴随着从特征加工到配置加工的过渡和倒置效应的增大。耐人寻味的是，有社会障碍的病人识别面孔时更依赖个别部件（如下半张脸与嘴部）而非整体配置，且面孔倒置效应比常人小、物体知觉相对好——这暗示他们可能像处理物体一样处理面孔，原因或许是面孔专长（expertise）缺失和/或配置加工困难。当时的脑成像已确证梭状回（fusiform gyrus, FG）对面孔的优先反应，物体加工则涉及梭状回两侧的颞下回（inferior temporal gyri, ITG）、枕外侧回与海马旁回等；但解剖特化是相对而非绝对的——面孔与物体任务共享部分组织、精确位置因人而异，这使得先验定义感兴趣区（region of interest, ROI）和跨组比较都很难。如何在一个本来就个体变异大的区域上做病人-对照比较，正是本研究的切入点。

研究思路

作者的总体策略可以概括为"任务调系统、双对照稳 ROI"。首先，任务不用被动观看而用同/异判断的知觉辨别，参数（每图 4 秒、间隔 2 秒、三任务难度事先配平）是靠磁体外预试（15 名对照、4 名病人）确定的，目的是驱动成功完成面孔/物体辨别时动员的知觉系统，而非记录成绩差异本身；物体辨别全部取同类别的下位水平（subordinate level，如椅对椅、绝不做椅对瓶），以排除"病人做任何类内辨别都困难"的混淆。其次，针对腹侧颞叶激活位置个体变异大的问题，作者设计了一个双重验证：先在对照组 NC1 内定义面孔与物体的 ROI，把这套定义用于 NC2 与自闭症组的比较；再把 ROI 定义反过来在 NC2 内建立、用于 NC1 与自闭症组的比较，作为复制研究。第三，在度量上不取常规的高阈值显著体素（组间比较时分布不正态），而是按 Constable 等的论证取"阈值略高于零时的激活像素数"作为激活面积的量度，并协变量化全局激活。这套设计让"自闭症者面孔加工的异常模式"落在两条独立定义的 ROI 上都能检验。

方法

被试为 14 名右利手男性自闭症或 AS 患者（自闭症 8 人、AS 6 人，经 ADI-R 家长访谈与 ADOS 评估确诊，均符合 ICD-10 标准；Vineland 社会化分数平均比按比例折算的言语 IQ 低约 4 个标准差，VIQ 显著高于 PIQ，t(13)=4.27，P<.001）和 28 名右利手男性社区对照（筛除脑外伤史、精神疾病与神经科问题），分为 NC1 与 NC2 各 14 人，三组在年龄、总 IQ 和扫描中头动上均无显著差异（P>.50）。原入组 23 名病人，9 名病人与 1 名对照因运动伪影被剔除；4 名患者服药（SSRI 3 人、氟哌啶醇 1 人）但服药与否不影响任何 fMRI 指标；自闭症与 AS 两个亚组在 fMRI 指标上无差异，故合并分析。扫描用 GE Signa 1.5 T 配平面回波成像，沿梭状回长轴取斜轴位单层，最大限度覆盖颞叶腹侧面后三分之二（Figure 2）；TR 1500 ms、TE 60 ms、翻转角 60°、体素 3.125×3.125×9.0 mm。因磁化率伪影，后联合嘴侧（前颞）数据不分析并在复合图上屏蔽，分析聚焦于既往研究一致报告激活的后颞-枕区。

任务为 4 个 run 的 ABA 设计（run 1–2 为模式-物体-模式，run 3–4 为模式-面孔-模式），每 run 3 个区块各 41 秒、间隔 8 秒，每区块 7 对图像，被试按键判断并排图像"相同"或"不同"（Figure 1）。面孔为同性别的中性/无表情照片对，剪去头发、耳朵与衣领，迫使被试聚焦于与非性社交沟通最相关的眼、鼻、嘴；物体为熟悉的汽车、船、鸟、飞机、瓶、椅等的下位水平配对；改为“模式刺激由物体图片严重扭曲而来；物体和模式刺激的边缘特征均经过遮挡，以使其难度接近面孔刺激对。”数据处理：SPM96 运动校正并把每个像素时间 course 与运动参数去相关，6.25 mm 高斯平滑，6 个脑亚体积的分段线性形变用于被试间平均；对每个体素以物体或面孔任务对比模式基线计算 t 值，两个 run 的 t 图平均后做最小簇 5 的去噪，再相互相减得到面孔特异与物体特异的"双重减影"（double subtraction, DS）图。ROI 在 NC1 内用 8×8 mm 的比例网格框出最强激活（面孔→右 FG，物体→右 ITG）；每人在 ROI 内 DS 值大于 0.1 的像素数即为激活面积。统计用协方差分析（ANCOVA）检验任务、组别主效应与任务×组别交互，协变量为全局激活与任务成绩（后者因从不显著而在最终模型中剔除），α=.05。

主要结果

  1. 行为成绩基本配平：模式任务三组无显著差异（96.2%、95.5%、92.0%，F=2.72，P=.08）；物体任务 NC1 显著高于另两组（F=4.55，P=.02），但三组正确率都超过 95%，实际意义有限；面孔任务 NC2 显著优于自闭症组（t=2.43，P=.02），NC1 与自闭症组无显著差异（Table 3）。
  2. 用 NC1 定义的 ROI 比较 NC2 与自闭症组：右 ITG 与右 FG 均出现显著的任务×组别交互（右 ITG F(1,51)=4.78，P=.03；右 FG F(1,51)=4.43，P=.04），无主效应。事后分析显示交互完全由面孔任务驱动：面孔辨别时自闭症组右 ITG 激活显著大于 NC2（P=.04）、右 FG 激活显著小于 NC2（P=.01），而物体任务上组间均无差异。两组对照的右 FG 面孔选择激活中心（NC1：+38, −58, −10；NC2：+36, −50, −10）与既往研究一致，而自闭症组面孔激活中心（+48, −48, −14）与 NC1 物体加工的 ITG 激活中心（+48, −52, −14）最为接近——"自闭症者用物体系统看面孔"在坐标上直接可见。
  3. 相关分析佐证了这一模式：病人组右 FG 激活与物体辨别成绩相关（r=0.74，P=.002）而对照组不相关（r=0.04，P=.84）；右 FG 激活与面孔成绩在对照组中正相关但未达显著（r=0.35，P=.07）；病人组右 ITG 激活与磁体外施测的 Benton 面孔识别测验相关（r=0.68，P=.01）。
  4. 复制研究（ROI 定义在 NC2、比较 NC1 与自闭症组）再次确认：NC1 与自闭症组在右 ITG 出现任务×组别交互（F(1,51)=4.62，P=.02），左 ITG 的交互更强（F(1,51)=9.31，P=.004）——自闭症组面孔知觉时左 ITG 激活显著大于 NC1（F(1,25)=7.37，P=.01）。右 FG 的组间交互这次未达显著（F(1,51)=2.52，P=.06），改为“作者认为NC2中更靠前的右FG激活中心可能使ROI定义发生变化，从而影响复制结果，但这一解释尚未得到直接验证。”复合激活图（Figure 3，其图注未收入本材料）同样确认了"自闭症组面孔加工时的 ITG 活动"。
  5. 其他区域：左 FG 无任何主效应或交互；右海马旁回无效应；左海马旁回有任务×组别交互（F(1,51)=4.58，P=.04），系自闭症组在物体辨别时激活大于 NC1（P=.03），与面孔无关。

图注解读

图 1 · 三类任务的刺激对示例

原文图注：Figure 1. Examples of stimulus pairs used in the face, object, and pattern tasks. For each stimulus type, the pair on the left is "different" while the one on the right is the "same."

图里按面孔、物体、模式三类各给出刺激对，每类左侧一对是"不同"、右侧一对是"相同"。读图重点有三：面孔对已剪去发型、耳朵、衣领，只剩眼鼻嘴区域；物体对是同类别的下位水平配对（如椅对椅）；模式对由物体扭曲而来且遮挡了边缘特征。这三种刺激的难度事先配平，是"任务×组别交互可归因于加工方式而非难度"的前提，支撑主要结果第 2、4 条。

Figure 1

图 2 · 腹侧颞-枕部神经解剖与扫描层面选择

原文图注：Figure 2. Ventral temporal-occipital neuroanatomy. A, Illustration of the fusiform gyrus (FG) and inferior temporal gyrus (ITG) in a brain examined postmortem. B, Demonstration of the magnetic resonance imaging slice selection used to maximally capture the FG. C, An example of an oblique axial magnetic resonance imaging scan through the ventral temporal-occipital cortex.

三个面板分别显示：A 为尸检脑上梭状回与颞下回的解剖示意图；B 为 MRI 层面选取示意——斜轴位单层沿梭状回长轴铺开，最大化覆盖该结构；C 为一幅实际的斜轴位扫描像。这张图交代了本研究一个容易被忽视的技术决定：只用单层斜轴位切片来捕捉腹侧颞叶，这既是控制扫描时间的取舍，也解释了为何分析局限于后颞-枕区（前颞受磁化率伪影干扰）。读懂它才能理解结果中 FG 与 ITG 坐标的空间关系。

Figure 2

图 4 · 各组在两个 ROI 上的激活面积（按任务分列）

原文图注：Figure 4. Area of activation (standardized residual scores after partialling out global activation, mean ± SE) by group (n = 14 in each) and task. Analysis of covariance revealed significant task × group interactions (see the "Statistical Analyses" subsection of the "Subjects and Methods" section). NC1 indicates normal control group 1; NC2, normal control group 2.

图分两块（右梭状回、右颞下回），纵轴是剔除全局激活后的标准化残差 z 分数（激活面积），横轴为 NC1、NC2、自闭症组三组，每组给出面孔与物体两个任务的柱条，误差线为标准误。读图关键在"交叉"形态：对照组面孔柱高于物体柱（FG）或物体柱高于面孔柱（ITG），自闭症组在 FG 上面孔柱塌陷、在 ITG 上面孔柱反超——这正是显著任务×组别交互的可视化，直接支撑主要结果第 2 条；而物体任务上各组柱形接近，对应"物体加工组间无稳定差异"。

Figure 4

讨论

作者的因果解释相当克制，给出的是一个梯度谱系：最直接的解释是自闭症谱系个体对面孔采用以特征为基础（feature-based）而非配置式的加工——FG 负责配置加工、ITG 等其两侧区域负责特征水平加工，而 Gauthier 等 (1999) 关于新物体专长招募梭状回"面孔区"的结果恰好呼应了"面孔专长缺失"这一假设；作者甚至提出关键检验应当是训练自闭症者获得面孔专长前后各做一次成像。第二个候选是 Uta Frith 的"弱中央统合"（weak central coherence）——一种偏向零碎分析、弱于整体统合的认知风格，且 DSM-IV 把"对物体部件的持续先占"列为症状之一；但作者指出行为文献更支持缺陷局限于面孔而非普遍的物体知觉问题，未来可用眼动追踪区分这两种假说。第三层是病理问题：数据无法分辨激活差异反映的是"系统完好但策略不同"，还是神经生物学扰动的涌现属性——梭状回内面孔神经元集合的先天异常是可能的，不过两名盲评神经放射学家检查结构 MRI 未发现 FG 形态、对称性或灰度异常（更精细的形态测量仍有待做）。

作者随后展开了全文最有远见的段落：原发病灶可能在腹侧皮层之外——尤其是与 FG 有密集往返连接的杏仁核（amygdala）。杏仁核参与视觉奖赏联结学习、事件的情绪显著性标记、社会行为与面孔/表情知觉，尸检研究显示自闭症的杏仁核及边缘系统结构异常；如果杏仁核的功能是标记面孔的情绪显著性、从而在发育中驱动面孔辨别的专长积累，那么皮层发育关键期内对面孔的注意不足就可能塑造出如今观察到的腹侧颞叶模式。这一发展性假设还能解释为何新生期杏仁核损伤的猴要数月后才出现自闭样社会情绪变化、为何内侧颞叶新生期损伤会造成成年期远隔皮层改变。局限方面作者列得很全：样本是平均 IQ 109 的高功能人群（低 IQ 者因头动被剔除），外推性未知；自闭症与 AS 混合（虽然亚组间无差异，仍需更大样本）；脑形变归一化可能受神经解剖异常影响；面孔与物体分置于不同 run（事后看 run 间移动比 run 内任务切换更伤数据质量）；颞下皮层 T2* 可比上方脑区短达 70%，BOLD 信号弱、形变大，尤其无法测杏仁核的角色——作者把缩短 TE、非对称自旋回波、个体化匀场等列为进一步的解法。

一句话总结

我读这篇文章时最佩服的是它把"ROI 定义本身的被试间变异"当作需要设计来解决的问题，而不是事后讨论的脚注——双对照交叉定义让"自闭症面孔加工偏向 ITG"这一结论经住了换组检验。从今天的眼光看，"用看物体的方式看面孔"把感知层面的解释（特征式加工）与发展层面的解释（杏仁核-专长假说）并置，实际上预演了后来二十年自闭症社会脑研究的两条主线；单层斜轴位扫描和前颞信号丢失是明显的时代局限，但删除该句，或在另行核对后续系统综述和重复研究并提供引用后，以更审慎的方式表述。

审校与证据追溯 (Verification & Evidence)

图表审计结果

关键事实与局限性声明