听障群体面孔识别大脑偏侧化综述

谭春凤,李锦芳,陈安梅,辛增友

(1.闽南师范大学教育科学学院,福建 漳州 363000; 2.漳州市阳光学校,福建漳州 363000; 3.漳州职业技术学院,福建 漳州 363000)

0 引言

大脑功能需要经过逐步发展,最初神经元髓鞘化、修剪,使得局部神经组织连络增强,随后半球功能不断分化,最终完成大脑功能偏侧化,即两半球实现功能的特异化。研究认为,该过程不仅是神经成熟的体现,也是大脑功能社会适应的结果[1]。

面孔识别大脑功能偏侧化的形成经历了类似的过程。相比其他类型刺激,人类自婴儿时期就表现出面孔偏好[2-3]。随着个体的成长,视觉中枢形成了专门识别面孔的功能区。功能磁共振成像研究表明,该区域为梭状回面孔区(Fusiform Face Area,FFA)[4-5],且大脑的右侧颞区梭状回对面孔加工更为敏感,在面孔识别过程中这些区域均被激活,即面孔识别的偏侧化现象,不同年龄群体面孔识别偏侧化有差异,正常成年人在面孔识别中会激活更多右半球区域,但儿童未表现出明显的右半球激活模式[6]。面孔识别是一个包括面孔感知、特征提取及整合辨别的复杂过程,各环节紧密相连,任何部分出现异常都可能导致面孔无法识别。很多研究报告了面孔失认现象与右半球损伤有关[7-9],认为正常听力群体右半球对面孔识别起主导性作用,左半球起补充作用,这可能与右半球处理面部结构信息有关[10-11]。伴随听障群体面孔识别研究的展开,发现听障群体半球偏侧化异于正常群体,表现出左半球偏侧化或两半球功能对称的特征。Bottari等让听障个体完成面孔分类及情绪面孔识别任务,发现左半球的脑电有相对较强的激活[12]。Emmorey等报告了类似的结果[13]。陈杰等采用事件相关电位研究听障个体面孔再认,发现左右半球激活的差异不显著,即面孔识别半球功能偏向不明显[14]。面孔识别左右半球功能不对称的形成、发展与生理因素、个体经验、学习等因素有关。针对听障个体进行面孔识别研究,探测半球功能偏侧化特征,有助于了解大脑半球功能神经发育机制及面孔识别的认知加工机制。本研究对相关文献进行梳理,总结研究方法,解释偏侧化形成的理论依据,提供了新的研究思路及视角。

1 听障个体面孔识别偏侧化的理论解释

1.1 重组理论

重组理论认为人类在发展过程中大脑功能也在不断发展完善,不同功能区分工协作,但由于某些感觉通道的缺陷,导致加工该刺激的区域虽然保留了处理该刺激的功能,但其他功能区可调用该区域用来发展其他用途,即大脑功能发生重组以充分发挥其职能。重组理论进一步完善了缺陷补偿理论,认为大脑功能的可塑性强,能更好地解释听障个体面孔识别的偏侧化现象。Benetti等使用功能磁共振成像技术,考察了听障被试与正常听力被试在视觉运动刺激时大脑的反应,发现听障被试外侧颞叶区域表现出更强的激活,外侧颞叶是一个加工听觉运动的脑区,说明听障个体调用听觉运动的脑区来加工处理视觉运动信息[15]。研究发现,由于听觉经验的剥夺导致听障个体的两半球功能发生重组[16-17],听障个体的颞叶听觉区会被用于面孔加工[18]。与此相一致,由于听障个体调用通常对听觉刺激敏感的脑区参与面孔处理,那么更多区域卷入了面孔刺激的加工,故大脑偏侧化趋于减弱或消失,还可能出现加工效果优于正常听力个体的情况,因此重组理论认为听障群体面孔识别大脑功能发生重组,出现左半球优势或两半球功能对称分布的特征。

1.2 学习理论

听障群体主要通过手语进行交流,手语是一种按时间先后动态呈现的特殊语言,手语的习得导致大脑内运动性信息加工的非典型性偏侧化现象。研究发现,听障个体在运动信息加工中都表现出左半球功能优势[19-20]。正常群体在语言处理上具有左半球功能优势,但是听障个体的优势半球明显。语言与面孔识别的偏侧化发展并不是孤立的,个体的文字习得经验在其面孔识别偏侧化发展中产生重要影响[21]。Dundas等认为,识别单词的偏侧化先于面孔识别偏侧化发展[22]。偏向竞争理论认为,文字与面孔的偏侧化存在竞争。正常儿童随着阅读水平的发展提高率先形成文字的左侧半球优势,面孔识别因文字占用左半球资源转向右半球发展,并最终形成面孔识别的右侧偏侧化。听障个体由于听觉剥夺,文字阅读水平发展相对滞后,左半球有一定的资源用来发展面孔识别能力,因而听障个体面孔识别的右半球优势不明显。学习理论则进一步强调听障群体独特的手语经验对面孔识别偏侧化发展产生重要影响,目前尚不明确面孔识别偏侧化在多大程度上受到手语经验的影响。

1.3 信息加工理论

听障个体听不到声音而不能评估他人的情感音调,因此面孔对于听障人群有特殊的价值,尤其是面部线索在手语和唇读中特别重要。在现实生活中看到的都是鲜活动态的面孔,包括面部肌肉运动、面孔朝向、眼睛注视、性别、面部吸引力、表情、言语、面部特征等,多变量交织在一起,相互影响,共同发挥作用影响面孔识别。研究表明,使用手语的成年听障人士在面孔感知任务中观察到的右半球偏侧化减少,这是因为面孔也传达了重要的言语信息。一项研究要求听障成年人明确地注意面孔的情绪或身份信息,受到不同任务要求的影响,视野偏向发生改变,听障被试组在面孔身份判断中表现出对左视野偏向,而在面孔情绪判断中则略微转向右视野[23]。McCullough等发现在判断情绪面孔表情的任务中,正常听力被试右半球偏侧化显著,听障组被试左、右半球的脑区激活是对称的,即不存在大脑半球偏侧化优势,但是在有言语含义的面孔任务中,听力正常组被试大脑双侧显著激活,听障组被试表现为左半球的脑区激活程度更高[24],由此可见,人如何注意、选择及接收信息,如何对信息进行编码、内在化及组织,如何利用这些信息做出决策并指导自己的行为,都可能导致不同的半球偏向。

2 听障个体面孔识别偏侧化研究方法

2.1 分视野范式

分视野范式(Divided Visual Field Paradigm)是研究面孔识别偏侧化的经典范式,是从大脑矢状面分左右得到两个不同的视野,即左视野和右视野。眼睛在左右视野接收的信息分别投射在对侧半球进行初级加工,随后通过胼胝体进行信息交互,因此呈现在左视野内的刺激最初由右半球接收和加工,右侧视野内的刺激则由左半球负责加工,左右视野偏向效应可用来反映信息加工中的半球功能差异。Dundas等利用分视野范式研究儿童及成人面孔识别加工中的大脑偏侧化,结果发现成人右半球偏侧化显著,儿童面孔识别的偏侧化差异不显著[22]。Letourneau等采用分视野范式发现听障个体在情绪面孔判断任务中的面孔识别成绩在左视野的正确率显著降低,即右半球偏侧化效应减弱[23]。

视野里的信息先传递到对侧半球进行加工,再通过胼胝体传递到另一半球,因此最先获得刺激的半球优先一步加工,传递到对侧半球的信息相对较晚得到处理,这其中存在一个时间差。不同半球优势的形成与发展依托于大脑独特的生理结构。分视野范式利用大脑独特的信息加工方式更能反映面孔识别的偏侧化生理机制,生态效度高。此外,在深度加工信息的过程中两半球的功能是否发生变化需要进一步观测。

2.2 嵌合面孔范式

嵌合面孔(Chimeric Face Paradigm)是将一张面孔从正中间纵向分成两半,将两张不同半边人脸面孔拼合在一起,考察被试优先注意左半边面孔还是右半边面孔。嵌合面孔始终呈现在视野的中心。Burt和Perrett发现被试对面孔性别和表情判断在更大程度上受到左半边面孔信息的影响[25]。Yovel等使用功能磁共振扫描正常听力被试识别嵌合面孔时大脑活动的特征,发现正常听力被试对左侧面孔的正确再认率显著高于右侧,右梭状回激活更明显,左侧面孔偏向与大脑右半球的激活水平呈正相关[26]。这些研究表明使用嵌合面孔范式发现了显著的左右视野效应差异,即反映了正常成年群体面孔加工的右半球偏侧化。但相较于正常听力群体,听障群体的视野偏向发生了改变。Dole等要求被试判断嵌合面孔的性别,对正确性别分类百分比显示,两组被试的成绩是完美的(听障组99.6%,听力组98.6%),与正常听力被试相比,听障被试的左视野偏向没有显著减少,但听障被试存在左视野偏向的人数并没有听力组的多,听障人群中的左视野偏向可能减少[27]。

嵌合面孔范式在一定程度上反映了个体面孔识别的偏向,对左右侧面孔的偏向很好地体现出面孔加工的偏侧化特点,但该范式逻辑上不能排除其他的潜在影响因素对于面孔识别中偏侧效应的作用。比如个体阅读习惯,有的人习惯从左至右扫视面孔,且可能对左半部的面孔给予更多的注视,个体经验差异可能造成面孔识别的大脑功能偏侧化。但个体经验究竟在哪些方面及产生多大程度的影响都值得进行深入研究,利用嵌合面孔方式来研究面孔识别的偏侧化具有合理性,需综合考虑其他可能因素的影响。

2.3 神经生理技术

生理和心理息息相关,面孔识别的偏侧化发展也体现在相应的神经解剖结构形态及功能变化上。随着神经生理技术的不断发展,研究工具不断改进,面孔加工的偏侧化研究也从行为实验简单记录被试的表现转向记录大脑产生的相应改变。运用事件相关电位技术的研究发现,相比于其他非面孔刺激,面孔刺激可诱发显著的N170成分[28-30],倒置面孔可诱发一个潜伏期更长但是波幅更大的N170成分[31-32]。N170成分是面孔识别的特异性指标。使用正电子发射计算机断层扫描与功能性磁共振成像技术的研究表明,面孔的熟悉度影响大脑的激活程度,并表现出半球差异。识别陌生面孔时引起右侧半球更大的激活,且激活区域更大[33-35]。事件相关电位研究表明,面孔识别时右半球N170波幅比左半球更负[36-38]。彭小虎等通过事件相关电位研究发现,面孔识别时左半球潜伏期更短,右半球激活程度更大,在加工速度与加工强度两个维度上两半球各占一定优势,并非单纯的右半球优势[39]。因此大脑半球的优势问题应做维度上的区分。

目前面孔识别的大脑偏侧化研究已取得较多成果,以往使用电生理学技术总体关注了面孔刺激呈现后170 ms左右的时间窗,没有从认知加工进程角度分析面孔的选择性注意、识别及工作记忆存储等环节的偏侧化特征,纯粹的行为研究考察的是面孔加工结果,对面孔加工进程的探索存在局限,单独使用神经成像技术的研究同样难以澄清,未来,有必要结合多种神经生理技术选择与面孔加工相关的、更为特异化的神经生理学指标进行深入探索。

3 展望

听障个体面孔识别偏侧化的形成有其独特的生理基础及外部因素的影响,可能是听觉信息的残缺导致大脑功能结构发生重组,也可能是同时卷入听觉障碍相关个体经验而发展为不同的注意及认知加工模式。总之,多种因素相互影响与共同作用导致听障个体展现出独特的面孔识别偏侧化特征。为了充分理解听障个体面孔识别加工,理清人类面孔识别偏侧化的形成机制,深化认识人类的认知加工,有必要对听障个体的面孔加工偏侧化进行深入探索。

3.1 创新研究范式

目前研究面孔偏侧化的方法较少。面孔传达多重信息,对听障群体来说,面孔不仅包括身份及言语信息,也包括情绪性沟通信息。面孔的熟悉度、性别特征、任务类型、个体的注意与动机状态、工作记忆负载等都会影响面孔识别,未来应致力于创新研究范式,分离及控制相关因素效应,深入探索听障群体的面孔识别偏侧化过程。如利用多元回归分析,寻找对面孔识别影响最大的因子。考虑与其他经典研究范式相结合,如结合注意探测范式,探究面孔识别过程中对不同面部特征的注意散布情况,对比正常听力个体,发掘听障群体的面孔加工优势。不论是对面孔的整体结构性认知研究,还是对局部特征及单维度特征的研究,都应尝试从加工进程的角度进行探索。创造新的研究范式,挖掘面孔识别偏侧化新的特点,有助于加深对面孔识别运作机制的认识,更好地服务于听障群体的生活及学习。

3.2 运用新型设备

随着科学技术的革新,神经成像技术、电生理学技术及脑磁技术等得到了广泛应用。这些新型无创性神经研究技术的应用提升了对听障群体进行更复杂认知加工探索的可行性及研究结果的可靠性,有助于深入理解听障群体面孔识别的脑机制。目前仅有少量研究使用电生理学技术考察听障个体的面孔识别偏侧化[14]。未来可综合探索神经成像技术及脑电、脑磁技术,获取高时间分辨率和空间分辨率数据,深入考察面孔识别动态过程的神经机制及偏侧化本质,结合经颅磁脉冲刺激技术,如模拟即时性听觉障碍状态下个体的面孔加工,对比长期性听觉障碍个体的加工特征,有利于进一步探索特定功能脑区结构,特别是面孔识别偏侧化加工相关脑区结构的形成机制。

3.3 进行纵向研究

人类面孔识别能力是逐步发展的,不同的个体经验会影响面孔偏侧化的形成。目前,听障个体的面孔识别能力发展过程尚不明晰。Szelag和Wasilewski研究了18名13岁正常听力和18名14岁先天听障儿童识别情绪表情面孔的脑功能偏侧化。在正常听力被试中,悲伤面孔和中性面孔显示出右半球优势,对快乐面孔的识别两半球无显著差异。在听障被试中,没有观察到任何一种情绪的功能半球不对称性。可以推测,听障儿童对情绪面孔中所包含的信息分析发生在两个大脑半球[40],这表明缺乏听觉经验会影响大脑半球功能偏侧化的形成。在正常儿童被试身上不同的情绪面孔出现不同的偏侧化现象,可推测情绪面孔出现偏侧化发生在不同的年龄阶段。因此针对不同年龄阶段的听障个体采用符合其年龄特征与认知发展水平的实验任务及材料,进行纵向追踪研究不同年龄阶段面孔识别能力发展情况及出现半球功能偏侧化的过程有助于揭开面孔识别能力脑功能机制的发展演进,更好地服务于听障人群的学习与生活。

4 结束语

半球功能偏侧化的形成是由神经生理机制与认知加工方式共同作用的结果。由于听觉缺失和不同的个体经验,听障群体形成了与正常听力群体不同的半球功能偏侧化。深入探究听障群体面孔识别大脑偏侧化可以更好地了解大脑形态与结构变化对认知加工的影响及个体认知方式对大脑功能及结构的作用,包括二者之间的相互作用,因此对听障群体的研究有助于更全面地认识半球功能偏侧化的运行机制。