聽障群體面孔識別大腦偏側化綜述

譚春鳳,李錦芳,陳安梅,辛增友

(1.閩南師范大學教育科學學院,福建 漳州 363000; 2.漳州市陽光學校,福建漳州 363000; 3.漳州職業技術學院,福建 漳州 363000)

0 引言

大腦功能需要經過逐步發展,最初神經元髓鞘化、修剪,使得局部神經組織連絡增強,隨后半球功能不斷分化,最終完成大腦功能偏側化,即兩半球實現功能的特異化。研究認為,該過程不僅是神經成熟的體現,也是大腦功能社會適應的結果[1]。

面孔識別大腦功能偏側化的形成經歷了類似的過程。相比其他類型刺激,人類自嬰兒時期就表現出面孔偏好[2-3]。隨著個體的成長,視覺中樞形成了專門識別面孔的功能區。功能磁共振成像研究表明,該區域為梭狀回面孔區(Fusiform Face Area,FFA)[4-5],且大腦的右側顳區梭狀回對面孔加工更為敏感,在面孔識別過程中這些區域均被激活,即面孔識別的偏側化現象,不同年齡群體面孔識別偏側化有差異,正常成年人在面孔識別中會激活更多右半球區域,但兒童未表現出明顯的右半球激活模式[6]。面孔識別是一個包括面孔感知、特征提取及整合辨別的復雜過程,各環節緊密相連,任何部分出現異常都可能導致面孔無法識別。很多研究報告了面孔失認現象與右半球損傷有關[7-9],認為正常聽力群體右半球對面孔識別起主導性作用,左半球起補充作用,這可能與右半球處理面部結構信息有關[10-11]。伴隨聽障群體面孔識別研究的展開,發現聽障群體半球偏側化異于正常群體,表現出左半球偏側化或兩半球功能對稱的特征。Bottari等讓聽障個體完成面孔分類及情緒面孔識別任務,發現左半球的腦電有相對較強的激活[12]。Emmorey等報告了類似的結果[13]。陳杰等采用事件相關電位研究聽障個體面孔再認,發現左右半球激活的差異不顯著,即面孔識別半球功能偏向不明顯[14]。面孔識別左右半球功能不對稱的形成、發展與生理因素、個體經驗、學習等因素有關。針對聽障個體進行面孔識別研究,探測半球功能偏側化特征,有助于了解大腦半球功能神經發育機制及面孔識別的認知加工機制。本研究對相關文獻進行梳理,總結研究方法,解釋偏側化形成的理論依據,提供了新的研究思路及視角。

1 聽障個體面孔識別偏側化的理論解釋

1.1 重組理論

重組理論認為人類在發展過程中大腦功能也在不斷發展完善,不同功能區分工協作,但由于某些感覺通道的缺陷,導致加工該刺激的區域雖然保留了處理該刺激的功能,但其他功能區可調用該區域用來發展其他用途,即大腦功能發生重組以充分發揮其職能。重組理論進一步完善了缺陷補償理論,認為大腦功能的可塑性強,能更好地解釋聽障個體面孔識別的偏側化現象。Benetti等使用功能磁共振成像技術,考察了聽障被試與正常聽力被試在視覺運動刺激時大腦的反應,發現聽障被試外側顳葉區域表現出更強的激活,外側顳葉是一個加工聽覺運動的腦區,說明聽障個體調用聽覺運動的腦區來加工處理視覺運動信息[15]。研究發現,由于聽覺經驗的剝奪導致聽障個體的兩半球功能發生重組[16-17],聽障個體的顳葉聽覺區會被用于面孔加工[18]。與此相一致,由于聽障個體調用通常對聽覺刺激敏感的腦區參與面孔處理,那么更多區域卷入了面孔刺激的加工,故大腦偏側化趨于減弱或消失,還可能出現加工效果優于正常聽力個體的情況,因此重組理論認為聽障群體面孔識別大腦功能發生重組,出現左半球優勢或兩半球功能對稱分布的特征。

1.2 學習理論

聽障群體主要通過手語進行交流,手語是一種按時間先后動態呈現的特殊語言,手語的習得導致大腦內運動性信息加工的非典型性偏側化現象。研究發現,聽障個體在運動信息加工中都表現出左半球功能優勢[19-20]。正常群體在語言處理上具有左半球功能優勢,但是聽障個體的優勢半球明顯。語言與面孔識別的偏側化發展并不是孤立的,個體的文字習得經驗在其面孔識別偏側化發展中產生重要影響[21]。Dundas等認為,識別單詞的偏側化先于面孔識別偏側化發展[22]。偏向競爭理論認為,文字與面孔的偏側化存在競爭。正常兒童隨著閱讀水平的發展提高率先形成文字的左側半球優勢,面孔識別因文字占用左半球資源轉向右半球發展,并最終形成面孔識別的右側偏側化。聽障個體由于聽覺剝奪,文字閱讀水平發展相對滯后,左半球有一定的資源用來發展面孔識別能力,因而聽障個體面孔識別的右半球優勢不明顯。學習理論則進一步強調聽障群體獨特的手語經驗對面孔識別偏側化發展產生重要影響,目前尚不明確面孔識別偏側化在多大程度上受到手語經驗的影響。

1.3 信息加工理論

聽障個體聽不到聲音而不能評估他人的情感音調,因此面孔對于聽障人群有特殊的價值,尤其是面部線索在手語和唇讀中特別重要。在現實生活中看到的都是鮮活動態的面孔,包括面部肌肉運動、面孔朝向、眼睛注視、性別、面部吸引力、表情、言語、面部特征等,多變量交織在一起,相互影響,共同發揮作用影響面孔識別。研究表明,使用手語的成年聽障人士在面孔感知任務中觀察到的右半球偏側化減少,這是因為面孔也傳達了重要的言語信息。一項研究要求聽障成年人明確地注意面孔的情緒或身份信息,受到不同任務要求的影響,視野偏向發生改變,聽障被試組在面孔身份判斷中表現出對左視野偏向,而在面孔情緒判斷中則略微轉向右視野[23]。McCullough等發現在判斷情緒面孔表情的任務中,正常聽力被試右半球偏側化顯著,聽障組被試左、右半球的腦區激活是對稱的,即不存在大腦半球偏側化優勢,但是在有言語含義的面孔任務中,聽力正常組被試大腦雙側顯著激活,聽障組被試表現為左半球的腦區激活程度更高[24],由此可見,人如何注意、選擇及接收信息,如何對信息進行編碼、內在化及組織,如何利用這些信息做出決策并指導自己的行為,都可能導致不同的半球偏向。

2 聽障個體面孔識別偏側化研究方法

2.1 分視野范式

分視野范式(Divided Visual Field Paradigm)是研究面孔識別偏側化的經典范式,是從大腦矢狀面分左右得到兩個不同的視野,即左視野和右視野。眼睛在左右視野接收的信息分別投射在對側半球進行初級加工,隨后通過胼胝體進行信息交互,因此呈現在左視野內的刺激最初由右半球接收和加工,右側視野內的刺激則由左半球負責加工,左右視野偏向效應可用來反映信息加工中的半球功能差異。Dundas等利用分視野范式研究兒童及成人面孔識別加工中的大腦偏側化,結果發現成人右半球偏側化顯著,兒童面孔識別的偏側化差異不顯著[22]。Letourneau等采用分視野范式發現聽障個體在情緒面孔判斷任務中的面孔識別成績在左視野的正確率顯著降低,即右半球偏側化效應減弱[23]。

視野里的信息先傳遞到對側半球進行加工,再通過胼胝體傳遞到另一半球,因此最先獲得刺激的半球優先一步加工,傳遞到對側半球的信息相對較晚得到處理,這其中存在一個時間差。不同半球優勢的形成與發展依托于大腦獨特的生理結構。分視野范式利用大腦獨特的信息加工方式更能反映面孔識別的偏側化生理機制,生態效度高。此外,在深度加工信息的過程中兩半球的功能是否發生變化需要進一步觀測。

2.2 嵌合面孔范式

嵌合面孔(Chimeric Face Paradigm)是將一張面孔從正中間縱向分成兩半,將兩張不同半邊人臉面孔拼合在一起,考察被試優先注意左半邊面孔還是右半邊面孔。嵌合面孔始終呈現在視野的中心。Burt和Perrett發現被試對面孔性別和表情判斷在更大程度上受到左半邊面孔信息的影響[25]。Yovel等使用功能磁共振掃描正常聽力被試識別嵌合面孔時大腦活動的特征,發現正常聽力被試對左側面孔的正確再認率顯著高于右側,右梭狀回激活更明顯,左側面孔偏向與大腦右半球的激活水平呈正相關[26]。這些研究表明使用嵌合面孔范式發現了顯著的左右視野效應差異,即反映了正常成年群體面孔加工的右半球偏側化。但相較于正常聽力群體,聽障群體的視野偏向發生了改變。Dole等要求被試判斷嵌合面孔的性別,對正確性別分類百分比顯示,兩組被試的成績是完美的(聽障組99.6%,聽力組98.6%),與正常聽力被試相比,聽障被試的左視野偏向沒有顯著減少,但聽障被試存在左視野偏向的人數并沒有聽力組的多,聽障人群中的左視野偏向可能減少[27]。

嵌合面孔范式在一定程度上反映了個體面孔識別的偏向,對左右側面孔的偏向很好地體現出面孔加工的偏側化特點,但該范式邏輯上不能排除其他的潛在影響因素對于面孔識別中偏側效應的作用。比如個體閱讀習慣,有的人習慣從左至右掃視面孔,且可能對左半部的面孔給予更多的注視,個體經驗差異可能造成面孔識別的大腦功能偏側化。但個體經驗究竟在哪些方面及產生多大程度的影響都值得進行深入研究,利用嵌合面孔方式來研究面孔識別的偏側化具有合理性,需綜合考慮其他可能因素的影響。

2.3 神經生理技術

生理和心理息息相關,面孔識別的偏側化發展也體現在相應的神經解剖結構形態及功能變化上。隨著神經生理技術的不斷發展,研究工具不斷改進,面孔加工的偏側化研究也從行為實驗簡單記錄被試的表現轉向記錄大腦產生的相應改變。運用事件相關電位技術的研究發現,相比于其他非面孔刺激,面孔刺激可誘發顯著的N170成分[28-30],倒置面孔可誘發一個潛伏期更長但是波幅更大的N170成分[31-32]。N170成分是面孔識別的特異性指標。使用正電子發射計算機斷層掃描與功能性磁共振成像技術的研究表明,面孔的熟悉度影響大腦的激活程度,并表現出半球差異。識別陌生面孔時引起右側半球更大的激活,且激活區域更大[33-35]。事件相關電位研究表明,面孔識別時右半球N170波幅比左半球更負[36-38]。彭小虎等通過事件相關電位研究發現,面孔識別時左半球潛伏期更短,右半球激活程度更大,在加工速度與加工強度兩個維度上兩半球各占一定優勢,并非單純的右半球優勢[39]。因此大腦半球的優勢問題應做維度上的區分。

目前面孔識別的大腦偏側化研究已取得較多成果,以往使用電生理學技術總體關注了面孔刺激呈現后170 ms左右的時間窗,沒有從認知加工進程角度分析面孔的選擇性注意、識別及工作記憶存儲等環節的偏側化特征,純粹的行為研究考察的是面孔加工結果,對面孔加工進程的探索存在局限,單獨使用神經成像技術的研究同樣難以澄清,未來,有必要結合多種神經生理技術選擇與面孔加工相關的、更為特異化的神經生理學指標進行深入探索。

3 展望

聽障個體面孔識別偏側化的形成有其獨特的生理基礎及外部因素的影響,可能是聽覺信息的殘缺導致大腦功能結構發生重組,也可能是同時卷入聽覺障礙相關個體經驗而發展為不同的注意及認知加工模式。總之,多種因素相互影響與共同作用導致聽障個體展現出獨特的面孔識別偏側化特征。為了充分理解聽障個體面孔識別加工,理清人類面孔識別偏側化的形成機制,深化認識人類的認知加工,有必要對聽障個體的面孔加工偏側化進行深入探索。

3.1 創新研究范式

目前研究面孔偏側化的方法較少。面孔傳達多重信息,對聽障群體來說,面孔不僅包括身份及言語信息,也包括情緒性溝通信息。面孔的熟悉度、性別特征、任務類型、個體的注意與動機狀態、工作記憶負載等都會影響面孔識別,未來應致力于創新研究范式,分離及控制相關因素效應,深入探索聽障群體的面孔識別偏側化過程。如利用多元回歸分析,尋找對面孔識別影響最大的因子。考慮與其他經典研究范式相結合,如結合注意探測范式,探究面孔識別過程中對不同面部特征的注意散布情況,對比正常聽力個體,發掘聽障群體的面孔加工優勢。不論是對面孔的整體結構性認知研究,還是對局部特征及單維度特征的研究,都應嘗試從加工進程的角度進行探索。創造新的研究范式,挖掘面孔識別偏側化新的特點,有助于加深對面孔識別運作機制的認識,更好地服務于聽障群體的生活及學習。

3.2 運用新型設備

隨著科學技術的革新,神經成像技術、電生理學技術及腦磁技術等得到了廣泛應用。這些新型無創性神經研究技術的應用提升了對聽障群體進行更復雜認知加工探索的可行性及研究結果的可靠性,有助于深入理解聽障群體面孔識別的腦機制。目前僅有少量研究使用電生理學技術考察聽障個體的面孔識別偏側化[14]。未來可綜合探索神經成像技術及腦電、腦磁技術,獲取高時間分辨率和空間分辨率數據,深入考察面孔識別動態過程的神經機制及偏側化本質,結合經顱磁脈沖刺激技術,如模擬即時性聽覺障礙狀態下個體的面孔加工,對比長期性聽覺障礙個體的加工特征,有利于進一步探索特定功能腦區結構,特別是面孔識別偏側化加工相關腦區結構的形成機制。

3.3 進行縱向研究

人類面孔識別能力是逐步發展的,不同的個體經驗會影響面孔偏側化的形成。目前,聽障個體的面孔識別能力發展過程尚不明晰。Szelag和Wasilewski研究了18名13歲正常聽力和18名14歲先天聽障兒童識別情緒表情面孔的腦功能偏側化。在正常聽力被試中,悲傷面孔和中性面孔顯示出右半球優勢,對快樂面孔的識別兩半球無顯著差異。在聽障被試中,沒有觀察到任何一種情緒的功能半球不對稱性。可以推測,聽障兒童對情緒面孔中所包含的信息分析發生在兩個大腦半球[40],這表明缺乏聽覺經驗會影響大腦半球功能偏側化的形成。在正常兒童被試身上不同的情緒面孔出現不同的偏側化現象,可推測情緒面孔出現偏側化發生在不同的年齡階段。因此針對不同年齡階段的聽障個體采用符合其年齡特征與認知發展水平的實驗任務及材料,進行縱向追蹤研究不同年齡階段面孔識別能力發展情況及出現半球功能偏側化的過程有助于揭開面孔識別能力腦功能機制的發展演進,更好地服務于聽障人群的學習與生活。

4 結束語

半球功能偏側化的形成是由神經生理機制與認知加工方式共同作用的結果。由于聽覺缺失和不同的個體經驗,聽障群體形成了與正常聽力群體不同的半球功能偏側化。深入探究聽障群體面孔識別大腦偏側化可以更好地了解大腦形態與結構變化對認知加工的影響及個體認知方式對大腦功能及結構的作用,包括二者之間的相互作用,因此對聽障群體的研究有助于更全面地認識半球功能偏側化的運行機制。