自閉癥個體的超常能力：音調知覺優勢

鄧志洲， 王穗蘋， 于洛迪

(華南師范大學 教育科學學院/心理應用研究中心，廣東 廣州 510631)

自閉癥作為一種發展障礙，既表現出某些認知功能的缺陷，又具備所謂超凡的“能力孤島” 的特征(例如具有良好的機械記憶、拼圖技能、音樂才能等)。近年來，自閉個體的音調知覺優勢逐漸成為自閉癥研究的一個新熱點。這是因為研究自閉個體的音調知覺優勢不僅有助于自閉癥診斷標準的更新[1]，而且還有助于理解自閉個體的其他知覺優勢以及深入了解其口語交流缺陷的原因。本文將首先介紹自閉癥的特征以及音調知覺優勢現象，然后從理論研究的角度去分析這種優勢的成因，最后在此基礎上分析這一領域存在的問題以及未來的發展趨勢。

一、自閉癥及流行率

自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorders，ASD)是一種神經發展障礙，其關鍵癥狀包括交流和社會互動的障礙以及局限和刻板的行為與興趣[2]。根據美國精神病學會制定的DSM-Ⅳ，自閉癥被歸類為廣泛性發育障礙(pervasive development disorders，PDD)的一個分支。根據自閉癥的核心癥狀進行擴張定義的廣泛意義上的自閉癥即自閉癥譜系障礙，包含了典型自閉癥、阿斯伯格綜合癥、非典型自閉癥以及其他待分類的廣泛性發展障礙。

最新的自閉癥流行病學的數據表明，在美國，自閉癥的發病率已達1%[2]，其中，男明顯多于女，每70個男孩中可能有一個患有自閉癥譜系障礙。在我國，嚴重自閉癥患者估計約有65萬，癥狀較輕者約500多萬[3]。如果缺乏針對性的治療與干預，這些發展障礙不僅會嚴重影響自閉個體的正常學習與生活，而且還將會極大增加家庭與社會負擔成本，最近的10年里有關自閉癥的研究與治療在全球都受到了越來越多關注與重視。聯合國大會通過決議，從2008年，每年的4月2日定為世界自閉癥日。美國總統奧巴馬及美國國立衛生研究院在2009年將自閉癥列為人類健康第二公敵，在奧巴馬任期結束前，政府每年增加贊助自閉癥研究和治療經費達10億美元。

二、自閉癥個體的音調知覺優勢

盡管自閉癥伴隨有多方面的認知功能缺陷，但同時也具有不同的超常能力。例如，在視覺方面，自閉個體對面孔存在注意缺陷，但對物體卻有注意優勢[4]。他們對運動的客體知覺存在缺陷，但對靜態的不同相似客體有更好的分辨能力[5]。類似地，在聽覺領域，自閉癥個體對非社會性聽覺刺激與社會性聽覺刺激加工都異于正常個體。

其中，自閉癥個體對口語這種社會性刺激表現出反應不足，例如他們對口語的知覺有缺陷[6]和缺乏注意偏向[7]。Bartolucci和Pierce[6]對比了自閉兒童和正常兒童在輔音知覺任務的表現，發現自閉兒童的表現較差。最近的MEG研究也發現，自閉兒童對元音的自動知覺檢測與正常兒童相比更為延遲[8]。除知覺缺陷外，自閉兒童還對口語表現出注意缺陷。正常兒童在早年階段已經發展了對口語聲音的偏好，然而，自閉兒童對口語卻缺乏這種注意偏向[9]。

盡管在聽覺刺激的多個維度上都存在知覺缺陷，自閉癥個體對音調卻表現出過強的反應，例如對音調有更強的辨別能力。對于自閉群體中的音樂天才，絕對音調(absolute pitch，AP)辨識是他們的一項特殊才能[9]。即使是那些沒有受過音樂訓練的自閉個體，他們對音調的知覺優勢也普遍存在。Heaton等人[10]比較了沒有音樂經驗的自閉兒童與正常兒童對單一頻率音調的辨認和記憶。他們讓被試分辨一段旋律中的音調變化，以及記憶一些圖片與音調的配對，結果發現，自閉兒童對單一頻率音調的分辨和回憶都優于正常兒童，表現出對音調加工的優勢。Bonnel等人[11]認為這種加工優勢的根源是對音調的知覺優勢。為證實這一假說，他們比較了高功能自閉個體與正常個體對于純音的知覺辨別能力。實驗采用兩個簡單的知覺辨別任務：第一個任務要求被試對呈現的兩個純音音調是否相同進行判斷，第二個任務要求被試指出兩個純音哪個音調較高，哪個音調較低，結果都表明自閉個體的表現優于正常個體。

由于在自閉癥個體身上同時存在知覺加工的這種積極特征與消極癥狀，這一現象引起了研究者的極大研究興趣。近幾年，研究者們紛紛運用不同的聲音材料，包括純音、復雜的非口語聲音、口語聲音等，來探討自閉個體音調知覺優勢的表現與特點[11-14]。

三、自閉個體音調知覺優勢的成因

對于自閉個體為什么具有音調知覺優勢，研究者嘗試從不同的角度進行解釋。其中，一些研究者試圖從加工方式的角度去理解這種現象，他們認為音調知覺優勢主要是由于自閉個體獨特的加工風格所導致，這方面的理論包括弱中心信息整合理論(weak central coherence，WCC)[15]和知覺功能增強理論(enhanced perceptual functioning， EPF)[16]。另一些研究者則從加工聲音刺激的神經復雜程度來理解這種音調優勢，并提出神經復雜性假設(neural complexity hypothesis)。

(一)音調知覺優勢源于自閉個體獨特的加工風格

這種觀點認為自閉癥個體在“局部-整體”加工方式這一維度上與常人有所不同。具體來說，與常人相比，自閉癥個體可能具有局部(或者細節)優先的加工方式[17]。盡管大部分研究者都同意自閉癥個體的音調知覺優勢跟他們對音調這種細節的知覺偏好有關，但是這種獨特的加工方式是否與他們在整體加工中的缺陷有關，不同理論則有相當明顯的沖突。

其中，WCC[12]最初提出是用以解釋自閉個體在知覺任務中對整體信息的加工缺陷，以及在語言任務中難以整合語境信息等現象。該理論認為自閉個體具有對局部細節加工的認知風格，這種風格表現為他們對細節的或者表面的信息進行優先加工，同時較少受到整體信息的影響。WCC對自閉個體的音調知覺優勢的解釋是：除音調以外的其他整體信息(例如由詞語所激活的語義)對自閉個體的干擾較少，因此他們對音調的知覺更有優勢。簡單的說，WCC認為對音調的加工優勢是對聲音刺激的整體或者完型的加工存在缺陷的結果。

Mottron等人[15]提出的EPF與WCC有相似之處，也認為自閉個體更傾向于加工局部或表面信息；且更進一步認為在自閉個體身上，負責知覺加工的神經網絡過度專門化，傾向于對局部的信息進行加工。但與WCC不同的是，EPF認為自閉個體的高級認知功能是完整的。也就是說，EPF認為以往研究中觀察到的自閉個體對音調的知覺優勢僅是由對音調知覺的過度專門化本身引起的，自閉個體在任務中的整體或者高層次的加工并沒有缺陷。

WCC得到一些實驗證據的支持。在Jarvinen-Pasley和Heaton[12]的研究中，被試需要分別分辨兩個系列聲音的音調是否相同。在“不同”的條件下，實驗通過操縱聲音系列的第二和第三個聲音的音調來得到兩個不同音調的系列。聲音刺激分為非口語刺激和口語刺激兩類。非口語聲音刺激是由四個音符組成的旋律，被試對旋律的辨別只涉及音調的知覺辨別。而口語聲音刺激則是由四個單詞組成的系列，被試對單詞系列的音調進行知覺的同時，還會自動地加工單詞的語義信息。對單詞系列的音調知覺屬于表面和低層次的加工，而對語義的加工屬于深層次的加工。結果發現，自閉個體在單詞條件而非音樂旋律條件下才表現出音調知覺優勢。這說明自閉個體對單詞的音調知覺優勢不是來源于基本的音調知覺能力優勢，而是他們無法更好地整合語義信息，從而更少受到語義信息的影響，更有利于加工音調信息。

除了較少受語義干擾之外，自閉個體對口語音調的加工優勢還可能來自于對該維度信息的加工偏向。Heaton研究團隊[13]在另一個研究中采用音調信息與語義信息相互競爭的任務來檢驗這種可能性。他們首先訓練被試對聽到的口語句子進行音調知覺和語義理解，在音調知覺訓練任務里，被試需要在聽完有音調變化的句子后，從屏幕上顯示的四種音調變化曲線中選出符合句子音調變化的一種。類似地，在語義理解訓練任務里，被試需要在聽完類似句子后，從屏幕上顯示的四幅圖畫中選出符合句子所描述情境的一幅。訓練之后，被試都能熟練地對句子進行音調知覺和語義理解,然后被試進行正式任務。和訓練任務不同的是，句子呈現后，屏幕呈現兩幅音調曲線圖(其中一幅符合句子音調變化)和兩幅情境圖畫(其中一幅圖畫內容符合句子描述)。由于任務要求被試只能選擇一個答案，因此可以探討被試偏向于選擇知覺的音調還是理解的語義。結果發現自閉個體更傾向于選擇音調的答案，而正常個體則相反，更傾向于選擇語義的答案。而且自閉個體對音調的辨別比正常個體好，對語義的理解與正常個體沒差別。這說明自閉個體對口語的音調這種表面層次的信息具有加工偏向，這種偏向可能導致了他們對其投入更多的注意資源，因而表現出加工優勢。

然而，一些研究發現自閉個體可以同時具有優勢的局部加工和完整的整體加工，這是無法用WCC來解釋的，因此他們提出知覺優勢的另一理論——EPF。在聽覺領域，最早支持EPF的證據來自于Mottron等人[18]對自閉個體的音樂音調知覺的研究。他們通過操縱音樂旋律的不同特征來設置不同層次的音調加工：通過操縱單個音符的頻率來使其具有不同的音調。另外，通過操縱半音程來使兩個音符之間具有不同的時間間隔。這種時間間隔會導致整個旋律的輪廓(melodic contour)方向出現變化，而這種方向變化獨立于音符的音調變化。結果發現，自閉個體對單個音符的音調辨別優于正常個體，而對旋律輪廓的辨別與正常個體沒有差別。隨后Heaton[19]運用類似的實驗范式也發現自閉個體對音樂旋律的局部音調知覺表現出優勢，而對整體旋律輪廓的知覺也沒有缺陷。這些結果說明自閉個體對旋律的局部加工表現出優勢的同時，對旋律整體的加工并沒有出現困難。

可以看到，WCC與EPF的主要爭論在于自閉個體對音調的知覺優勢是否由他們對聲音刺激的整體加工不足而引起的。但是“整體加工”所包括的內容是相當廣泛的，不同任務所表現出的整體加工可能也并不一樣。例如，音樂旋律的整體加工可能是旋律輪廓的加工，而句子的整體加工可能是句子的語義理解。事實上，在各種以往使用的任務中，都難以測量出“整體加工”對局部音調知覺的干擾效應。因此，以上這些研究結果上的分歧也很可能是由這種不同程度的干擾效應所引起的。

(二)自閉個體在加工簡單刺激的神經過程上具有優勢

Samson等人[20]在總結了以往運用行為方法、事件相關電位以及腦成像手段對自閉個體的聽覺加工進行研究的基礎上，提出了音調知覺優勢的神經復雜性假說。具體來說，簡單刺激與復雜刺激的差別表現在聲波的頻譜與時間兩個特征上。從頻譜上來看，一個只有單一頻率的聲音(例如純音)屬于簡單刺激，而一個具有不同頻率成分的聲音(例如和弦)屬于頻譜復雜刺激。從時間上來看，一個聲音刺激的頻譜成分可以在時間維度上進行動態的變化，從而構成時間上的復雜刺激。對于聲音的知覺，簡單刺激和復雜刺激都有相對應的加工腦區，大腦的初級聽覺皮層或者A1區域主要負責加工簡單的純音刺激，而具有復雜的頻譜-時間結構的聲音刺激加工需要A1和A2區域共同完成。對簡單刺激加工的神經過程只涉及一個局部區域，而對于復雜刺激加工的神經過程需要不同局部區域之間的同步化來完成。由于自閉個體的大腦區域之間的聯系不足[21]，因此，當加工涉及簡單的神經過程時就會表現出優勢，而當加工涉及復雜的神經過程時，則表現出缺陷。

關于自閉個體在噪音背景下知覺目標聲音的研究結果支持了神經復雜性假設。這類研究所采用的任務一般會要求被試在背景噪音中辨別某種目標聲音。研究者可以通過操縱背景噪音的頻譜和時間特征來設置出不同復雜程度的噪音。被試需要對復雜的噪音進行整合處理之后才能分辨目標聲音。通過這種任務，研究者就能探討自閉個體對不同復雜程度的聲音信息的加工。例如，Alcantara等人[22]對比了高功能自閉個體與正常個體在噪音下的聲音知覺，發現只有在背景噪音具有復雜的頻譜與時間特征的時候，自閉個體的表現才比正常個體差。Groen等人[23]讓自閉個體在復雜噪聲的背景下去分辨口語表達的詞語，結果也同樣發現，相對于正常個體，復雜噪音背景對自閉個體任務表現影響更大。

按照神經復雜性假說，自閉個體對簡單音調的知覺表現出優勢，而對復雜音調的知覺表現出缺陷。然而，最近有關音調知覺的研究也并不完全支持該假設。Bonnel等人[14]對比了自閉個體和正常個體在不同刺激復雜程度下聽覺辨別任務中的表現。他們通過操縱聲音的頻譜和時間特征來實現不同的復雜程度。結果發現，只有在對純音的音調辨別任務中才發現自閉個體的知覺優勢，但在其他復雜聲音音調的辨別中卻沒有預期的知覺缺陷。

應該說，神經復雜性假說從神經活動的復雜程度來解釋自閉個體對聲音刺激的知覺現象，為人們理解該現象提供了新的思路；而聲音刺激的頻譜與時間特征都可以明確地被定義和測量，更使研究者對該假設做進一步的驗證提供了客觀的指標。但對于具有復雜頻譜與時間特征的音調刺激，自閉個體并沒有表現出知覺缺陷，這與假說的基本觀點并不相符，暗示著該假說需要進一步的修正與完善。

四、 問題與展望

目前盡管對自閉癥個體的音調知覺研究已經取得一定進展，但也存在著許多明顯的不足，這包括不同研究選取被試的差異、實驗任務的局限、研究手段的單一以及缺乏對其他可能影響因素的考察等。

首先，不同研究采用不同類型的自閉癥個體作為被試。例如，有的研究采用典型自閉癥作為自閉癥實驗組[24]，有的則采用高功能自閉癥和阿斯伯格綜合癥的個體作為整個自閉癥實驗組[11,12]。有些研究采用同類被試，但里面含有語言發展延遲或者智力發展障礙的被試[13]。另外還有研究將不包含有阿斯伯格綜合癥的自閉癥人群與阿斯伯格人群的音調知覺進行對比[14]。采用不同亞型的自閉癥個體組成一個實驗組可能會帶來同一實驗組內被試的不同質性，從而影響實驗結果。例如，不同亞型的自閉癥個體可能具有不同水平的語言認知功能，而語言認知的發展水平與音調的知覺密切相關[14]，因此語言認知功能就會成為潛在的干擾變量。今后的研究應該系統地考察不同亞型的自閉癥個體在同一音調辨別任務中的表現，從而建立更為精細的適合解釋自閉癥個體知覺功能的理論。

其次，以往的研究都采用知覺辨別任務來探討自閉個體對音調的知覺。這種任務都要求被試主動去注意呈現的聽覺刺激，所以只能探討自閉個體在對刺激進行隨意注意下的音調知覺。而先前運用自動檢測任務的研究發現，自閉個體在非隨意注意情況下，對口語的知覺加工更為困難[8]。那么在非隨意注意下，自閉個體對音調的知覺還表現出優勢嗎？未來研究有必要運用非隨意注意的知覺任務來探討該問題。

再次，到目前為止還缺乏運用電生理學(如事件相關腦電位)和神經影像學(如功能核磁共振)手段來對自閉個體的音調知覺進行研究的相關報告。盡管按照神經復雜性理論的觀點，自閉個體對音調的知覺優勢應該來源于聽覺皮層的加工優勢，但是僅靠行為層面的結果支持是不可靠的，非常需要認知神經科學層面的證據來對不同的理論爭論進行檢驗。今后的研究需要運用fMRI技術來探討自閉個體的音調知覺優勢是由聽覺皮層本身的加工異常引起，還是由于聽覺皮層與其他認知功能區域的聯系不足，最終導致聽覺皮層更有利于加工音調。

最后，以往的研究只關注自閉個體本身的因素對音調知覺優勢的影響，缺乏考慮自閉個體家庭環境的作用。未來的研究需要更多地考慮家庭環境因素的影響，例如，探討父母的生活習慣與養育習慣對自閉個體的音調知覺優勢的作用。

五、 結 語

音調知覺作為自閉個體的一種超常認知功能，已被眾多的研究重復驗證。對這種現象的研究不僅有助于完善已有的與自閉癥相關的知覺理論，還能幫助人們去理解這種優勢會如何影響自閉癥個體其他的認知加工和他們的學習與生活。但自閉癥個體的音調知覺優勢是最近10年才被人們發現和受到研究者關注的一個新現象，在未來很有必要借鑒口語知覺、社交障礙等有較豐富成果的研究領域，從行為實驗、認知神經科學等多個層面相互結合對其進行深入探討和研究。

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