自閉癥譜系障礙者的面孔加工特點——眼動研究的元分析*

郝艷斌 王福興 謝和平 安 婧 王玉鑫 劉華山

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自閉癥譜系障礙者的面孔加工特點——眼動研究的元分析*

郝艷斌 王福興 謝和平 安 婧 王玉鑫 劉華山

(湖北省人的發展與心理健康重點實驗室, 華中師范大學心理學院, 武漢 430079)

以往研究將回避眼睛作為自閉癥譜系障礙的評估標準之一, 但是一些眼動研究發現：自閉癥譜系障礙者也回避注視嘴部。那么回避嘴部是否同樣可以作為評估標準？本研究運用元分析, 分別將面孔核心區域中眼睛和嘴部的注視時間作為結果變量, 探討自閉癥譜系障礙者面孔加工的注視特點。通過文獻檢索和篩查, 共有27篇眼動文獻被納入最終的元分析, 其中眼睛注視時間生成43個獨立效應量(1343人), 在嘴部注視時間生成36個獨立效應量(1112人)。結果發現, 自閉癥譜系障礙組對眼睛的注視時間顯著少于普通被試組(= ?0.75), 但是兩組在嘴部注視時間上沒有顯著差異(= ?0.29)。調節效應檢驗發現：年齡(兒童= ?0.89,成人= ?0.04)、面孔方向(正立= ?0.79,倒置= 0.31)會影響被試對眼睛的注視時間; 年齡(兒童= 0.40,成人= ?0.56)、言語智商(匹配= 0.63,不匹配= ?0.62)和非言語智商的匹配性(匹配= 0.27,不匹配= ?0.51)、自閉癥的嚴重程度 (高功能= 0.43,中低功能= ?0.65)和任務方式(自由瀏覽= ?0.48,辨別任務= 0.90)則會影響被試對嘴部的注視時間。元分析結果表明嘴部注視不能作為區分自閉癥譜系障礙者的指標。

自閉癥譜系障礙者; 眼動; 面孔加工; 元分析; 眼睛

1 引言

自閉癥譜系障礙(Autism Spectrum disorders, ASD)是一種常見而且較為嚴重的發展障礙, 近10年患病率逐年上升, 得到研究者們的廣泛關注(陳順森, 白學軍, 張日昇, 2011; Szatmari, 2011, Sun et al., 2015)。傳統診斷方法較為主觀, 比如評估社交技能和交流能力行為。這需要施測者具備豐富的專業背景知識進行主觀評價, 而且難以得到嬰幼兒的積極配合, 獲取真實有效的直接結果。隨著科技進步, 眼動技術能客觀高效且非侵入式地研究嬰幼兒及特殊兒童的眼睛運動和注意特征, 較好地彌補了傳統方法缺乏的客觀性(王福興, 童鈺, 錢瑩瑩, 謝和平, 2016)。此外, 眼動能一定程度彌補傳統測驗主觀性較強的缺陷, 客觀、量化和即時反映ASD者的面孔加工異常, 因此得到大量研究者的關注(Falck-Ytter, B?lte, & Gredeb?ck, 2013; Falck-Ytter, Carlstr?m, & Johansson, 2015; Moriuchi, Klin, & Jones, 2017)。

1.1 自閉癥譜系障礙者面孔加工異常

面孔是識別個人和人與人之間溝通交流的重要媒介, 其中蘊含豐富的社會信息, 因此在日常社交生活中具有重要意義。覺察他人眼睛和保持良好的眼神接觸均是獲得社會信息的方法。普通人在面孔加工的時候, 目光接觸是重要的非言語溝通, 傾向于注視眼睛等社會信息豐富區域, 以期獲得面孔中的社會信息(Tanaka, Lincoln, & Hegg, 2003)。但是針對ASD者的社會注意的元分析發現, ASD者比普通人更多回避社會信息, 其中社會信息涵蓋場景中人物的面孔和身體(Chita- Tegmark, 2016)。具體來說, ASD者與普通人在面孔加工是有差別的, 而且具有一定的爭議, 主要表現在注視眼睛和嘴部區域：有研究者發現ASD者同時回避面孔中的社會信息豐富的眼睛和嘴部(Chawarska & Shic, 2009; Guiraud et al., 2012; Hanley, McPhillips, Mulhern, & Riby, 2013); 另有研究發現ASD者回避眼睛, 更多注視嘴部進行社會信息補償(Klin, Jones, Schultz, Volkmar, & Cohen, 2002); 還有一部分研究者則發現ASD者回避眼睛, 嘴部注視與普通人沒有差別(van der Geest, Kemner, Verbaten, & van Engeland, 2002)。以下結合理論假設和實證研究闡述ASD者的面孔核心區域加工特點。

1.1.1 單純回避社會信息？

有研究者認為, ASD者面孔加工異常的主要原因是對社交信息缺乏興趣, 即回避眼睛、嘴部這類社會信息豐富區域(江雪芳, 2013; Dalton, Nacewicz, Alexander, & Davidson, 2007; Falck-Ytter & von Hofsten, 2010; Wagner, Hirsch, Vogel-Farley, Redcay, & Nelson, 2013)。ASD最為核心的特征即為社會功能障礙, 最早的眼動研究是自閉癥者自由瀏覽面孔圖片, 結果發現自閉癥在進行面孔加工時, 總是盡可能地回避面孔中核心部位——眼睛、鼻子和嘴部區域(Pelphrey et al., 2002)。Nakano等(2010)發現, 與普通被試組和言語發育遲緩組相比, ASD者更多注視圖片中的客體、背景等非社會信息, 較少關注面孔這類社會信息豐富的刺激。有研究采用注意偏好范式(preferential looking paradigm)發現, ASD幼兒偏好注視畫面中的幾何圖案, 而不是和普通兒童一樣傾向關注豐富社會信息的區域(Pierce, Conant, Hazin, Stoner, & Desmond, 2011)。ASD者在進行面孔加工社會信息時, 負責面部特征分析的梭狀回(fusiform face area)腦區激活程度較低, 加工面部中的社會特征信息較為困難, 轉而指向其他非社會性信息(Falck-Ytter & von Hofsten, 2010)。綜上所述, ASD者較難加工社會信息, 所以比普通人更少注視眼睛、嘴部這些社會信息豐富的區域。

1.1.2 注視嘴部彌補缺失信息？

但是一項早期眼動實證研究發現：和普通人相比, ASD者回避注視眼睛, 更多注視嘴部區域, 較多注視嘴部的行為是一種社會信息補償的形式(Klin et al., 2002)。Klin等人(2002)選取社交場景豐富的電影片段作為實驗材料, 比較ASD者和普通成人自由觀看視頻的眼動軌跡。結果發現, 成年ASD者比普通成人注視眼睛時間更少, 嘴部、身體和客體區域的注視時間更多; 眼睛注視時間和社會能力沒有相關關系, 嘴部注視時間與其社會適應能力呈正相關, 與社交障礙程度呈負相關。這意味著ASD者難以從眼神接觸獲取社會信息, 但是注視嘴部是獲得面孔中的社會信息的有效途徑, 補償回避眼睛錯過的社會信息(Klin et al., 2002)。隨后Joseph和Tanaka (2003)采用面孔再認任務同樣發現：如果出現的面孔僅眼睛不同, ASD兒童辨認的正確率低于普通兒童; 嘴巴不一樣時, ASD者的辨識面孔正確率高于普通兒童。這表明嘴部信息在ASD者的面孔信息加工中具有重要作用。Spezio, Adolphs, Hurley和Piven (2007)采用氣泡技術模糊面孔細節進行辨別任務, 結果發現高功能ASD者傾向于依據嘴部區域判斷情緒, 普通兒童根據眼睛來辨別情緒。ASD者無法從眼睛區域獲取社會信息, 可能因為其社會腦網絡中右側顳上溝后部(posterior superior temporal sulcus)發育異常, 而這一區域與凝視眼睛推測社會信息的能力緊密相關：在凝視眼睛時ASD者比普通兒童激活程度低, 意味ASD者通過眼睛推測社會信息的能力有所欠缺(Nummenmaa & Calder, 2009)。最近, Moriuchi等人(2017)對ASD者區分了注視忽略(gaze indifference)和注視回避(gaze aversion)兩種傾向, 結果發現ASD者的首次注視到達時間和注視總時間不會隨著屏幕中的人物眼睛角度發生改變, 表明ASD對于眼睛信息是不敏感的, 是一種注視忽略。綜上所述, ASD者從眼睛區域獲取社會信息(如：識別情緒)的能力極其有限, 并將該區域信息視為無意義; 嘴部信息則是辨別面孔或情緒等社會信息的主要來源。因此ASD者比普通人更少注視眼睛, 但是更多注視嘴部區域。

1.1.3 眼睛威脅焦慮？

眼睛威脅假說則認為, ASD者是將眼睛視為社會性威脅, 凝視眼睛會引起ASD者的高度生理喚起和焦慮; 因此回避眼睛是一種適應性行為, 但是注視嘴部和普通人相同(Dalton et al., 2005)。嘴部在面孔加工中是輔助覺察的區域, ASD者不會特別關注。情感喚起模型(affective arousal model)認為在普通人發展的過程中, 在社會交際中眼神接觸與互動交流、積極經驗息息相關, 同時還會帶來內在獎勵價值(如：在普通的發展中, 眼神接觸通過以往社交互動中的大量積極經驗和多次眼神對視帶來的情感交流反饋, 形成積極價值), ASD卻難以將社會互動中的眼神接觸感知為具有積極價值的行為(Hutt & Ounsted, 1966)。同樣過度覺醒模型(hyperarousal model)認為, ASD者將眼睛視為強烈的厭惡刺激, 回避眼睛是一種適應性反饋(Senju & Johnson, 2009)。因此ASD者的面孔加工障礙, 一方面可能源自以往學習中眼睛的非積極價值反饋; 一方面源自情緒的中樞回路神經高度激活, 致使其對社會刺激的負面情緒和敏感性增加, 形成回避眼睛的結果(Aoki, Cortese, & Tansella, 2015; Dalton et al., 2005)。ASD者與控制組相比, 在眼睛上注視時間較短, 但是注視嘴部方式和普通人一樣, 較多注視嘴部的現象在后續實驗中難以重復, 所以被視為是偶然結果(Dalton et al., 2005)。眼睛威脅的假設認為ASD者將眼睛視為威脅刺激, 會回避注視眼睛區域; 即使呈現額外較多地注視嘴部, 也只是回避眼睛過程中的偶然結果(Dalton et al., 2005; Guillon, Hadjikhani, Baduel, & Rogé, 2014)。ASD者將眼睛的凝視視作威脅, 回避眼睛能有效降低腦區對社會刺激的過度激活。因此ASD者比普通人更少注視眼睛, 但是注視嘴部區域沒有差別。

綜上所述, 單純回避社會信息的假設認為, ASD者面孔加工異常的主要原因是對社交信息缺乏興趣, 不僅回避眼睛, 而且同樣回避嘴部這樣社會信息豐富區域; 注視嘴部彌補信息的假設認為, 和普通人相比, ASD者呈現出回避眼睛, 更多注視嘴部, 這種行為是回避眼睛帶來的社會信息補償形式; 眼睛威脅焦慮的假設則認為回避眼睛是一種適應性行為, 但是注視嘴部是和普通人相同的模式, 嘴部不具備特別意義。

針對ASD者注視眼睛和嘴部的不一致結果, Papagiannopoulou, Chitty, Hermens, Hickie和Lagopoulos (2014)將16歲以下的ASD作為實驗組, 普通人作為控制組, 進行了元分析：結果發現ASD者比普通人更少注視眼睛(= ?0.83), 注視嘴部沒有差異(= 0.12)。但是該元分析的文獻納入范圍較小, 僅僅討論16歲以下的ASD, 樣本量小(= 14)。自閉癥譜系障礙是一種發展障礙, 更需要探討ASD的發展全程; 嘴部注視時間的效應量異質性(2= 70.94%), 意味著元分析的嘴部注視結果不夠穩固; 異質性較大表明有調節變量會影響注視時間的效應量, 但是元分析未對調節變量一一分析, 沒有詳細解釋效應量的變異來源; 最后Papagiannopoulou等(2014)未進行發表偏差檢驗, 結果的可靠性仍需要進一步探討。同時在Chita-Tegmark (2016)的元分析中, 探討的是ASD者的社會注意, 其中包含了場景的人物的面孔和身體, 偏向于研究的是ASD的總體社會信息加工, 未將面孔加工分離出來, 尤其是將面孔中眼睛和嘴部進行細分, 進一步探討區分ASD注視面孔核心區域的差異和驗證以上假說。

1.2 面孔加工的重要影響變量

Greimel等 (2014)認為, 自閉癥譜系障礙者面孔加工可能受其他因素的影響, 成為重要的調節變量。綜合先前研究發現, 年齡、言語智商與非言語智商的匹配性、癥狀的嚴重程度、任務方式、面孔方向和社交場景可能是面孔加工的重要調節變量(Chita-Tegmark, 2016)。

1.2.1 年齡

年齡條件分為兒童和成年人。自閉癥作為發展障礙病癥, 分析年齡可以了解ASD者加工面孔的眼睛和嘴部注視特點與其發展特征的關系, 進而能更好地量化自閉癥的早期癥, Papagiannopoulou等(2014)僅分析了16歲以下ASD者, 沒有分析ASD者完整的發展歷程。Jones和Klin (2013)采用縱向研究, 發現在隨后被確診ASD的嬰兒, 早在出生2~6個月就會隨著年齡的增加, 對眼睛的注視時間逐漸減少。在出生伊始, 這些隨后被確診ASD的嬰兒的眼睛注視時間和正常嬰兒是處于同樣的正常水平, 出生后期才會出現注視眼睛異常的現象, 可能是社會適應能力受損的結果(Jones & Klin, 2013)。Nakano等人(2010)也發現, ASD的兒童組、成人組在注視眼睛和嘴部區域上有不同。所以年齡發展特征對于ASD者的注視行為有重要的調節作用。

1.2.2 言語智商與非言語智商的匹配性

在被試的選取中, 實驗組和控制組智商的匹配性可能會影響組間效應量。具有良好社會或語言能力的ASD比弱語言能力的個體更多注視交流線索, 比如溝通信息來源的嘴部(Papagiannopoulou et al., 2014)。縱觀已有的研究, 一部分研究僅進行年齡和性別匹配, 沒有將智商進行組間匹配, 這是由于ASD是一種發育障礙, 在智力上較同齡普通人發展遲緩, 年齡和智商較難同時匹配(陳順森, 白學軍, 沈德立, 閆國利, 張靈聰, 2011; 陳順森, 白學軍, 沈德立, 張靈聰, 2012; Tenenbaum, Amso, Abar, & Sheinkopf, 2014); 仍有部分研究嚴格控制匹配條件, 在年齡、性別和智商總分這三項進行一一匹配(Spezio et al., 2007; Sterling et al., 2008)。研究者通常采用韋氏量表測驗被試智商, 其中包含言語智商, 是個體使用語言分析和解決問題的能力, 主要由詞匯和相似性組成; 還有非言語智商部分, 是一種個體利用視覺或者手勢信息進行推理的能力, 主要是方塊設計和矩陣推理 (Hanley et al., 2015)。這些能力都在社會交往中起著極其重要的作用, 尤其是和人溝通交談的時候。van der Geest, Kemner, Verbaten和van Engeland (2002)選取和普通被試言語能力匹配的ASD組, 發現兩組在注視不同情緒面孔的核心區域沒有差別; Norbury等(2009)選取與控制組的言語能力匹配的ASD組, 結果同樣發現注視面孔的社會信息沒有組間差異。但是Shic, Chawarska, Bradshaw和Scassellati (2008)選取的是和ASD者年齡匹配的普通被試作為控制組, 未進行言語智商匹配; 結果卻發現在注視時間上, ASD組比控制組更少注視眼睛和嘴部。智商不匹配可能會增大組間差異, 這種較大的組間差異不僅是由ASD者的特有社交障礙癥狀造成的, 同時也有可能是兩組本身的認知功能缺陷造成的。

1.2.3 癥狀嚴重程度

自閉癥的癥狀嚴重程度有高、中、低三個等級。研究者將韋氏智力測驗的智商在55以下的稱為“低功能自閉癥”, 智商接近正常或以上的稱為“高功能自閉癥”; 功能性越高, 表明癥狀越輕, 智商也趨近正常(DeMyer et al.,1974)。高功能自閉癥的被試認知發展較為健全、病癥較輕、在實驗過程中能較好地進行配合, 因此研究者廣泛采用這部分被試作為ASD組。研究發現, 當實驗組選取智力正常的高功能自閉癥時, 高功能自閉癥組比控制組更多地注視嘴部(Neumann, Spezio, Piven, & Adolphs, 2006; Sterling et al., 2008)。而將智力稍差的中、低功能自閉癥作為實驗組時, 他們則比控制組更少注視嘴部(李元, 2014; 龍細連, 2012; 龍細連, 陳順森, 白學軍, 2015)。同時Chawarska和Shic (2012)也發現, ASD面孔核心區域注視時間與其癥狀嚴重程度成負相關, 即ASD者注視時間越長, 自閉癥癥狀越輕微。Chita-Tegmark未將這個重要的影響社會注意的因素納入元分析。

1.2.4 任務方式

常見的任務方式有自由瀏覽和情緒識別兩類(Hanley et al., 2015; Klin & Jones, 2015)。經典研究發現在情緒識別和自由觀看兩種實驗任務下, ASD者都呈現面孔核心區的回避注視模式(Pelphrey et al., 2002)。但在以自由瀏覽為任務的一些研究中, ASD者未表現出對嘴部的偏好(Hanley et al., 2013; Tenenbaum et al., 2014)。自由瀏覽任務具有良好的生態效度, 較為接近日常生活中的真實社交場景, 會涉及到面孔加工的常見認知過程(如：注意分配、特征加工和知覺背景信息的整合), 因此研究者傾向于選用了該種范式(Guiraud et al., 2012; Hanley et al., 2013, 2015; Saalasti et al., 2012); 而在涉及面孔細節識別的情緒識別任務上, 情緒識別需要對面孔信息進行提取編碼, 因此ASD者會比自由瀏覽的情緒更多地注視社會信息豐富的眼睛和嘴部, 獲取足夠多的面孔信息, 才能完成情緒辨認等識別任務。

1.2.5 面孔方向

面孔方向對于普通人識別面孔信息很重要, 尤其是面孔空間信息的結構特點以及結構之間關系, 在Papagiannopoulou等(2014)中未進行具體分析。在面孔正立的情況下, 普通人將面孔視為互相有聯系的構形刺激, 采用整體加工的方式進行面孔加工; 面孔倒置的時候, 面孔構形中的整體性受到破壞, 倒立面孔則不能采取整體加工策略(汪海玲, 傅世敏, 2011)。因此普通人的正立面孔比倒立面孔再認成績更好, 即“面孔倒置效應” (face inversion effect) (Farah, Tanaka, & Drain, 1995)。ASD者傾向于采用局部偏向的視覺加工方式, 且將局部信息整合成整體信息的知覺功能有所缺陷, 而且較少在整體水平加工處理信息; 尤其是面孔加工, 較少表現出“面孔倒置效應” (Hobson, Ouston, & Lee, 1988)。

1.2.6 社交場景

社交場景豐富度指的是刺激材料中的人物多寡, 即社會信息較少的單人場景和社會信息豐富的多人交流。有研究認為刺激情景的豐富性不會影響ASD者的注視方式, 即呈現單人和多人場景圖片, ASD組和普通被試沒有組間差異(Riby & Hancock, 2008)。但是Hanley等人(2013)發現呈現獨立面孔時, ASD者和控制組表現一樣, 但是在社會信息豐富的條件下, ASD組對面孔的眼睛區域注視顯著減少。但是在Papagiannopoulou等(2014)中未進行分析。Chita-Tegmark (2016)在ASD者注視社會信息的元分析中, 發現ASD者和普通人在注視社會信息時, 受到社交場景豐富程度的影響最大, 即社交場景單一的刺激呈現時的兩組效應量小于豐富場景的刺激呈現時的效應量。這可能是因為ASD者本身核心病癥是社會功能障礙, 對社會信息較為遲鈍, 呈現的刺激中包含的社會信息越豐富, 一方面控制組會更多注視刺激, 一方面ASD者會更回避注視刺激, 造成組間效應量增加。

1.3 研究預期

研究在綜述以往研究觀點和實驗發現的基礎上, 采用更加客觀的元分析方法, 對已有自閉癥者加工面孔的眼睛和嘴部信息的眼動研究進行重新整理、計算效應量, 以期為現有研究的不一致結論提供更加客觀的信息。根據已有文獻綜述和ASD者的核心癥狀為社會功能障礙, 元分析預期：眼睛和嘴部注視時間上, ASD組均顯著少于控制組(假設1)。同時注視方式可能會受到ASD者與控制組之間的被試特點和實驗內容等調節變量的影響, 所以本研究還提出以下假設：兒童組的效應量顯著大于成年組(假設2), 言語智商不匹配的效應量大于匹配組, 非言語智商不匹配的效應量大于匹配組(假設3), 中低功能自閉癥組的效應量顯著大于高功能自閉癥組(假設4), 自由瀏覽范式的效應量顯著大于辨認任務(假設5), 面孔正立的效應量顯著大于面孔倒置(假設6), 多個面孔呈現的效應量顯著小于單一面孔呈現(假設7)。

2 方法

2.1 文獻搜索

采用英文和中文文獻檢索的方式進行文獻檢索。對于英文文獻的檢索, 在PubMed、PsyINFO、PsyARTICLES、Web of Science和ProQuest博碩士論文全文數據庫等英文數據庫中, 將“autism”、“autism spectrum disorders”和“eye tracking”、“eye gaze”、”eye movement”、“face process”、”face perception”作為關鍵詞進行聯合檢索。在中國知網、萬方數據庫和中國知網優秀碩博士畢業論文等中文數據庫中將“自閉癥”、“自閉癥譜系障礙者”和“眼動”、“面孔加工”作為關鍵詞進行聯合檢索。最后為了使檢索到的文獻更加完整全面, 采用文獻回溯的方法和Google Scholar進行補查。

2.2 文獻納入與排除

本研究參考以往文獻, 選取以下標準進行篩選: (1)必須是眼動技術的實證研究; (2)研究中包含實驗組和控制組, 實驗組是ASD者, 而控制組包含普通被試、低風險自閉癥者(家族三代沒有自閉癥); (3)文獻涵蓋完整的注視時間數據或者刻度清晰的圖表, 報告實驗組和控制組的樣本量, 注視時間的平均值和標準差, 或者組間值、值等; (4)文獻至少報告被試對眼睛或者嘴部的注視時間的其中一個。最終符合標準的文獻有27篇, 其中英文文獻18篇, 中文9篇。

2.3 文獻編碼與效應量計算

根據納入研究分析, 對眼睛和嘴部的注視時間分別進行調節變量編碼, 調節變量包括：(1)年齡：兒童和成年人; (2)言語智商匹配度：匹配和不匹配; (3)非言語智商匹配度：匹配和不匹配; (4)癥狀的嚴重程度：高功能和中低功能的自閉癥; (5)面孔方向：正立和倒置; (6)實驗范式：自由瀏覽和辨別任務; (7)社交場景：單一面孔和多人面孔。

如果實驗組和控制組的智商總分沒有統計學差異的, 則將該實驗的言語智商和非言語智商均編碼為匹配; 如果兩組的言語智商分數沒有統計學差異, 也將其編碼為匹配; 如果兩組的言語智商存在統計學差異, 則編碼為不匹配(Chita- Tegmark, 2016)。非言語智商的編碼亦然。為了有效區分和前人研究的差異, 進行更好的比較, 將ASD組平均年齡16歲以下的編碼為兒童, 16歲以上則為成人(Papagiannopoulou et al., 2014)。

不同文獻的研究目的和方法不是統一的, 因此眼睛和嘴部的注視時間是分開編碼。由于不同的條件中的調節變量不一樣, 所以單篇文獻的效應量可能不是唯一的。所以同一篇文獻內多個條件, 就會使得生成效應量過多, 致使部分文獻權重過大, 導致結果偏差(Borenstein, Hedges, Higgins, & Rothstein, 2009), 所以本研究把調節變量一致的實驗結果用CMA V2.0 (Comprehensive meta- analysis)合并, 將合并效應量(pooled effect size)作為納入元分析的最終效應量。實驗組即自閉癥譜系障礙者, 控制組為普通被試, 將Cohen’s作為效應量。最終有27篇符合標準的文獻被納入元分析, 25篇中包含眼睛注視時間, 20篇中包含嘴部注視時間。在眼睛注視時間上共生成43個獨立效應量, 而在嘴部注視時間上生成了36個獨立效應量。納入元分析的27篇文獻具體編碼和結果見表1。

2.4 模型選定

元分析大多數采用固定效應模型或者隨機效應模型(Borenstein et al., 2009)。在固定效應模型中, 假設納入的研究有一個真實效應, 即固定效應, 而每個研究結果的不同是因為抽樣誤差的影響。但是在隨機效應模型中, 允許不同研究間的真實效應不同;不同研究的效應值可以看作是從無限個數目的研究中抽取的, 那么研究的真實效應就會服從某均值的分布。實際上可以假設是從這些效應值中隨機取樣, 即隨機效應。基于以上假設, 固定效應模型和隨機效應模型的平均效應量、調節效應和置信區間等計算方式都會不一樣, 所以應從不同研究的理論和目的出發進行模型的選擇。元分析過程按照Borenstein等(2009)給出的建議, 采用隨機效應模型。

2.5 發表偏差

具有統計意義結果的研究更有機會被發 表, 而已發表文章更容易納入元分析, 有可能致使實際納入的文獻與理論納入的文獻之間存在系統誤差, 出現發表偏差, 影響到元分析結果(Borenstein et al., 2009)。所以本研究采用漏斗圖、失安全系數(Rosenthal'sfs)和Egger線性回歸檢驗(Egger linear regression test)檢測發表偏差是否存在。

3 結果

3.1 主效應檢驗

隨機效應模型分析ASD者和普通被試的眼睛和嘴部注視時間(見表2)。眼睛和嘴部注視時間的效應量分別為?0.75和?0.29, 根據Cohen (1992)對效應量量大小的界定(0.2、0.5、0.8分別為小、中、大效應量), 所以眼睛注視時間為中等效應量, 嘴部注視時間則是小效應量。而且眼睛的注視時間雙側檢驗值小于0.001, 這說明ASD者對于面孔重要信息(眼睛)存在加工障礙, 對于ASD識別具有重要的價值。

3.2 異質性檢驗

針對眼睛和嘴部注視時間這兩個結果變量進行異質性檢驗(見表3)。眼睛和嘴部注視時間的Q檢驗都是顯著差異(< 0.001), 證明選取隨機效應模型是正確的。關于2的大小界定, 25%、50%和75%分別視為異質性的小、中、大界限(Borenstein et al., 2009), 經Cochrane系統評價, 只要2不大于50%, 其異質性是可以接受的(Higgins & Green, 2011)。本研究的眼睛和嘴部注視時間的2分別是60.7% (< 0.001)和86.1% (< 0.001), 表明在眼睛和嘴部的注視時間上, 由效應量的真實差異造成的變異在占總變異的分別是60.7%和86.1%。由于高異質性還表明可能會有調節變量對效應量產生重要的潛在調節作用(Cooper, 1991), 所以需要進一步檢驗調節變量的作用。

3.3 調節效應檢驗

本研究主要就年齡、言語智商匹配等7種變量是否對眼睛和嘴部的注視時間起到調節作用開展一系列分析(見表4和表5)。

在眼睛注視時間上：年齡對注視時間起顯著調節作用, 兒童組的效應量(兒童= ?0.89)大于成人組的效應量(成人= ?0.04), 兒童組的效應量顯著(< 0.01)。面孔方向對注視時間起顯著調節作用,B(1) = 13.15,< 0.001; 正立面孔的效應量(正立= ?0.79)大于倒置面孔(倒置= 0.31), 正立面孔條件下的效應量顯著(< 0.001), 倒置面孔條件下的效應量不顯著; 其他條件未呈現顯著的調節效應。

在嘴部注視時間上: 年齡對注視時間起顯著調節作用, 兒童組的效應量(兒童= 0.40)小于成人組的效應量(成人= ?0.56), 兒童組的效應量顯著(< 0.05)。言語智商匹配性對注視時間起顯著調節作用, 言語智商匹配的效應量(言語智商匹配= 0.63)大于言語智商不匹配(言語智商不匹配= ?0.62),B(1) = 8.73,< 0.01, 言語智商不匹配的條件下效應量顯著(< 0.001), 匹配條件下的效應量不顯著; 非言語智商匹配性也對注視時間起邊緣顯著調節作用, 非言語智商匹配的效應量(非言語智商匹配=0.27)小于非言語智商不匹配(非言語智商不匹配= ?0.51),B(1) = 3.00,= 0.08, 非言語智商不匹配的條件下效應量顯著(< 0.05), 匹配條件下的效應量不顯著; 自閉癥的嚴重程度對注視時間同樣起顯著調節作用, 高功能自閉癥的效應量(高功能= 0.43)小于中低功能自閉癥的效應量(中低功能= ?0.65),B(1) = 5.18,< 0.05, 中低功能自閉癥條件下的效應量顯著(< 0.001)。高功能條件下的效應量不顯著; 任務方式也起到調節作用, 自由瀏覽的效應量(自由瀏覽= ?0.48)小于辨識任務(辨識任務= 0.90),B(1) = 3.41,= 0.07, 自由瀏覽的條件下效應量顯著(< 0.05), 辨別任務條件下的效應量不顯著。

表2 注視時間的主效應檢驗

注：代表獨立效應量個數,代表樣本量(下同),***< 0.001 (雙尾檢驗)。

3.4 發表偏差檢驗

首先檢查元分析發表偏差的漏斗圖(見圖1和圖2)可以發現, 眼睛和嘴部注視時間的文獻都均勻地分布在總效應值的兩側, 這表明不存在發表偏差。漏斗圖是一種主觀的檢驗發表偏差的方法,所以還需要使用失安全系數(Rosenthal'sfs)和Egger’s檢驗進一步地準確測量(見表6)。

首先, 失安全系數(Rosenthal'sfs)表示的是使得該元分析結果發生逆轉還需要納入的文獻數, 如果小于臨界值5+ 10 (指元分析中的獨立效應量個數), 則表明可能存在發表偏差(Rothstein, Sutton, & Borenstein, 2005)。本研究中, 眼睛注視時間的失安全系數遠大于臨界值, 說明這些研究的元分析結果存在發表偏差的可能性較小; 嘴部注視時間的失安全系數小于臨界值, 可能存在一定的發表偏差。隨后進行Egger’s檢驗, Egger線性回歸檢驗的回歸方程截距(Egger’s intercept)越接近0, 則表明存在發表偏差的可能性越小(Egger, Smith, Schneider, & Minder, 1997)。Egger’s檢驗結果表明眼睛和嘴部的值均不顯著, 所以存在發表偏差的可能性較小。

表3 效應量的異質性檢驗

表4 眼睛的注視時間的調節效應檢驗

注：B代表組間異質性檢驗,*< 0.05,**< 0.01,***< 0.001 (雙尾檢驗)。

表5 嘴部的注視時間的調節效應檢驗

注：B代表組間異質性檢驗,*< 0.05,**< 0.01,***< 0.001 (雙尾檢驗)。

圖1 眼睛注視時間的研究的漏斗圖(注：Y軸為標準誤)

圖2 嘴部注視時間的研究的漏斗圖(注：Y軸為標準誤)

表6 發表偏差檢驗結果

4 討論

本元分析綜合在ASD領域中的近年眼動研究, 對ASD者面孔加工中對眼睛、嘴部區域的注視時間進行了科學歸納。結果表明, 與普通人相比, ASD者更少注視眼睛區域, 但是注視嘴部沒有差別。其中, 面孔方向是注視眼睛的重要調節變量; 言語智商和非言語智商的匹配性、自閉癥癥狀的嚴重程度以及任務方式則是影響嘴部注視時間的重要調節變量。

4.1 ASD者僅回避眼睛, 嘴部注視沒有差別

主效應的結果分析表明, 眼睛的注視時間效應量達到?0.75, 即在面孔加工時, ASD者比普通人更少注視眼睛區域; 注視嘴部時間和普通人沒有差異(= ?0.29), 未呈現注視回避嘴部, 這和已有元分析結果一致(Papagiannopoulou et al., 2014)。元分析結果說明, ASD者沒有出現對面孔中的嘴部更少的注視, 不支持回避嘴部的假設。這個結果有效區分嘴部在ASD者面孔加工扮演的角色：ASD者的嘴部注視方式和普通人是相同的, 未出現過多或過少注視的現象。該結果一方面驗證了猜想, 即嘴部區域信息未在ASD者的面孔加工時表現出特殊作用——回避或補償作用, 這可能是由于個別實驗中的刺激材料人物聲音來源是嘴部, 嘴部的視聽一致性會吸引ASD者的無意義凝視(Klin et al., 2002); 另一方面則是支持了眼睛威脅假說, ASD者呈現穩定的回避眼睛, 將眼睛視為厭惡刺激亦或是對眼睛這樣的社會信息豐富刺激高度敏感, 引起中央回路的高度激活和杏仁核的非典型激活, 喚起了焦慮這類情感狀態(Corden, Chilvers, & Skuse, 2008; Dalton et al., 2005, Joseph, Ehrman, McNally, & Keehn, 2008)。因此回避注視眼睛是一種適應性反饋, 眼神接觸使得ASD者產生高生理喚醒。本元分析的結果, 對于解決已有研究中ASD者面孔加工中的眼睛和嘴部注視特點的爭議, 具有重要的價值和理論意義。

4.2 哪些因素影響ASD者的面孔加工？

調節作用的檢驗結果表明, 年齡對眼睛和嘴部注視時間均有調節作用, 符合假設2。ASD兒童比普通兒童更少注視眼睛區域(= ?0.80), 更多注視嘴部(= 0.40); 但是成年ASD和普通成人注視時間均無差異。從發展的角度, 僅有ASD兒童出現嘴部補償的現象, 表現出注視嘴部來獲取社會信息是發展過程中的重要階段, 尤其是獲取視聽同步性的信息, 但是這種特征會在成年期消失(Nakano et al., 2010)。另一方面成年ASD和普通成年人沒有顯著差異, 可能是被納入元分析的研究中成年組被試的年齡跨度較大, 部分研究包括了青少年和成人(Dalton et al., 2005, Riby & Hancock, 2008), 使得結果較為分散沒有顯著結果。

言語智商和非言語智商不匹配時在注視嘴部的時間上的效應量分別達到了?0.62和?0.51, 驗證了假設3。結果表明, 在ASD組和控制組的言語智商或非言語智商分別匹配時, 兩組注視嘴部沒有差異; 但是ASD組和控制組的言語智商、非言語智商不匹配時, ASD者的注視嘴部時間均顯著少于普通人。在Chita-Tegmark (2016)的元分析中發現言語智商和非言語智商對ASD者的社會注意結果沒有調節作用。但是本元分析的結果表明, 注視嘴部是一個更加精確的關于社會信息測量指標。Flack-Ytter, Fernell, Gillberg和Von Hofsten (2010)通過分析社交障礙型和言語障礙型兩種類型的ASD兒童, 發現他們對眼睛和嘴巴的注視分配有所不同：社交情緒處理越好的ASD兒童, 對眼睛注視越多; 言語溝通處理越好的兒童, 則對嘴部的注視時間越長(Falck-Ytter et al., 2010)。嘴部的過多注視僅僅在言語智商較高的ASD群體中有所表現, 并不是在整體ASD者中均有所體現。研究發現言語智商匹配和非言語智商匹配性的結果表現出一致的趨勢, 支持了語言和非言語需要的交流和動作是由同一神經系統控制的這種假設(Bernardis, Bello, Pettenati, Stefanini, & Gentilucci, 2008; Fischer & Zwaan, 2008)。

癥狀嚴重程度是ASD者注視嘴部的重要影響因素。癥狀較輕的高功能ASD者與普通人注視嘴部區域沒有差異。但是癥狀較為嚴重的中低功能ASD者比普通人更少注視嘴部(= ?0.65), 驗證了假設4。高功能ASD者的癥狀較輕, 智商正常或接近正常, 僅僅語言能力和獲取社會信息的能力弱。但是中低功能ASD者的社會功能受損嚴重, 智力有所欠缺, 低于正常水平。所以中低功能ASD者更加回避注視面孔中社會信息豐富的核心區域, 例如眼睛和嘴部; 同時也較難理解嘴部區域傳遞的言語信息(Chawarska et al., 2012; Bird, Press, & Richardson, 2011)。

任務范式對ASD者面孔加工有影響, 在自由瀏覽的任務下ASD者比普通人更少注視嘴部(= ?0.48), 但在辨別任務時自閉癥和普通人沒有差異, 符合假設5。這說明自由瀏覽范式具有更好的生態效度, ASD者會以他們的自然日常形式進行面孔加工, 盡可能地回避面孔中核心部位——社會信息豐富的區域(Pelphrey et al., 2002)。而在辨認范式下, ASD者為了完成辨別情緒任務, 只能注視面孔的核心區域, 直到獲取到足夠的社會信息能做出辨別任務的決策。因此ASD者在辨別任務范式下注視眼睛和嘴部時間上和普通人沒有區別。

元分析結果還發現在面孔正立的條件下, 眼睛的注視時間效應量較大(= ?0.79), 顯著大于面孔倒置條件, 符合假設6。在面孔正立的情況下, 對于普通被試, 面孔的結構信息和各個結構之間的關系十分重要, 因此面孔被視為互相且不可分割的整體結構進行認知加工。面孔倒置之后, 面孔的結構信息和整體化表征受到破壞, 知覺面孔的時間會變長, 再認的正確率也會降低。而在面孔正立時, ASD者就傾向于根據面孔信息的方位等細節進行局部加工; 倒置面孔的認知過程中, 即使面孔整體性和結構性被破壞, ASD者仍傾向于采用局部信息的加工方式, 不會出現面孔倒置效應(Joseph & Tanaka, 2003)。綜上所述, 在面孔正立的條件下, ASD者能知覺到眼睛作為社會信息的存在, 會將其視為威脅刺激, 回避注視該區域以便適應自身反饋; 但是在面孔倒置時, 由于面孔的各元素相依賴的結構框架遭到破壞, 普通人也會采用局部加工方式, 難以識別眼睛中的社會信息, ASD者則將倒置面孔的眼睛視為局部的幾何客體, 沒有將其視為眼睛這樣的社會意義豐富事物, 也沒有感受到威脅和焦慮。所以面孔倒置時, ASD者會比普通被試更多地注視眼睛, 這個時候僅僅將眼睛視為一般客體事物凝視。

刺激材料生態效度的效應量不顯著, 未能驗證假設7。這表明ASD者的面孔加工障礙沒有受到刺激材料的場景豐富性影響。盡管之前的元分析發現ASD者和控制組注視社會內容受到場景豐富性的影響最大(Chita-Tegmark, 2016), 但是需要注意的是研究中的社會內容是包含整個面孔, 沒有具體區分眼睛和嘴部區域, 因此場景豐富程度越豐富, 面孔在圖片中的面積占比就小, 因此注視時間也會相應減少。同時也有研究發現ASD者和控制組在復雜和單一面孔的任務中表現沒有差異(Kemner, van der Geest, Verbaten, & van Engeland, 2007)。另外實驗的刺激材料通常不能完全包含真實生活中的場景, 也沒有全面體現真實生活中的互動性, 因此較難清晰指出刺激材料的生態效度具體效用。例如采用面對面的互動形式的方法, 考察ASD者的社會注意, 結果發現他們注視互動人物的方式和控制組沒有差異(Falck-Ytter et al., 2015)。

5 總結與展望

眼動研究在自閉癥研究領域不僅具有豐富的理論意義, 還具有非常寶貴的實踐價值。基于元分析結果, 回避注視眼睛可以作為區分ASD者和普通人的標志, 嘴部注視還不能被視為區分標準。元分析的客觀結果可以給我們提供新的思路, 調節變量的分析提示未來在進行實驗時, 在被試的選取上, 控制組的選取上需要考慮到年齡、言語智商與非言語智商匹配情況和自閉癥的嚴重程度是重要因素; 同時在實驗刺激和任務范式的選擇上, 特別需要注意到面孔刺激的方向和任務類型會影響到被試的面孔加工方式, 進而影響實驗結果。

另外結合已有文獻, 未來的研究可考慮從以下方面開展: (1)從發展的角度, 選取恰當的控制組, 縱向研究兒童ASD到成年這一過程注視面孔核心區域的變化, 觀察嘴部與眼睛的注視特征, 才能清晰探討ASD回避眼睛的行為是社交障礙的原因還是結果, 使得具有更加有說服力(Jones & Klin, 2013)。(2)已有研究者嘗試使用頭戴式眼動儀運用在實際場景, 捕獲ASD兒童在面對面的自然社交場景中的注視模式(Falck-Ytter, 2015; Falck-Ytter et al., 2015), 但是由于相關研究還比較少, 面孔核心區域的興趣區劃分誤差較大, 鮮少文獻詳細報告, 因此未將此方面納入本元分析, 后續研究可進一步探討生態效度的調節作用。(3)另外從空間頻率的高低著手分析, 研究發現ASD者對面孔識別會受到空間頻率的影響(K?tsyri, Saalasti, Tiippana, von Wendt, & Sams, 2008; Vlamings, Jonkman, van Daalen, van der Gaag, & Kemner, 2010),視覺領域中的高空間頻率信息能夠傳遞較多的細節, 低空間頻率面孔則傾向于展現整體特征信息。相比普通人, ASD者更依賴于高空間頻率信息辨識信息。但是由于大部分文獻尚未在實驗材料部分詳細報告圖片的空間頻率, 因此沒有將空間頻率信息作為注視時間的影響因素納入本研究。未來的研究可以將空間頻率這一變量進行具體實驗分析和剖析其具體影響, 從而能更細致全面地揭示ASD者的面孔加工方式。(4)還有部分研究闡述ASD者不同與普通人的神經機制和遺傳基礎(Ansel, Rosenzweig, Zisman, Melamed, & Gesundheit, 2016; Khan, Harney, Zavacki, & Sajdel- Sulkowska, 2014), 但由于自閉癥異質性較大, 杏仁核的非典型激活究竟是眼睛是威脅性刺激的形成原因還是結果, 仍需要進一步的實證研究探討。同時還需要注意到的是ASD者非典型的注視面孔模式是基因遺傳造成還是后天形成的結果, 仍需要進一步的實證研究去探索具體原因。

綜上所述, 得出如下結論：(1) ASD者將眼睛視為威脅刺激, 比普通人更少注視眼睛, 注視嘴部沒有差異, 因此支持了眼睛威脅焦慮假設。(2)對ASD者面孔加工影響因素的分析發現, 年齡、面孔方向是ASD者注視眼睛的重要調節變量, ASD兒童、面孔正立的效應量較大。同時ASD的年齡、言語智商, 非言語智商和控制組的匹配性、癥狀的嚴重程度、任務范式是嘴部注視時間的重要調節變量。其中當ASD者在兒童組、言語智商和非言語智商和控制組不匹配, 中低功能和自由瀏覽的條件下, 效應量更大。

*為納入元分析文獻

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*White, S. W., Maddox, B. B., & Panneton, R. K. (2015). Fear of negative evaluation influences eye gaze in adolescents with autism spectrum disorder: A pilot study.(11), 3446–3457.

How do autism spectrum disorders process human face? A meta-analysis of eye-tracking studies

HAO Yanbin; WANG Fuxing; XIE Heping; AN Jing; WANG Yuxin; LIU Huashan

(Hubei Human Development and Mental Health Key Laboratory; School of Psychology, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

Aberrant eye gaze is one of important indicators for autism spectrum disorders (ASD) according to previous studies. Recent eye tracking studies yield inconsistent findings on whether ASD may pay less attention towards the mouth region compared with typical development (TD) participants. In this study, a meta-analysis is conducted with fixation durations on both eyes and mouth regions as dependent variables. Twenty-seven eligible ASD eye-tracking studies were included in the current study. As a result, 43 independent effect sizes containing 1,343 participants are computed in the eye-related meta-analysis, and 36 independent effect sizes containing 1,112 participants in the mouth-related meta-analysis are analyzed. The results revealed that individuals with ASD fixated significantly shorter on the eye region than the TD (= ?0.75). However, no significant difference was found on fixation duration of the mouth region between two groups (= ?0.29). The moderator analysis indicated that age (children= ?0.89,adult= ?0.04) and face inversion (upright= ?0.79,inverted= 0.31) moderated eye-related fixation duration. In addition, age (children= 0.40,adult= ?0.56), verbal IQ (match= 0.63,no match= ?0.62), nonverbal IQ (match= 0.27,no match= ?0.51), the severity of autism (high function= 0.43,low function= ?0.65), and task types (free view= ?0.48,discrimination task= 0.90) moderated the effect of experimental manipulation on the mouth-related fixation duration. These findings suggest that fixation duration on the eye region is a potential indicator of ASD but the mouth region may not be.

autism spectrum disorders; eye-tracking; face process; meta-analysis; eye

2017-04-28

* 人的發展與心理健康湖北省重點實驗室(華中師范大學)開放課題和華中師范大學中央高校基本科研業務費項目(CCNU16A02023)資助。

王福興, E-mail: fxwang@mail.ccnu.edu.cn; 劉華山, E-mail: hsliupsycho@263.net

10.3724/SP.J.1042.2018.00026

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