眼睛神经基础及注视过程-社会认知核心.doc

眼睛的神经基础和注视过程:社会认知的核心
Neural bases of eye and gaze processing: The core of social cognition
Roxane J. Itiera, Magali Battyb
摘要：眼睛和注视对于人类社会交互作用是非常重要的刺激。最近的研究表明:在识别面部特征、面部表情、或者是在推测他人意图或信息的障碍可能与对眼区的相关信息提取不能有关，包括视线方向。在这篇文献中我们着重阐述眼和注视在社会认知中的中心作用。我们首先用行为数据来证实眼区的重要性和注视对在面部加工过程的重要方面的影响。我们利用了多种影像技术如功能核磁共振成像(fMRI)/正电子发射断层扫描技术(PET)和事件相关电位（ERP）/脑磁图（MEG）来证实了神经心理学的案例和数据，为的是更好地描述基于这些加工的时空网络。神经性眼部探测器的存在性以及在自闭症患者的眼部注视和社会认知障碍的联系都被拿来讨论。我们建议在有障碍的加工过程中，眼睛和注视也许在若干的其他脑病理学研究中代表着一种核心缺陷，这也许可能成为异常社会认知的中心研究。
关键词：眼睛 注视 面对 社会认知 心理理论 神经影像学 事件相关电位 脑磁图
1问题提出
关于对眼睛的神经基础和注视过程是社会认知的核心的验证，当社会刺激呈现时脑内相关部位兴奋部位以及释放的神经物质的分布情况，另外是否在人脑中存在这么一个神经性眼部探测器在环境中特别地对眼部进行识别？在注视过程中对于有社会认知障碍的自闭症患者的研究是否能够证实对眼加工的重要性？
2方法
通过对正常成年人使用ERP技术探查当给予被试呈现一个社会刺激时，被试头脑内神经物质N170/M170的变化情况，以及在头脑中产生与这个加工过程有关的部位。
实验一
2.1被试
若干的健康成年人
2.2材料
完整的自然肖像图、只有一对眼睛的图
2.3.1实验设计
当给被试呈现社会刺激后使用EPR技术检测右小脑内N170的波形变化
2.3.2实验程序
1．给于被试呈现一张完整的自然肖像图片后要求被试将注意力集中在这张图片上并注视它，利用ERP仪器记录此时大脑内的N170的变化，绘制时间——电压图
2．给予被试单独呈现一张只有一对眼睛的图片后要求被试将注意力集中在这张图片上并注视它，利用利用ERP仪器记录此时大脑内的N170的变化，绘制时间——电压图
3．.对比两张图形，得出结论。
2.3.3实验仪器
ERP仪器
2.3.4结果
对比两张图形可以得知，在右小脑内，当给被
试呈现只有一对眼睛的图片时，N170的产生时间
比起呈现完整的自然肖像图片的时间慢，但是量上却大得多。
2.3.5讨论
是不是只有N170才有这种结果，是否其他的与这个加工过程有关的神经物质都会有这趋势，还是会有其他不同的结果。
2.3.6结论
研究发现利用脑磁图发现，在大脑中存在一种与N170相类似的物质M170/M2，而且通过脑磁图可以知道M170的变化规律与N170相类似都呈现出对眼比对脸的延迟但释放量多的现象。因此可以得出在对眼的神经过程比对脸的神经过程有更重要的作用。只是在时间上相对于对脸过程有个时间的延迟。
实验二
3.1被试
若干的健康成年人
3.2材料
完整的自然肖像图
3.3.1实验设计
当给予被试呈现一个社会刺激后，分别使用ERP技术和MEG技术探测大脑内神经物质N170和M170的分布情况，从而判定大脑内部对于注视过程（社会认知）的加工的神经基础所在，以及在刺激呈现多久后大脑内的活动资源开始活动引导加工过程的进行。这里需要说明的是，作者在文献中解说关于使用ERP技术和MEG技术的情况。因为MEG仪器对M170的感受性能力比EPR技术强，为了让实验的准确性提高，因此采用两种不同的实验仪器来测量不同神经物质。
3.3.2实验程序
1．给予被试呈现一张完整的自然肖像图，让被试将注意力集中在这张图上；
2．使用ERP仪器的3D密度探测功能记录N170在脑内的分布情况，同时绘制出时间——电压图；
3．给予被试呈现一张完整的自然肖像图，让被试将注意力集中在这张图上
4．使用MEG技术记录M170在大脑内生成情况的剖面图及绘制时间——电压图
5．根据两种技术的测量结果，研究对比得出结论。
3.3.3实验仪器
ERP仪器、MEG仪器
3.3.4结果

3.3.5结论
在给予呈现一个社会刺激后（完整的自然肖像图）大脑内的活动资源大约在170ms后开始运动，从图上的结果可以得知N170的产生部位主要是在右小脑（CB2）和STS区域，而M170主要是在梭形脑回（FG）以及双边下侧枕骨。
实验三
4.1被试
若干的健康成年人
4.2材料
一系列代表社会刺激的图片如完整的自然肖像图、只有一对眼睛的图、无眼睛的自然肖像图、没有生命的物体图。
4.3.1实验设计
分别给予被试呈现不同的社会刺激（包括正常的自然肖像图、去掉眼睛的自然肖像图、只有一双眼睛的图片、没有生命的物体图片），使用ERP技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。
4.3.2实验程序
1．给予被试呈现一个直立的社会刺激，在这个社会刺激后使用ERP技术记录N170的分布情况，当记录直立的社会刺激后将图片倒立（旋转180度）后再给予被试注视，同样的使用ERP技术记录N170的分布情况，将两个情况绘制成同一张时间——电压图；
2．依照步骤1的方法将各个社会刺激都按直立和倒立的情况呈现给被试，绘制不同社会刺激下的时间——电压图；
3．依据绘制出的图形进行推论与获得相关信息。
4.3.3实验仪器
ERP仪器
4.3.4结果

当给予被试呈现一张直立的正常的自然肖像图时，发现只有面神经元兴奋释放出N170而眼神经元不兴奋。然而给予呈现倒立的正常的自然肖像图，我们发现一个不一样的现象：眼神经元与面神经元都兴奋产生N170，N170的含量明显提高。给予呈现去掉眼睛的自然肖像图时，发现不论是直立的或是倒立的情况，都只有面神经元兴奋释放N170，当给予呈现的是只有一双眼睛的图片时，我们发现了，不仅直立情况下在倒立情况下，眼神经元和面神经元都兴奋释放N170，并且相对于呈现直立的自然肖像图，N170的含量明显增多。最后当给予呈现的是没有生命的物体时，N170的变化量很小。
4.3.5讨论
本文献中最具有讨论性的实验是这个实验，，当给予呈现直立的自然肖像图时，究竟是不是面神经元抑制了眼神经元的兴奋性，使得眼神经元无法释放N170，那为什么会抑制呢？呈现无眼图片时为什么眼神经元就不兴奋呢？作者在文献在提出这么一个假说，直立的正常肖像下是因为在这个特殊的社会背景下，由于面神经元的对面敏感性使得眼神经元被抑制了，无法表现出兴奋性。而当图片倒立时由于这个社会背景被破坏掉了，面神经元的对面面感性就下降但仍然作出反应，而此时的眼神经元的被抑制性就被释放了，因而表现出了极高的兴奋性，它所释放的N170的量也就大大增加。还有在文献中，作者提出了选择敏感性这么一个概念，这个概念的提出是基于对猴子的单细胞的研究，在研究中表明了分别存在脸和眼的细胞选择性，主要位颞皮层和STS区域中，这些细胞貌似是在社会交互中大神经网络的一部分，重要的是面部选择性细胞能够对脸部，或者单独的面部五官如眼，做出应答，然而眼部选择性细胞通常不能对一张面孔下呈现的眼做出反应，绝大部分面选择性细胞可以选择头部方向。有些细胞反应偏向于脸的前端，而其他的细胞更多地对各视角作反应。大部分头部的方向选择性细胞同样可以选择注视方向。在这种双重选择性下允许细胞在只有一种线索可用的情况下作答。因此当注视的方位不可见时，提取别人注意方向成为一种默认提示，例如当一个人远去的时候。
因此依照作者意思是面部选择性神经元对面部这个刺激会引起反应，而对其他刺激的反应没有那么强烈，同理眼部选择性神经元只对眼部起强烈的反应当然是要在一定条件的社会背景下，同时眼部选择性神经元更不敏感，它只对于精细的准确的并有一定条件的刺激起反应。
另外关于是否在人的大脑中存在一个眼部探测器这个问题，作者在文中并未给出答案，有两种不同的主张。否认存在这么一个眼部探测器的人认为：就目前的研究还无法证明眼的加工过程是依赖于脑独立的区域还是与面部加工过程有相同的区域，因此无法确定这个探测器是单独存在，还是只是面部加工机制的附属品。支持的人则认为：ERP技术表明在早期幼儿眼的敏感性是强于面部的，也就是说神经元对眼的选择性是强于对面的，例如行为数据表明在早期婴儿首先从脸部的提取信息是从眼睛开始的，在猴子身上也发现了同样的证据，因此似乎可以证明有EED的存在。
最后对异常的注视加工过程的研究如抑郁症（ASDs）、阿斯伯格综合征（AS）。有最近的一项研究表明，面对眼部加工障碍也许不是像我们以前想的那样。一个解释认为抑郁症患者对于人脸缺乏兴趣，他们在看人脸的时候会有意地或者说是倾向于躲开承载有社会信息的眼部区域，而更多的是将注意集中在嘴巴、发髻、前额、耳朵等地方。另一项研究发现让有感知直接注视障碍的患者做非口头的任务，发现其直接注视的成绩和非直接(转移)注视的成绩是没有差别的，而对照组（拥有正常感知直接注意的人）的成绩是直接注视高于转移注视，研究者指出这可能归咎于患者的头部与注视方位之间的冲突而不是在感知直接注视的缺陷。这表明了抑郁症患者在注视方位时使用的是一种特殊的策略，而不是刻意地将眼当成社会刺激来避免从中提取相关信息。抑郁症患者看起来像是从眼中提取了一种低水平的信息，如瞳孔、虹膜和巩膜之间的错乱。
2.3.6结论
眼睛和注视的重要性在于眼部加工识别过程和视觉社会认知的各个方面包括身份和情感认同。眼睛注视提供了有关注意和对其他兴趣事物以及处理方位的能力的信号，这在早期的生活中就开始建立，是发展正常社会认知的根本要素。注视加工处理主要包括了一个大型非选择性脑区网络如颞上沟区、杏仁核、梭状回以及一些正面的和顶叶的区域。社会认知这特殊的功能与这些区域的相关联系目前还不是那么的清楚，但是这似乎违反了任务的功能：允许在注视加工过程中有脸部和社会背景的影响。
在对身份识别，面部表情和理解他人情感状态有障碍可能与从眼部区域包括注视方位中提取相关信息的障碍有关，自闭症、面容失认证、妄想症和杏仁核损毁患者在眼部都有一个共同异常点：他们相对于对照组做更少的探索。这些患者的各种各样的面部加工障碍可以归结于对眼睛及社会互动方面各个特定区域的相关信息提取失败。这可能是由于眼探测器功能障碍，或从眼睛到面部的其余部分的整合问题。最后我们要强调的是面部加工障碍患者是普遍的，特别是眼睛注视加工障碍在病理学和有关精神方面的条件都有被报道过。例如精神分裂症目前异常的眼神加工过程、注视方位和提取情绪及他人意图方面的困难，这些障碍看起来不同取决于症状症候群是积极的或是消极的。特纳综合征，脆性X综合征和胎儿酒精中毒也表现出直视注意过程中的障碍。探测在人的大脑中是否存在一个眼探测器，表征出这个网络结构的时空动态是未来认知神经科学的一大挑战，这将帮助我们更好地研究这些障碍。
6.思考：
该研究做的实验主要是采用ERP技术、MEG技术和PET这些精密仪器。在这些实验过程中都有涉及到社会刺激这一概念，但是我却发现在实验中社会刺激是单一的静态的没有表现出多大的代表性，实验中最常用到的是给予被试呈现正常的自然肖像图。但是在我看来这个社会刺激并不具有典型的代表性。实验中没有选用更多的社会刺激是一个缺点，毕竟我们真实生活情境中社会交互是多样的，社会刺激是丰富的不是单一的。就拿实验中的只有一双眼睛的图片来说，眼睛，我们都知道东方人的眼睛和西方人的眼睛以及不同种族之间的眼睛都是有差别的。在大小、两眼眼距、形状、瞳孔大小、虹膜颜色都是不一样的，因此给予被试呈现的刺激就显得很单一没有代表性。假如当我们一一对被试呈现这些代表不同刺激的眼睛时，大脑内N170/M170的含量会有什么变化呢？是表现出一致性呢？还有有差异性？因此我觉得在刺激方面应做些改进，可以包括黑白与彩色、距离与大小等。
另外实验中所使用的都是静态刺激，在真实社会交互中我们每天面对的成千上万的社会刺激大部分都是动态的，由静态的社会刺激而得出的实验结论能否运用于动态的社会刺激呢？我们的大脑对动态的社会刺激的处理是不是和静态社会刺激的的处理是一样？另外社会背景条件，作者认为社会背景的改变会影响面神经元和眼神经元的敏感性，那么当社会刺激做出这种改变时（即当图片时呈顺时针旋转90°或者是逆时针旋转90°，或者是以其他更精确的角度呈现时如30°、60°）那是否还会出现如上面的呈现倒立图形的情况？另外我觉得被试也是一个很重要的自变量，性别是否会有影响？此外我们都知道我们每天都是带着一种或者是多种情绪生活在现实中的，与社会的交互作用过程中必然离不开情绪参与，那么当被试的情绪改变时是不是会出现不同的情况？还有被试年龄，不同阶段的个体是否会表现出一致性或者是差异性？因此我在针对于以上的问题设计了如下的实验：
方法
通过对正常成年人使用ERP技术探查当给予被试呈现一个社会刺激时，被试头脑内神经物质N170/M170的变化情况。
被试
若干的健康幼儿（男女性别人数相同），将这些幼儿随机分成四组编号幼儿组①、②、③、④
若干的健康儿童（男女性别人数相同），将这些儿童随机分成四组编号儿童组①、②、③、④
若干的健康成人（男女性别人数相同），将这些成人随机分成四组编号成人组①、②、③、④
若干的健康老人（男女性别人数相同），将这些老人随机分成四组编号老人组①、②、③、④
材料
若干组卡片，卡片包括：普通组（与其他对比组只有一个因素不同）、颜色组(黑白与彩色)、方位组（距离不同）、形状组（大小不同）、活动组（动态与静态）
实验设计
使用EPR技术给予不同组被试呈现不同的社会刺激，使用ERP技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。
实验程序
一、 验证性别差别
1． 给予成人组被试呈现普通组中不同的社会刺激（包括正常的自然肖像图、去掉眼睛的自然肖像图、只有一双眼睛的图片、没有生命的物体图片）要求被试将注意力集中在这些刺激上；
2． 使用EPR技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。
二、 验证年龄差别
1． 分别给予各个组被试呈现普通组中的一个社会刺激（正常的自然肖像图），要求被试将注意力集中在这个刺激上；
2． 使用EPR技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。
三、 验证不同因素差别
1．分别给予四个组被试都一一呈现颜色组(黑白与彩色)、方位组（距离不同）、形状组（大小不同）、活动组（动态与静态）刺激，要求被试将注意力集中在这些刺激上
2． 使用ERP技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论；
四、 验证情绪
1． 在给予被试呈现刺激前，给予被试看一组能影响其心境或心情的影响图片（可以是恐怖图片、家庭成员照片、丧礼图片、生日图片等）。因为实验不好控制，故只选用成人组的被试分别给予不同刺激。
2． 利用影响图片的作用，改变被试的情绪状态后给予普通组的刺激，要求被试将注意力集中在这个刺激上；
3． 使用ERP技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。
五、 验证社会背景
1． 给予成年被试呈现普通组刺激，但是呈现刺激的角度有改变既以顺时针和逆时针30°、45°、60°、90°给被试呈现，要求被试将注意力集中在这个刺激上；
2． 使用ERP技术分别记录在这些不同的社会刺激下N170的波形图，通过对比得出结论。