自闭症个体的超常能力：音调知觉优势

邓志洲， 王穗苹， 于洛迪

(华南师范大学 教育科学学院/心理应用研究中心，广东 广州 510631)

自闭症作为一种发展障碍，既表现出某些认知功能的缺陷，又具备所谓超凡的“能力孤岛” 的特征(例如具有良好的机械记忆、拼图技能、音乐才能等)。近年来，自闭个体的音调知觉优势逐渐成为自闭症研究的一个新热点。这是因为研究自闭个体的音调知觉优势不仅有助于自闭症诊断标准的更新[1]，而且还有助于理解自闭个体的其他知觉优势以及深入了解其口语交流缺陷的原因。本文将首先介绍自闭症的特征以及音调知觉优势现象，然后从理论研究的角度去分析这种优势的成因，最后在此基础上分析这一领域存在的问题以及未来的发展趋势。

一、自闭症及流行率

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorders，ASD)是一种神经发展障碍，其关键症状包括交流和社会互动的障碍以及局限和刻板的行为与兴趣[2]。根据美国精神病学会制定的DSM-Ⅳ，自闭症被归类为广泛性发育障碍(pervasive development disorders，PDD)的一个分支。根据自闭症的核心症状进行扩张定义的广泛意义上的自闭症即自闭症谱系障碍，包含了典型自闭症、阿斯伯格综合症、非典型自闭症以及其他待分类的广泛性发展障碍。

最新的自闭症流行病学的数据表明，在美国，自闭症的发病率已达1%[2]，其中，男明显多于女，每70个男孩中可能有一个患有自闭症谱系障碍。在我国，严重自闭症患者估计约有65万，症状较轻者约500多万[3]。如果缺乏针对性的治疗与干预，这些发展障碍不仅会严重影响自闭个体的正常学习与生活，而且还将会极大增加家庭与社会负担成本，最近的10年里有关自闭症的研究与治疗在全球都受到了越来越多关注与重视。联合国大会通过决议，从2008年，每年的4月2日定为世界自闭症日。美国总统奥巴马及美国国立卫生研究院在2009年将自闭症列为人类健康第二公敌，在奥巴马任期结束前，政府每年增加赞助自闭症研究和治疗经费达10亿美元。

二、自闭症个体的音调知觉优势

尽管自闭症伴随有多方面的认知功能缺陷，但同时也具有不同的超常能力。例如，在视觉方面，自闭个体对面孔存在注意缺陷，但对物体却有注意优势[4]。他们对运动的客体知觉存在缺陷，但对静态的不同相似客体有更好的分辨能力[5]。类似地，在听觉领域，自闭症个体对非社会性听觉刺激与社会性听觉刺激加工都异于正常个体。

其中，自闭症个体对口语这种社会性刺激表现出反应不足，例如他们对口语的知觉有缺陷[6]和缺乏注意偏向[7]。Bartolucci和Pierce[6]对比了自闭儿童和正常儿童在辅音知觉任务的表现，发现自闭儿童的表现较差。最近的MEG研究也发现，自闭儿童对元音的自动知觉检测与正常儿童相比更为延迟[8]。除知觉缺陷外，自闭儿童还对口语表现出注意缺陷。正常儿童在早年阶段已经发展了对口语声音的偏好，然而，自闭儿童对口语却缺乏这种注意偏向[9]。

尽管在听觉刺激的多个维度上都存在知觉缺陷，自闭症个体对音调却表现出过强的反应，例如对音调有更强的辨别能力。对于自闭群体中的音乐天才，绝对音调(absolute pitch，AP)辨识是他们的一项特殊才能[9]。即使是那些没有受过音乐训练的自闭个体，他们对音调的知觉优势也普遍存在。Heaton等人[10]比较了没有音乐经验的自闭儿童与正常儿童对单一频率音调的辨认和记忆。他们让被试分辨一段旋律中的音调变化，以及记忆一些图片与音调的配对，结果发现，自闭儿童对单一频率音调的分辨和回忆都优于正常儿童，表现出对音调加工的优势。Bonnel等人[11]认为这种加工优势的根源是对音调的知觉优势。为证实这一假说，他们比较了高功能自闭个体与正常个体对于纯音的知觉辨别能力。实验采用两个简单的知觉辨别任务：第一个任务要求被试对呈现的两个纯音音调是否相同进行判断，第二个任务要求被试指出两个纯音哪个音调较高，哪个音调较低，结果都表明自闭个体的表现优于正常个体。

由于在自闭症个体身上同时存在知觉加工的这种积极特征与消极症状，这一现象引起了研究者的极大研究兴趣。近几年，研究者们纷纷运用不同的声音材料，包括纯音、复杂的非口语声音、口语声音等，来探讨自闭个体音调知觉优势的表现与特点[11-14]。

三、自闭个体音调知觉优势的成因

对于自闭个体为什么具有音调知觉优势，研究者尝试从不同的角度进行解释。其中，一些研究者试图从加工方式的角度去理解这种现象，他们认为音调知觉优势主要是由于自闭个体独特的加工风格所导致，这方面的理论包括弱中心信息整合理论(weak central coherence，WCC)[15]和知觉功能增强理论(enhanced perceptual functioning， EPF)[16]。另一些研究者则从加工声音刺激的神经复杂程度来理解这种音调优势，并提出神经复杂性假设(neural complexity hypothesis)。

(一)音调知觉优势源于自闭个体独特的加工风格

这种观点认为自闭症个体在“局部-整体”加工方式这一维度上与常人有所不同。具体来说，与常人相比，自闭症个体可能具有局部(或者细节)优先的加工方式[17]。尽管大部分研究者都同意自闭症个体的音调知觉优势跟他们对音调这种细节的知觉偏好有关，但是这种独特的加工方式是否与他们在整体加工中的缺陷有关，不同理论则有相当明显的冲突。

其中，WCC[12]最初提出是用以解释自闭个体在知觉任务中对整体信息的加工缺陷，以及在语言任务中难以整合语境信息等现象。该理论认为自闭个体具有对局部细节加工的认知风格，这种风格表现为他们对细节的或者表面的信息进行优先加工，同时较少受到整体信息的影响。WCC对自闭个体的音调知觉优势的解释是：除音调以外的其他整体信息(例如由词语所激活的语义)对自闭个体的干扰较少，因此他们对音调的知觉更有优势。简单的说，WCC认为对音调的加工优势是对声音刺激的整体或者完型的加工存在缺陷的结果。

Mottron等人[15]提出的EPF与WCC有相似之处，也认为自闭个体更倾向于加工局部或表面信息；且更进一步认为在自闭个体身上，负责知觉加工的神经网络过度专门化，倾向于对局部的信息进行加工。但与WCC不同的是，EPF认为自闭个体的高级认知功能是完整的。也就是说，EPF认为以往研究中观察到的自闭个体对音调的知觉优势仅是由对音调知觉的过度专门化本身引起的，自闭个体在任务中的整体或者高层次的加工并没有缺陷。

WCC得到一些实验证据的支持。在Jarvinen-Pasley和Heaton[12]的研究中，被试需要分别分辨两个系列声音的音调是否相同。在“不同”的条件下，实验通过操纵声音系列的第二和第三个声音的音调来得到两个不同音调的系列。声音刺激分为非口语刺激和口语刺激两类。非口语声音刺激是由四个音符组成的旋律，被试对旋律的辨别只涉及音调的知觉辨别。而口语声音刺激则是由四个单词组成的系列，被试对单词系列的音调进行知觉的同时，还会自动地加工单词的语义信息。对单词系列的音调知觉属于表面和低层次的加工，而对语义的加工属于深层次的加工。结果发现，自闭个体在单词条件而非音乐旋律条件下才表现出音调知觉优势。这说明自闭个体对单词的音调知觉优势不是来源于基本的音调知觉能力优势，而是他们无法更好地整合语义信息，从而更少受到语义信息的影响，更有利于加工音调信息。

除了较少受语义干扰之外，自闭个体对口语音调的加工优势还可能来自于对该维度信息的加工偏向。Heaton研究团队[13]在另一个研究中采用音调信息与语义信息相互竞争的任务来检验这种可能性。他们首先训练被试对听到的口语句子进行音调知觉和语义理解，在音调知觉训练任务里，被试需要在听完有音调变化的句子后，从屏幕上显示的四种音调变化曲线中选出符合句子音调变化的一种。类似地，在语义理解训练任务里，被试需要在听完类似句子后，从屏幕上显示的四幅图画中选出符合句子所描述情境的一幅。训练之后，被试都能熟练地对句子进行音调知觉和语义理解,然后被试进行正式任务。和训练任务不同的是，句子呈现后，屏幕呈现两幅音调曲线图(其中一幅符合句子音调变化)和两幅情境图画(其中一幅图画内容符合句子描述)。由于任务要求被试只能选择一个答案，因此可以探讨被试偏向于选择知觉的音调还是理解的语义。结果发现自闭个体更倾向于选择音调的答案，而正常个体则相反，更倾向于选择语义的答案。而且自闭个体对音调的辨别比正常个体好，对语义的理解与正常个体没差别。这说明自闭个体对口语的音调这种表面层次的信息具有加工偏向，这种偏向可能导致了他们对其投入更多的注意资源，因而表现出加工优势。

然而，一些研究发现自闭个体可以同时具有优势的局部加工和完整的整体加工，这是无法用WCC来解释的，因此他们提出知觉优势的另一理论——EPF。在听觉领域，最早支持EPF的证据来自于Mottron等人[18]对自闭个体的音乐音调知觉的研究。他们通过操纵音乐旋律的不同特征来设置不同层次的音调加工：通过操纵单个音符的频率来使其具有不同的音调。另外，通过操纵半音程来使两个音符之间具有不同的时间间隔。这种时间间隔会导致整个旋律的轮廓(melodic contour)方向出现变化，而这种方向变化独立于音符的音调变化。结果发现，自闭个体对单个音符的音调辨别优于正常个体，而对旋律轮廓的辨别与正常个体没有差别。随后Heaton[19]运用类似的实验范式也发现自闭个体对音乐旋律的局部音调知觉表现出优势，而对整体旋律轮廓的知觉也没有缺陷。这些结果说明自闭个体对旋律的局部加工表现出优势的同时，对旋律整体的加工并没有出现困难。

可以看到，WCC与EPF的主要争论在于自闭个体对音调的知觉优势是否由他们对声音刺激的整体加工不足而引起的。但是“整体加工”所包括的内容是相当广泛的，不同任务所表现出的整体加工可能也并不一样。例如，音乐旋律的整体加工可能是旋律轮廓的加工，而句子的整体加工可能是句子的语义理解。事实上，在各种以往使用的任务中，都难以测量出“整体加工”对局部音调知觉的干扰效应。因此，以上这些研究结果上的分歧也很可能是由这种不同程度的干扰效应所引起的。

(二)自闭个体在加工简单刺激的神经过程上具有优势

Samson等人[20]在总结了以往运用行为方法、事件相关电位以及脑成像手段对自闭个体的听觉加工进行研究的基础上，提出了音调知觉优势的神经复杂性假说。具体来说，简单刺激与复杂刺激的差别表现在声波的频谱与时间两个特征上。从频谱上来看，一个只有单一频率的声音(例如纯音)属于简单刺激，而一个具有不同频率成分的声音(例如和弦)属于频谱复杂刺激。从时间上来看，一个声音刺激的频谱成分可以在时间维度上进行动态的变化，从而构成时间上的复杂刺激。对于声音的知觉，简单刺激和复杂刺激都有相对应的加工脑区，大脑的初级听觉皮层或者A1区域主要负责加工简单的纯音刺激，而具有复杂的频谱-时间结构的声音刺激加工需要A1和A2区域共同完成。对简单刺激加工的神经过程只涉及一个局部区域，而对于复杂刺激加工的神经过程需要不同局部区域之间的同步化来完成。由于自闭个体的大脑区域之间的联系不足[21]，因此，当加工涉及简单的神经过程时就会表现出优势，而当加工涉及复杂的神经过程时，则表现出缺陷。

关于自闭个体在噪音背景下知觉目标声音的研究结果支持了神经复杂性假设。这类研究所采用的任务一般会要求被试在背景噪音中辨别某种目标声音。研究者可以通过操纵背景噪音的频谱和时间特征来设置出不同复杂程度的噪音。被试需要对复杂的噪音进行整合处理之后才能分辨目标声音。通过这种任务，研究者就能探讨自闭个体对不同复杂程度的声音信息的加工。例如，Alcantara等人[22]对比了高功能自闭个体与正常个体在噪音下的声音知觉，发现只有在背景噪音具有复杂的频谱与时间特征的时候，自闭个体的表现才比正常个体差。Groen等人[23]让自闭个体在复杂噪声的背景下去分辨口语表达的词语，结果也同样发现，相对于正常个体，复杂噪音背景对自闭个体任务表现影响更大。

按照神经复杂性假说，自闭个体对简单音调的知觉表现出优势，而对复杂音调的知觉表现出缺陷。然而，最近有关音调知觉的研究也并不完全支持该假设。Bonnel等人[14]对比了自闭个体和正常个体在不同刺激复杂程度下听觉辨别任务中的表现。他们通过操纵声音的频谱和时间特征来实现不同的复杂程度。结果发现，只有在对纯音的音调辨别任务中才发现自闭个体的知觉优势，但在其他复杂声音音调的辨别中却没有预期的知觉缺陷。

应该说，神经复杂性假说从神经活动的复杂程度来解释自闭个体对声音刺激的知觉现象，为人们理解该现象提供了新的思路；而声音刺激的频谱与时间特征都可以明确地被定义和测量，更使研究者对该假设做进一步的验证提供了客观的指标。但对于具有复杂频谱与时间特征的音调刺激，自闭个体并没有表现出知觉缺陷，这与假说的基本观点并不相符，暗示着该假说需要进一步的修正与完善。

四、 问题与展望

目前尽管对自闭症个体的音调知觉研究已经取得一定进展，但也存在着许多明显的不足，这包括不同研究选取被试的差异、实验任务的局限、研究手段的单一以及缺乏对其他可能影响因素的考察等。

首先，不同研究采用不同类型的自闭症个体作为被试。例如，有的研究采用典型自闭症作为自闭症实验组[24]，有的则采用高功能自闭症和阿斯伯格综合症的个体作为整个自闭症实验组[11,12]。有些研究采用同类被试，但里面含有语言发展延迟或者智力发展障碍的被试[13]。另外还有研究将不包含有阿斯伯格综合症的自闭症人群与阿斯伯格人群的音调知觉进行对比[14]。采用不同亚型的自闭症个体组成一个实验组可能会带来同一实验组内被试的不同质性，从而影响实验结果。例如，不同亚型的自闭症个体可能具有不同水平的语言认知功能，而语言认知的发展水平与音调的知觉密切相关[14]，因此语言认知功能就会成为潜在的干扰变量。今后的研究应该系统地考察不同亚型的自闭症个体在同一音调辨别任务中的表现，从而建立更为精细的适合解释自闭症个体知觉功能的理论。

其次，以往的研究都采用知觉辨别任务来探讨自闭个体对音调的知觉。这种任务都要求被试主动去注意呈现的听觉刺激，所以只能探讨自闭个体在对刺激进行随意注意下的音调知觉。而先前运用自动检测任务的研究发现，自闭个体在非随意注意情况下，对口语的知觉加工更为困难[8]。那么在非随意注意下，自闭个体对音调的知觉还表现出优势吗？未来研究有必要运用非随意注意的知觉任务来探讨该问题。

再次，到目前为止还缺乏运用电生理学(如事件相关脑电位)和神经影像学(如功能核磁共振)手段来对自闭个体的音调知觉进行研究的相关报告。尽管按照神经复杂性理论的观点，自闭个体对音调的知觉优势应该来源于听觉皮层的加工优势，但是仅靠行为层面的结果支持是不可靠的，非常需要认知神经科学层面的证据来对不同的理论争论进行检验。今后的研究需要运用fMRI技术来探讨自闭个体的音调知觉优势是由听觉皮层本身的加工异常引起，还是由于听觉皮层与其他认知功能区域的联系不足，最终导致听觉皮层更有利于加工音调。

最后，以往的研究只关注自闭个体本身的因素对音调知觉优势的影响，缺乏考虑自闭个体家庭环境的作用。未来的研究需要更多地考虑家庭环境因素的影响，例如，探讨父母的生活习惯与养育习惯对自闭个体的音调知觉优势的作用。

五、 结 语

音调知觉作为自闭个体的一种超常认知功能，已被众多的研究重复验证。对这种现象的研究不仅有助于完善已有的与自闭症相关的知觉理论，还能帮助人们去理解这种优势会如何影响自闭症个体其他的认知加工和他们的学习与生活。但自闭症个体的音调知觉优势是最近10年才被人们发现和受到研究者关注的一个新现象，在未来很有必要借鉴口语知觉、社交障碍等有较丰富成果的研究领域，从行为实验、认知神经科学等多个层面相互结合对其进行深入探讨和研究。

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