面孔失认症的神经机制

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摘要 面孔识别是一项重要的社会功能，但是面孔失认症患者却面临着不能准确识别他人面孔的苦恼。面孔失认症是指不能识别熟人面孔甚至是自己的面孔，该症状可以分为获得性面孔失认症（APA）和先天性面孔失认症（CPA）。APA患者受损脑区主要包括枕颞叶皮层、杏仁核、前额叶皮层等，而CPA患者这些脑区的皮层密度与常人存在差异，并且CPA存在遗传性。以后的研究可以重点关注受损脑区的精确定位、面孔失认症患者的筛选、基因基础以及文化差异研究等方面。

关键词：面孔失认症；获得性面孔失认症；先天性面孔失认症；神经机制

分类号：B845；R395

面孔失认是面孔识别领域的一个研究热点。1947年，德国著名的神经病学家和精神病学家Bodamer首次使用了面孔失认症（Prosopagnosia）一词，他认为面孔失认症是由后天大脑损伤引起的，病人表现为不能识别熟悉的人甚至自己的面孔，也可能伴有一些其他的认知障碍（Bodamer，1947）。随着研究的深入，研究者又发现了一种没有任何后天脑损伤的面孔失认症患者（Behrmann&Avidan，2005）。2007年，Kennerknecht，Pltimpe，Edwards和Raman（2007）对面孔失认症的界定与分类做了关键性的评述，他们将面孔失认症分为获得性面孔失认症（acquired prosopagnosia，APA）和先天性面孔失认症（congenital prosopagnosia，CPA），而且认为CPA具有遗传性。至今，文献中记载的面孔失认的案例比较少，因此，对于面孔失认症的表现特征、病理机制等问题一直存在争议。面孔失认症的研究涉及到心理学、认知神经科学、遗传学等多个学科，对面孔失认症的多学科研究可以进一步了解面孔识别的神经基础。其次，对前人文献研究的梳理有助于加深学者对面孔失认症的认识，从而进一步推动面孔失认症患者康复工作的开展。本文对两种面孔失认症的神经机制进行了梳理，并在此基础上提出了未来研究的方向。

1、获得性面孔失认症（APA）

已有研究证明，面孔识别依赖于一个分布式的神经网络，这个网络包括位于枕下回的枕叶面部区域（the occipital face area，OFA）、外侧梭状回中部的梭形面部区域（the fusiform face area，FFA）以及外侧颞叶皮层的颞上沟（the superior temporalsulcus，STS）组成的核心系统和以颞叶前部（anterior temporal lobe）、前额叶皮层（prefrontalcortex）、杏仁核（amygdala）、舌回（1ingual gyms）、脑岛（insula）等区域组成的扩展系统，两个系统之间是相互作用的（Ishai，2008）。是不是这些区域受损就会导致面孔失认现象？研究者对此进行了大量的研究。由于APA的样本比较少，对其神经机制的研究大多是通过对单个案例的研究，目前对于APA的神经机制的观点主要包括以下几个方面：

1.1 核心面孔识别区域受损

1.1.1 右侧核心区域受损

大多数研究中都指出面孔失认现象是由右半球脑损伤引起的。2008年，Riddoch，Johnston，Bracewell，Boutsen和Humphreys（2008）报告了一名APA患者FB，检查结果发现其右侧枕叶下部（the right inferior occipital lobe），颞叶中下部（themiddle inferior temporal lobe）和梭状回（fusiformgyrus）区域存在病变。Barton（2009）对一名APA患者的检查结果显示，患者右侧枕颞叶区域（theright occipitotemporal cortex）受损，包括梭状回区域，该患者在面孔识别方面存在严重困难，但是其物体识别能力是正常的。梭状回区域在面孔身份识别中起重要作用，该区域受损，患者可能就无法准确的识别面孔（Ishai，2008）。上述报告中都指出梭状回存在病变，可以看出梭状回是识别面孔的一个重要区域。

对于患者的事件相关电位（ERP）研究，也可以证明这些区域在面孔识别中的重要作用。N170成分是在面孔和其他物体类别刺激呈现后的130～200ms记录到的，并在160～170ms时达到峰值的一种脑电负成分。研究发现，面孔刺激诱发的N170的波幅比其他物体诱发的更大，而且在右半球更明显，因此被认为是面孔识别的特异性成分（李明芳，张烨，张庆林，2010）。Bobes等人（2004）的报告中指出一个腹侧枕颞叶皮层（theventral occipitotemporal cortex，VOTC）受损的面孔失认症患者表现出了面孔敏感成分N170，说明腹侧枕颞叶这一区域参与了面孔识别的过程。在最近的一项研究中，Dalrymple等人（2011）报告了一组APA患者的研究数据，一个右侧梭状回（FFA）病变，但OFA和STS完好的患者表现出了面孔敏感成分N170。但在另外两个OFA和FFA区域受损，而STS完好的患者身上并没有记录到面孔敏感成分。这一结果证明右侧FFA或者STS并不是产生N170成分所必须的，对于这一结果可以有两种解释，一种是N170成分的产生至少需要两个核心系统中的区域，还有一个可能就是N170成分的产生和OFA区域有关，但是这一推论与Sadeh，Podlipsky，Zhdanov和Yovel（2010）的研究结果不一致，他们发现N170成分的波幅和FFA及STS区域血氧水平的变化有关，而和OFA区域无关。对于N170成分的产生还没有取得一致的结论，以后的研究可以选择受损区域相似的患者和正常被试的结果进行比较，从而确定N170的产生与哪些功能区域有关。而对于左半球是否存在病变，研究者也没有给出确定的结果，因此，不能确定面孔识别障碍是由右半球核心区域受损独自引起的。

1.1.2 左侧核心区域受损

在极少数文献中，也报告了左侧病变的APA患者。2008年，Barton（2008）报告了一名APA患者，对该患者进行CT扫描并记录其脑电图.CT结果显示在大脑左半球，尤其是梭状回区域存在病变，患者的面孔识别能力严重受损，在物体识别方面也存在一些困难。一直以来，研究者对于左侧核心面孔区域的位置及功能并没有达成一致意见。左半球面孔识别功能只是右半球功能的一个补充，还是可以独立进行面孔识别？两者的差异是质的差异还是量的差异？这些问题也成为现在许多研究者的兴趣所在。

1.1.3 双侧核心区域受损

APA是由双侧大脑半球后部损伤引起的观点也得到了一些研究的支持。有证据表明，右半球受损的病人并没有表现出面孔失认症，直到左侧枕颞叶（the left occipitotemporal cortex）受损才出现了面孔失认症状（Lang et al.，2006）。患者PS右侧枕下回（the right inferior occipital gyms）和颞中回（the middle temporal gyms）受损，左梭状回中部（the left middle fusiform gyms）、小脑后部（theposterior cerebellum）受损，其面孔匹配能力以及识别名人和熟悉面孔的能力丧失，但物体识别能力正常（Busigny，Graf’Mayer，&Rossion，2010）。这些研究结果也支持了面孔识别与物体识别是分离的这一观点。另外，对PS的ERP研究发现在右半球记录到了面孔敏感成分N170，而在左半球却没有出现。当对面孔进行反应时患者在右颞枕叶区域表现出了N170成分波幅的增强（Prieto，Caharel，Henson，&Rossion，2011）。N170在右半球出现而没有出现在左半球意味着左梭状回区域对N170成分的产生有重要作用。而右侧颞枕叶区域表现出的N170波幅的增强也证实了该区域在面孔识别中的重要性。由此推测，大脑两半球在面孔识别中都起作用，左右半球表现出的差异可能是由于在识别面孔刺激时，两者加工的信息不同。因此，左右半球不同区域受损，可能就会得到不同的研究结果。在以后的研究中可以针对不同区域受损的患者对大脑两半球的功能进行进一步的研究。

1.2 扩展面孔识别区域受损

扩展区域和核心区域相连，共同完成面孔识别过程，那扩展区域受损是否会导致面孔失认现象？一项功能性磁共振（fMRI）研究结果显示，患者LR右侧颞叶前下部（the right anterior inferiortemporal lobe）受损，在杏仁核区域也存在病变。杏仁核在情绪识别中起重要作用，该区域受损可能会导致情绪识别障碍（Anaki，Kaufman，Freedman，&Moscovitch，2007；Haxby&Gobbini，2011）。研究结果也证实，患者在面孔识别和情绪识别方面存在障碍（Bukach，Bub，Gauthier，&Tart，2006）。患者BP因患有疱疹性脑炎导致面孔失认，功能性磁共振（fMRI）研究结果发现，患者右侧颞叶前部（the right anterior temporal lobe）受损，不能进行面孔识别，但在面孔选择、性别感知、情绪感知方面的能力是正常的（sekunova et al.，2010）。颞叶前部与面孔身份的识别有关（Kriegeskorte，Formisano，Sorger，&Goebel，2007）。该区域受损，患者可能会表现出面孔身份识别障碍，但是由于受损程度不同，患者的行为表现也有差异。这几项研究都指出了扩展区域在面孔识别中的重要性。但是，患者是否存在其他病变，如核心区域皮层体积的变化、皮质密度的变化等，这些可能都会影响面孔识别，因此，扩展区域受损是否会导致面孔识别障碍还有待进一步研究。

2007年，SorgeL Goebel，Schiltz和Rossion（2007）利用功能性磁共振技术（fMRI）和多重扫描（multiple scanning）手段对一名物体识别功能正常的APA患者进行了分析，得到了APA面孔识别损伤的精细的脑区定位：（1）右腹侧枕颞叶后部（the posterior part 0f the right ventral occipitotemporal cortex）（2）右梭状回中部（the right middle fusiformgyms，MFG），左侧枕下回（the left inferior occipital gyms），右侧后颞上沟（the right posterior superior temporal sulcus，STS）（3）侧枕联合区（lateral occipital complex，LOC）的背侧和颞叶皮层中部（the middle temporal cortex）（4）右半球的侧枕叶联合区的腹侧（ventral part of LOC）。对于患者受损脑区的精确定位，可以对面孔识别涉及的脑区有更清楚的认识，不同脑区受损可能会导致不同的行为缺陷。但是，这一结果只是对单个患者的研究，不同患者其受损的部位可能不同，受损程度也存在差异，因此，若要对面孔失认的受损脑区进行精确的定位，还需要搜集大量样本，采用更先进的技术如多模态成像技术等对被试进行进一步的研究。

2、先天性面孔失认症（CPA）

CPA是没有后天脑损伤情况下的一种面部认知障碍，是面孔识别领域的新发现。患者没有正常的识别面孔的经验，生活中他们可能会使用一些替代性的方法去识别面孔，如依赖声音，发型，穿着，步态等非面孔线索，并且认为别人也是这样来识别面孔的，这可能也弱化了他们面孔失认的症状，从而难以发现自己的面孔识别障碍（Witthoft et al.，2011）。实际上，CPA患者比APA患者多，并且有很大一部分患者具有明显的家族遗传特征。目前，对CPA的神经基础研究主要集中在以下几个方面：

2.1 面孔识别区域异常

CPA患者的大脑结构并没有明显的受损，那患者在皮质体积、神经细胞数量上是否与正常人存在差异呢？Thomas等人（2008）采用弥散张量成像技术（DTI）对6名CPA患者的腹侧枕颞叶皮层的白质纤维的完整性进行了测量，结果发现，患者皮层区域白质纤维与正常人相比，数量减少。白质纤维在皮层的连接中起重要作用，患者识别面孔刺激时，各皮层的活动是正常的，但是，由于白质减少，信息不能进行有效地传递，从而导致不能准确识别面孔。Garrido等人（20091采用基于体素的形态学分析（VBM）的方法研究了CPA患者和正常人在神经解剖结构方面的差异。研究发现，与正常组被试相比，CPA患者在右侧颞叶前下部（the right anterior inferior temporal lobe）、颞上沟（STS）、双侧颞中回（middle temporal gyrusbilaterally）等区域的灰质密度减少，另外，在右侧梭状回中部（the right middle fusiform gyms）和颞下回（the inferior temporal gyms）也发现了灰质密度的减少。还有研究者发现，CPA患者的颞叶前部体积比正常被试的大，而梭状回体积较小（schultz&Bertolucci，2011）。在另外一项研究中，研究者将24名CPA患者和25名正常被试进行了比较。解剖学分析显示，患者的双侧舌回（the bilaterallingual gyrus）、右侧颞中回（the right middletemporal gyms），背外侧前额叶皮层（the dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）区域的灰质密度比正常人少，左侧梭状回（the left fusiform gyrus）功能激活降低，但是，在内侧前额叶皮层（the medial prefrontal codex）显示出了较强的功能激活（Dinkelacker et al.，2011）。灰质的密度和成功记忆有关，这些区域灰质密度的减少可能是患者不能识别面孔的重要原因，患者虽然保存了面孔的知识，但是却不能将它从长时记忆中提取出来。先天性面孔失认症患者在面孔识别上的缺陷是持续的，因此，在日常生活中可能会形成一些补偿性策略，颞叶体积的增大、内侧前额叶的功能激活可能揭示了其补偿性策略的运用与该区域有关。

CPA患者在识别面孔刺激时诱发的脑电成分与正常组被试也存在差异，表现为N170波幅的减少或消失（Kress&Daum，2003）。Bentin，DeGutis，D’Esposito和Robe～son（2007）采用行为学、事件相关电位（ERP）和功能性磁共振（flVlRI）的方法对一名CPA患者进行了整合研究，发现在识别面孔和非面孔物体（手表）时，患者的N170成分并没有表现出差异，而正常组被试都表现出了对面孔的特异化反应。另外，在患者的FFA区域并没有记录到对面孔的强烈活动。FFA区域是识别面孔身份的重要脑区，在该区域没有记录到对面孔的特异化反应，可能是由于患者该区域受损。一项脑磁图（MEG）研究也发现，CPA患者在识别面孔时左侧枕颞叶区域的活动降低（Dobel，Putsche，Zwitserlood，&Jungh6fer，2008）。证明了这些区域在面孔识别中的重要作用。但是，也有研究表明，一些CPA患者在识别面孔刺激时N170波幅会增加（Righart&De Gelder，2007）。在最近的一项脑磁图（MEG）研究中，CPA患者在识别面孔时M170波幅会增强，而且增强的幅度和正常组的被试差不多（Rivolta，Palermo，Schmalzl，&Williams，2012）。同年，Towler，Gosling，Duchaine和Eimer（20121对16名CPA患者进行了研究，结果发现有12名被试在识别面孔和非面孔刺激时N170的幅值表现出显著差异。这一结果与一项fMRI的研究结果是一致的，许多CPA患者在识别面孔时在大脑后部表现出了更强烈的活动（Furl，Garrido，Dolan，Driver，&Duchaine，2011）。患者在识别面孔时，表现出了与正常组被试相似的反应，但却不能准确的识别面孔，这可能也证明了CPA患者存在内隐识别能力，这种识别没有达到意识水平，因此不能准确的识别面孔。另外，面孔识别过程包含很多的加工阶段，不同的加工阶段受损，患者可能会表现出不同的行为特征。CPA患者不能进行外显识别的原因也可能是因为不同加工阶段之间的连接断开，不能将信息从一个阶段传递到下一阶段，从而不能准确识别面孔刺激。

2.2 基因缺陷

对于患者异常脑区的研究是从一个相对宏观的角度去研究，而基因研究可以让我们从微观层面更深入的了解CPA的神经机制。基因与人类的行为特征有着密切的联系，控制着人类生理和心理的许多性状。2003年，Galaburda和Duchaine（2003）报告了一个在四代家族内CPA遗传循环发生的案例，患者直到进入军队服役时才发现自己的问题，当穿上同样的军装后，他无法再分辨自己的战友。对其家族的进一步研究发现，其祖母、母亲、儿子都存在面孔失认症状。Kennerknecht等人（2006）通过调查量表对招募的689名高中生和大学生被试进行筛选，共发现了17名CPA案例，对被试进一步的家族内测试发现被访问者的家族中至少有一个亲属也存在同样的症状。因此，研究者认为CPA是由一种单一常染色体的显性基因突变引起的，存在家族遗传倾向，如果父母中有一人患病，那么孩子就有50%的概率患病（Grtiter，Grtiter，&Carbon，2008；Lee，Duchaine，Wilson，&Nakayama，2010）。但是，Stollhoff，Kennerknecht，Elze和Jost（2011）的最新研究报告显示CPA具有异质性。不同患者，其致病基因可能是不同的。目前研究者还没有发现与面孔识别有关的突变基因，但是，有研究者指出催产素能够对表情识别的早期产生影响，增强个体对正性情绪的识别，减弱对负性情绪的识别（Di Simplicio，Massey.Chase，Cowen，&Harmer，2009），并且可以增强被试对社会性刺激（如面孔）的熟悉感，影响社会性记忆（刘金婷，蔡强，王若菡，吴寅，2011）。因此，可以推测伴有情绪识别障碍的面孔失认症患者可能与催产素的受体基因变异有关。未来研究可以利用基因型分析，测量患者与正常被试的催产素基因多态性是否存在差异，研究催产素在面孔识别中的作用。对CPA心理发生机制及基因基础的研究，可以加深对人类心理行为与遗传基因之间关系的认识，对于认知障碍的诊断及未来的基因干预治疗具有重要的科学意义。

3、两种面孔失认症类型的比较

虽然有研究者对面孔失认症患者受损的脑区进行了研究，但是大都是对于单个被试的研究，结果难以推广。通过对两种面孔失认症类型的对比，可以更清楚的了解患者受损的脑区。首先是腹侧枕颞叶区域，在两种类型的患者的脑成像研究中都发现了该区域的变异，虽然两者的表现是不同的（APA患者是结构受损，CPA患者是皮质密度减少），但是这一结果可以证明腹侧枕颞叶区域在面孔识别中的重要作用。其次是颞叶、杏仁核、前额叶皮层等脑区的变异，但这些脑区的变异并没有在所有患者身上都表现出来，这可能也是患者表现出不同行为特征的一个重要原因。另外，面孔失认还涉及到皮质的缺陷，如灰质密度减少、白质纤维连接受损等，这些微小变化也会导致面孔识别障碍。

对这两种面孔失认症类型的对比也证明了面孔识别涉及一个分布式的神经网络。患者的不同行为表现和脑电数据，证明了不同脑区在面孔识别中发挥着不同的作用。核心系统受损，患者就会表现出面孔识别障碍，扩展系统中不同区域受损，患者可能会伴随其他的认知障碍。研究者发现，不同类型的患者会有不同的行为表现，如多数APA患者同时也存在情绪识别障碍，而CPA患者表现出了正常的识别面孔情绪的能力（Humphrcys，Avidan，&Behrmann，2007）。对于这种差异的原因，研究者还没有取得一致的结论。患者的不同表现可能只是不同脑区受损及受损程度不同的一种表现。未来可以对两种面孔失认症类型进行深入的比较研究，观察相同的受损脑区是否会导致相同的行为，推测该脑区与行为控制的关系，如果行为表现有差异，那行为差异的原因是什么。通过对两种类型患者的神经机制的整合研究，也可以为面孔识别涉及脑区的精确定位提供更有力的证据。

4、小结与展望

本文对两种面孔失认症的神经机制进行了梳理，发现面孔失认症与颞枕叶区域、颞叶、杏仁核、前额叶皮层以及皮质（白质、灰质）的病变有关。不同区域受损，患者会表现出不同的行为缺陷。目前，由于缺乏面孔失认症患者的样本，研究者对于面孔失认症的表现特征、病理机制等问题还存在争议。以后的研究可以重点关注以下几个方面：

4.1 APA患者受损脑区的精细定位

APA患者由于受损脑区及受损程度不同，因此对于面孔识别受损的脑区的精细定位还有待进一步研究。在以后的研究中可以采用多种技术的结合，如功能性磁共振技术（fMRl）和基于体素的形态学分析技术（vBM）结合，对所有患者共同受损的部位进行精细的定位。对于相关变量的控制可以在研究之前进行一个行为测验，将表现相似的患者分为一组，从而争取使他们在研究之前的基线水平相似。至今，已有很多文献研究面孔识别的脑机制，但是，面孔识别是一个过程，可以分解为不同的阶段，如面孔感知、信息提取、面孔识别，以及各个过程之间的连接，每个过程涉及的脑区有哪些，分别会产生怎样的成分，大多数研究中并没有进行区分。因此，可以设计不同的任务。对不同的患者是哪个阶段受损或者是不同阶段之间的连接受损、不同区域受损影响了哪些过程进行进一步的研究。

4.2 CPA患者的筛选及基因基础的研究

未来对CPA患者的研究可以重点关注CPA患者的筛选及其基因基础的研究。研究发现，先天性面孔失认症在自种人中的发病率为2.47%。并可能存在于其他种族中（Kennerknecht et al.，2006）。如果以此种比例推算，我国将有3千多万人患有先天性面孔失认症。国内学者王晖（2009）将国外包含21个项目的HPA五级评分筛查量表译成中文版，并首次对长春地区某高校的大学生进行了筛查，发现了3名CPA患者。但是，该量表的信效度并没有得到验证，而且由于文化的差异，该量表可能并不适应于国内。因此，有必要根据国内实际情况编制标准化的诊断量表来筛查CPA患者，预测CPA在普通人群中的发生率，从而帮助他们认识到自己的缺陷，缓解患者在人际交往方面的焦虑。另外，国内外对于面孔失认症患者的基因基础缺乏实证性的研究。因此，在以后的研究中，首先要筛选大量的样本，可以采用基因蛋白质组学技术，研究家族患者突变的基因、再观察患者的行为和功能缺陷，从而研究变异基因对患者行为特征的影响，确立面孔失认症患者的基因基础。

4.3 不同文化背景下患者面孔识别策略的差异研究

多数文献中记载的都是针对西方患者的研究，由于文化的差异，东西方患者的面孔识别现象是否存在差异也值得我们深入研究。Blais，Jack。Scheepers，Fiset和Caldara（2008）的关于东西方被试对不同种族的面孔在学习、识别、分类过程中的眼动实验研究表明，面孔识别的信息提取策略的运用具有文化背景意义。也就是说面孔识别会受到文化背景的影响，不同患者在识别面孔时可能运用了不同的线索，其识别机制可能也存在不同。因此有必要运用标准化的量表筛选东方患者，然后对患者进行神经心理学、行为学等多方面的研究，可以采用眼动技术与fMRI技术相结合的方法，研究不同文化背景的被试在注视方向及大脑定位上的差异，如果差异较小，可能反映了面孔识别策略的跨文化普遍性；如果存在差异，可能是由于不同文化背景的被试采取了不同的识别策略。值得注意的是，在对面孔失认症进行研究时，通常是采用静止的二维图片，而在现实生活当中，患者通常是在一种动态的情景中去识别他人，这种情景可能会给患者提供一些识别线索。因此，在以后的研究中，可以使用更生态化，更真实的研究材料，如在识别面孔时，播放他们的演讲、表演、生活场景等动态画面，可能会促进患者对面孔的识别。

4.4 推动面孔失认症患者康复工作的展开

研究发现，通过行为训练可以改善患者的面孔失认症状（Mathison，Corrow，&Yonas，2012；Schmalzl，Palermo，Green，Brunsdon，&Coltheart，2008）。目前采用的训练方法主要有功能训练和替代训练，如给APA患者一些语义信息提示（名字、职业等）激活相关联的知识，利用患者未被损害的其他信息通道来增强对面孔的熟悉感，补偿面孔认知缺陷。而CPA患者主要是依赖步态、声音等替代性线索进行综合识别（王晖，2012）。但是不管是功能训练还是替代训练，是否会引起大脑结构的变化呢？研究者还没有得出确定的结论。目前，针对面孔失认症本身进行的有效的认知康复手段还比较少，随着对面孔失认症机制的深入研究，可以开发一些新的康复手段，并对患者的康复过程进行追踪研究，观察是否存在脑结构的改善，从而为制定康复计划提供依据。