龚文进 华南师范大学心理系

【摘要】学习障碍者的视觉空间障碍严重地阻碍了其社会认知能力的发展,并引起国内外各界研究者的高度重视。本文用文献回顾法梳理了学习障碍者的视觉空间认知缺陷的行为表现,并结合其脑功能定位进行分析,探求学习障碍的视觉空间加工神经心理机制。目的:(1)旨在为更精细地确定大脑皮层各区域的功能结构提供理论依据,(2)针对学习障碍的异质性,为确定科学有效的干预措施和治疗手段提供生理学上的证据。

关键词  学习障碍 视觉空间障碍 神经机制

学习障碍是指一组有明显的获得和使用听、说、读、写、推理、数学能力困难的异质性紊乱;这些紊乱是个体内在的,并被假定由中枢神经系统功能失调所致。一直以来学习都是教育心理学家们研究的热点,研究者大多进行专题领域研究,如分为阅读障碍、数学障碍、非言语障碍等不同的研究领域,但是不同的学习障碍儿童常伴随着相同的基本认知缺陷,比如视空间认知障碍。视空间认知障碍是指由于视觉空间认识机能失调造成物体在空间内的各种特性的认识障碍,也叫视觉性空间知觉障碍。Myklebust、森永良子等对学习障碍儿童的研究发现,视觉空间障碍一类的非言语性障碍会直接歪曲基本的知觉经验,从社会认知的角度看,会阻碍儿童对社会情境意义的领会和社会经验的获得,从而造成严重的社会缺陷。因此,探求学习障碍的视空间知觉加工神经机制,一方面对学习障碍儿童的诊察,确定科学有效的干预措施和治疗手段提供了生理学上的依据,另一方面也对我们更精确地了解大脑各区域的功能结构有重大意义。

2 学习障碍者视觉空间障碍行为表现

学习障碍者的视觉空间障碍多发于非言语障碍、阅读障碍、发育性格斯特曼(Gerstman)综合症、注意缺陷多动性障碍(ADHD)儿童。另外,特纳氏综合症(Turner综合症)和威廉姆斯(Williams综合症)也表现出严重的视觉空间障碍,主要行为体现在以下几个方面:

2.1 视觉分辨力低下

一些研究发现,许多学习障碍儿童视觉分辨力低,他们难以在众多的视觉刺激背景中注意到有意义的视觉对象而排除背景信息的干扰,从而正确理解其意义,而许多学习任务和学校活动都需要这种视觉功能。Pavlids通过眼动跟踪仪研究发现,学习障碍儿童在阅读时需要把大量时间花在区分文字的形状和细节上,他们在扫描文字时,经常跨行、重复某一行,大大影响了阅读质量和速度。郭靖等对非言语学习障碍者进行纸笔测试,发现他们主要错误是变形和遗漏,变形表现为主图或辅图的简单替代,两图形之间重叠部分的比例有误,图形内部细节的错误、缺失;遗漏主要表现为漏画主图或辅图。该结果表明学习障碍儿童倾向于认知局部,不能达到对视觉刺激的完整、有机认知。对视觉的认知片面性往往导致他们辨别不了视环境中的有用信息。Myklebust等人指出,由于不能理解和利用好环境中的各种线索和感知觉信息,学习障碍儿童常有辨不清方向的困惑。如有一名严重的空间失认儿童,甚至在家中也找不到自己的寝室。

2.2 视觉信息空间位置的混淆

一些学习障碍者常把文字符号镜像处理,如把p视为q,b为d,m为w,was为saw,或偏旁部首颠倒,把/部0视为/陪0等。这种对空间位置关系的模糊很早就被人发现,Orton(1925)就报告一学习障碍男孩,不能分辨镜像的字母、数字(如b/d,e/9)或单词(如no/on),存在视觉空间障碍。Henderson等报道一例失读症,其书写时分不清字体与纸张的空间关系,文字集中于纸的右侧,左侧空白过大,且有多余笔画。患有发展性Gerstmann综合症儿童,也常读字遗漏、阅读时字节顺序混乱、漏行、同时在阅读和书写时,常常对文字进行以上所举的视觉镜像处理。他们无法对吸收进来的视觉信息进行空间加工,造成空间位置的混淆。中文研究也有类似发现,郭靖[7]等用镜画仪实验和本德尔视觉-运动格式塔测验对学习障碍儿童进行测查,结果表明他们空间相对位置认识不足,手眼协调障碍和控制力差。孟祥芝等对一个书写困难儿童的动作和认知技能进行了系统的考察,该生书写速度慢,字与字之间的空间距离非常近,字迹难以辨认,笔画顺序混乱。

2.3 数概念形成困难

Sandra和Marsel认为,儿童数概念的形成是基于早年两半球协同参与的对物体物理和空间性质的主动探索,数概念的形成与空间能力密切相关。不少有计算障碍的学习障碍儿童,由于视空位置模糊,内隐空间认知不良,无法形成时间和空间的数概念,具体表现为对大小、先后概念模糊,视觉表象能力差,在计算时对位困难,学习加减法困难,记忆基数和序数困难,运算符号混淆等。许多笨拙儿(Clumsy)和发育性Gerstmann综合症儿童,也有类似特征,因视觉分析困难,难以理解数字意义和符号意义,计算位数颠倒,虽然鹦鹉学舌般会读计算口诀,但难以与数概念结合。这些都表明学习障碍者在视空间知觉分析整合能力上存在缺陷,不能有效的形成空间关系的内部表征,而这些缺陷的产生往往与神经机制的功能性失调有关。

3 视觉空间障碍的神经机制

就视空间加工而言,信号刺激要经过感觉和知觉在大脑进行分析整合,继而产生表象,然后再反馈给眼睛。学习障碍者视觉空间障碍可发生在上述任何层次,表现出不同的神经心理特征和行为异常。

外界视觉刺激首先进入视网膜,然后编码成信号,通过外膝体传送到初级视觉皮层,初级视觉皮层发出前馈纤维分成两束行走在脑的背侧和腹侧,负责空间信息加工有关的主要是背侧通路。背侧经过枕颞叶联合区到达布罗德曼7区(Brodman Area, BA7),该区是顶叶上重要的视觉联络皮层,负责视觉的整合。顶叶视觉联络皮层又与前部额叶有双向联系,Goldman-Rakic认为,顶叶和前部额叶的联系与空间的认知有关,额叶的背外侧部,包括BA6接受来自顶上小叶BA5、BA7的投射,后者在空间视觉的整合中起关键作用。不同的脑区负责不同视空间信息的加工。枕叶皮层的外侧和腹侧负责对物体形状的分析,它的激活可以通过腹侧视通路一直延伸到颞叶后部[10]。此后视觉信息分别在背侧通路的顶后皮层进行位置和物体之间空间关系信息的处理,在腹侧通路的颞下皮层进行辨别物体特征信息(如形状和颜色)的处理。右侧颞叶

有助于快速的视觉辨认,与视空间整合能力有关。经过顶后皮层处理的空间信息和颞下皮层处理的物体信息在前额叶的背外侧和腹外侧分别接收,并互相沟通,从而明确物体的方位。

学习障碍者异质性很强,即使都存在视觉空间障碍其行为表现也不尽相同,这往往造成许多实验结果不一致,为验证和得出稳定性结论带来一定困难。但是,也应看到,造成异质性强的原因是脑内加工信息的缺陷位置在不同阶段,这对我们精确定位大脑区域的功能有重大理论意义。那么,学习障碍者行为表现上的三大视觉空间缺陷主要是由于哪个区域的功能失调造成的呢?

3.1 外膝体与低视觉分辨力

外侧膝状体中包含大细胞和小细胞,这两种细胞的解剖特点不同,在视知觉中起不同的作用。大细胞主要与高时间分辨、低对比和低空间分辨有关。也就是说,大细胞对视觉注意的定向和眼动、视觉搜索非常重要。研究者根据大细胞的功能提出了几种预测,一种观点是大细胞与眼动控制、运动知觉有关,大细胞障碍会导致眼动控制不稳,进而产生视像模糊,也会使运动知觉阈限提高。许多心理物理学实验发现阅读障碍者一致性运动知觉阈限高,视觉运动速度分辨能力差,直接证实了大细胞理论的上述推测。另一种观点认为大细胞障碍表现为在眼动过程中大细胞不能有效抑制小细胞,从而导致在低空间频率下视觉暂留(visible per-sistence)时间长、对比敏感度下降。这种预测也得到部分实验的支持。Livingstone和Galaburda检验了阅读障碍者尸解后的大脑组织,发现他们的大细胞比一般人少,而且在显微镜下看起来有很多位置错乱,常常比通常情况小。他们还使用脑电方法,发现阅读障碍者的巨细胞通路从视网膜到视觉皮层输送脉冲的速度慢,大约是50毫秒,这个时间是正常传输时间的两倍。同时,Livingstone记录被试在知觉低视觉对比度和快速反转棋盘格时的视觉诱发电位(visual

evoked potentials,VEP),发现发展性阅读障碍的VEP较控制组减弱。Romani等人的研究结果也发现,在不同的刺激大小下,对于基本频率,阅读障碍稳态VEP第2,3调波的波幅,都比控制组小。表明他们不容易察觉到空间变化,视觉分辨力低。ByringR.F等研究发现,视觉或视觉辨别能力障碍及学习困难的青少年在进行视觉辨别时,左颞和双侧顶枕脑电区域出现低EEG相关指数(EEG correlation indices,EEGCIs),说明该区域加工激活不足。而这正好是视皮层(visual cortex)V1和V2的主要区域,即是负责运输视信号的大、小细胞主要覆盖区域。

上述研究结果都说明,视空间辨别能力是大细胞的主要功能之一。大细胞主要负责低对比、低空间分辨,所以一旦大细胞出现异常,儿童就难以分辨空间对比不大的物体,造成了背景和物体认知混淆;同时大细胞异常还会产生眼动,造成视觉搜索困难。

3.2 顶叶区与空间障碍

顶上小叶和顶下小叶接受来自视皮层V1,V2,V3区的视觉信息传入,进行有关视觉的空间认识和定位感觉的整合。顶叶选择性地注意空间信息,顶上区可能与缩窄注意的范围使之聚焦有关,顶下区可能和扩大注意范围与周围视野有关。利用功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)和正电子断层扫描(positron emission tomogra-phy,PET)对视空间功能进行定位的实验中,无论是进行位置匹配,二维或三维物体在意念中的旋转,镜像阅读,平面定向,还是想象钟面类似物时,都有顶上小叶的激活。Sack等[17](2002年)在fMRI下让正常被试者对钟面类似物的指针角度和钟面颜色做出判别的实验显示,顶上小叶在角度判别时明显激活,并且在向顶上小叶施加低频磁刺激抑制其兴奋时,只有与角度判别有关的认知操作减慢,也就是说,顶上小叶只与视空间任务的操作有关,而与刺激的颜色特征无关。随着统计和科技的发展,对视觉任务研究分化得越来越精细,脑区的定位也越来越精确。Ng VW等[18]使用了更精确的方法和统计,排除了由任务附带的无关脑区的激活,结果发现心理旋转任务主要激活了右侧顶上小叶布罗德曼7区,而线段朝向任务激活了右腹纹状外皮层布罗德曼18、19区。这为精确定位右侧大脑顶上小叶进行空间知觉加工提供了直接的影像学证据。顶下小叶则主要在有关视觉的空间认识、数学思维、语言和阅读想象能力中发挥重要作用。这方面的证据主要来自神经心理学的研究,神经成像研究较少。

也有人对学习障碍者的顶叶功能缺陷进行研究。Eden等人用fMRI技术研究阅读障碍者的视觉运动加工过程,结果发现,对于阅读障碍者,运动刺激的呈现没有在视皮层V5区产生如控制组一样与任务有关的功能性激活。相反,呈现静止刺激时两组被试均在视皮层V1,V2区和外侧纹状体表现出相同的激活模式。阅读障碍者在视皮层V1,V2和外侧纹状体上并未出现激活不足,这说明大细胞功能正常。视皮层V5区是顶叶视觉皮层,即由于顶叶V5的功能性缺陷造成了阅读障碍儿童视觉-运动障碍。对轻度认知障碍患者的研究发现[20],钟面识别时,在30度、45度和180度的3种任务下,患者在双侧顶上小叶、楔前叶、顶下小叶、颞枕交界处,视觉皮层的激活比对照组显著减弱,范围减小。因此顶叶激活不足直接导致患者表现出心理旋转等视空间功能障碍。

4 展望

就目前来讲,对学习障碍的研究多关注于其学业障碍,如阅读障碍,数学学习障碍等。对视空间知觉障碍的研究相对薄弱,许多研究都在学习障碍的其他认知缺陷研究中,并未形成专题。但是应看到,视空间障碍作为最基本的认知缺陷,常引起患者许多社会行为问题,如迷路、面孔失认、阅读困难、难以辨识情绪等,他们即使不存在语言障碍也很难融入社会,而表现出一系列的反社会行为。因此探讨视空间障碍的神经机制寻求干预方法,对改善他们的日常生活及社会交往能力尤为重要。其次,对视觉空间障碍的行为表述、生理机制探究较为泛化,许多研究报告并未深一步探究不同视觉空间障碍表现的神经机制,对视空间知觉的脑区定位以及功能性补偿机制尚未得到有力的实验证据。前路任重而道远,需要更多研究专题来深化和探讨视空间障碍的研究。