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面部識(shí)別技術(shù)在兒童面部模仿表現(xiàn)檢測(cè)孤獨(dú)癥的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):782 發(fā)布日期:2024-1-19  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
當(dāng)我們?cè)谏缃换?dòng)中想要互相理解時(shí),往往會(huì)下意識(shí)或主動(dòng)模仿對(duì)方的面部表情。這種面部模仿不僅有助于對(duì)話的進(jìn)行,還有利于獲得更好的同理心與情感理解(Holland et al., 2021)。

那么,當(dāng)面部模仿能力受損時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢?

有這樣一群孩子,他們能看見(jiàn)卻不愿與你對(duì)視,會(huì)說(shuō)話卻很難和你交流,能聽(tīng)到卻總是充耳不聞……仿佛來(lái)自于一個(gè)遙遠(yuǎn)而孤獨(dú)的星星,獨(dú)自在自己的世界中閃爍。這是患有孤獨(dú)癥譜系障礙的孩子,而他們就存在一定面部模仿能力的缺陷。

來(lái)自華東師范大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)患有孤獨(dú)癥譜系障礙(ASD)的兒童對(duì)6種基本情緒的面部表情的自動(dòng)與主動(dòng)面部模仿行為進(jìn)行了研究,并探討了心智理論(ToM)、執(zhí)行功能(EF)與孤獨(dú)癥癥狀強(qiáng)度與面部模仿強(qiáng)度的關(guān)系(Liu et al., 2023)。這為未來(lái)量化孤獨(dú)癥兒童的綜合癥表現(xiàn)提供了來(lái)自面部表情方面的指示,也為孤獨(dú)癥兒童社交功能障礙的理論機(jī)制提供了新的思路。


孤獨(dú)癥患者的面部模仿能力
孤獨(dú)癥譜系障礙(ASD,Autism Spectrum Disorder),是一種以社會(huì)交往和情感能力障礙為特征的發(fā)育障礙,伴有興趣限制和重復(fù)性行為。典型孤獨(dú)癥的核心癥狀主要體現(xiàn)為在社會(huì)性和交流能力、語(yǔ)言能力、儀式化的刻板行為三個(gè)方面同時(shí)都具有本質(zhì)的缺損。而隨著臨床上的逐漸發(fā)現(xiàn),很多患者未必在三個(gè)方面都有明顯的缺損(比如未必有刻板的行為),但是在社會(huì)性和交流能力方面還是有比較明顯的缺陷。因此,互惠社會(huì)互動(dòng)的缺陷是關(guān)鍵的診斷方面,包括對(duì)社會(huì)信號(hào)的理解和產(chǎn)生。

在社會(huì)交往中,人們往往會(huì)模仿他人的面部表情,稱為“面部模仿”,這被認(rèn)為是許多重要的社會(huì)認(rèn)知功能的基礎(chǔ),因此,它一直是孤獨(dú)癥譜系障礙研究的關(guān)鍵。臨床上,非典型面部模仿與嚴(yán)重的社交功能障礙密切相關(guān)。然而,關(guān)于孤獨(dú)癥譜系障礙(ASD)兒童面部模仿能力的研究結(jié)果并不一致。許多發(fā)展心理學(xué)研究表明,孤獨(dú)癥患者的面部模仿能力存在缺陷,而也有研究發(fā)現(xiàn),孤獨(dú)癥患者具有完好無(wú)損的面部模仿能力。

總之,面部模仿問(wèn)題是否是孤獨(dú)癥譜系障礙的核心缺陷,以及它們與社會(huì)認(rèn)知的關(guān)系如何,目前仍未有統(tǒng)一明確的答案。

面部模仿的影響因素
對(duì)于面部模仿,有兩個(gè)方面的影響因素值得注意。

首先,是面部模仿的類型。面部模仿可以分為兩種:自動(dòng)型和主動(dòng)型。自動(dòng)型面部模仿是快速、自發(fā)且無(wú)意識(shí)的,它就這樣發(fā)生了,無(wú)需思考;而主動(dòng)型面部模仿則是指有意識(shí)地將注意力集中在模仿他人的面部表情,這種模仿比較緩慢且更費(fèi)力。過(guò)往研究發(fā)現(xiàn),孤獨(dú)癥患者在主動(dòng)型面部模仿時(shí)準(zhǔn)確性較低,而在自動(dòng)型面部模仿時(shí)無(wú)顯著差異。

此外,面部表情所包含的情緒類型也會(huì)影響面部模仿的能力。過(guò)往研究表明,孤獨(dú)癥兒童在主動(dòng)型面部模仿時(shí)對(duì)快樂(lè)和憤怒表情的模仿強(qiáng)度更高。

因此,基于過(guò)往研究,本研究假設(shè),孤獨(dú)癥兒童在面部模仿方面沒(méi)有整體性的缺陷,而僅在特定類型上存在缺陷,即可能只在自動(dòng)型面部模仿存在障礙,而在主動(dòng)型模仿中沒(méi)有障礙;此外,孤獨(dú)癥兒童的面部模仿能力可能因不同情緒而異。換句話說(shuō),孤獨(dú)癥兒童可能會(huì)以非典型的方式模仿面部表情,而不是完全無(wú)法進(jìn)行面部模仿。


如何測(cè)量面部模仿能力?
研究不同情緒下自動(dòng)和自主面部模仿的最佳方法是什么?

一些研究利用肌電圖 (EMG) 來(lái)檢查特定面部肌肉的活動(dòng),肌電數(shù)據(jù)指標(biāo)可以指示某種情緒(如快樂(lè)或憤怒),但仍存在一定局限:肌電圖振幅變化過(guò)于細(xì)微,無(wú)法從外部觀察到,因此想要量化整張臉的表情是十分困難的;另一些研究測(cè)量可觀察的面部模仿時(shí)會(huì)采用主觀編碼(FACS)的方法,而同樣存在主觀性與費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問(wèn)題。

因此,本研究選擇使用諾達(dá)思的面部表情分析系統(tǒng)(FaceReader),借助更科學(xué)、準(zhǔn)確且便捷的研究工具來(lái)獲得六種基本情緒的分類,并完成面部動(dòng)作單位的定量測(cè)量。FaceReader是基于心理學(xué)家保羅·埃克曼(Paul Ekman)提出的動(dòng)作單元(AU, Action Units進(jìn)行表情識(shí)別與分析的,可以自動(dòng)編碼情緒和20個(gè)動(dòng)作單元,且允許進(jìn)行自定義動(dòng)作單元組合,能夠輸出面部表情所包含的情緒成分、強(qiáng)度及不同情緒的比例。通過(guò)這種面部表情分析,研究者能夠研究整個(gè)面部中的面部表情模仿過(guò)程。


面部模仿、心智理論和執(zhí)行功能
面部模仿是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,涉及自動(dòng)激活、社會(huì)認(rèn)知和理解驅(qū)動(dòng)機(jī)制,其潛在機(jī)制需要進(jìn)一步探究。因此,研究者還探討了心智理論(ToM, Theory of mind) 和執(zhí)行功能(EF , Executive Function)與孤獨(dú)癥兒童面部模仿之間的關(guān)系。

心智理論(ToM)是指理解自己及他人心理狀態(tài)的能力,這對(duì)于社會(huì)認(rèn)知發(fā)展至關(guān)重要。執(zhí)行功能(EF)指?jìng)(gè)體計(jì)劃下一步行動(dòng)或抑制行為所需的一系列高階認(rèn)知過(guò)程。因此,它也是控制模仿行為的必要功能。

那么,心智理論與執(zhí)行功能是否對(duì)孤獨(dú)癥兒童的面部模仿機(jī)制存在中介作用,這是本研究同樣關(guān)注的問(wèn)題。



使用FaceReader進(jìn)行面部表情記錄與分析
研究招募了21 名孤獨(dú)癥譜系障礙 (ASD) 兒童及 22 名正常發(fā)育(TD, Typically Developing)的兒童。

為了測(cè)量面部模仿能力,實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段:
  1. 調(diào)整階段:指導(dǎo)兒童舒適地坐在顯示屏前,并確保孩子的整個(gè)面部都能被記錄下來(lái);
  2. 自動(dòng)面部模仿階段:兒童被告知他們將觀看包含6 種基本情緒(快樂(lè)、悲傷、恐懼、驚訝、憤怒和厭惡)的靜態(tài)彩色面部表情圖片;
  3. 主動(dòng)面部模仿階段:兒童被要求觀看圖片的同時(shí)模仿他們看到的面部表情。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,使用FaceReader記錄兒童的面部表情,研究者可以利用被記錄的面部表情信息衡量?jī)和娌磕7碌木珳?zhǔn)度與強(qiáng)度。本研究中,研究者將面部模仿時(shí)強(qiáng)度的峰值與目標(biāo)情緒的強(qiáng)度相對(duì)比,若一致,則認(rèn)為是準(zhǔn)確的模仿。

過(guò)往研究表明,F(xiàn)aceReader在中國(guó)樣本中對(duì)于面部情緒的識(shí)別率可以達(dá)到71% (Yang & Li, 2015)。新版本基于東亞人的面部表情對(duì)分類模型進(jìn)行了新的訓(xùn)練 (>4000張圖像),且應(yīng)用于近期的多項(xiàng)研究中,獲得了良好的結(jié)果分析(Cui et al, 2021; Sato et al, 2019)。因此,利用具有較高識(shí)別精度和有效性的FaceReader進(jìn)行研究,能夠幫助研究者獲得準(zhǔn)確可靠的面部表情數(shù)據(jù)。


面部模仿的強(qiáng)度是關(guān)鍵
兩組被試結(jié)果表明(圖1),與自動(dòng)面部模仿相比,兒童的主動(dòng)面部模仿更加準(zhǔn)確,且十分有趣的是,兩組面部模仿的準(zhǔn)確性之間沒(méi)有差異。這與先前研究的結(jié)果一致。

同時(shí),結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖2),孤獨(dú)癥兒童的自動(dòng)模仿和主動(dòng)模仿的強(qiáng)度都低于正常發(fā)育兒童,但不同的情緒會(huì)調(diào)節(jié)主動(dòng)型面部模仿的表現(xiàn),即在主動(dòng)面部模仿時(shí),相比于正常發(fā)育的同齡人,孤獨(dú)癥兒童在快樂(lè)、悲傷和恐懼情緒方面的面部模仿強(qiáng)度顯著降低。
 
圖1
圖2

此外,結(jié)果表明,自動(dòng)型和主動(dòng)型面部模仿強(qiáng)度均與心智理論(ToM)呈顯著相關(guān),而與執(zhí)行功能(EF)無(wú)相關(guān)關(guān)系,且孤獨(dú)癥癥狀程度和面部模仿強(qiáng)度的關(guān)系受到心智理論(ToM)的中介作用(圖3)。
圖3

綜上結(jié)果,可能說(shuō)明了準(zhǔn)確度與強(qiáng)度這兩個(gè)指標(biāo)反映不同的面部模仿過(guò)程:自下而上與自上而下(Wang et al., 2012)。研究者推測(cè),準(zhǔn)確度可能在一定程度上反映了“能否”的問(wèn)題,這是模仿的基本能力,與自下而上的過(guò)程更相關(guān);而強(qiáng)度則反映了“好與不好”的問(wèn)題,是更高層次的過(guò)程,更有可能反映自上而下的加工。心智理論(ToM)對(duì)孤獨(dú)癥癥狀程度與模仿強(qiáng)度的中介作用也能佐證這一點(diǎn),即模仿的強(qiáng)度,而不是準(zhǔn)確性,更有可能是由自上而下的高級(jí)心理認(rèn)知過(guò)程處理的。

此外,面部模仿的前提是理解表情的意義,而心智理論(ToM)反映了對(duì)他人心理狀態(tài)和情緒的理解,并能夠以他人的認(rèn)知角度“再現(xiàn)”,這對(duì)面部模仿至關(guān)重要。因此,心智理論(ToM)為理解孤獨(dú)癥兒童面部模仿的基本過(guò)程提供了一個(gè)視角,這對(duì)臨床干預(yù)具有重要意義。



面部模仿作為孤獨(dú)癥的診斷指標(biāo)
那么,這樣的研究結(jié)果對(duì)于幫助孤獨(dú)癥兒童意味著什么呢?

由于孤獨(dú)癥(ASD)傳統(tǒng)上是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)觀察和評(píng)估來(lái)識(shí)別的,例如通過(guò)游戲或活動(dòng)、量表測(cè)量及問(wèn)卷調(diào)查等,需要標(biāo)準(zhǔn)化的程序及專業(yè)的操作人員,存在一些局限性,完成診斷效率較低,且目前也還沒(méi)有診斷ASD的生物性指標(biāo)。因此,使用基于視覺(jué)的自動(dòng)計(jì)算工具分析面部模仿行為可能有助于減少篩查ASD認(rèn)知指標(biāo)的時(shí)間和費(fèi)用。

本研究結(jié)果表明,非典型面部模仿行為或許能夠成為幫助完善孤獨(dú)癥譜系障礙診斷的額外指標(biāo)。也就是說(shuō),研究?jī)和绾文7旅娌勘砬榭赡苡兄谶M(jìn)一步了解他們的癥狀嚴(yán)重程度,尤其是社交功能障礙方面。

為了在臨床環(huán)境中更好地使用這些信息,研究者建議未來(lái)的研究應(yīng)側(cè)重于更大、更多樣化的被試樣本,以及更動(dòng)態(tài)的面部表情過(guò)程。這樣,才能更好地了解患有孤獨(dú)癥譜系障礙的兒童在日常生活中的面部模仿能力表現(xiàn)及其內(nèi)在機(jī)制。


參考文獻(xiàn)
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Sato, W., Hyniewska, S., Minemoto, K., & Yoshikawa, S. (2019). Facial expressions of basic emotions in Japanese laypeople. Frontiers in Psychology, 10, 259.
Wang, Y., & Hamilton, A. F. (2012). Social top-down response modulation (STORM): A model of the control of mimicry in social interaction. Frontiers in Human Neuroscience, 6, 153.
Yang, C., & Li, H. (2015). Validity study on FaceReader’s images recognition from Chinese facial expression database. Chinese Journal of Ergonomics, 21(1), 38–41.


 
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