Особенности зрительного восприятия при аутизме: локальная и глобальная обработка

Введение в особенности зрительного восприятия при аутизме

В теориях зрительного восприятия принято различать обработку деталей и мелких элементов, с одной стороны, и интеграцию таких элементов в целостное восприятие, с другой стороны; это упоминается как локальная и глобальная зрительная обработка (Kimchi, 1992; Navon, 1977). Расстройство аутистического спектра (РАС) представляет собой нейроразвивающийся фенотип, диагностируемый на основе трудностей в социальной коммуникации и взаимодействии, наряду с повторяющимся поведением, узкими интересами и изменениями в сенсорной обработке (Американская психиатрическая ассоциация (APA), 2013; Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), 2023). У людей с диагнозом РАС баланс между локальной и глобальной зрительной обработкой на групповом уровне отличается от такового в общей популяции (Happé & Booth, 2008; Simmons et al., 2009).

Методы исследования локальной и глобальной обработки

Исследования, изучающие локальную и глобальную зрительную обработку у людей с РАС, использовали широкий спектр задач. Многие из этих задач сосредоточены на оценке локальной обработки, требуя от участников идентифицировать мелкие элементы в рамках более крупного и сложного изображения. Например, как показано на Рис. 1a, Задача на встроенные фигуры (Embedded Figures Task, EFT) требует от участников найти небольшой элемент (здесь форма ромба), скрытый в фоне, что включает процесс деконтекстуализации, т.е. выделения цели из ее окружения и игнорирования overarching pattern (Lee et al., 2007; Snodgrass & Corwin, 1988; Witkin, 1971).

Задачи на глобальную обработку

В отличие от этого, задачи на глобальное зрительное восприятие оценивают способность интегрировать мелкие элементы для распознавания более широких закономерностей. Рисунок 1b иллюстрирует одну из таких задач на интеграцию признаков, где участников просят обнаружить визуальные объекты (здесь форма пятиугольника), образованные из более мелких элементов (аналогично задаче, использованной Sapey-Triomphe et al., 2020). Другие задачи оценивают как локальную, так и глобальную зрительную обработку одновременно, чтобы оценить предпочтения участников в отношении того или иного типа обработки.

Иерархические парадигмы

Известным примером является парадигма иерархических фигур (Рис. 1c), где участники обнаруживают цели как на локальном (ромб), так и на глобальном (пятиугольник) уровнях внутри иерархических фигур (Gadgil et al., 2013).

Теоретические объяснения особенностей восприятия при РАС

Несколько теорий address относительно более детально-ориентированного стиля зрительной обработки по сравнению с нейротипичными когортами (здесь определяется как усиленное внимание к локальным элементам, потенциально в ущерб обработке глобальных конфигураций) при РАС, включая теорию Слабой Центральной Когеренции (Weak Central Coherence, WCC) (Frith, 2003) и Усиленного Перцептивного Функционирования (Enhanced Perceptual Functioning, EPF) (Burack et al., 2001; Mottron et al., 2006).

Слабая Центральная Когеренция (WCC)

Конкретно, пересмотренная версия WCC suggests предпочтение локальной обработке над глобальной, а не дефицит глобальной обработки (Happé & Frith, 2006).

Усиленное Перцептивное Функционирование (EPF)

Между тем, модель EPF предполагает, что аутичные люди преуспевают в локальной обработке без дефицита или задержки глобальной обработки (Burack et al., 2001; Mottron et al., 2006). В последние годы общие изменения обработки, описанные EPF и WCC, были интерпретированы в терминах байесовского perceptual inference и predictive coding (Pellicano & Burr, 2012; Van de Cruys et al., 2014; Lawson et al., 2014).

Байесовский подход и predictive coding

При аутизме предложения, такие как измененные байесовские priors (Pellicano & Burr, 2012), или измененные prediction errors (Van de Cruys et al., 2014), могут привести к «дисбалансу» в пользу bottom-up сенсорного ввода над top-down prior beliefs или predictions (Angeletos Chrysaitis & Series, 2023). Однако, несмотря на то, что можно было бы предположить из темы этих теорий (WCC, EFP, байесовские и predictive coding теории аутизма), эмпирические данные рисуют неоднозначную картину.

Результаты мета-анализа и смешанные доказательства

Мета-анализ 56 исследований не выявил усиления локальной обработки или дефицита глобальной обработки; вместо этого он выявил только более медленную глобальную обработку у аутичных людей (Van der Hallen et al., 2015). Примечательно, что этот обзор не исследовал нейронные механизмы, лежащие в основе локальной и глобальной зрительной обработки.

Цели и методы настоящего мета-анализа

Предыдущие систематические обзоры по визуализации мозга во время перцептивных задач при РАС были сосредоточены на общем зрительном восприятии, охватывая широкий спектр парадигм зрительной обработки. Настоящий мета-анализ aims изучить механизмы мозга, специфически лежащие в основе локальной и глобальной зрительной обработки при РАС, посредством как межгруппового, так и внутригруппового мета-анализа данных активации мозга. Поэтому мы исключили несколько задач, которые были включены в предыдущие мета-анализы, такие как ментальное вращение, теория сознания и визуально направленные саккады (Philip et al., 2012; Jassim et al., 2021; Samson et al., 2012).

Идентификация публикаций

Мы провели систематический поиск литературы в соответствии с заявлением Предпочтительных отчетных пунктов для систематических обзоров и мета-анализов (PRISMA) (Page et al., 2021). В соответствии с рекомендациями для мета-анализов нейровизуализации (Müller et al., 2018), мы предварительно зарегистрировали наше исследование на PROSPERO (https://www.crd.york.ac.uk/prospero/display_record.php?RecordID=409030).

Критерии включения

Наши критерии включения были сосредоточены на исследованиях визуализации мозга с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), магнитоэнцефалографии (МЭГ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Следуя совету рецензента этой статьи, мы расширили поиск, также включив высокоплотную ЭЭГ как метод. Исследования были получены из баз данных MEDLINE, PubMed, CINAHL, PsycINFO, Embase и Web of Science.

Стратегия поиска

Поиск основывался на трех категориях ключевых слов: (1) ключевые слова, связанные с РАС (например, asperger* или autism*), (2) ключевые слова, связанные с функциональной нейровизуализацией (например, fMRI или PET или MRI или high density EEG) и (3) термины, связанные с зрительными задачами (например, Visual Perception или attention*). Полный список поисковых терминов предоставлен в Дополнительной таблице S1. Стратегия поиска была дополнена просмотром ссылок включенных исследований, предыдущих мета-анализов и соответствующих обзорных статей для поиска дополнительных статей, представляющих интерес.

Оценка риска смещения (Bias)

Мы aimed включить исследования, которые придерживались строгих экспериментальных стандартов, specifically те с низким или умеренным риском смещения. Кроме того, мы хотели обсудить влияние рисков, существующих во включенных исследованиях, на наши результаты исследования. Для этих целей мы провели оценку риска смещения (Risk of Bias, RoB).

Инструмент оценки

Одним из наиболее часто используемых инструментов RoB для исследований случай-контроль является Ньюкасл-Оттавская шкала (NOS; https://www.ohri.ca/programs/clinical_epidemiology/oxford.asp; Stang, 2010). Gentili et al. (2019) предложили версию NOS для исследований нейровизуализации с участием людей с фобиями. Поскольку версия NOS от Gentili et al. не полностью соответствовала нашим потребностям в оценке исследований визуализации мозга с участием людей с РАС, мы создали нашу собственную модифицированную версию NOS, adjusted от оригинальной NOS и модифицированной версии, предложенной Gentili et al., чтобы (a) более конкретно address процедуры диагностической оценки для РАС и (b) более тщательно оценить надежность анализа данных визуализации мозга.

Извлечение данных

Для каждого исследования была извлечена базовая информация для группы РАС и группы CON, а именно размер группы, возраст, соотношение полов и IQ. Была определена природа задачи (локальный или глобальный фокус и тип действия, которое необходимо выполнить), и была извлечена информация относительно контрольных условий. Когда сообщалось, также извлекались данные о производительности задачи, включая точность и разницу во времени реакции между группами. Таблица 1 показывает извлеченную информацию включенных исследований.

Мета-анализ ALE

Программное обеспечение GingerALE v3.0.2 (www.brainmap.org/ale) было использовано для проведения мета-анализа результатов активации визуализации мозга. Карты ALE были вычислены на основе методов, предложенных (Eickhoff et al., 2009, 2012; Turkeltaub et al., 2012).

Результаты между группами

Сравнение ASC > CON, использующее кластерный уровень FWE коррекции p < 0.05, выявило один значимый кластер в левой нижней затылочной извилине (Brodmann area, BA 19) (Таблица 4; Рис. 3). Пять из 14 экспериментов способствовали этому кластеру, включая три, сфокусированных на локальной обработке, и два, сфокусированных на глобальной обработке (Таблицы 1 и 2). Не было значительных кластеров для контраста CON > ASC.

Результаты внутри групп

Внутри группы РАС alone, два кластера в левом таламусе и левой средней затылочной извилине (BA 19) были значимыми (Таблица 5; Рис. 4). Четыре из семи экспериментов способствовали этому кластеру, включая три, сфокусированных на локальной обработке, и один, вовлекающий как локальную, так и глобальную (Таблицы 1 и 2). В группе CON alone был найден один единственный кластер, расположенный в левой нижней теменной дольке (BA 40) (Таблица 5; Рис. 5). Два из восьми экспериментов способствовали этому кластеру, оба из которых были сфокусированы на локальной обработке (Таблицы 1 и 2).

Ограничения исследования

Стоит отметить, что наши результаты ALE имеют несколько ограничений. Во-первых, общая проблема в мета-анализах — это баланс между достаточной мощностью (включение многих исследований) и специфичностью исследовательского вопроса (ограничение анализа экспериментальными задачами, которые likely tackle схожие перцептивные и когнитивные функции).

Разнообразие задач и малая выборка

Мы сформулировали строгие критерии включения для достижения определенной степени homogeneity across включенных экспериментов. Это, и тот факт, что многие из оцененных исследований фМРТ проводили анализ region of interest rather than сообщали whole brain результаты, ограничили количество включенных исследований до 15, что является относительно небольшим числом и меньше, чем ранее рекомендованное число из 17–20 исследований для надежного мета-анализа (Müller et al., 2018). Среди этих 15 исследований единственное исследование МЭГ, которое соответствовало нашим критериям, не внесло вклад в групповой контраст.

Влияние внимания и других способностей

Зрительные задачи во включенных исследованиях требовали от участников обнаружения локальных или глобальных целей и, следовательно, needed attentional ресурсов, что делает невозможным разделение перцептивных процессов от attentional. Области мозга, активированные как в межгрупповых, так и во внутригрупповых результатах (Таблицы 4 и 5; Рис. 3, 4 и 5; Дополнительные таблицы S5–S7; Дополнительные рис. S1–6), были связаны со зрительным вниманием, включая области Бродмана 6, 7, 19, 32 и 37. (Nobre et al., 1997; Jovicich et al., 2001; Sturm et al., 2006; Le et al., 1998).

Заключение и направления для будущих исследований

В заключение, этот мета-анализ количественно синтезировал результаты исследований нейровизуализации, основанных на задачах, по локальной и глобальной зрительной обработке при РАС с использованием ALE. Результаты показали повышенную активацию в нижней затылочной извилине (BA 19) у аутичных людей по сравнению с контрольной группой. Кроме того, у людей с РАС convergence, связанная с задачей, наблюдалась в таламусе вместе с BA 19.

Наши мета-аналитические findings предполагают, что аутичные люди больше полагаются на заднюю зрительную кору для локального/глобального зрительного восприятия, что может поддерживать теории относительно изменений в зрительной обработке при РАС. В целом, эти findings усиливают наше понимание зрительного восприятия при РАС и highlight ограничения текущих исследований фМРТ, предоставляя направление для будущих исследований, aimed на изучение лежащих в основе нейронных механизмов и устранение ограничений.