无需运动模拟的面部表情自动识别：一项针对先天性面瘫患者的研究

《Scientific Reports》：Effortless facial expression recognition without motor simulation

本研究针对运动模拟（motor simulation）是否为实现面部表情自动识别所必需这一关键问题，通过对比先天性面瘫患者（IMS）与正常发育对照组（controls）在声音-面孔情绪一致性任务中的表现，发现IMS患者同样表现出显著的一致性效应（congruency effect），表明面部表情的快速、自动识别无需运动模拟的参与。该成果发表于《Scientific Reports》，为理解非语言社交认知的神经机制提供了新视角。

　　

人类社交互动很大程度上依赖于非语言交流，其中面部表情在传递情绪、意图和反应方面扮演着核心角色。能够快速、准确且不费力的识别这些表情，对于有效的社会功能至关重要。然而，支撑这种高效识别能力的认知机制尚未被完全理解。一个关键问题在于，运动模拟——即观察者在观察他人面部和身体姿势/运动时，其大脑中模仿性运动计划的激活——是否在解释这些非语言信号中发挥作用。主流理论认为，运动模拟提供了一条直接、非推理的途径，使得观察者能够无需费力的推理加工即可理解他人的行为，从而实现快速自动的识别。如果这一假设成立，那么无法进行运动模拟的个体，例如因先天性面瘫而无法模仿面部表情的人，在进行面部表情识别时可能会遇到困难，或者至少其自动识别过程会受到影响。然而，先前关于先天性面瘫患者（通常与莫比乌斯综合征，MS相关）的研究结果复杂且不一致，部分原因在于MS患者常伴有其他视觉、知觉或认知障碍，使得难以将表情识别困难单纯归因于面部运动模拟的缺失。

为了澄清运动模拟在面部表情自动识别中的具体作用，Sarah Carneiro Pereira和Gilles Vannuscorps在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究。他们的研究旨在检验一个明确的假设：运动模拟是否是实现无需推理加工的面部表情自动识别的必要条件。研究人员巧妙地设计了一项实验，比较了先天性面瘫患者（IMS）与正常发育对照组在完成一项双任务时的表现。该双任务要求参与者根据听到的非语言情感声音（如表达愤怒或恐惧的元音/a/）进行分类判断，同时屏幕上会呈现一张演员的面部照片，该照片的表情可能与声音情绪一致（ congruent ），也可能不一致（ incongruent ）。关键在于，参与者被明确指示只需关注声音分类，而面部表情对于完成主要任务是无关的；他们需要关注面部身份信息，以备后续的记忆测试。这种范式类似于Stroop任务，如果无关的面部表情信息仍然影响了声音分类任务的表现（即出现一致性效应：在表情与声音一致时反应更快更准，不一致时更慢更易错），则表明面部表情被自动地、不费力地加工了，这正是不依赖推理加工的自动识别路线的特征。

研究团队招募了16名IMS患者和52名正常发育的对照参与者。IMS患者均存在严重的先天性面部运动减少或完全缺失。实验采用线上和线下两种模式进行，以确保数据的广泛性和可比性。除了核心的双任务实验外，参与者还完成了面部身份记忆任务（以确保他们确实关注了面孔）和单独的情感声音分类任务（以排除因听觉任务困难而策略性依赖视觉信息的可能性）。

研究人员首先对每位参与者进行了个体层面的分析，比较他们在一致和不一致试验中的正确率（CR）和反应潜伏期（RL）。结果显示，在控制组中，相当大比例（65%）的参与者表现出显著的一致性效应。更重要的是，在IMS组中，高达81%的参与者也表现出显著的一致性效应（无论是在正确率还是反应时上），这一比例显著高于偶然水平。即使经过错误发现率（FDR）校正以控制多重比较带来的假阳性风险，仍有超过一半的IMS参与者显示出显著效应。这一结果强有力地表明，运动模拟并非面部表情自动识别的必要条件，因为缺乏运动模拟能力的IMS患者依然表现出典型的自动加工效应。

随后，研究团队进行了组间比较，以探究运动模拟是否虽然不必要，但仍在自动识别中起到促进作用。如果运动模拟有贡献，那么IMS组的自动一致性效应应该小于控制组。然而，贝叶斯分析的结果却与这一预测相反。数据更支持零假设（即两组效应无差异），甚至倾向于支持IMS组的效应更大的备择假设。具体而言，对于正确率的贝叶斯因子BF₀₁为14.93，对于反应时的BF₀₁为7.86，均表明数据在零假设下的可能性远高于在“控制组效应更大”的备择假设下。探索性分析进一步发现，数据实际上更支持IMS组具有更大的一致性效应（尤其是在正确率上，BF₁₀= 248.09）。广义线性混合模型（GLMM）和线性混合模型（LMM）的分析也确认了显著的组别与条件交互作用，表明IMS组在不一致条件下正确率的下降幅度大于控制组。这些发现共同反驳了运动模拟对自动面部表情识别有贡献的假设。

在辅助任务方面，两组参与者在单独的情感声音分类任务中都表现出色（正确率均高于92%），表明双任务中观察到的效应并非源于听觉任务困难。然而，两组在面部身份记忆任务中的表现都仅略高于随机水平，说明该任务确实具有挑战性，但这并不影响对主要实验结果的解释，因为两组在该任务上的表现相似，且都成功地在双任务中表现出了自动的表情加工。

个体分析结果

通过对每位参与者进行配对比较（McNemar检验用于正确率，配对t检验或Wilcoxon符号秩检验用于反应时），研究发现大多数IMS患者（13/16）在双任务中表现出显著的一致性效应，其比例显著高于偶然期望。这表明，即使在没有运动模拟能力的情况下，面部表情也能被自动识别。

组间比较结果

初步分析确认线上和线下测试模式对一致性效应的大小没有显著影响，因此将数据合并分析。组间比较的贝叶斯分析结果不支持控制组比IMS组有更大一致性效应的假设。相反，探索性分析提示IMS组可能受到面部表情的更大影响。

面部身份与声音分类任务结果

两组参与者都能高精度地识别孤立呈现的情感声音，排除了听觉任务困难导致策略性依赖视觉信息的可能性。面部身份记忆任务具有挑战性，但两组表现相似，不影响对双任务结果的解释。

本研究得出结论，运动模拟既不是面部表情自动识别的必要条件，也未显示出对其有贡献的证据。先天性面瘫患者表现出与正常发育个体相似甚至更强的由无关面部表情引发的自动干扰效应，这明确证实了高效、不费力的面部表情识别可以在没有运动模拟的情况下实现。这一发现对认为运动模拟是实现自动行为理解的唯一或主要机制的理论观点提出了挑战。

研究者讨论指出，这一结论可能适用于熟悉和典型的面部表情刺激。他们推测，对于更不熟悉或更模糊的刺激（如用于手部动作识别的光点显示），运动模拟可能仍然发挥作用，这与其他研究结果一致。此外，研究者也谨慎地指出，虽然结果表明运动模拟非必需，但这并不排除神经典型个体在实际中可能仍会使用运动模拟。IMS患者由于终生无法模仿面部表情，可能发展出了更强的非运动依赖的面部表情识别能力。这种补偿性能力的存在，表明大脑具有可塑性，能够通过其他途径实现高效的社会认知功能。

总之，这项研究提供了令人信服的证据，表明一条不依赖于运动模拟的认知通路足以支持面部表情的自动识别。这不仅深化了我们对社会认知神经机制的理解，也为理解特殊人群如何适应其运动限制并发展出有效的社交能力提供了重要启示。未来的研究可以进一步探索运动模拟在何种特定条件下发挥作用，以及缺乏运动模拟的个体所采用的其他补偿策略的神经基础。这项发表在《Scientific Reports》上的工作，标志着我们在揭示人类复杂社交能力背后的认知架构方面迈出了重要一步。