《Developmental Science》：A Sensitive Period for Automaticity Rather than Ability: Automatic Visuospatial Coding of Touch Requires Visual Experience in Early Life
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早期视觉经验可深刻塑造触觉知觉。明眼人与晚期失明者（而非先天性失明者）会自动将触觉与视觉空间参照框架相联系，其证据为双手交叉时倾向于将触觉刺激错误归属到另一只手的现象。本研究检验了视觉经验在何种敏感期内不可逆地塑造触觉视觉空间编码的自动性。为此，研究人员测量了
早期视觉经验可深刻塑造触觉知觉。明眼人与晚期失明者（而非先天性失明者）会自动将触觉与视觉空间参照框架相联系，其证据为双手交叉时倾向于将触觉刺激错误归属到另一只手的现象。本研究检验了视觉经验在何种敏感期内不可逆地塑造触觉视觉空间编码的自动性。为此，研究人员测量了因双侧致密性白内障而暂时失明的个体的触觉时空知觉，这些白内障或为先天性，或在儿童期发生。被试报告两个相继呈现的触觉刺激（每只手各一个）中第一个刺激的位置，其手臂处于交叉或非交叉状态。实验1仅呈现触觉刺激对（单通道情境）。实验2中触觉刺激对与触觉-听觉刺激对及听觉刺激对交错呈现（跨通道情境）。在单通道情境中，先天性白内障已恢复的个体——与先天性失明者相似——未表现出交叉手所致的典型损伤，证实了早期视觉对触觉知觉的不可逆效应。与之形成鲜明对比的是，在跨通道情境中，手部交叉显著损害了其触觉判断。此时，先天性白内障已恢复的个体的表现与典型明眼个体相似。因此，真正将触觉进行视觉空间编码的能力并不依赖早期视觉。儿童期发病白内障已恢复的个体与典型明眼被试在两种情境中均表现出可比的交叉效应。总之，本研究表明，触觉视觉空间编码的自动性（而非其能力）需要早期视觉经验。
研究背景：跨通道感觉经验可塑造其他通道知觉的神经环路，这一影响在发育敏感期尤为强烈，若在关键时期缺乏典型感觉输入，功能发育将不完整。视觉经验强烈影响触觉时空知觉：典型明眼人类会自动将触觉与视觉空间参照框架相联系，表现为双手交叉时倾向于将触觉刺激错误归属到另一只手（交叉手效应）；而先天性失明者及早期严重视觉障碍婴儿在定位交叉手上的触觉刺激时未表现出同样的损伤。晚期失明者（儿童期后失明）的交叉手效应与典型明眼者难以区分，提示存在一个敏感期。既有研究显示，因双侧致密性白内障在2岁和7岁恢复视力的两名被试，尽管术后有多年视觉经验，在同一触觉时空顺序判断任务中仍表现如先天性失明者；而出生后5个月内恢复视力者则表现出与典型明眼者无异的交叉效应，提示该敏感期可能止于生命最初数年。然而，先天性失明者能够定位外部空间中的触觉与听觉客体，在任务要求或强调时也能以视觉空间坐标编码触觉，故研究人员假设：依赖早期视觉输入的是视觉空间编码触觉的自动性，而非该能力本身。儿童研究亦呈现类似矛盾：婴幼儿可不受手位影响地对触觉刺激作出朝向与动作反应，但6岁以下儿童在揭示先天性失明成人差异的同一触觉时空顺序判断任务中未表现交叉效应；当任务改为强调外部空间位置时，同年龄儿童则依赖视觉空间编码。因此，可能是触觉加工中视觉空间编码的自动使用而非其真实能力在儿童期敏感期内发展。已有对2岁时接受先天性白内障治疗个体的研究提供了支持：该被试在触觉时空顺序判断任务中未表现交叉效应，但在跨通道情境中手部交叉影响了其触觉知觉——在触觉空间辨别任务中，同侧视野（即同一视觉空间区域）的视觉干扰物比另一侧视野的干扰物对其成绩的损害更大。本研究据此检验如下假设：视觉经验的延迟开始会阻止人类形成自动激活的触觉与视觉空间参照框架之间的联系。为区分在视觉空间参照框架中表征触觉的能力与这样做的自动性，被试在两种感觉情境中完成既往研究使用的同一触觉时空顺序判断任务：实验1仅呈现触觉刺激对（单通道情境），任务未提供将触觉与外部空间相联系的诱因，故若以视觉空间坐标进行编码（表现为交叉手成绩受损）则提示该联系的自动性；实验2中触觉刺激对与听觉及触觉-听觉刺激对交错呈现（跨通道情境），三分之二的刺激对要求对外部世界中的刺激进行定位，比较两实验的交叉效应可评估触觉视觉空间编码可能的情境依赖性使用。若在视觉空间坐标中编码触觉的能力以婴儿期视觉经验为条件，则先天性白内障已恢复者在两实验中成绩均不应受手位影响；若视觉空间编码的自动性依赖早期视觉，则其可能在实验2的跨通道情境中表现交叉效应。为控制白内障病史对成绩的潜在影响，另设儿童期发病白内障已恢复者及年龄匹配的典型明眼被试作为对照。
研究方法主要关键技术：采用触觉时空顺序判断任务，被试双手交叉或非交叉置于桌面并与左右两侧扬声器大致对齐，指尖佩戴自制隔音触觉刺激器给予15 ms、100 Hz振动刺激，听觉刺激为15 ms白噪声脉冲，并以恒定白噪声及隔热手套掩蔽触觉刺激器残余噪声；通过固定在足部的自制踏板记录反应（部分被试改为举手反应），由Presentation软件结合多通道数字输入输出设备（NI-DAQ 6509）控制刺激呈现与反应记录；采用概率单位（probit）回归分析量化被试对刺激时空顺序的敏感性（以回归斜率表示），并以线性混合模型比较各组与各情境下的交叉效应。样本队列来源：29名有白内障病史的被试在印度海得拉巴LV Prasad眼科研究所招募并测试，3名先天性白内障已恢复者在德国汉堡大学招募并测试；先天性白内障手术时间为出生后2至252个月（M = 57个月）；另招募13名儿童期发病白内障已恢复者作为对照，典型明眼成人与青少年在与视力恢复者相同地点招募测试，12岁以下典型明眼被试在汉堡招募。研究经德国心理学会伦理委员会（Ref. BR 07-2011）与LV Prasad眼科研究所伦理委员会（Ref. LEC 11-086）批准。
研究结果：（1）单通道与跨通道情境下先天性白内障已恢复者的触觉时空顺序判断：在实验1单通道情境中，先天性白内障已恢复者未表现出典型的手位对触觉时空顺序判断的影响；与之形成鲜明对比，在实验2跨通道情境中，这些被试判断同一触觉刺激对时在双手交叉条件下表现出显著的成缋下降。相反，儿童期发病白内障已恢复者与典型明眼者在单通道与跨通道两种情境（实验1与实验2）中均表现出交叉手相对于非交叉手的成绩损伤。（2）统计检验结果：对两实验中触觉时空顺序判断的首次统计分析证实手位（非交叉vs.交叉）的显著效应（χ2(1) = 75.11，p < 0.001），且该效应受组别（先天性白内障病史vs.年龄匹配典型明眼）调制（χ2(1) = 6.74，p = 0.009）并受实验调制（实验1 vs.实验2；χ2(1) = 8.08，p = 0.004）。交互对比显示两组交叉效应在实验1中差异显著（t(54.3) = 2.79，p = 0.007），在实验2中不显著（t(54.3) = 0.95，p = 0.346）。匹配的典型明眼组在两实验中均确认存在显著交叉效应（实验1：t(54.3) = 4.66，p < 0.001；实验2：t(54.3) = 6.54，p < 0.001），而先天性白内障治疗组的显著交叉效应仅出现在实验2（实验1：t(54.3) = 0.71，p = 0.479；实验2：t(54.3) = 5.19，p < 0.001）。比较儿童期发病白内障组与其匹配典型明眼者表现的分析仅证实手位的显著主效应（χ2(1) = 75.11，p < 0.001）。（3）跨通道情境中触觉-听觉与听觉刺激对的控制分析：与实验2中所有组均存在触觉交叉效应一致，对实验2触觉-听觉试次的控制分析证实手位的显著效应（先天性白内障病史组与年龄匹配典型明眼组：χ2(1) = 16.65，p < 0.001；儿童期发病白内障病史组与年龄匹配典型明眼组：χ2(1) = 15.14，p < 0.001），但未显示交叉效应在组间存在显著调制；对实验2听觉试次的第二项控制分析未显示手位或组的显著效应，与手部交叉对成绩无一般性影响以及年龄匹配组间无一般性成绩差异相一致。
讨论部分总结：仅有出生后经历一段暂时性无视觉阶段的个体，会依感觉情境在参照框架之间切换；这种不激活视觉空间参照框架的能力提示，依赖早期视觉经验在敏感期内发展的是触觉视觉空间编码的自动性而非其能力。（1）敏感期与睡眠者效应（sleeper effects）：本研究中许多先天性白内障已恢复者在幼儿期恢复视力，其视觉开始延迟但仍发生在典型明眼儿童尚未自动将触觉与视觉空间相联系的发育阶段；此类视觉剥夺对较晚出现功能的影响被称为睡眠者效应，已在视觉 acuity 与面孔加工等多种视觉功能中观察到，其常见解释是早期缺乏视觉经验阻止了功能特异性神经环路日后发育所需神经结构的形成。睡眠者效应揭示了典型发育与敏感期之间的张力。本研究中实验1单通道情境下交叉效应的缺失不依赖先天性白内障治疗年龄，即即使在幼儿期（典型发育中触觉视觉空间编码的自动使用仍缺失时）摘除先天性白内障者，也未获得触觉与视觉空间参照框架的自动联系，提示存在一个生命早期敏感期，视觉经验在其中启动使触觉与视觉空间参照框架的自动联系在儿童期得以发展的神经环路改变。（2）不完全重塑——灵活性增加的潜在原因：先天性白内障所致先天性失明者能够在典型视觉空间编码触觉与先天性失明成人通常使用的、可能基于身体的编码之间切换。其潜在机制之一可能是典型发育中本应发生的神经元重塑的缺失：猫头鹰研究表明，佩戴棱镜在幼年而非成年动物中引起下丘中央核与外部核连接的结构改变，具有短暂幼年棱镜经验的猫头鹰成年后可根据是否再次佩戴棱镜在视听间的非典型与典型映射之间切换；类似地，发育中减少或异常的重塑可能使曾接受先天性白内障治疗者能够在基于身体的触觉编码与典型的触觉-视觉空间参照框架联系之间切换，而典型明眼对照与儿童期发病白内障病史者可能已修剪掉或未生长出允许此种切换的连接，这可能有利于动作控制。人类结构脑成像研究支持视觉经验在人类发育特定早期阶段对视觉皮层结构发育的作用：先天性白内障已恢复者的视觉皮层较典型明眼者更厚——与先天性失明者相似——该差异被归因于修剪或髓鞘化不足。（3）触觉的视觉空间编码：本研究结果进一步揭示交叉手（或足）定位触觉错误产生的机制。近期研究提示这些错误是将触觉错误归属到错误的肢体，即归属到位于被触肢体通常所占据空间的肢体；右手上的触觉似乎激活右侧半空间而不论手在空间中的位置，该激活表现为该空间视觉知觉的改善、触觉向错误肢体的错误归属，甚至触觉适应向置于被触肢体典型半空间的另一肢体的迁移。先天性失明者在双手交叉时未将触觉归属到错误的手，引发了该机制的发展是否由视觉经验触发的疑问。先天性白内障已恢复者在跨通道情境中出现触觉交叉效应表明，支持躯体感觉刺激与视觉空间组织脑区活动之间联系的神经连接独立于早期视觉经验而发育；相反，早期视觉似乎将多感觉定位网络塑造为对实现触觉视觉空间编码的连接进行自动激活，提示尽管偶有错误，这仍导致整体定位效率的提高。（4）组间一般性成绩差异：结果图显示先天性白内障与儿童期发病白内障病史组之间存在持续的成绩差异，研究人员未探究该差异，因为两组年龄不同，而年龄已被证明深刻影响该任务成绩；与之一致，两个视力恢复组在触觉、触觉-听觉与听觉任务中的成绩均与年龄匹配典型明眼对照无显著差异。
研究结论翻译：本研究表明，典型地在儿童期出现的触觉与视觉空间参照框架之间的自动联系，依赖出生后的早期视觉经验。
