自闭症与“社会脑”：功能影像的发现

彭子文， 刘静溪， 韦 臻， 梁晶晶

自闭症与“社会脑”：功能影像的发现

彭子文， 刘静溪， 韦 臻， 梁晶晶

认知神经科学的迅速发展使得研究者对大脑的功能有了深刻的认识。近年来，研究者对自闭症大脑的神经机制有了更多了解，“社会脑”的概念被提出，并引起了很多神经科学家的关注。社会脑是由多个脑区构成的复杂神经网络，专门负责加工人类行为中与社会交往相关的信息，以维持正常的社交活动。社会性互动与人际交往缺陷是自闭症谱系障碍的核心症状之一，有研究者提出，“社会脑”的功能紊乱是造成自闭症社交行为缺陷的神经基础。目前，自闭症社会脑研究中对杏仁核、梭状回、颞上沟、眶额叶皮层四个脑区与自闭症社交功能障碍关系的研究重复性较高。未来的自闭症脑机制研究不仅要关注社会脑关键脑区的作用，更应重视其与其他脑区之间的相互联系，结合脑功能与脑结构的相互影响，共同探讨自闭症的神经机制。

自闭症 社会脑 功能磁共振成像 杏仁核

自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorders, ASD)，简称自闭症或孤独症，是以社会功能障碍和刻板的行为、抑制的兴趣为核心症状的一种神经发育障碍。[1]国内外流行病学资料显示，近年来全球ASD发病率逐渐增长。美国国民儿童健康状况调查显示，2011—2012年，6—17岁的在校学生中ASD的发病率高达2% 。[2, 3]目前，ASD已经成为儿童最为普遍和严重的一种神经发育障碍。

尽管多年来关于自闭症的诊断标准和分类发生了很大变化，但是社会交流及交往能力的缺失仍然被公认为ASD的核心症状之一，社会功能缺损是ASD最显著的特点。[4]人类生活在一个高度社会化的世界中，而ASD患者难以进行社会交往和交流，无法开展正常的生活和工作，严重者终身需要看护和照顾，这些症状严重危害 ASD儿童的身心健康, 影响他们正常的社会交往和学习就业, 给自身、家庭和社会带来负担。然而，社会交流和交往能力的缺失究竟是由先天性功能缺损引起，抑或是后天社会环境影响所致，迄今为止, 仍然没有一个统一的理论框架可以清楚地对其进行解释。

一、ASD社会脑概述

20世纪90年代，随着认知社会科学的兴起，研究者开始探索人类的社会知觉(social perception)和社会行为(social behavior)对大脑的影响。早期研究多为动物实验，神经科学家发现，猴子的颞叶皮层和杏仁核神经元对具有社会性信息的物体或复杂的社会刺激十分敏感，在这类发现的基础上，认知神经科学领域开始思考存在专门用于处理社会信息的脑区或神经网络的可能性。[5]1990年，Brothers等发现，在灵长类动物的大脑中存在特定的专门负责社会认知的区域，并据此提出了“社会脑”(social brain)的概念。[6]近20年来，大量认知神经科学研究揭示了涉及社会信息加工的脑区，例如：边缘系统(如杏仁核与海马)及相关皮层(腹内侧前额叶皮层等)，颞叶前侧和后扣带回，后颞上沟及颞顶联合处、梭状回；这些脑区在各种各样的社会任务中表现出共同的激活，为社会脑假说提供了有力证据。[7]社会脑是由多个脑区组成的一个复杂的神经网络，是人类为了应对高度复杂的社会化环境而进化来的独特神经系统，专门负责对社会信息的加工。[8]社会脑的发展使得人类可以在社会交往过程中了解和观察他人的目的、意图，评价他人的心理状态，并对获得的信息进行加工，从而达到与他人进行有效沟通的效果。

近20年来，脑成像技术和认知神经科学的发展大大促进了人类对社会脑的探究。功能磁共振成像技术(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)具有较高的空间分辨率，可提供大脑结构成像及功能成像的结果，并准确地对与任务性质有关的脑区进行定位，有助于我们理解与社会认知加工过程相关的大脑神经活动，是研究ASD常用的影像学技术。[9]研究者运用fMRI技术对 ASD患者的社会脑进行了深入研究，多数研究采用基于社会认知的实验范式，探究ASD患者在进行知觉社会刺激、情绪、心理理论、语音信息和动作模仿任务时大脑的神经活动状况，发现ASD患者在进行特殊的认知主导任务时，相比于同龄人或正常人，社会脑有明显的激活，此类研究有助于了解ASD患者的神经机制。[10]

功能磁共振成像研究发现，在进行与社会功能相关的任务时，ASD患者的社会脑功能连接模式与正常人相比存在很大差异，而且与ASD患者在社会功能障碍方面的临床表现密切相关[11]。社会脑网络包含众多在各种社会任务中共同激活的脑区，如腹内侧前额叶皮层(ventromedial prefrontal cortex)、后扣带回/楔前叶(the posterior cingulated/precuneus)、杏仁核(amygdala)、海马区(anterior hippocampus)、颞上沟(Superior temporal sulcus)、颞顶联合区(temporo-parietal junction)、梭状回(fusiform gyrus)、眶额叶皮层(orbitofrontal cortex)、额下回(inferior frontal gyrus)和脑岛(insula)等。[4,7, 12]社会脑的激活差异可能是由于ASD患者缺乏对社会刺激的偏好，也可能是由于这些脑区存在先天性缺损。[13]近10年来，在ASD社会脑的研究中针对杏仁核、梭状回、颞上回及眶额叶皮层等脑区的研究数量最多，争议也最大。[5]其中，杏仁核被认为是通过面部表情认识他人情感状态、理解情感经验和规律的脑区[14, 15]，它同时也在心理理论的任务中发挥重要作用[16]；梭状回作用于面孔检测和识别，尤其是梭状回面孔区[17]；颞上沟专门负责分析身体运动线索，以此来解释和预测他人的动作和意图，除此之外它也参与了社会知觉的加工[18]；眶额叶皮层在社会性强化和奖赏过程中作用显著，它的损伤不仅会影响执行任务功能的完成，也会影响认知的完整性[19, 20]。

本文系统回顾近年来利用功能磁共振成像技术对ASD患者社会脑的研究，从社会脑涉及的主要脑区出发，论述以往研究重复率较高的脑区，即杏仁核、梭状回、颞上沟、眶额叶皮层及一些相关脑区，并结合临床应用来讨论当前研究的局限及对未来的展望。

二、ASD社会脑的异常

(一)杏仁核(Amygdala)

杏仁核位于颞叶中部，是边缘系统的组成部分。杏仁核接收来自多个感觉通道信息的输入，在情感加工及社会交往中起着重要作用，也是社会脑的关键脑区之一。[21]杏仁核负责觉察来自社会环境的刺激并对输入刺激的情感价值进行评估，即在社会交往中对感知的面部情绪进行加工。同时，杏仁核也参与心理理论的相关任务。[22, 23]众多fMRI 研究表明，ASD患者的杏仁核在多项社会信息加工和社会认知任务中表现出异常激活，杏仁核功能紊乱是造成ASD社交功能损伤的重要原因。[24—26]

在社会交往过程中，多通过面部表情的变化来表现各种情绪状态，正常人的杏仁核在进行情绪加工、识别和情绪归因任务时发挥重要作用，这些情绪包括生气、高兴、恐惧和悲伤。[27]ASD患者在面部情绪感知方面存在缺陷，研究表明，一些ASD患者在加工此类任务时杏仁核表现为激活增强或减弱，也有一些并未表现出异常，这些不一致的结果表明，ASD社会功能紊乱可能和不同的临床特征相关。[28]例如，在对呈现恐惧表情的面孔进行加工时，ASD患者左侧杏仁核的激活明显弱于正常人，而前扣带回和颞上回皮层的激活则明显增强；在呈现悲伤情绪的面孔时，ASD患者的杏仁核比正常人激活更强。[29]在2010年的一项实验中，研究者选取高功能自闭症成人患者作为实验组，以与其年龄、性别和智商匹配的正常人作为对照组，比较两组在情绪性面孔加工时大脑活动的差异。在fMRI扫描中，两组被试均需完成负性情绪面孔匹配任务和形状匹配任务。结果表明，两组在形状匹配任务方面的扫描结果没有明显差异，而在情绪面孔匹配任务中，与控制组相比，ASD组的左侧前额叶激活明显降低，而枕叶激活明显增高。此外，这项研究还探究了被试自我报告的社会焦虑水平和脑区激活水平之间的关系。结果发现，在ASD患者中，社会性焦虑越强的被试，其右侧杏仁核与左侧颞叶中回的激活越强，而梭状回面部区域的激活则减弱，也就是说，ASD患者对情绪面孔知觉的神经反应与其社会焦虑水平有关。[30]为了检验ASD患者的大脑中是否包含对情绪内容的生理运动反应，Grèzes等设计了一项实验，任务是观察危险身体运动与安全身体运动；他们发现，与正常人相比ASD患者在观察危险身体姿势时杏仁核、额下回和前运动皮层的激活较低。[31]

“心理理论(Theory of Mind, ToM)”或者“心智化能力(Metalizing)”的缺损也是ASD的一个重要特征，心理理论指的是人们理解和归因自己和他人的心理状态并对其行为进行预测和解释的能力。ASD患者在现实生活中心理理论能力缺损的表现尤为明显。[32]以往的心理理论任务多采用抽象的、静态的刺激，如阅读故事或者卡通任务，这类研究得出的较为一致的结论是，内侧前额叶皮层(medial prefrontal cortex)、颞顶联合处(temporoparietal junction)、脑岛(insula)以及杏仁核等脑区可能是“心智化能力”或心理理论的神经基础。[33]但是，这类研究对检测ASD患者现实生活中社交技能缺损的表现缺乏敏感性，因此近年来的研究多采用动态的、更加生活化的任务来探讨ASD患者的心理理论能力。例如，Rosenblau等采用展现生活场景的视频，让被试推论场景中人物的想法并做出选择，以此来探究被试的心智化推论能力及相应的神经网络激活状况。结果发现，与对照组相比，ASD组在经典心智化脑区(如内侧前额叶、颞顶联合区)的激活情况并无差异，但杏仁核的激活却显著降低；除此之外，对照组的杏仁核激活程度与其完成心智化能力任务的准确性呈正相关，但ASD患者并非如此。这表明，杏仁核在做出准确内在心理状态推论的过程中起关键作用，同时也是ASD患者社会认知损伤的核心区域。[23]

(二)梭状回(Fusiform Gyrus，FG)

梭状回位于颞叶腹侧，负责高级的视觉加工任务，与多种认知功能相关，例如在颜色信息的处理、面孔和身体动作的识别、词汇认知以及物体类别信息的加工等方面。位于梭状回侧面的梭状回面孔区(Face Fusiform Area，FFA)则专门负责面孔识别和身份确认，这个区域的损伤可能会导致面孔失认症(Prosopagnosia)。[34]由于ASD患者在观察面孔时异常的眼睛注视方式及在面孔加工时的障碍，许多面孔认知实验将梭状回作为兴趣区(Regions of Interest, ROI)，对梭状回在识认面孔时的情况进行探究，认为梭状回是ASD社会认知异常的重要神经基础。[35]

在面孔加工中，社会脑各个脑区的主要功能是不同的，杏仁核主要负责评价面孔的社会性及情绪意义，而梭状回在评价对个人来说有意义的面孔时发挥作用。在大多数采用“面孔加工知觉”任务的研究中，ASD患者的梭状回表现出比正常人更低的激活，尤其是面孔梭状回区域。 Pierce和Redcay 通过面孔加工实验发现，当观看自己父母的面孔或其他儿童的面孔时，ASD儿童的梭状回激活与正常儿童相比没有差异，但是在观看陌生成人面孔时，ASD儿童双侧梭状回激活的体素数量仅有正常儿童的25%，并且其左侧梭状回的信号变化数值显著减少，这可能是由于ASD儿童对陌生人面孔的注意和兴趣减少所导致。[36]一项研究对ASD患者及其未患病的一级家属进行面孔加工任务的fMRI扫描后发现，与正常人相比，ASD患者及其未患病的一级家属在观看人类面部照片时均表现出双侧梭状回的激活减少，说明梭状回的异常可能是ASD患者的一种神经内表型特征。[37]Di Martino等在2009年进行的元分析研究中进一步指出，ASD患者在进行社会任务时左侧梭状回和双侧枕叶的激活水平更低。[38]

尽管Philip等在元分析中确认了梭状回的激活异常，但是仍然有研究认为ASD患者的梭状回功能是正常的，这需要研究者在采用任务时确保让被试接触到面孔刺激，且必须让其注意到明显面部特征线索。有研究结合眼部追踪任务或被动注视眼部任务(如在眼睛处标上十字注视点)发现，ASD患者的梭状回在这个过程中同样会激活，且激活程度与正常人相比并无显著差异。这表明在面孔加工过程中，ASD患者与正常人之间存在差异可能是由于患者缺乏对那些显著社会特征的注意动机或偏好，而非梭状回面孔区自身的损伤。[39]

(三)颞上沟(Superior Temporal Sulcus, STS)

颞上沟位于颞上回与颞中回之间，是社会脑的又一重要脑区。颞上沟不仅在进行语言以及感知身体运动任务的过程中起着关键作用，也是负责社会知觉的重要脑区，并参与心理理论的相关任务。[18]研究者进行了诸多实验探究ASD患者颞上沟的状况，在目光注视、身体动作线索的理解等方面均发现ASD患者的颞上沟存在功能障碍。[35]

人类的目光包含着复杂的信息，在社会交往中起着传递线索的作用。ASD患者能够感知目光注视表达的信息，但是很难迅速准确地抓住其所包含的微妙社会线索，同时也难以将观察者的视线方向和其中的意图联系起来，这种能力与心理理论相关，表明ASD患者容易错失视线方向传递的信息。[18]最近的一项研究发现，在正常人观看恐惧表情面孔的回避性目光时，顶内沟(intraparietal sulcus)、颞上沟等和注意、情感加工、心理状态归因相关的脑区均被激活，但是ASD患者的这些脑区未被激活或激活过弱。[40]

在观看人类身体部位移动时，颞上沟的激活与动作线索对社会交流有意义的程度相关，即动作线索对社会交流越有意义，颞上沟激活越强。在一项采用身体运动知觉任务的fMRI研究中，ASD患者、其未患病一级亲属和正常人均进行了同样的任务，但ASD患者的后颞上沟 (posterior Superior Temporal Sulcus)、杏仁核和腹正中前额皮层的激活与其家属和正常人相比均存在差异，且社交能力越差，激活越弱，激活程度和其社交缺损的临床表现成正相关。[41]

(四)眶额叶皮层(orbitofrontal cortex，OFC)

眶额叶皮层位于额叶腹侧面，眶额叶皮层在社会交流中的作用在于从可得信息中解释他人的心理状态，进而为我们进行有效的社会交往提供依据。[28]临床神经心理学的研究发现，眶额叶皮层的损伤不仅会影响执行任务功能的完成，也会影响认知的完整性。[42]

执行功能的损伤是ASD患者的重要表现之一，元分析的研究发现，在进行各种与执行功能相关的任务时，ASD患者眶额叶皮层的激活与正常人相比显著增强，如注意力的指向和转移、空间注意任务和按键反应等任务。[43]眶额叶-杏仁核环路的早期发育损伤是ASD患者大脑损伤的关键区，其社会-情感认知和自我规范的行为障碍均和此环路的缺损相关。[44]

(五)其余相关脑区

社会脑除了以上提到的杏仁核、梭状回、颞上回和颞上沟、眶额叶皮层这些众多研究中重复率较高的脑区之外，前额叶、扣带回、纹状体、脑岛等脑区也参与一些社会任务。例如，认知控制任务和前额叶皮层的激活相关，而背外侧前额叶在执行功能任务中发挥重要作用，扣带皮层则与反应抑制有关。来自Schmitz的证据显示，在与奖励相关的任务中ASD患者的前扣带回激活更强。[45]

需要指出的是，当前关注的是ASD患者社会脑关键脑区的缺损表现，这主要是由于对于ASD的研究，尤其是认知神经科学领域，通常是基于脑区且以定位的兴趣区(ROI)为中心进行的探究。但不可否认的是，在进行特定的社会任务时，每个脑区都不是单独发挥作用，因而我们不能孤立地看待这些脑区。Gotts等将静息态功能连接和一种新的数据驱动方法相结合，从全脑的功能连接出发，发现与正常人相比，ASD患者社会脑各个脑区间的功能连接强度显著降低，包括腹内侧前额叶皮层、左侧杏仁核、左侧海马、左侧腹内侧前颞叶等，且腹内侧前额叶、左侧杏仁核和左侧腹侧前颞叶皮层间的功能连接强度值与社交反应量表的总分成负相关，即这些社会脑脑区间的功能连接越低，ASD患者的社交障碍越严重。[7]神经科学研究结果表明，ASD的神经病理是广泛分布的，涉及整个大脑的连接性的受损。因此，本文关注社会脑的关键脑区，同时也关注社会脑网络的整体状况，这对于我们最终理解ASD复杂社会行为和精神病理学来说是重要的。

三、临床应用及展望

人们已经开始尝试通过刺激社会脑核心脑区来改善ASD患者社交障碍的临床症状。有研究者将低频重复经颅磁刺激(rTMS)作用于社会脑的梭状回和前额叶皮质，发现ASD患者在人脸识别和执行功能方面有明显改善；研究结果同时发现，人脸识别和执行功能的提升与ASD患者社交功能评分成负相关，这说明这些脑区的功能提升可能改善了ASD患者的社交障碍，这些研究结果更进一步地为ASD社会脑理论模型提供了可靠证据。[46，47]另外，有研究者通过比较干预前后ASD患者在完成脸部再认识任务时社会脑的可塑性变化发现，治疗后ASD患者在杏仁体和梭状回等社会脑脑区的激活增强，基于这个研究发现，该课题组发明了基于计算机的人脸再识别训练程序，ASD患者通过多次反复使用该训练程序使社会脑的功能逐渐得到提高，从而改善其社交障碍；因此，社会脑神经可塑性训练方法有助于为ASD患者提供有针对性的社交功能康复训练。[48,49]虽然这些研究还处于早期阶段，但这些尝试为ASD早期干预与诊断提供了新思路和新方向。

由于基因、大脑和行为在发展过程中的复杂交互作用，ASD患者的临床表现是高度异质化的，尽管如此，研究者也发现了一些共同的特征，构建出了“社会脑”这一特殊的、专门处理社会信息的神经解剖结构。社会脑理论超出了以往单一地从某个脑区出发来探究ASD大脑缺损状况的理论，是未来 ASD 研究的关注重点。未来的研究会更加全面和灵活。总之，功能磁共振影像学研究结果表明，ASD患者没有使他们能够参与社会生活的特殊神经系统，而这种基础的脑网络损伤导致了他们的社会行为缺损，包括社会交流和交往能力的缺损。综合ASD儿童纵向研究(对于有和无ASD的儿童的纵向研究以及高危ASD婴儿的研究)及自闭症高危人群研究的发展性研究结果也可发现，ASD儿童的大脑从早期就表现出异常状况，且其之后的发育进程与正常人也是不同的，这些研究可以促进基因研究的大脑内表型得到确认。[50]

对影响ASD患者社会功能的神经通路和主要脑区的认识可以帮助人们理解ASD的病理生理学机制，揭示ASD在病理学方面的差异有助于确认这种谱系障碍在生理表现上的亚型，提高诊断的精度和临床诊断的水平，进而发展出更加具有针对性的治疗方式和训练方法。目前，运用功能磁共振成像技术对ASD患者社会脑进行的研究越来越多，但是一致性的结果较少，未来研究需要从能够描述大脑神经网络属性的技术入手，在诊断精度、研究设计、被试选择方面不断改进，以提高研究结果的可信度和实用性。

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国家自然科学青年基金项目“强迫症及其同胞左右半球功能偏侧化脑机制研究”(81201049)；华南师范大学研究生科研创新基金资助项目“杏仁核功能紊乱对ASD社会功能的影响”

2017-04-12

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1000-5455(2017)06-0082-07

彭子文，湖南临湘人，医学博士，华南师范大学心理学院副教授；刘静溪，河南三门峡人，华南师范大学心理学院硕士研究生；韦臻，广西桂林人，深圳市妇幼保健院儿童心理科副主任医师；梁晶晶，山西潞城人，华南师范大学心理学院硕士研究生。)

王建平；助理编辑：杨孟葳】