发展性协调障碍儿童的认知加工与神经机制

王恩国 贾会宾 王 祯

（河南大学心理学院，开封 475004）

1 引言

动作是人类最重要的基本能力之一， 也是个体进行社会实践活动不可缺少的重要工具。 儿童早期的动作发展与认知发展密切相关。一方面，个体早期的认知发展是通过动作发展不断建构起来的，伴随儿童的感知运动及动作图式的形成，儿童的认知能力得到快速提升。 另一方面，个体认知发展的程度制约动作技能的习得。 反过来，个体早期的动作障碍影响其认知发展，认知发展的迟缓又制约了动作的协调发展。 理论上，动作发展和认知发展存在密切关系，这种观点可追溯到格塞尔（1934）的成熟理论，他从生物学的视角假设，个体的身体、动作和认知能力是协调发展的， 并最终由生物倾向所决定。皮亚杰的认知发展理论认为，由遗传所驱动的动作发展和认知能力发展是密不可分的。青少年动作技能的发展通过探索和了解外界环境而获得， 并导致越来越多的认知结构改变。 动作技能的发展引起认知观念的形成和分化， 认知观念的发展反过来又会影响青少年的动作技能、 学业成绩和对环境的操控能力。

发展性协调障碍 （developmental coordination disorder，DCD）是一种特殊的动作学习困难，其主要特征为动作协调存在明显缺陷。《中国精神障碍分类与诊断标准》（第三版） 和美国精神病学会的DSMIV 把发展性协调障碍定义为发展性协调失衡， 其显著特征为： 肌肉协调能力有明显缺陷， 协调障碍并非源自偏瘫、 大脑性瘫痪或肌肉性失养症等医学上的原因，协调障碍是一种典型的发育缺陷。 ICD-10（1992）对发展性协调障碍的定义为：青少年在精细和粗大动作任务中，动作协调能力显著落后于其年龄和智力所预期的水平，通常与某种程度的视空间信息加工缺陷有关，动作协调障碍主要表现在青少年发展早期，其高发年龄在3～11 岁之间。不同国家报告的发病率为5%～15%不等，从性别看，男孩高于女孩。国际疾病和相关健康问题分类标准明确指出， 发展性协调障碍的动作缺陷与视觉空间信息加工及特定神经功能受损有关。 心理学、 神经电生理等多领域研究提示， 早期精细动作技能发育可能与脑认知发育进程存在时间和空间的重合， 认知神经加工缺陷可能是发展性协调障碍的深层原因（Alloway et al.， 2008，2018）。探讨发展性协调障碍的认知加工和神经机制有助于理解运动与认知发展之间的关系。

2 发展性协调障碍儿童的认知加工缺陷

相对于其它类型的发育性障碍， 发展性协调障碍的研究起步较晚。 早期研究主要集中在视觉加工领域。 Lord 等（1994）研究发现，发展性协调障碍的基本视觉加工过程无明显缺陷， 其视敏度与锐敏度完好， 也未发现视觉皮层到中枢传导通路的明显缺陷。Wilson 等（1998）通过元分析发现，发展性协调障碍青少年存在广泛的信息加工缺陷， 尤其在视空间和跨通路信息加工上缺陷更为明显。随后，发展性协调障碍研究扩展至动觉、跨通道知觉、反应选择和动作计划等更为广泛的领域。 Geuze 等（2001）发现，不同程度的发展性协调障碍存在类似的知觉-动作缺陷。Hill 等（2001）研究还发现，发展性协调障碍与学习困难、行为和言语等其他发育性障碍并存。进一步研究还发现， 发展性协调障碍可能是由视空间注意缺陷、反应迟缓、计划缺陷、理解困难等一系列认知障碍导致的， 视空间注意功能可能是发展性协调障碍的共性缺陷及深层原因。Licari（2018）采用视觉追踪任务考察DCD 儿童视觉运动控制特点，结果发现视觉信息加工和运动控制能力存在缺陷。 Kim（2020）和Allen（2017）考察了4～7 岁DCD 儿童的感觉加工特点， 结果发现，DCD 和对照组在各项指标上均存在显著差异， 该研究初步证实了感觉信息加工对动作发展的影响。 杨慧婷和王欢（2020）考察了DCD 儿童的感觉统合失调与家庭运动环境之间的关系， 幼儿感觉统合能力与动作协调性的发展水平密切相关，两者存在共患现象；家庭养育方式是影响幼儿发育性协调障碍和感觉统合失调共患发生的主要因素。 上述基于行为数据的研究结论仍需更多神经机制研究的支持。

随着研究的不断深入， 发展性协调障碍的研究领域扩展至注意、 工作记忆和执行功能等高级认知加工过程。研究发现（Williams et al.， 2008； Alloway et al.， 2008）， 发展性协调障碍存在普遍的工作记忆缺陷。工作记忆的核心成分为执行功能，在随后的研究中， 发展性协调障碍的认知加工更多集中在执行功能的探讨上。 Murray 等（2009）通过大样本纵向研究发现，执行功能是影响动作发育的重要因素。随后， 他们从大样本群体中随机抽取有代表性的子样本，进行后续的影像学（fMRI）研究。 结果表明，早期的动作发育与成年前动作皮层灰质密度增加、 纹状体以及小脑发育程度有关， 并在同一时间伴随额叶白质密度的增加。 额叶是注意和执行功能的神经基础， 影像学结果再次印证了注意和执行功能对动作发展的重要性。有趣的是，发展性协调障碍在工作记忆的其他两个子成分存在选择性缺陷， 其语音回路是完好的，而视空间模板缺陷明显。执行功能与视空间模板的功能类似于视空间注意， 该结果进一步支持了发展性协调障碍存在视空间注意缺陷的假设。与上述研究结果类似，Roebers 等（2009）发现，在个体发育早期， 动作技能对视空间注意的依赖性更为明显。 随后，Rigoli 等（2012）采用横断研究发现，青少年的动作协调能力和视空间注意之间存在显著重叠，体现为动作灵活性和抑制能力的高度相关。他们据此认为， 注意中的抑制能力调节动作技能和学业成就之间的关系。 然而， 上述研究没有控制智力因素，不能排除个体差异是否由智力因素所导致。随后的系列研究均发现， 发展性协调障碍青少年存在不同程度的视空间注意缺陷。Davis（2011）采用横断研究发现，视空间注意和动作成绩之间呈正相关，在控制了年龄、性别等有影响力的背景因素后，动作技能个体差异的42%变异可以由视空间注意来解释，由此， 他们提出了视空间注意和动作能力的共同因素理论。 Roebers 等（2018）采用大样本纵向研究，考察童年期视空间注意和动作发展的关系， 交叉滞后关系检验发现， 视空间注意在动作-认知链接通路中扮演着重要角色。

Blank（2018）采用“Go／No-go”和“Stop-signal”实验范式考察并验证了DCD 的抑制缺陷假说，被试为11 名年龄范围在18～30 岁的DCD 成年人。 与对照组相比，DCD 成年被试在执行动作抑制和动作取消两项任务时的正确率显著低于对照组， 反应时显著延迟，成年人DCD 存在普遍的抑制缺陷，该结果支持了DCD 的抑制缺陷假说。 然而，上述研究缺乏大脑成熟指标可供参考，因此，不能排除其他因素的解释。同时，多数研究侧重于视空间注意加工的行为指标，大脑神经影像学的证据仍然不足。

3 发展性协调障碍儿童的认知加工缺陷理论

随着研究的不断深入， 研究者相继提出了一系列发展性协调障碍的理论或假说， 包括符号化缺陷假说、感觉统合障碍假说、空间定向障碍假说、 信息加工缺陷假说、PASS 理论假说、内部模型缺陷假说、非典型大脑发育假说、自动化缺陷假说等。

3.1 符号化缺陷假说

该理论认为，发展性协调障碍儿童对姿势、动作的概念化表征过程存在缺陷。该理论认为，发展性协调障碍的动作缺陷是动作姿势的抽象表征受损所致。 比如， 动作出现的顺序混乱可能会导致姿势表征障碍。 Bates 等人（1979）认为，在姿势和言语交流中有共同的符号系统， 符号化是语言和姿势活动的共同内在特征。 姿势表征和语言功能都包含大量的符号性行为。 因此， 符号化的能力受损会导致语言功能和运用技能的发展受到阻碍。 这种理论假设的支持来自于儿童姿势发展、 语言技能和一般认知能力之间关系的研究。 在对9～13 个月婴儿的研究中发现，姿势测验成绩与语言理解成绩呈正相关。

3.2 空间定向障碍假说

空间定向障碍是指个体视觉系统信息和前庭系统信息在中枢神经系统的冲突会导致对自身的错误知觉。行为观察发现，发展性协调障碍患者经常出现物体使用时的方向或空间位置错误等， 在肢体姿势操作中发展性协调障碍儿童表现出更多的行为和运动错误。 Dewey（1993）认为，儿童中的姿势障碍可能是由动作的时间控制、 力量控制以及空间组织过程中发生的冲突所致。Wilson（1998）通过元分析发现，发展性协调障碍儿童在动觉、 跨通道知觉和复杂的视觉-空间知觉上存在严重障碍， 其中视空知觉障碍影响效应最大。

3.3 感觉统合缺陷假说

感觉统合是指人通过视觉、听觉、嗅觉、味觉等感觉器官获取外界信息，然后经由大脑加工处理，大脑再指挥身体做出相应的行为的过程，简称感统。该理论观点是基于触觉测验和动作计划测验间的因素分析结果提出来的。动作计划包括动作图式的形成，动作图式由感觉意识发展，感觉意识起于触觉系统。如果触觉系统受到干扰， 从皮肤来的感觉输入将受到阻碍， 从而干扰了动作图式的正常发展， 进而影响了儿童动作计划能力的发展。 感觉统合缺陷可能导致姿势操作观念的发展异常， 从而导致动作障碍（Zwicker，2012）。

3.4 信息加工理论假说

Wilson 等（1998）对50 项发展性协调障碍儿童认知加工缺陷的研究进行了元分析， 其中983 名DCD 儿童和987 名发育正常儿童， 结果发现，DCD儿童存广泛的信息加工缺陷。 尤其在视觉-空间以及跨通路知觉的加工上损害更加明显。 此外，DCD儿童的缺陷不仅体现在与认知任务要求的运动反应方面， 而且存在复制几何图形的视觉记忆缺陷。Geuze 等（2001）使用信息加工模型考察DCD 儿童的认知加工特点，内容涉及感知和决策等方面。结果发现，DCD 儿童认知可能发生在一个或多个信息加工过程中，从而导致动作执行困难。信息输入的认知加工能力影响决策。 与发育正常的儿童相比，DCD儿童在认知决策过程（反应选择任务）上的反应速度缓慢，成绩极其有限（Murray， 2007）。 该结果提示，DCD 儿童的加工速度影响动作执行，发展协调性障碍的动作困难可能是由计划缺陷、 理解困难等一系列信息加工缺陷导致的。

3.5 PASS 理论假说

Asonitou 等（2012）提出了DCD 儿童认知加工的PASS （planning， attention， simultaneous and successive coding）理论模型。 该理论认为，人类基本的认知功能包括计划、注意、同时性加工与继时性编码4 个成分。相关性分析显示，认知过程和运动技能之间存在显著的相关， 同时性加工和手的灵巧度呈显著相关，计划与平衡能力显著相关。 因此，早期评估可以识别特定的认知-运动困难。

3.6 内部模型缺陷假说

内部模型缺陷假说 （the internal modeling deficit，IMD）得到了注意指向、双重扫视任务和动作表象方面研究的支持。该理论假定，个体是在感官反馈之前来预测动作的结果，并由此做出随后的动作，这一信息通路保证了动作系统的准确性和稳定性。DCD 儿童存在动作预测缺陷， 从而降低了DCD 儿童的动作控制和学习能力。

3.7 非典型大脑发育假说

近年来， 脑成像技术并没有发现特定的大脑区域损伤与个体发育障碍有关。 Kaplan 等（1998）据此认为，发育障碍是一种弥漫性的大脑机能反射缺陷，而不是局部的脑区病变，因此，无法从特定脑区的神经信息来区分不同类型的发展性障碍。 发展性协调障碍、阅读障碍以及ADHD 都可以归类为非典型大脑发育障碍。 由于该假说的核心思想是不同的发展性障碍都是由非典型大脑发育障碍引起的，因此，这种假说并没有对理解DCD 缺陷带来突破性进展。

3.8 自动化缺陷假说

运动障碍者在运动任务上的成绩降低与非运动任务有关。 根据双任务范式，次要任务成绩的下降是由于首要任务自动化的不足导致的。一个完全自动化的技能并不需更多的意识参与。 相反，当个体需要更多的注意资源应对压力或高难度任务时，自动化缺陷将导致意识监控更加困难。患有诵读困难儿童存在肌肉运动障碍的比例明显高于正常发育儿童（Nicolson et al.， 2001）。 该理论揭示了一系列发育障碍问题，如发音困难、读写困难、协调障碍和注意缺陷共患率较高， 而且不同类型发育障碍均存在不同程度的脑功能失调风险。诵读困难研究发现，与语言问题有关的脑区特别是左颞顶区存在障碍。 Forsett 等（2010）利用脑成像技术发现， 无论是在执行一个先前学过的运动序列或是学习一种新的序列时， 与对照组相比，诵读困难者的右小脑皮层激活明显减少，由此可见，诵读困难与DCD 儿童均存在小脑皮层异常与脑功能轻微失调， 小脑皮层激活异常会导致辨距障碍（动作的范围和方向性误差）、轮替运动障碍、运动反转等典型缺陷。

上述理论假说到目前为止尚不能达成一致，其主要原因在于不同理论探讨的问题有很大分歧。 比如，有的理论侧重于发展性协调障碍的成分，有的可能更注重其行为表现， 更多理论体现的则是产生机制， 因此，发展性协调障碍的行为表现、成分分析与产生机制之间的关系需要更多研究的支持。同时，上述许多研究没有涉及一般认知能力的测量， 缺乏运动和认知能力之间关系的交叉滞后考察。因此，运动与认知发展的关联仍需更多研究的支持。

4 发展性协调障碍儿童的神经机制缺陷

随着脑成像技术的发展， 国外研究者开始关注发展性协调障碍的脑机制特点。 Murray 等（2007）通过对芬兰北部1966 例从出生到成年的个体的纵向行为研究发现，执行功能影响运动发育。 随后，从这些大样本群体中，随机抽取有代表性的子样本，进行后续的影像学（fMRI）研究。 结果表明，早期的运动发育与成年前运动皮层灰质密度增加、 纹状体以及小脑的发育成熟有关， 并在同一时间伴随额叶白质密度的增加，额叶是执行功能的神经基础。 然而，该数据分析中没有控制智力因素， 不能排除个体差异是否由智力不同而导致。此外，执行功能和运动技能之间的共时性关系主要建立在对年幼群体的测量，这种联系的历时（纵向）性质，还有待进一步探索。花静等（2007）采用事件相关电位技术考察发育性协调障碍儿童的听觉诱发电位， 结果发现，DCD 组儿童的P300 波幅明显低于对照组儿童，表明DCD 儿童对运动信息的初级加工能力差， 导致其运动控制能力缺陷。孟祥芝、周晓林和吴佳音（2003）在探讨发展性协调障碍与书写困难个案研究中发现， 该患者脑电波轻度异常，MRI 显示双侧脑室体后部和枕角周围白质和小脑异常。该结果提示，协调性障碍是以脑神经发育状况为基础的。 李旭东（2009）考察了发展性协调障碍青少年工作记忆特点，结果发现，发展性协调障碍青少年的视空间工作记忆存在缺陷， 随后的ERP 结果进一步探明了加工早期认知资源不足和加工晚期记忆保持能力存在缺陷。

Marien 等（2014）采用fMRI 技术，发现一个19岁的发展协调障碍病人的小脑功能受损。 Kashiwagi等人（2015）在磁共振成像研究中采用摇杆跟踪任务考察其视空间注意特点，结果发现，与对照组相比，发展性协调障碍青少年在左侧后顶叶皮层和中央后回脑区激活程度降低。 随后，Zwicker 等人（2015）使用功能磁共振成像技术， 采用跟踪任务考察发展性协调障碍和对照组青少年的大脑激活。结果发现，两组被试在行为数据上没有显著差异。然而，血氧水平依赖（BOLD）信号表明，与对照组相比，发展性协调障碍青少年在右小脑I、左小脑小叶VI、IX、双侧顶下小叶以及右额中回激活程度较低， 二者存在显著差异。该结果进一步证实，动作技能与视空间注意受损存在密切关系，该研究尽管受到样本较小（实验组和对照组均为7 人）的限制，却开创了发展性协调障碍的功能磁共振成像研究的先河。Hyde 等（2019）采用功能性磁共振成像考察发展性协调障碍青少年的神经缺陷时也发现，与对照组相比，发展性协调障碍青少年的前额叶皮层、右额下回、颞顶交界区域以及左侧后小脑激活降低。然而，这些区域对运动技能学习效果的影响目前尚不十分清楚， 对该研究结果的解释仍然需要更多实验的验证。近期，研究者采用静息态功能磁共振成像技术考察发展性协调障碍的神经机制（Macdonald，2016；Lawerman，2020）。 结果发现，与对照组相比，发展性协调障碍青少年表现出类似的神经连接功能削减， 其功能缺陷主要表现在初级运动皮层和双侧额上回、角回、杏仁核以及苍白球等多个脑区之间。结果提示，发展性协调障碍青少年可能存在视空间神经功能连接缺陷。 由于这些区域与动作学习功能存在密不可分的联系，因此，这些功能区域是否影响发展性协调障碍的动作发展， 需要今后研究给予更多关注。同时，上述神经机制研究采用的技术手段主要集中在功能性磁共振成像上，该方法最大特点是空间分辨率较高， 有利于考察特定脑区激活，然而，视空间信息加工的时间进程特点尚不清晰。

Fuelscher 等 （2018） 采用元分析方法对近期DCD 神经机制研究进行回顾时发现， 有7 项采用fMRI 技术考察DCD 儿童与对照组在执行手动操作任务时的大脑激活特征。上述研究一致发现，与对照组相比，DCD 儿童在前额中回、额上回、小脑、上颌回和顶下小叶部位激活水平显著低于对照组。然而，DCD 儿童在丘脑部位的激活程度显著高于对照组。由于不同研究所采用的样本量和任务参数存在差异，导致部分脑区激活并不一致，对上述研究结果的解释变得困难，这也是今后研究应当关注的问题。以后可以用功能性近红外光谱（fNIRS）来探索该人群的皮层激活。

王恩国等（2019，2020）采用ERP 技术，分别对发展性协调障碍青少年视空间注意分配和视空间持续性注意的神经机制进行了探讨。脑电结果显示，发展性协调障碍青少年的视空间注意分配缺陷主要发生在刺激后的200ms 所诱发的N2 和P3 成分上。然而， 发展性协调障碍青少年的视空间持续性注意的神经机制缺陷主要表现在刺激后的300ms 以后所诱发的CNV 晚成分（LCNV），其平均波幅亦显著低于对照组，上述研究初步支持了DCD 儿童存在视空间注意缺陷的假说。

5 结语

上述研究从不同侧面揭示了发展性协调障碍患者存在视空间注意缺陷， 但其信息加工的神经机制特点尚需更多研究进行系统深入的探讨， 这可能是导致目前不同理论假说存在分歧的主要原因。 梳理以往研究不难发现， 发展性协调障碍患者视空间注意的神经机制研究尚存在许多问题与不足， 该领域的研究任重道远。

第一，从研究方法看，不同研究选取被试的诊断标准存在较大差异， 发展性协调障碍与注意缺陷多动症（ADHD）的并存早已达成共识，其合并症高达50%。 然而，以往许多研究并没有排除ADHD 这一特殊被试群体。此外，被试选取的智商标准存在较大差异， 常见的智商选取标准为70，80 或85 以上，部分研究甚至没有排除低智商青少年或缺乏相关信息的报道， 上述问题可能是造成研究结果不一致的重要原因之一。

第二，研究手段单一，有限的脑功能成像研究采用的技术手段主要集中在功能性磁共振成像， 该方法最大特点是空间分辨率较高， 有利于考察特定脑区激活，然而，考察信息加工的时间进程尚不清晰。事件相关电位可以精确记录不同时程脑信息加工特点， 进而考察发展性协调障碍青少年视空间信息加工在时程上与对照组的区别， 探讨其视空间注意信息加工缺陷的精确时程。

第三，研究的细化与系统化。 比如，发展性协调障碍儿童存在视空间注意缺陷，然而，视空间注意包括视空间信息自动加工、注意范围、注意转移、注意持续性、注意分配和注意的选择性等多个维度，发展性协调障碍青少年的哪些视空间注意功能受损影响了动作技能的发展？ 受损的这些认知功能具有普遍性还是特殊性？ 系统探讨发展性协调障碍患者视空间注意信息加工的神经机制是解决上述问题的关键。因此，有关发展性协调障碍患者视空间注意信息加工的神经机制尚需更多系统研究的支持。 当前需要在整合心理学、 脑科学和认知神经科学研究成果的基础上， 进一步系统探讨发展性协调障碍青少年视空间注意信息加工的神经机制特点， 进而从理论层面揭示青少年的动作发展与认知神经机制发展的内在关联。