孤独症谱系障碍个体互动期间脑间同步特点的Scoping综述

2024-03-09吴进龙任占兵易子珍彭莉

中国康复理论与实践 2024年2期

吴进龙，任占兵，易子珍，彭莉

1.西南大学体育学院，重庆市 400715；2.深圳大学体育学院，广东深圳市 518060；3.保定学院教师教育学院，河北保定市 071000

0 引言

孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一种发展障碍疾病，社会互动或沟通能力的持续性欠缺是其主要特点之一[1-2]。正常发育个体在与他人沟通时，需要观察对方的表情和动作，并在理解对方心理状态时进行有意识或无意识的同步行为，如眼神同步和肢体同步[3-4]。而ASD 个体在互动过程中，这种同步行为频率较低[5-6]。互动期间同步行为发生有助于个体早期社会学习和儿童社会行为的发展[7]。在互动过程中，不同类型的同步会引发互动双方大脑产生规律性、同步性振荡，即脑间同步[8]。这能使互动双方理解对方的想法，同情对方的感受，从而更好地理解和预测对方的行为[9-10]。在ASD 个体，这种脑间同步增强现象在颞顶联合区和额叶皮质等镜像神经元相关脑区较正常发育个体低[11-13]。脑间同步下降可能成为ASD个体核心症状的潜在神经标志物。

超扫描技术是测量脑间同步的主要手段[14]，有助于探索ASD 个体在社会互动情境中的脑间耦合机制[15]。社会互动的实验范式大致分为模仿任务、协调任务、眼神注视任务和合作竞争任务等。超扫描技术主要依托功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)、脑电图、功能性近红外光谱(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)等对处于社会互动中的两人或多人的脑信号进行同时扫描、记录并分析[16-17]，以fNIRS 超扫描和脑电图超扫描为主。脑电图超扫描可以同时映射两个或多个个体之间的逐时交互，神经信号的精度可达毫秒级，从而进行更精确和不同类型的脑间分析[18]。脑电图可以在现实生态环境中研究日常对话和相关的社会互动活动[19]。fNIRS 超扫描兼具空间分辨率和时间分辨率功能，相比于脑电图和fMRI更加全面和便携[20]。

本研究综述ASD 个体脑间同步相关研究，总结ASD个体与健康个体的脑间同步特点。

1 资料与方法

本文遵循PRISMA指南。

1.1 文献检索

2023 年11 月20 日，从PubMed、Scopus、Web of Science 3 个英文数据库和中国知网中文数据库，检索库中所有关于ASD 个体互动期间脑间同步的相关研究。手动检索所有纳入研究的参考文献。

英文检索式：(autism spectrum disorder OR autism* OR ASD OR autistic*) AND (neural synchronization OR interbrain synchronization)

中文检索式：(孤独症 OR 自闭症 OR ASD) AND(脑间同步 OR 神经同步)

纳入标准：①研究对象符合精神障碍诊断与统计手册标准的ASD 个体，不伴其他神经发育性疾病；②研究手段采用超扫描技术测量脑间同步性；③发表在同行评议期刊；④中、英文文献。

排除标准：①对结果的描述不清晰；②学位论文、会议论文、评论等未经同行评议的研究。

1.2 研究的选择与提取

2 名研究人员独立进行检索，阅读标题、摘要和全文，进行筛选和初步评估；如果存在分歧，进一步讨论直到达成共识。采用标准化数据提取表收集研究的特征，包括作者和年份、被试分组及特征、位置、条件、任务、测量工具、脑区覆盖和主要研究结论。

1.3 文献质量评价

2 名研究人员采用澳大利亚Joanna Briggs Institute循证卫生保健中心开发的横截面研究质量评价工具[21]对纳入的研究进行质量评价，如遇分歧，则与第3 名研究人员协商解决。

2 结果

最终纳入5 项研究[11-12,22-24]。文献筛选流程见图1。

图1 文献筛选流程图Figure 1 Flowchart of literature screening

2.1 文献质量评价

纳入的5项研究质量评分5～8分。见表1。

表1 纳入文献的质量评分Table 1 Scores of quality of included literatures

2.2 纳入文献基本特征

5项研究发表于2020年至2023年。研究对象涉及儿童、青少年和成人。3 项研究[11,22,24]采用合作竞争任务，2项研究[12,23]采用口头交流任务。测量的脑区为前额叶和颞顶联合区，测量工具主要是脑电图超扫描和fNIRS超扫描。文献基本特征见表2。

2.3 主要结果

2.3.1 ASD个体与健康个体脑间同步的差异

Quiñones-Camacho 等[12]发现，在与陌生人进行问答形式的互动交流中，相比于健康参与者，ASD 参与者主要在左右颞顶联合区表现出更低的脑间同步性；社交障碍程度越高，脑间同步性越低。颞顶联合区是心智理论的重要区域，与前额叶皮质相连，涉及社会认知、自下而上的注意，以及情景记忆检索等任务[25]。目前认为，颞顶联合区是ASD 个体社交障碍的潜在异常脑区之一[26]。脑电图的研究也发现，ASD 个体在互动期间脑间同步与健康个体有差异[23,27]。

但也有一些研究没有发现这些差异。Kruppa 等[22]以fNIRS为工具，采集高功能ASD 儿童和正常发育儿童分别与父母和陌生人配对完成合作竞争任务时的信号，其信号采集范围主要覆盖前额叶皮质，研究发现，尽管ASD 儿童在合作和竞争行为任务上表现较差，但额叶的脑间同步与正常发育儿童比较并无显著性差异。Tang等[24]采用fNIRS 观察ASD 儿童和健康儿童在与父母进行合作和竞争任务期间脑间同步，同样没有在ASD儿童中发现前额叶和顶叶存在脑间同步性降低现象。Wang等[11]认为，这种差异可能与被试的年龄有关：随着ASD儿童年龄增加，社交能力也会有所改善，脑间同步性可能会加强。还需要进一步研究脑间同步是否可以作为ASD个体潜在的神经标志物。

2.3.2 ASD个体脑间同步的脑区差异

脑间同步主要涉及颞顶联合区和额下回，这两个脑区涉及心智理论和破镜理论等假说，参与共情、注意等多种认知功能[28]。相比独立完成任务，ASD 儿童在与父母共同完成合作竞争任务时，前额叶显示更大的脑间同步激活[11]。ASD 成年人在与陌生成年人交往时，颞顶联合区显示出较低的同步现象[12]。另一方面，Kruppa等[22]和Tang等[24]在合作竞争任务的研究中未观察到ASD个体前额叶的脑间同步异常。这两项研究主要涉及前额叶，忽略了颞顶区。右侧颞顶联合区和左侧额下回都是社交网络的重要枢纽，在促进脑间同步方面发挥核心作用，但颞顶联合区与注意网络更相关，而额下回与镜像网络更相关[29]。Kruppa 等[22]和Tang 等[24]没有发现显著性差异，可能是因为忽略了颞顶联合区。未来的研究需要更严格的实验设计，以进一步解释不同任务之间的脑间同步差异。

2.3.3 ASD个体脑电图振荡同步差异

ASD 个体互动期间的同步振荡主要涉及θ、α 和β波。Key 等[23]发现，ASD 个体与健康个体交流时，θ、α 和β 波的同步性要高于双方安静时的同步性。θ 和α波在较低频段的脑间同步中经常被报道，可能与多种认知功能有关。如θ 波与注意需求、记忆形成、工作记忆和认知负荷有关[30]，也与语音的解析有关[31]。α波则被认为反映注意选择、任务需求和访问长期记忆[32]，也与注意状态和言语理解有关[33]。β 波与感觉运动功能有关，还可能参与各种认知功能，如决策和工作记忆[34-35]。对健康个体的对话互动研究发现额叶α波和颞叶β 波的同步现象[36-37]。在囚徒困境任务中，成年个体间出现中央区θ 和α 波同步增强现象[38]。感知和认知处理需要不同频段的神经震荡协作完成[39]。对于涉及社交互动的复杂认知任务，如协调运动、观察、模仿、共情和语言互动[40-42]，大脑区域可能同时在多个频段与另一个大脑进行相互作用并同步[43]。可以将θ、α 和β 波段的脑间同步视为社会互动的神经标志物。但这是否适用于ASD个体还需要进一步研究。

2.3.4 ASD个体脑间同步的性别差异

已经有广泛的证据表明，ASD 个体在不同方面存在性别差异。如ASD 个体中，男女性别比约为4∶1；而在功能较高的群体中，这个比例升至8∶1[44]。ASD男性通常表现出更明显的外化社交问题和刻板行为[45]。Key 等[23]利用脑电图技术比较ASD 青少年与健康青少年在交流过程中脑部同步性，发现ASD女性青少年在互动过程中脑间同步性(θ、α 和β 频带)较高，而男性ASD个体则没有这种情况；这可能是因为女性个体更擅长理解互动伙伴提供的语言或非语言信号，并采用了补偿策略[46]。相比于男性ASD 个体，女性ASD 个体更善于使用重叠词语，并且在互动中更加灵活[47-48]。

2.3.5 ASD个体脑间同步与社交障碍之间的关联

脑间同步可能是人类互动和社交的重要基础之一[49-50]。健康人脑间同步与社会联系、语言信号轮转等相关社交互动行为密切相关[14,51]。有3 项研究报告ASD 个体在执行任务期间的脑间同步与社交问题有关。Wang 等[11]发现，ASD 儿童症状越严重，父母与孩子之间的合作任务中前额叶皮质脑间同步性越低。Quiñones-Camacho 等[12]发现，ASD 儿童在与陌生人互动中，颞顶联合区脑间同步较低与社交障碍较高显著关联，但与刻板行为和限制性兴趣没有明显关联。Key 等[23]采用脑电图技术发现，θ 波的同步性增加与ASD 青少年更好的语言表达能力和更多的适应性手势相关，而β 波的同步性增加与更多的非语言表达和积极情感相关。ASD 社交障碍的潜在机制可能与其难以与互动伙伴形成更强的脑间同步有关，镜像神经系统和心智理论为解释ASD个体脑间同步提供了重要的理论基础[52]。

3 讨论

本研究发现，ASD 个体在互动任务期间，脑间同步较健康个体低，主要涉及前额叶和颞顶联合区；ASD 个体在互动任务期间，θ、α 和β 波也存在与健康个体的同步性差异；ASD 个体的脑间同步性存在性别差异；ASD 个体的脑间同步异常可能与社交障碍相关。

互动任务发现，ASD 儿童孤独症状越严重，合作任务中前额叶皮质的脑间同步性越低[11]，提示镜像神经系统激活异常，无法更好理解互动对象的行为意图，并做出相应的反馈。镜像神经系统是基于恒河猴脑中F5 区镜像神经元的发现提出的人类相关脑区[53]，包括脑岛和前内侧额叶的边缘镜像系统，以及顶下小叶、腹侧前运动皮质以及额下回尾部的顶额镜像回路。该系统在个体理解和感受他人情绪，观察或模仿单纯(不包含情绪成分)动作或行动时起重要作用[54]。当ASD个体进行动作观察、模仿、共情等社会认知任务时，镜像神经系统相关脑区会出现区别于健康个体的异常激活，并提出ASD个体的破镜假说：由于镜像神经系统损害导致ASD 个体发生社会交往障碍[55]。镜像神经网络涉及的任务多是动作执行(如抓取)和模仿，或简单的身体动作等具有明确目的的动作。该系统更倾向于从神经生理学角度揭示社会交流中简单动作知觉和动作模仿的神经机制[56]。鉴于ASD 个体在进行互动任务时相关脑区同步异常与社交障碍之间的关联，进一步扩展了镜像神经系统在ASD个体社会交往障碍中的重要作用。

另一个与ASD个体间脑间同步异常相关的重要脑区是颞顶联合区，这是心智理论提出的重要脑区之一[57]。心智理论认为，个体可以通过社会认知能力或社会推理系统，推测他人言行背后的心理，并据此解释和预测他人的言行[58]。人类在执行目标导向动作，或观看/听到涉及目标或信念的动画/故事时，颞顶联合区被激活。该区域更倾向于在社会认知理论的层面上揭示对他人心理状态推测的神经机制。ASD 个体与健康个体间颞顶联合区的脑间同步差异，提示ASD个体在互动过程中推断和理解他人意图方面存在问题。

有关ASD儿童互动过程中脑间同步异常的证据主要来自于镜像神经网络和心智理论网络相关脑区的研究。在社交互动过程中，镜像神经网络和心智理论网络相关脑区之间的互动可能涉及行动目标和意义理解，以及对他人意图和信念的推断整合。对这两个系统在脑间同步现象中的具体作用仍需要进一步研究，目前的证据还无法提供对涉及脑区的进一步解释。

本研究仅纳入5 项研究，还需要更多研究证实目前的结论。目前已发表的研究设计存在很大差异，需要更多高质量的研究进一步验证。个体间差异在ASD个体中非常重要，需要进一步证实脑间同步在ASD个体间的差异。