孤獨(dú)癥兒童的腦功能特征

天津和德腦象圖技術(shù)研發(fā)中心 洪悅 段文敏

大量的研究表明，孤獨(dú)癥（autism spectrum disorder，ASD）是一種神經(jīng)發(fā)展性疾病，存在大腦多處區(qū)域受損[1]。孤獨(dú)癥患者在早期發(fā)展中出現(xiàn)神經(jīng)組織異常引起了與社會(huì)化和溝通相關(guān)的神經(jīng)連接和路徑的變化[2]，大腦皮層存在異常連接和異常突觸[3]。ASD是一種神經(jīng)同步化疾?。创竽X區(qū)域內(nèi)部和區(qū)域之間的功能斷開），許多研究報(bào)告了ASD患者改變的自發(fā)腦電波[4]。但是，由于這種疾病的復(fù)雜性，被破壞而引起ASD顯型的潛在神經(jīng)回路和神經(jīng)機(jī)制尚未知[5]。目前通過觀察量表和訪談量表相結(jié)合作為ASD診斷的金標(biāo)準(zhǔn)[6]。大量的研究正在試圖解釋孤獨(dú)癥的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。

腦象圖(electroencephalon quadrant graph, EEQG)是依據(jù)混沌動(dòng)力學(xué)原理將腦波數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，建立數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用計(jì)算機(jī)成像技術(shù)繪制而成的幾何圖形。該技術(shù)不再停留于觀察腦電波頻率的快慢和波幅的高低，而是表達(dá)大腦高級(jí)功能在整體層次上的思維意識(shí)活動(dòng)特點(diǎn)[7,8]。人類的精神事件、心理品質(zhì)、思維特征、應(yīng)變能力、整體機(jī)能的完美與和諧體現(xiàn)在腦象圖的動(dòng)力學(xué)特征之中[9]。腦電圖所關(guān)心的是局部的、孤立的、靜態(tài)的幅頻特征，而腦象圖展示個(gè)體整體的、相關(guān)的、演化的大腦動(dòng)力學(xué)特征[10-12]。本研究是腦象圖首次應(yīng)用于孤獨(dú)癥研究，以期為孤獨(dú)癥兒童的早期診斷和防治提供新角度、新思路。

資料與方法

一、一般資料

與參與本研究的兒童監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書。以天津市某孤獨(dú)癥特殊教育訓(xùn)練中心從2016年6月至2017年7月期間的20名孤獨(dú)癥兒童作為孤獨(dú)癥組（ASD組）。這20例孤獨(dú)癥兒童均由天津市兒童醫(yī)院心理科醫(yī)生依據(jù)《精神疾病的診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》第五版確診為“孤獨(dú)癥廣泛性發(fā)展障礙”，其中男孩17例，女孩3例，年齡為2～11歲，平均年齡為6歲。從普通幼兒園隨機(jī)選擇的36例兒童為典型發(fā)展兒童組（typical developmental group, TD組），其中男孩18例，女孩18例，年齡為4～7歲，平均年齡為5.38歲，入組時(shí)身心健康，無發(fā)育遲緩、自閉癥、抽搐、注意力缺陷或多動(dòng)癥、語言發(fā)展障礙等病史，也沒有神經(jīng)心理性疾病、腦受傷或嚴(yán)重身體疾病，沒有服藥史。

二、方法

使用天津和德科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的WDK-Ⅱ腦象圖測(cè)試儀。由于孤獨(dú)癥兒童很難保證閉眼測(cè)試的穩(wěn)定狀態(tài)，所以ASD組和TD組均采用睜眼測(cè)試法。按照國際10-20系統(tǒng)24導(dǎo)聯(lián)電極安放。在清醒、靜坐、睜眼狀態(tài)下，連續(xù)測(cè)試5～10 min。根據(jù)孤獨(dú)癥患者配合的情況延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間。

腦象圖數(shù)據(jù)處理是將采集的腦電信號(hào)依據(jù)混沌動(dòng)力學(xué)原理和腦波編碼分析原則，建立3×3行列式，并將其引進(jìn)腦心分部間電活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)模型G=Acosωt+B，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，將其運(yùn)動(dòng)軌跡演化出具有動(dòng)力學(xué)特征的混沌圖像。對(duì)生成腦象圖進(jìn)行評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)：整體與和諧作為結(jié)構(gòu)美的重要屬性，是腦象圖判識(shí)的一般依據(jù)。和諧美、節(jié)奏感、立體感[9]、中心花樣、中心留白、單一軌跡、并列軌跡[8]是判識(shí)生成腦象圖所表述的腦質(zhì)量高低的客觀指標(biāo)。圖形愈是和諧，愈是節(jié)奏感、立體感強(qiáng)，愈是中心花樣繁新，網(wǎng)格密布、方正，軌跡列隊(duì)行進(jìn)，腦的質(zhì)量就愈高，腦的功能就愈活躍，見圖1。反之，愈是缺乏和諧，愈是缺乏節(jié)奏感和立體感，愈是中心留白，網(wǎng)格稀疏如新月，腦的質(zhì)量就愈差，腦的功能就愈單一[8,9]。見圖2，圖3。

圖1 隧道圖形

圖2 逃逸圖形

圖3 弧圈圖形

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，選擇以 F3，T3，O1，F(xiàn)4，T4，O2為代表的 6 個(gè)腦區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

在積累大量常模數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立標(biāo)準(zhǔn)化腦象圖指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。對(duì)兩組測(cè)試者6個(gè)腦區(qū)的20個(gè)腦象圖指標(biāo)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

一、整體腦功能狀態(tài)和能力指標(biāo)

典型發(fā)展兒童組在以 F3，T3，O1，F(xiàn)4，T4，O2為代表的6個(gè)腦區(qū)綜合值均高于孤獨(dú)癥組兒童（t=4.328，P＜0.01；t=2.889，P=0.006；t=4.286，P＜0.01；t=4.795，P＜0.01；t=3.847，P＜0.01；t=5.754，P＜0.01）。全腦綜合總值也明顯高于孤獨(dú)癥兒童組（t=10.593，P＜0.001）。見表1。

典型發(fā)展兒童組的經(jīng)典值在F3和F4上高于孤獨(dú)癥兒童組（t=2.310，P=0.025；t=2.592，P=0.012）， 兩組兒童O2和全腦差異也存在統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義（t=3.078，P=0.003；t=4.535，P＜0.001）。見表 1。

孤獨(dú)癥兒童組在全腦、F4的隧道圖形顯著少于典型發(fā)展兒童組（t=3.840，P＜0.001；t=3.160，P=0.003）。另外，O1、O2的隧道圖形數(shù)量與典型發(fā)展兒童組比較差異也存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.871，P=0.067；t=1.838，P=0.072）。 見表1。

表1 兩組兒童的綜合值、經(jīng)典值和隧道值差異比較

腦區(qū)　　組別　　例數(shù)　　綜合值　　經(jīng)典值　　隧道值O1　TD 組　36　0.0710±0.0069　0.0250±0.0110　0.0107±0.0081 ASD 組　20　0.0633±0.0056　0.0194±0.0114　0.0065±0.00800 t值　　—　4.286　1.810　1.871 P值　　—　?。?.001　0.076　0.067 F4　TD 組　36　0.0728±0.0054　0.0247±0.0097　0.0108±0.0085 ASD 組　20　0.0655±0.0056　0.0178±0.0094　0.0051±0.0050 t值　　—　4.795　2.592　3.160 P值　　—　　＜0.001　0.012　0.003 T4　TD 組　36　0.0731±0.0056　0.025±0.0084　0.0105±0.0080 ASD 組　20　0.0673±0.0050　0.0211±0.0089　0.0074±0.0051 t值　　—　3.847　1.646　1.540 P值　　—　?。?.001　0.106　0.129 O2　TD 組　36　0.0726±0.0064　0.0245±0.0089　0.0091±0.0072 ASD 組　20　0.0627±0.0058　0.0172±0.0078　0.0056±0.0058 t值　　—　5.754　3.078　1.838 P值　　—　?。?.001　0.003　0.072全腦　TD組　36　0.4328±0.0104　0.1421±0.0207　0.0574±0.0192 ASD 組　20　0.3906±0.0160　0.1087±0.0291　0.0360±0.0211 t值　　—　10.593　4.535　3.840 P值　　—　　＜0.001　?。?.01　　＜0.01

二、從心理指標(biāo)分析

從心理指標(biāo)上分析，孤獨(dú)癥組在O2區(qū)的逃逸圖形數(shù)目明顯多于典型發(fā)展兒童組（P＜0.05），兩組兒童的全腦逃逸圖形數(shù)目差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。孤獨(dú)癥兒童組的弧圈圖形數(shù)目在F3、T3、T4區(qū)域及全腦均顯著高于典型發(fā)展兒童組（P＜0.05），見表3。

表2 兩組兒童的右后腦及逃逸總值差異比較

表3 兩組兒童的弧圈值差異比較

討 論

不少研究采用EEG、BEAM、MEG，fMRI等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段研究孤獨(dú)癥的大腦功能狀態(tài)，但本研究首次以腦象圖為工具探索孤獨(dú)癥兒童的大腦高級(jí)認(rèn)知功能特征。研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥兒童在全腦和各腦區(qū)均存在異常的腦象圖指標(biāo)。從整體上說，孤獨(dú)癥兒童全腦及各腦區(qū)的功能水平明顯偏低，尤其嚴(yán)重的是右后腦、右前腦和左前腦。

大腦是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的開放的、復(fù)雜的巨系統(tǒng)，各部分協(xié)同工作并不斷進(jìn)行著“自組織”活動(dòng)[13]。許多研究表明，多數(shù)孤獨(dú)癥患兒智力低下，而有些則不同。孤獨(dú)癥患者的腦區(qū)中支持高級(jí)認(rèn)知功能的連接較少，他們的言行舉止低齡化，60% 智力落后，20%智商低于35[14]。孤獨(dú)癥患兒涉及多腦區(qū)功能異常，包括與情感、認(rèn)知和行為等相關(guān)的區(qū)域，這可能與孤獨(dú)癥的核心癥狀相關(guān)[15]。本研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥兒童組的全腦綜合值、經(jīng)典值、隧道值、弧圈值、逃逸值均出現(xiàn)異常，提示與正常發(fā)展兒童相比，孤獨(dú)癥兒童大腦整體功能狀態(tài)不佳，能力水平整體偏低，信息加工能力明顯存在不足，且思維的主動(dòng)適應(yīng)性減弱，易出現(xiàn)注意力不集中。

本研究發(fā)現(xiàn)，與正常發(fā)展兒童組相比，孤獨(dú)癥兒童組的右后腦綜合值顯著偏低，經(jīng)典圖形明顯偏少，而逃逸圖形數(shù)目偏大，提示孤獨(dú)癥兒童的社交能力和社交智慧整體偏弱，同時(shí)右后腦加工的信息量小，容易出現(xiàn)回避交往的傾向，在處理有關(guān)社交和感受的信息方面困難重重。這與孤獨(dú)癥的典型外顯行為和以往的研究結(jié)果高度一致。

研究發(fā)現(xiàn)大腦半球之間協(xié)同作用，但右半球更偏重于把握整體模式[16]、直覺、圖形及意義、幽默和心境等。與正常發(fā)展兒童相比，孤獨(dú)癥兒童右前腦的綜合值明顯偏低，經(jīng)典圖形與隧道圖形明顯減少，提示孤獨(dú)癥兒童在整體把握事物的能力與創(chuàng)造力相對(duì)較弱。想象力和創(chuàng)造力的神經(jīng)功能缺陷可能與外顯的刻板行為有關(guān)。

本研究顯示孤獨(dú)癥兒童左前腦和雙側(cè)中腦的綜合值明顯偏低，且弧圈圖形明顯偏多。左前腦的經(jīng)典圖形相對(duì)較少，提示孤獨(dú)癥兒童的問題解決意識(shí)薄弱，語言表達(dá)及語言理解能力不足。同時(shí)左前腦與右后腦信息加工能力的共同缺陷是導(dǎo)致孤獨(dú)癥兒童自我評(píng)價(jià)和理解他人的障礙的重要原因。

腦象圖直觀展示孤獨(dú)癥兒童總體腦功能弱于正常兒童，尤其在左前腦、右前腦和右后腦差異最為明顯。與以往研究結(jié)果基本一致。腦象圖技術(shù)在醫(yī)學(xué)心理學(xué)的應(yīng)用富有前景，改變了EEG、BEAM等神經(jīng)影像技術(shù)對(duì)腦電波單一的、局部的、孤立的分析方法，為兒童孤獨(dú)癥患者的診斷提供了新途徑。

腦象圖技術(shù)之創(chuàng)新在其將邏輯思維和形象思維相并行，實(shí)證方法和思辨方法相關(guān)聯(lián)，定量分析和定性分析為互補(bǔ)[17]，開創(chuàng)性地將硬科學(xué)與美學(xué)相結(jié)合來探討精神事件和物理事件的關(guān)系，在神經(jīng)生理分析水平上運(yùn)用直觀的方法研究意識(shí)問題，從某種程度上“彌合了科學(xué)與人文科學(xué)之間的分裂”[18]，為人類對(duì)意識(shí)本質(zhì)的理解打開了一扇新的窗。

未來的研究將增加樣本量，進(jìn)一步展開性別差異和年齡差異的比較。擴(kuò)大研究的腦區(qū)范圍區(qū)域點(diǎn)位，促進(jìn)更加精確的功能定位。對(duì)孤獨(dú)癥的子類進(jìn)行深入探究和分析，以期早期診斷和治療孤獨(dú)癥。

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