顳頂聯(lián)合區(qū)在孤獨(dú)癥兒童社會(huì)認(rèn)知中的作用機(jī)制研究進(jìn)展*(綜述)

彭蘇浩 宣 賓

安徽師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院(蕪湖) 241000 E-mail:pengsuhao120@163.com

孤獨(dú)癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder,ASD)是一組幼年期初發(fā)的神經(jīng)發(fā)育障礙,核心特征是社交障礙、重復(fù)行為和興趣狹窄,表現(xiàn)出持續(xù)的社會(huì)交流和社會(huì)交往障礙,通常伴隨著感覺異常和語言發(fā)展的延遲或缺失[1]。ASD 社交障礙主要由于社會(huì)感知能力受損,主要表現(xiàn)在自我參照加工和心理理論等社會(huì)認(rèn)知加工方面[2]。神經(jīng)影像研究表明顳頂聯(lián)合腦區(qū)(temporoparietal junction,TPJ)是參與社會(huì)認(rèn)知加工的核心腦區(qū),TPJ功能和結(jié)構(gòu)的改變以及發(fā)育異常是ASD 兒童社交障礙的神經(jīng)生物學(xué)特征[3]。近十幾年來,我國孤獨(dú)癥的患病率逐年提高,眾多學(xué)者對(duì)ASD 的發(fā)病機(jī)制和治療方法進(jìn)行了大量的探索,但由于ASD 臨床癥狀的復(fù)雜性,其治療方法依然進(jìn)展緩慢。隨著腦科學(xué)的興起,研究者們開始關(guān)注ASD 兒童心理理論相關(guān)神經(jīng)活動(dòng)異常,尤其是近年來大量研究聚焦TPJ在社會(huì)認(rèn)知中的作用,探索孤獨(dú)癥社會(huì)認(rèn)知障礙的相關(guān)神經(jīng)機(jī)制[4]。本文梳理了TPJ在ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知中的作用,并進(jìn)一步探討TPJ腦區(qū)的無創(chuàng)腦刺激(NIBS)對(duì)ASD 社會(huì)認(rèn)知能力的改善作用,為未來ASD 的早期發(fā)現(xiàn)和非侵入腦刺激干預(yù)提供思路。

1 顳頂聯(lián)合區(qū)在社會(huì)認(rèn)知中的作用機(jī)制

TPJ是顳葉和頂葉相交的區(qū)域,包括頂下小葉(inferior parietal lobule),外側(cè)枕葉皮層(lateral occipital cortex)和后顳上溝(posterior superior temporal sulcus)[5]。TPJ負(fù)責(zé)整合來自丘腦和邊緣系統(tǒng)以及視覺、聽覺和軀體感覺系統(tǒng)的信息[6]。TPJ參與了很多認(rèn)知加工過程,如情景記憶、語言加工、注意定向以及社會(huì)認(rèn)知等[7]。目前大量研究集中在探索右側(cè)TPJ的功能上,該腦區(qū)神經(jīng)活動(dòng)與自上而下的社會(huì)認(rèn)知加工有著密切關(guān)系[8]。ASD 兒童表現(xiàn)出的部分核心特征,如注意缺陷和社交障礙,都與右側(cè)TPJ涉及的認(rèn)知加工密切相關(guān)[9]。

共同注意能力與社會(huì)認(rèn)知發(fā)展(如心理理論)有著密切關(guān)系,ASD 兒童的核心障礙表現(xiàn)為共同注意能力不足,無法理解他人意圖,難以推測(cè)他人的心理狀態(tài),這表明共同注意相關(guān)腦區(qū)發(fā)育異常是兒童社會(huì)認(rèn)知障礙的重要因素[10]。共同注意異常是ASD兒童早期普遍表現(xiàn)出的特點(diǎn),也是社會(huì)認(rèn)知能力發(fā)展的標(biāo)志之一,涉及的主要腦區(qū)有內(nèi)側(cè)前額葉皮層和TPJ。已有研究表明,共同注意與顳葉、頂葉皮層活動(dòng)相關(guān),如健康兒童追隨他人視角觀察目標(biāo)刺激時(shí),顳上溝表現(xiàn)出了顯著激活現(xiàn)象,但是在ASD 兒童中,并沒有表現(xiàn)出這種現(xiàn)象。此外,ASD 兒童在線索誘發(fā)共同注意時(shí),左側(cè)顳上溝后部沒有表現(xiàn)出顯著信號(hào)增強(qiáng),說明TPJ(如顳上溝腦區(qū))的發(fā)育異常導(dǎo)致孤獨(dú)癥兒童無法有效完成共同注意[11]。

值得關(guān)注的是,對(duì)于非共同注意任務(wù)中,ASD兒童顳上溝腦區(qū)卻出現(xiàn)了異常激活,這進(jìn)一步表明ASD 兒童無法區(qū)分社會(huì)性和非社會(huì)性刺激,尤其是在共同注意方面?；谝延械拇罅垦芯?研究者們對(duì)于TPJ在注意和社會(huì)認(rèn)知的作用機(jī)制主要有兩種觀點(diǎn),即右側(cè)TPJ的整體論和分離論。整體論認(rèn)為右側(cè)TPJ是作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)各個(gè)認(rèn)知功能,注意定向和心理理論都會(huì)激活右側(cè)TPJ,認(rèn)為心理理論所需要的不同心理狀態(tài)之間切換就是一種注意重新定向行為。但是分離論認(rèn)為右側(cè)TPJ是由很多目前還沒被定義的獨(dú)立子區(qū)域組成,這些子區(qū)域涉及不同的認(rèn)知過程?；谟覀?cè)TPJ的結(jié)構(gòu)和功能連通性,該腦區(qū)至少還能分成前和后兩個(gè)子區(qū)域,分別負(fù)責(zé)不同的認(rèn)知加工。雖然整體論和分離論對(duì)ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知的神經(jīng)基礎(chǔ)存在一定分歧,但無疑是未來探索ASD 兒童社交障礙重點(diǎn)方向之一[12]。

2 孤獨(dú)癥譜系障礙患者的顳頂聯(lián)合區(qū)腦結(jié)構(gòu)發(fā)育異常

ASD 的核心問題是社會(huì)認(rèn)知能力受損,早期部分研究發(fā)現(xiàn)ASD 兒童在運(yùn)動(dòng)和情緒識(shí)別方面存在缺陷[13],功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,f MRI)研究表明,ASD 兒童的部分腦區(qū)出現(xiàn)了形態(tài)學(xué)改變,如Kanai等[14]發(fā)現(xiàn)顳上皮層后部的灰質(zhì)體積和基本的社會(huì)感知能力成正相關(guān),Mueller等[15]發(fā)現(xiàn)高功能ASD 兒童TPJ腦區(qū)白質(zhì)完整性發(fā)生了改變。但是這些研究主要關(guān)注ASD 兒童的社會(huì)功能,忽視了社會(huì)感知缺陷可能來自于基礎(chǔ)的視覺信號(hào)整合能力受損,很少有研究探索這種視覺信號(hào)整合加工過程。ASD 兒童在非社會(huì)意義的視覺運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別任務(wù)中,其簡(jiǎn)單的視覺運(yùn)動(dòng)中視覺信號(hào)整合能力沒有出現(xiàn)受損。但是在具有社會(huì)意義的動(dòng)作識(shí)別任務(wù)中,其高階的具有社會(huì)意義的動(dòng)作識(shí)別任務(wù)中表現(xiàn)出了明顯的缺陷,而且TPJ腦區(qū)灰質(zhì)體積和社會(huì)感知能力之間表現(xiàn)出高度正相關(guān)[16]。表明TPJ腦區(qū)白質(zhì)和灰質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征是ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙的重要指標(biāo),尤其是視覺相關(guān)社會(huì)感知方面。

良好的社會(huì)感知依賴眼神的交流,一項(xiàng)研究利用f MRI結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),讓ASD 被試在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下觀察一名迎面走來的人,此人要么與被試保持凝視,要么轉(zhuǎn)移目光。結(jié)果發(fā)現(xiàn),健康兒童在右側(cè)TPJ表現(xiàn)出了直接凝視相關(guān)的神經(jīng)激活,但是在ASD被試組中卻沒有類似的神經(jīng)激活[17]。這也提示于他們注視時(shí)TPJ腦區(qū)的激活程度可以作為鑒別和區(qū)分ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知能力的重要指標(biāo)?；谝陨?ASD 兒童的顳頂聯(lián)合腦區(qū)結(jié)構(gòu)異?？赡芘c社會(huì)感知這一核心障礙有著密切關(guān)系,也是未來臨床診斷和干預(yù)的重點(diǎn)方向[18]。

具有高生態(tài)效度的功能近紅外光譜成像(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)技術(shù)的興起也為ASD 神經(jīng)機(jī)制研究提供了新的方向,f NIRS最大的優(yōu)勢(shì)在于可以在自然環(huán)境下觀察大腦神經(jīng)活動(dòng),還可以觀察人際互動(dòng)時(shí)多人神經(jīng)活動(dòng)的同步性,在ASD 研究中具有巨大的優(yōu)勢(shì)。f NIRS研究發(fā)現(xiàn)健康兒童和ASD 兒童在真實(shí)情境下與他人完成合作游戲任務(wù)時(shí),健康兒童在TPJ表現(xiàn)出了更強(qiáng)的神經(jīng)同步,而ASD 兒童的神經(jīng)同步較弱,而且與社交障礙和交流語言匱乏有著高度的相關(guān)[18]。對(duì)4～6個(gè)月嬰兒社會(huì)感知的f NIRS研究發(fā)現(xiàn),高ASD 風(fēng)險(xiǎn)嬰兒在感知視覺和聽覺社會(huì)刺激時(shí),左側(cè)顳上溝和右側(cè)后顳皮層的激活水平顯著弱于低ASD 風(fēng)險(xiǎn)嬰兒[19]。f NIRS可以在真實(shí)環(huán)境下觀察神經(jīng)活動(dòng)特征,在嬰幼兒階段識(shí)別ASD 風(fēng)險(xiǎn)具有巨大優(yōu)勢(shì)。

對(duì)ASD 兒童社會(huì)感知的研究極大地促進(jìn)了我們對(duì)其社會(huì)認(rèn)知發(fā)展缺陷的理解[20]。ASD 嬰兒會(huì)更少的關(guān)注社會(huì)線索,如面孔、聲音以及動(dòng)作等,兩歲左右的ASD 幼兒無法正確感知生物運(yùn)動(dòng)所代表的社會(huì)意義,而且這種社會(huì)認(rèn)知缺陷會(huì)持續(xù)到成年期,甚至連高功能ASD 兒童都難以通過聲音或者面孔情緒推斷他人心理狀態(tài)[21]。研究發(fā)現(xiàn),在明確的敘事心理理論任務(wù)中,ASD 組和對(duì)照組的大腦激活沒有顯著差異;但是在心理理論任務(wù)中故事主角有意或者無意的行為,對(duì)照組右側(cè)TPJ的神經(jīng)活動(dòng)模式表現(xiàn)出顯著差異,而ASD 組無法區(qū)分這兩種行為[22]?；谝陨?無論是視覺相關(guān)社會(huì)感知任務(wù),還是語音加工相關(guān)社會(huì)感知任務(wù),甚至是軀體感知相關(guān)任務(wù)中,ASD 兒童都表現(xiàn)出后顳上溝激活降低現(xiàn)象,表明后顳上溝結(jié)構(gòu)和功能的異常可能成為評(píng)估ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙的相對(duì)客觀的神經(jīng)指標(biāo)。

3 孤獨(dú)癥譜系障礙的顳頂聯(lián)合區(qū)功能連接異常

后顳上溝是社會(huì)信息處理的關(guān)鍵點(diǎn),該腦區(qū)與預(yù)測(cè)人類行為有著密切關(guān)系[23-25],ASD 兒童后顳上溝激活異常導(dǎo)致他們難以根據(jù)他人的過去行為預(yù)測(cè)即將做出的行為,研究者基于此提出了ASD 預(yù)測(cè)障礙假說(predictive impairment in autism,PIA)。該假說從神經(jīng)回路水平為ASD 的各方面的障礙提供新的研究途徑,包括社會(huì)感知缺陷、社交困難以及心理理論受損等[26]。研究發(fā)現(xiàn),后顳上溝和腦島皮層之間存在很強(qiáng)的功能連接,其功能連接受損可能是ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知功能相關(guān)障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)[27]。由此可見,ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知功能相關(guān)障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)不僅僅是TPJ神經(jīng)活動(dòng)模式異常,與其他腦區(qū)的功能連接問題也可能存在異常[28-29]。因此,TPJ與其他腦區(qū)的功能連接變化,可能是ASD 社會(huì)認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)機(jī)制,是未來研究的重要方向。

隨著神經(jīng)影像方法學(xué)的進(jìn)步,研究者們可以從功能連接的角度探討ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙的神經(jīng)機(jī)制。Delbruck等[30]為了評(píng)估ASD 兒童在社會(huì)認(rèn)知時(shí)的大腦內(nèi)在連通性,他們計(jì)算了ASD 兒童在行為觀察、注意和社會(huì)認(rèn)知等任務(wù)中的大腦功能連接,結(jié)果發(fā)現(xiàn)ASD 社會(huì)情感障礙嚴(yán)重程度和左側(cè)TPJ的連通性相關(guān)性最強(qiáng),而重復(fù)性行為和背內(nèi)側(cè)前額葉皮層的連通性相關(guān)性最強(qiáng)。Di等[31]發(fā)現(xiàn)高功能ASD 成年患者的心理理論網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)之間的功能連接出現(xiàn)了減少,Igelstrom 等[32]也發(fā)現(xiàn)ASD兒童的TPJ和小腦的連通性顯著減少,這些連通性的降低可能是導(dǎo)致社交障礙的關(guān)鍵因素。

ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知障礙的核心問題在于無法理解他人的意圖,而這一過程依賴心理理論,因此心理理論發(fā)展受損是ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知障礙的典型表現(xiàn)。右側(cè)TPJ在自我-他人區(qū)分、他人心理狀態(tài)推理等認(rèn)知加工中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn),ASD兒童右側(cè)TPJ與左側(cè)頂下小葉的功能連接強(qiáng)度顯著高于健康兒童,但是隨著年齡增長到青少年,這種增強(qiáng)效應(yīng)出現(xiàn)了反轉(zhuǎn),即ASD 青少年功能連接強(qiáng)度低于健康青少年。說明ASD 兒童TPJ發(fā)育異常影響了與其它腦區(qū)的功能連接發(fā)育,進(jìn)而導(dǎo)致心理理論能力發(fā)育異常。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)是功能連接研究中最重要的腦網(wǎng)絡(luò)之一,也是心理理論的核心腦網(wǎng)絡(luò),與ASD 等許多精神疾病密切相關(guān)。ASD 兒童DMN 功能連接異常的主要腦區(qū)涉及后扣帶皮層和TPJ,主要表現(xiàn)為隨著年齡的增長這些腦區(qū)的功能連接逐漸減弱,而且與ASD 相關(guān)社交障礙有著高度正相關(guān)。基于以上,ASD 兒童TPJ發(fā)育異常影響默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)加工效率,因此心理理論加工受損,可能導(dǎo)致ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知障礙,并缺少對(duì)社會(huì)性相關(guān)刺激的注意偏向。基于TPJ腦區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能特征研究,未來研究可以進(jìn)一步明確ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙神經(jīng)基礎(chǔ),也為近年來發(fā)展的無創(chuàng)腦刺激療法提供可能有效的刺激靶點(diǎn)[33]。

4 顳頂聯(lián)合區(qū)無創(chuàng)腦刺激對(duì)孤獨(dú)癥譜系障礙的干預(yù)

目前ASD 的主要治療手段集中在專業(yè)人員的干預(yù),包括行為干預(yù)[34]、情緒訓(xùn)練以及同伴干預(yù)等[35],但是這些治療方法都非常消耗人力物力,而且干預(yù)效果非常依賴專業(yè)人員的能力。大腦結(jié)構(gòu)和功能研究證據(jù)表明TPJ在ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙中起著關(guān)鍵作用,因此近年來臨床研究嘗試采用無創(chuàng)腦刺激技術(shù)[36],在安全的前提下提高ASD 的干預(yù)效率[37]。常見的無創(chuàng)腦刺激療法主要有兩種:經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)[38],以及經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)[39]。

對(duì)健康個(gè)體的TPJ腦區(qū)施加腦刺激能夠改善社會(huì)合作[40]、觀點(diǎn)采擇[41]和情緒歸因[42]等能力,因此研究者嘗試通過對(duì)TPJ腦刺激改善ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知能力。還有一些研究者們利用t DCS探討了腦刺激對(duì)ASD 兒童心理理論能力的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)腹內(nèi)側(cè)前額葉皮層施加刺激可以有效提升ASD 兒童心理理論能力,而右側(cè)TPJ刺激可以提升ASD 兒童的語言流暢性。此外,對(duì)ASD 兒童的右側(cè)TPJ施加陽性刺激的tDCS可以影響他們的情緒識(shí)別和歸因加工[43]。Nobusako等[43]發(fā)現(xiàn)t DCS刺激TPJ腦區(qū)可以有效改善自閉特質(zhì)個(gè)體的模仿和觀點(diǎn)采擇能力,這兩項(xiàng)能力是社會(huì)認(rèn)知中的重要組成部分,負(fù)責(zé)自我和他人加工的轉(zhuǎn)換控制。這也提示:在未來基礎(chǔ)和臨床研究中,可以利用TMS 或t DCS等無創(chuàng)腦刺激方法促進(jìn)ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知能力,提高ASD 的干預(yù)效率。

不過,目前關(guān)于TPJ腦刺激干預(yù)對(duì)ASD 的研究比較少,但是從已有的研究來看,對(duì)TPJ進(jìn)行腦刺激可以有效提升部分社會(huì)認(rèn)知加工,對(duì)改善ASD兒童的語言和情緒認(rèn)知加工具有重要意義。

5 總結(jié)與展望

早期腦成像研究探索TPJ與ASD 的關(guān)系主要集中在結(jié)構(gòu)發(fā)育異常,但無法探明ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知過程的神經(jīng)活動(dòng)模式,缺乏真實(shí)環(huán)境下的研究,不能闡明因果關(guān)系等。因此,未來結(jié)構(gòu)和功能多種分析方法結(jié)合將成為ASD 研究新趨勢(shì),目前已有研究發(fā)現(xiàn)社會(huì)認(rèn)知能力受損不僅表現(xiàn)在TPJ結(jié)構(gòu)異常,在社會(huì)感知任務(wù)中的神經(jīng)活動(dòng),與其它腦區(qū)的功能連接都出現(xiàn)了異常[44]。此外,高生態(tài)性的f NIRS技術(shù)在ASD 研究中得到了越來越多的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)TPJ腦區(qū)的神經(jīng)同步性是早期識(shí)別ASD 風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[45]。近年來,無創(chuàng)腦刺激技術(shù)成了為ASD干預(yù)的新方法,已有的研究表明對(duì)TPJ的腦刺激可以有效提升ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知和語言能力,為未來探索ASD 干預(yù)方案提供新的思路[46]。

腦科學(xué)的基礎(chǔ)和臨床研究對(duì)ASD 社會(huì)認(rèn)知障礙有了更深入的了解,社會(huì)認(rèn)知障礙是ASD 的核心問題,與TPJ的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)育異常有著極為密切的關(guān)系。未來研究需要更多關(guān)注TPJ與ASD 相關(guān)性以幫助人們深入了解ASD 的發(fā)病機(jī)制,為早期發(fā)現(xiàn)提供依據(jù),并進(jìn)行及時(shí)有效的干預(yù)和治療。首先,需要進(jìn)一步考察TPJ發(fā)育影響ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知發(fā)展的機(jī)制及其發(fā)展軌跡,如開展縱向追蹤研究,找到TPJ發(fā)育異常的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和影響因素,對(duì)制定相應(yīng)干預(yù)方法,促進(jìn)ASD 兒童社會(huì)認(rèn)知具有重要的意義。其次,優(yōu)化研究設(shè)計(jì),利用f NIRS等技術(shù),在真實(shí)場(chǎng)景下針對(duì)ASD 兒童進(jìn)行深入研究,發(fā)現(xiàn)其個(gè)體差異,并探究TPJ在ASD 社會(huì)認(rèn)知發(fā)展中的作用機(jī)制,對(duì)ASD 早期干預(yù)和治療至關(guān)重要。最后,在行為和心理干預(yù)的基礎(chǔ)上,利用無創(chuàng)腦刺激技術(shù),進(jìn)一步對(duì)ASD 兒童的社會(huì)認(rèn)知進(jìn)行精準(zhǔn)化干預(yù),并將行為評(píng)估轉(zhuǎn)變?yōu)槎康纳碇笜?biāo),從而增加干預(yù)的有效性和評(píng)估的準(zhǔn)確性。