孤獨(dú)癥譜系障礙個(gè)體互動(dòng)期間腦間同步特點(diǎn)的Scoping綜述

吳進(jìn)龍， 任占兵， 易子珍， 彭莉

1.西南大學(xué)體育學(xué)院，重慶市 400715；2.深圳大學(xué)體育學(xué)院，廣東深圳市 518060；3.保定學(xué)院教師教育學(xué)院，河北保定市 071000

0 引言

孤獨(dú)癥譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)是一種發(fā)展障礙疾病，社會互動(dòng)或溝通能力的持續(xù)性欠缺是其主要特點(diǎn)之一[1-2]。正常發(fā)育個(gè)體在與他人溝通時(shí)，需要觀察對方的表情和動(dòng)作，并在理解對方心理狀態(tài)時(shí)進(jìn)行有意識或無意識的同步行為，如眼神同步和肢體同步[3-4]。而ASD 個(gè)體在互動(dòng)過程中，這種同步行為頻率較低[5-6]?；?dòng)期間同步行為發(fā)生有助于個(gè)體早期社會學(xué)習(xí)和兒童社會行為的發(fā)展[7]。在互動(dòng)過程中，不同類型的同步會引發(fā)互動(dòng)雙方大腦產(chǎn)生規(guī)律性、同步性振蕩，即腦間同步[8]。這能使互動(dòng)雙方理解對方的想法，同情對方的感受，從而更好地理解和預(yù)測對方的行為[9-10]。在ASD 個(gè)體，這種腦間同步增強(qiáng)現(xiàn)象在顳頂聯(lián)合區(qū)和額葉皮質(zhì)等鏡像神經(jīng)元相關(guān)腦區(qū)較正常發(fā)育個(gè)體低[11-13]。腦間同步下降可能成為ASD個(gè)體核心癥狀的潛在神經(jīng)標(biāo)志物。

超掃描技術(shù)是測量腦間同步的主要手段[14]，有助于探索ASD 個(gè)體在社會互動(dòng)情境中的腦間耦合機(jī)制[15]。社會互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)范式大致分為模仿任務(wù)、協(xié)調(diào)任務(wù)、眼神注視任務(wù)和合作競爭任務(wù)等。超掃描技術(shù)主要依托功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)、腦電圖、功能性近紅外光譜(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)等對處于社會互動(dòng)中的兩人或多人的腦信號進(jìn)行同時(shí)掃描、記錄并分析[16-17]，以fNIRS 超掃描和腦電圖超掃描為主。腦電圖超掃描可以同時(shí)映射兩個(gè)或多個(gè)個(gè)體之間的逐時(shí)交互，神經(jīng)信號的精度可達(dá)毫秒級，從而進(jìn)行更精確和不同類型的腦間分析[18]。腦電圖可以在現(xiàn)實(shí)生態(tài)環(huán)境中研究日常對話和相關(guān)的社會互動(dòng)活動(dòng)[19]。fNIRS 超掃描兼具空間分辨率和時(shí)間分辨率功能，相比于腦電圖和fMRI更加全面和便攜[20]。

本研究綜述ASD 個(gè)體腦間同步相關(guān)研究，總結(jié)ASD個(gè)體與健康個(gè)體的腦間同步特點(diǎn)。

1 資料與方法

本文遵循PRISMA指南。

1.1 文獻(xiàn)檢索

2023 年11 月20 日，從PubMed、Scopus、Web of Science 3 個(gè)英文數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)中文數(shù)據(jù)庫，檢索庫中所有關(guān)于ASD 個(gè)體互動(dòng)期間腦間同步的相關(guān)研究。手動(dòng)檢索所有納入研究的參考文獻(xiàn)。

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

中文檢索式：(孤獨(dú)癥 OR 自閉癥 OR ASD) AND(腦間同步 OR 神經(jīng)同步)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究對象符合精神障礙診斷與統(tǒng)計(jì)手冊標(biāo)準(zhǔn)的ASD 個(gè)體，不伴其他神經(jīng)發(fā)育性疾?。虎谘芯渴侄尾捎贸瑨呙杓夹g(shù)測量腦間同步性；③發(fā)表在同行評議期刊；④中、英文文獻(xiàn)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①對結(jié)果的描述不清晰；②學(xué)位論文、會議論文、評論等未經(jīng)同行評議的研究。

1.2 研究的選擇與提取

2 名研究人員獨(dú)立進(jìn)行檢索，閱讀標(biāo)題、摘要和全文，進(jìn)行篩選和初步評估；如果存在分歧，進(jìn)一步討論直到達(dá)成共識。采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)提取表收集研究的特征，包括作者和年份、被試分組及特征、位置、條件、任務(wù)、測量工具、腦區(qū)覆蓋和主要研究結(jié)論。

1.3 文獻(xiàn)質(zhì)量評價(jià)

2 名研究人員采用澳大利亞Joanna Briggs Institute循證衛(wèi)生保健中心開發(fā)的橫截面研究質(zhì)量評價(jià)工具[21]對納入的研究進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，如遇分歧，則與第3 名研究人員協(xié)商解決。

2 結(jié)果

最終納入5 項(xiàng)研究[11-12,22-24]。文獻(xiàn)篩選流程見圖1。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖Figure 1 Flowchart of literature screening

2.1 文獻(xiàn)質(zhì)量評價(jià)

納入的5項(xiàng)研究質(zhì)量評分5～8分。見表1。

表1 納入文獻(xiàn)的質(zhì)量評分Table 1 Scores of quality of included literatures

2.2 納入文獻(xiàn)基本特征

5項(xiàng)研究發(fā)表于2020年至2023年。研究對象涉及兒童、青少年和成人。3 項(xiàng)研究[11,22,24]采用合作競爭任務(wù)，2項(xiàng)研究[12,23]采用口頭交流任務(wù)。測量的腦區(qū)為前額葉和顳頂聯(lián)合區(qū)，測量工具主要是腦電圖超掃描和fNIRS超掃描。文獻(xiàn)基本特征見表2。

2.3 主要結(jié)果

2.3.1 ASD個(gè)體與健康個(gè)體腦間同步的差異

Qui?ones-Camacho 等[12]發(fā)現(xiàn)，在與陌生人進(jìn)行問答形式的互動(dòng)交流中，相比于健康參與者，ASD 參與者主要在左右顳頂聯(lián)合區(qū)表現(xiàn)出更低的腦間同步性；社交障礙程度越高，腦間同步性越低。顳頂聯(lián)合區(qū)是心智理論的重要區(qū)域，與前額葉皮質(zhì)相連，涉及社會認(rèn)知、自下而上的注意，以及情景記憶檢索等任務(wù)[25]。目前認(rèn)為，顳頂聯(lián)合區(qū)是ASD 個(gè)體社交障礙的潛在異常腦區(qū)之一[26]。腦電圖的研究也發(fā)現(xiàn)，ASD 個(gè)體在互動(dòng)期間腦間同步與健康個(gè)體有差異[23,27]。

但也有一些研究沒有發(fā)現(xiàn)這些差異。Kruppa 等[22]以fNIRS為工具，采集高功能ASD 兒童和正常發(fā)育兒童分別與父母和陌生人配對完成合作競爭任務(wù)時(shí)的信號，其信號采集范圍主要覆蓋前額葉皮質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，盡管ASD 兒童在合作和競爭行為任務(wù)上表現(xiàn)較差，但額葉的腦間同步與正常發(fā)育兒童比較并無顯著性差異。Tang等[24]采用fNIRS 觀察ASD 兒童和健康兒童在與父母進(jìn)行合作和競爭任務(wù)期間腦間同步，同樣沒有在ASD兒童中發(fā)現(xiàn)前額葉和頂葉存在腦間同步性降低現(xiàn)象。Wang等[11]認(rèn)為，這種差異可能與被試的年齡有關(guān)：隨著ASD兒童年齡增加，社交能力也會有所改善，腦間同步性可能會加強(qiáng)。還需要進(jìn)一步研究腦間同步是否可以作為ASD個(gè)體潛在的神經(jīng)標(biāo)志物。

2.3.2 ASD個(gè)體腦間同步的腦區(qū)差異

腦間同步主要涉及顳頂聯(lián)合區(qū)和額下回，這兩個(gè)腦區(qū)涉及心智理論和破鏡理論等假說，參與共情、注意等多種認(rèn)知功能[28]。相比獨(dú)立完成任務(wù)，ASD 兒童在與父母共同完成合作競爭任務(wù)時(shí)，前額葉顯示更大的腦間同步激活[11]。ASD 成年人在與陌生成年人交往時(shí)，顳頂聯(lián)合區(qū)顯示出較低的同步現(xiàn)象[12]。另一方面，Kruppa等[22]和Tang等[24]在合作競爭任務(wù)的研究中未觀察到ASD個(gè)體前額葉的腦間同步異常。這兩項(xiàng)研究主要涉及前額葉，忽略了顳頂區(qū)。右側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)和左側(cè)額下回都是社交網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐，在促進(jìn)腦間同步方面發(fā)揮核心作用，但顳頂聯(lián)合區(qū)與注意網(wǎng)絡(luò)更相關(guān)，而額下回與鏡像網(wǎng)絡(luò)更相關(guān)[29]。Kruppa 等[22]和Tang 等[24]沒有發(fā)現(xiàn)顯著性差異，可能是因?yàn)楹雎粤孙D頂聯(lián)合區(qū)。未來的研究需要更嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步解釋不同任務(wù)之間的腦間同步差異。

2.3.3 ASD個(gè)體腦電圖振蕩同步差異

ASD 個(gè)體互動(dòng)期間的同步振蕩主要涉及θ、α 和β波。Key 等[23]發(fā)現(xiàn)，ASD 個(gè)體與健康個(gè)體交流時(shí)，θ、α 和β 波的同步性要高于雙方安靜時(shí)的同步性。θ 和α波在較低頻段的腦間同步中經(jīng)常被報(bào)道，可能與多種認(rèn)知功能有關(guān)。如θ 波與注意需求、記憶形成、工作記憶和認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)[30]，也與語音的解析有關(guān)[31]。α波則被認(rèn)為反映注意選擇、任務(wù)需求和訪問長期記憶[32]，也與注意狀態(tài)和言語理解有關(guān)[33]。β 波與感覺運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)，還可能參與各種認(rèn)知功能，如決策和工作記憶[34-35]。對健康個(gè)體的對話互動(dòng)研究發(fā)現(xiàn)額葉α波和顳葉β 波的同步現(xiàn)象[36-37]。在囚徒困境任務(wù)中，成年個(gè)體間出現(xiàn)中央?yún)^(qū)θ 和α 波同步增強(qiáng)現(xiàn)象[38]。感知和認(rèn)知處理需要不同頻段的神經(jīng)震蕩協(xié)作完成[39]。對于涉及社交互動(dòng)的復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)，如協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、觀察、模仿、共情和語言互動(dòng)[40-42]，大腦區(qū)域可能同時(shí)在多個(gè)頻段與另一個(gè)大腦進(jìn)行相互作用并同步[43]?？梢詫ⅵ?、α 和β 波段的腦間同步視為社會互動(dòng)的神經(jīng)標(biāo)志物。但這是否適用于ASD個(gè)體還需要進(jìn)一步研究。

2.3.4 ASD個(gè)體腦間同步的性別差異

已經(jīng)有廣泛的證據(jù)表明，ASD 個(gè)體在不同方面存在性別差異。如ASD 個(gè)體中，男女性別比約為4∶1；而在功能較高的群體中，這個(gè)比例升至8∶1[44]。ASD男性通常表現(xiàn)出更明顯的外化社交問題和刻板行為[45]。Key 等[23]利用腦電圖技術(shù)比較ASD 青少年與健康青少年在交流過程中腦部同步性，發(fā)現(xiàn)ASD女性青少年在互動(dòng)過程中腦間同步性(θ、α 和β 頻帶)較高，而男性ASD個(gè)體則沒有這種情況；這可能是因?yàn)榕詡€(gè)體更擅長理解互動(dòng)伙伴提供的語言或非語言信號，并采用了補(bǔ)償策略[46]。相比于男性ASD 個(gè)體，女性ASD 個(gè)體更善于使用重疊詞語，并且在互動(dòng)中更加靈活[47-48]。

2.3.5 ASD個(gè)體腦間同步與社交障礙之間的關(guān)聯(lián)

腦間同步可能是人類互動(dòng)和社交的重要基礎(chǔ)之一[49-50]。健康人腦間同步與社會聯(lián)系、語言信號輪轉(zhuǎn)等相關(guān)社交互動(dòng)行為密切相關(guān)[14,51]。有3 項(xiàng)研究報(bào)告ASD 個(gè)體在執(zhí)行任務(wù)期間的腦間同步與社交問題有關(guān)。Wang 等[11]發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童癥狀越嚴(yán)重，父母與孩子之間的合作任務(wù)中前額葉皮質(zhì)腦間同步性越低。Qui?ones-Camacho 等[12]發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童在與陌生人互動(dòng)中，顳頂聯(lián)合區(qū)腦間同步較低與社交障礙較高顯著關(guān)聯(lián)，但與刻板行為和限制性興趣沒有明顯關(guān)聯(lián)。Key 等[23]采用腦電圖技術(shù)發(fā)現(xiàn)，θ 波的同步性增加與ASD 青少年更好的語言表達(dá)能力和更多的適應(yīng)性手勢相關(guān)，而β 波的同步性增加與更多的非語言表達(dá)和積極情感相關(guān)。ASD 社交障礙的潛在機(jī)制可能與其難以與互動(dòng)伙伴形成更強(qiáng)的腦間同步有關(guān)，鏡像神經(jīng)系統(tǒng)和心智理論為解釋ASD個(gè)體腦間同步提供了重要的理論基礎(chǔ)[52]。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，ASD 個(gè)體在互動(dòng)任務(wù)期間，腦間同步較健康個(gè)體低，主要涉及前額葉和顳頂聯(lián)合區(qū)；ASD 個(gè)體在互動(dòng)任務(wù)期間，θ、α 和β 波也存在與健康個(gè)體的同步性差異；ASD 個(gè)體的腦間同步性存在性別差異；ASD 個(gè)體的腦間同步異?？赡芘c社交障礙相關(guān)。

互動(dòng)任務(wù)發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童孤獨(dú)癥狀越嚴(yán)重，合作任務(wù)中前額葉皮質(zhì)的腦間同步性越低[11]，提示鏡像神經(jīng)系統(tǒng)激活異常，無法更好理解互動(dòng)對象的行為意圖，并做出相應(yīng)的反饋。鏡像神經(jīng)系統(tǒng)是基于恒河猴腦中F5 區(qū)鏡像神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)提出的人類相關(guān)腦區(qū)[53]，包括腦島和前內(nèi)側(cè)額葉的邊緣鏡像系統(tǒng)，以及頂下小葉、腹側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)以及額下回尾部的頂額鏡像回路。該系統(tǒng)在個(gè)體理解和感受他人情緒，觀察或模仿單純(不包含情緒成分)動(dòng)作或行動(dòng)時(shí)起重要作用[54]。當(dāng)ASD個(gè)體進(jìn)行動(dòng)作觀察、模仿、共情等社會認(rèn)知任務(wù)時(shí)，鏡像神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)腦區(qū)會出現(xiàn)區(qū)別于健康個(gè)體的異常激活，并提出ASD個(gè)體的破鏡假說：由于鏡像神經(jīng)系統(tǒng)損害導(dǎo)致ASD 個(gè)體發(fā)生社會交往障礙[55]。鏡像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)涉及的任務(wù)多是動(dòng)作執(zhí)行(如抓取)和模仿，或簡單的身體動(dòng)作等具有明確目的的動(dòng)作。該系統(tǒng)更傾向于從神經(jīng)生理學(xué)角度揭示社會交流中簡單動(dòng)作知覺和動(dòng)作模仿的神經(jīng)機(jī)制[56]。鑒于ASD 個(gè)體在進(jìn)行互動(dòng)任務(wù)時(shí)相關(guān)腦區(qū)同步異常與社交障礙之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步擴(kuò)展了鏡像神經(jīng)系統(tǒng)在ASD個(gè)體社會交往障礙中的重要作用。

另一個(gè)與ASD個(gè)體間腦間同步異常相關(guān)的重要腦區(qū)是顳頂聯(lián)合區(qū)，這是心智理論提出的重要腦區(qū)之一[57]。心智理論認(rèn)為，個(gè)體可以通過社會認(rèn)知能力或社會推理系統(tǒng)，推測他人言行背后的心理，并據(jù)此解釋和預(yù)測他人的言行[58]。人類在執(zhí)行目標(biāo)導(dǎo)向動(dòng)作，或觀看/聽到涉及目標(biāo)或信念的動(dòng)畫/故事時(shí)，顳頂聯(lián)合區(qū)被激活。該區(qū)域更傾向于在社會認(rèn)知理論的層面上揭示對他人心理狀態(tài)推測的神經(jīng)機(jī)制。ASD 個(gè)體與健康個(gè)體間顳頂聯(lián)合區(qū)的腦間同步差異，提示ASD個(gè)體在互動(dòng)過程中推斷和理解他人意圖方面存在問題。

有關(guān)ASD兒童互動(dòng)過程中腦間同步異常的證據(jù)主要來自于鏡像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和心智理論網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)的研究。在社交互動(dòng)過程中，鏡像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和心智理論網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)之間的互動(dòng)可能涉及行動(dòng)目標(biāo)和意義理解，以及對他人意圖和信念的推斷整合。對這兩個(gè)系統(tǒng)在腦間同步現(xiàn)象中的具體作用仍需要進(jìn)一步研究，目前的證據(jù)還無法提供對涉及腦區(qū)的進(jìn)一步解釋。

本研究僅納入5 項(xiàng)研究，還需要更多研究證實(shí)目前的結(jié)論。目前已發(fā)表的研究設(shè)計(jì)存在很大差異，需要更多高質(zhì)量的研究進(jìn)一步驗(yàn)證。個(gè)體間差異在ASD個(gè)體中非常重要，需要進(jìn)一步證實(shí)腦間同步在ASD個(gè)體間的差異。

4 結(jié)論

腦間同步障礙可能是ASD個(gè)體社交障礙的潛在神經(jīng)機(jī)制。腦間同步異常主要涉及鏡像神經(jīng)系統(tǒng)和心智理論相關(guān)腦區(qū)。ASD 個(gè)體的腦間同步特點(diǎn)對深入了解社交障礙的發(fā)生有重要價(jià)值。

未來應(yīng)進(jìn)一步確認(rèn)腦間同步障礙與社交障礙的關(guān)系，并探索ASD 個(gè)體腦間同步的性別差異。目前發(fā)現(xiàn)，ASD 女性個(gè)體在社交互動(dòng)、溝通和人際同步方面優(yōu)于ASD 男性[59-61]。但也有一些研究發(fā)現(xiàn)，ASD 女性在社交技能方面表現(xiàn)較差[62-63]。

一項(xiàng)縱向追蹤研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增加，ASD 個(gè)體的孤獨(dú)特質(zhì)也可以得到改善[64]。共享注意任務(wù)可以增加個(gè)體間的眨眼同步行為[65]。催產(chǎn)素可以增加健康個(gè)體間的腦間同步[66]。這些因素是否也會影響腦間同步，值得進(jìn)一步研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。