孤獨癥兒童的腦功能特征

天津和德腦象圖技術研發(fā)中心 洪悅 段文敏

大量的研究表明，孤獨癥（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化和溝通相關的神經(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)同步化疾病（即大腦區(qū)域內(nèi)部和區(qū)域之間的功能斷開），許多研究報告了ASD患者改變的自發(fā)腦電波[4]。但是，由于這種疾病的復雜性，被破壞而引起ASD顯型的潛在神經(jīng)回路和神經(jīng)機制尚未知[5]。目前通過觀察量表和訪談量表相結合作為ASD診斷的金標準[6]。大量的研究正在試圖解釋孤獨癥的神經(jīng)生物學基礎。

腦象圖(electroencephalon quadrant graph, EEQG)是依據(jù)混沌動力學原理將腦波數(shù)據(jù)進行編碼，建立數(shù)學模型，運用計算機成像技術繪制而成的幾何圖形。該技術不再停留于觀察腦電波頻率的快慢和波幅的高低，而是表達大腦高級功能在整體層次上的思維意識活動特點[7,8]。人類的精神事件、心理品質(zhì)、思維特征、應變能力、整體機能的完美與和諧體現(xiàn)在腦象圖的動力學特征之中[9]。腦電圖所關心的是局部的、孤立的、靜態(tài)的幅頻特征，而腦象圖展示個體整體的、相關的、演化的大腦動力學特征[10-12]。本研究是腦象圖首次應用于孤獨癥研究，以期為孤獨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)護人簽署知情同意書。以天津市某孤獨癥特殊教育訓練中心從2016年6月至2017年7月期間的20名孤獨癥兒童作為孤獨癥組（ASD組）。這20例孤獨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)計手冊》第五版確診為“孤獨癥廣泛性發(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，入組時身心健康，無發(fā)育遲緩、自閉癥、抽搐、注意力缺陷或多動癥、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腦象圖測試儀。由于孤獨癥兒童很難保證閉眼測試的穩(wěn)定狀態(tài)，所以ASD組和TD組均采用睜眼測試法。按照國際10-20系統(tǒng)24導聯(lián)電極安放。在清醒、靜坐、睜眼狀態(tài)下，連續(xù)測試5～10 min。根據(jù)孤獨癥患者配合的情況延長測試時間。

腦象圖數(shù)據(jù)處理是將采集的腦電信號依據(jù)混沌動力學原理和腦波編碼分析原則，建立3×3行列式，并將其引進腦心分部間電活動的網(wǎng)絡模型G=Acosωt+B，通過計算機運算，將其運動軌跡演化出具有動力學特征的混沌圖像。對生成腦象圖進行評定的標準：整體與和諧作為結構美的重要屬性，是腦象圖判識的一般依據(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]是判識生成腦象圖所表述的腦質(zhì)量高低的客觀指標。圖形愈是和諧，愈是節(jié)奏感、立體感強，愈是中心花樣繁新，網(wǎng)格密布、方正，軌跡列隊行進，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)計學處理

采用SPSS18.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計處理，選擇以 F3，T3，O1，F(xiàn)4，T4，O2為代表的 6 個腦區(qū)進行統(tǒng)計分析，差異比較采用獨立樣本t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

在積累大量常模數(shù)據(jù)的基礎上建立標準化腦象圖指標數(shù)據(jù)庫。對兩組測試者6個腦區(qū)的20個腦象圖指標分別進行統(tǒng)計。

一、整體腦功能狀態(tài)和能力指標

典型發(fā)展兒童組在以 F3，T3，O1，F(xiàn)4，T4，O2為代表的6個腦區(qū)綜合值均高于孤獨癥組兒童（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 學 意 義（t=3.078，P=0.003；t=4.535，P＜0.001）。見表 1。

孤獨癥兒童組在全腦、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)計學意義（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　　—　　＜0.001　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　　—　　＜0.001　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　　—　　＜0.001　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　　＜0.01　　＜0.01

二、從心理指標分析

從心理指標上分析，孤獨癥組在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)計學意義（P＞0.05），見表2。孤獨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)代科學技術手段研究孤獨癥的大腦功能狀態(tài)，但本研究首次以腦象圖為工具探索孤獨癥兒童的大腦高級認知功能特征。研究發(fā)現(xiàn)孤獨癥兒童在全腦和各腦區(qū)均存在異常的腦象圖指標。從整體上說，孤獨癥兒童全腦及各腦區(qū)的功能水平明顯偏低，尤其嚴重的是右后腦、右前腦和左前腦。

大腦是一個神經(jīng)網(wǎng)絡構成的開放的、復雜的巨系統(tǒng)，各部分協(xié)同工作并不斷進行著“自組織”活動[13]。許多研究表明，多數(shù)孤獨癥患兒智力低下，而有些則不同。孤獨癥患者的腦區(qū)中支持高級認知功能的連接較少，他們的言行舉止低齡化，60% 智力落后，20%智商低于35[14]。孤獨癥患兒涉及多腦區(qū)功能異常，包括與情感、認知和行為等相關的區(qū)域，這可能與孤獨癥的核心癥狀相關[15]。本研究發(fā)現(xiàn)孤獨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，且思維的主動適應性減弱，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，提示孤獨癥兒童的社交能力和社交智慧整體偏弱，同時右后腦加工的信息量小，容易出現(xiàn)回避交往的傾向，在處理有關社交和感受的信息方面困難重重。這與孤獨癥的典型外顯行為和以往的研究結果高度一致。

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，提示孤獨癥兒童在整體把握事物的能力與創(chuàng)造力相對較弱。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。

本研究顯示孤獨癥兒童左前腦和雙側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)典圖形相對較少，提示孤獨癥兒童的問題解決意識薄弱，語言表達及語言理解能力不足。同時左前腦與右后腦信息加工能力的共同缺陷是導致孤獨癥兒童自我評價和理解他人的障礙的重要原因。

腦象圖直觀展示孤獨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。與以往研究結果基本一致。腦象圖技術在醫(yī)學心理學的應用富有前景，改變了EEG、BEAM等神經(jīng)影像技術對腦電波單一的、局部的、孤立的分析方法，為兒童孤獨癥患者的診斷提供了新途徑。

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

未來的研究將增加樣本量，進一步展開性別差異和年齡差異的比較。擴大研究的腦區(qū)范圍區(qū)域點位，促進更加精確的功能定位。對孤獨癥的子類進行深入探究和分析，以期早期診斷和治療孤獨癥。

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