孤独症儿童的脑功能成像研究进展

修丽娟　综述,静进＊　审校　(中山大学公共卫生学院妇幼卫生系,广东广州　510080)

中图分类号:R749.94　　

文献标识码:B

　　摘　要:　孤独症的病因目前尚未明确,对儿童的社会认知造成了质的损害,破坏了作为人类最为重要的社会特性。神经心理学的研究倾向认为孤独症的认知功能损害应该在大脑存在一个相对独立的神经环路,脑功能成像技术的发展使深入研究孤独症社会认知的神经心理特征成为可能,本文就孤独症的脑功能成像研究进展作一综述。

关键词:　孤独症;儿童;脑功能成像

　　孤独症(autism)属于广泛性发育障碍(pervasive devel-opmental disorder,PDD)范畴,其三大核心症状为:交流障碍、语言障碍、刻板兴趣和行为。流行病学调查显示,近年来孤独症的发病率逐年递增,对儿童的社会认知造成了质的损害,破坏了作为人类最为重要的社会特性,如社会回应、理解他人的感受等[1]。随着脑影像技术的发展,孤独症的神经心理特征已成为一个研究热点,脑结构成像方面报道了诸如脑体积增加、小脑异常等结果,但这些异常不足以解释孤独症障碍。脑功能成像技术的发展,如正电子发射断层扫描术(positron emission tomography,PET)、单光子发射计算机断层扫描术(single photon emission computed tomography,SPECT)和功能性核磁共振(fMRI)等,为研究正常和异常的脑功能打开了一个新的视角,使深入研究孤独症社会认知的神经心理特征成为可能。

1　静息状态下的脑功能研究

早期,由于技术困难使孤独症脑功能成像研究未得出明显异常结果。M Zilbovicius等[2]研究学龄前孤独症儿童的额叶代谢功能,发现孤独症儿童在2～ 4岁时有暂时的额叶灌注不良,且灌注模式与更年幼的儿童类似,这提示孤独症的额叶代谢功能发育延迟。最近,PET、SPECT的研究定位了孤独症儿童双颞叶血流灌注不足,并集中在颞上沟和颞上回,这也被随后的研究所证明[3]。Mônica Zilbovicius等[3]在孤独症儿童的局部脑血流量与临床表现间进行了一个相关性分析,结果发现左颞上回的脑血流量与临床表现呈负相关,症状越严重,左颞区的脑血流量越低,这表明颞叶功能障碍与孤独症行为表现有关。颞叶被认为是处理通过视、听觉器官进入神经系统的多种环境信号的中心,并将这些信号加工为神经活动的结构模式行成对周围世界意义的经验。

2　皮层激活状态下的脑功能研究

社会认知指能促进同种个体间行为应答的信息加工过程,是一种有益于多变的社会行为的高级认知过程,包括了社会知觉和社会问题解决[4]。皮层激活状态下的脑功能成像使研究者对孤独症社会认知的神经回路有了一定了解。2.1　表情知觉,社会脑　正常者的fMRI研究显示在表情知觉时右侧梭状回强烈激活,这一表情梭状区是面孔身份知觉的特殊区域。有研究孤独症者表情知觉时发现孤独症组表情梭状区激活明显降低,而右颞下回有显著激活;在进行物体知觉时,两组均显示右颞下回的激活,这表明孤独症在表情知觉过程中仍采用知觉物体的“特征为基础”的策略[3]。C Ashwin等[5]进行的涉及表情的研究也显示孤独症患者在梭状回的激活明显减少。

表情是他人内在情绪状态的一个有效信号,Baron-Co-hen和Brothers均提出假设,在大脑中存在一个认识和理解他人表情的神经功能区,包括枕颞叶区、杏仁核、眶额皮质和前扣带回皮质,即“社会脑(social brain)”,在社会交往中人会通过这一中枢迅速处理与他人相互作用的各种关系[1]。目前的研究模型重在探究不同脑区在信息处理中的不同作用,目前认为枕颞叶区在于处理面部表情的情绪和面部突出的部分,即在社会知觉中发挥重要作用;杏仁核、前扣带回皮质、眶额皮质与高级社会认知有关,即从枕颞叶区获取知觉信息,并评价刺激的信息从而指导社会决定、社会行为[5]。各种证据都提示了孤独症者社会脑存在异常,特别是在杏仁核。杏仁核是接收各种感觉信息后集中的核心,对社会感知、情绪的解释、面孔和表情的识别等至关重要,同时也是识别刺激的潜在危险和威胁的主要结构[6]。HD Critchley等[7]研究结果显示,在表情处理时孤独症组杏仁核激活不足,取而代之的是颞上回激活增强。Chris Ashwin等的研究也显示,孤独症组在处理表情时左杏仁核和左眶额皮质激活减弱,反应了孤独症患者不能处理刺激中的情绪信号,因此社会认知受损并出现异常的社会行为;同时,孤独症组较对照组出现明显的上部颞叶皮质和前扣带回皮质的激活,有研究结果显示,前扣带回皮质的激活与情感处理时意识的清醒和注意有关[8],这与孤独症在处理情绪信息时的表现是一致的,因为孤独症患者在社会处境中过多的注意细节与规则,花费更多的注意在处理社会特征上,但仍发现完成社会任务时很困难,因此在判断社会情况和他人的情绪表现时做出更多有意识的努力,反映了孤独症患者在理解他人感情时所使用的系统化策略[5],而非自然而然的移情。

2.2　声音知觉　声音被认为是“听觉表情”,声音结构中包含了说话者身份和情绪状态等信息,是进行社会交往的重要信息。P Belin等[9]的研究显示,正常者大脑中存在对人声有高效选择的区域-双侧颞上回的上背面,这一皮质区等同于表情梭状回在视皮质区的地位。有研究发现孤独症者在进行语音知觉时存在不同的脑激活形式,正常个体语音比非语音明显地激活了双侧颞上回的上背面,而在孤独症组语音和非语音知觉均不激活该区域,也无特殊脑区的激活,提示孤独症者在语音知觉时存在异常皮质处理[3]。JH Gordon等[10]的研究显示,在理解语义时正常人的Broca区、额中上回和右侧小脑显示明显激活,而孤独症者Broca区的激活明显减少,但左侧颞叶(Wernickecs)的激活却有所增加。Wer-nickecs区负责处理一个句子中个别单字的意义,Broca区负责对句子的理解,因此孤独症者有优异的能力处理个别单字,但在了解结构复杂的句子时会遭遇到困难,导致无法顺利地进行社交行为。

2.3　心灵理论　心灵理论(theory of mind,TOM)是指个体所具有的对他人意图、需要、动机、信念、情感等心理状态进行推测的能力结构系统[11]。心理化过程被认为是心灵理论的基础,Baron-Cohen等首先提出孤独症是心理化过程受损的结果,从而表现缺乏社会见解力和社交困难。正常个体的心理化过程研究显示三个脑区存在激活:左内侧前额皮质/前扣带回皮质、靠近杏仁核的前颞叶区、颞顶交界的颞上沟,其中左内侧前额皮质是心灵理论神经机制的重要组成[12]。Happé等的心灵理论故事研究显示孤独症组与对照组有同样的脑区激活,但内侧前额皮质的激活明显减弱;Baron-Co-hen等的涉及表情的心灵理论测试发现孤独症组除上述区域激活减弱外,还缺失了左杏仁核的激活,这表明当心灵理论涉及到从表情获取信息时需要杏仁核的介入,而这一功能在孤独症患者是存在障碍的。C Fulvia等[13]用动画激发心理化过程的研究结果除了上述区域的激活减弱外,还发现孤独症组与对照组均在纹状体外皮层存在明显激活,因此推断孤独症组纹状体与颞上沟的功能联系减弱,即在高级与低级知觉过程间的交互作用间存在薄弱环节。

2.4　中央凝集功能　中央凝聚性是指人类正常信息处理过程的特征是倾向于将各种不同的信息根据前后联系整合成具有更高层次的意义。U Frith[14]提出孤独症者存在中央凝聚性薄弱(weak central coherence,WCC),其认知模式是偏好局部多于整体的信息处理,不能根据前后联系处理信息。这一理论的经典实验是植入图片任务(embedded figurestask,EFT),即在复杂的视觉背景中寻找隐藏的目标图案,Shah and Frith最早发现孤独症组在EFT中比对照组反应快且准确,Jolliffe and Baron-Cohen也得到了同样的结果,这均提示孤独症儿童中央凝聚性薄弱,在处理局部性任务时表现优异。MM Zina等[15]进行的EFT的研究结果显示:孤独症组与对照组的反应相当,对照组激活左后顶叶和左腹侧运动前区皮质,与已确定的左半球在局部视觉处理中占优势相一致;孤独症组则激活右侧距状沟及双侧纹状体处皮质,这些早期视觉处理阶段的激活与Plaisted等提出的假设一致,孤独症者的局部视觉处理优势可能归咎于早期知觉过程的不同,在其早期视觉处理皮层刺激物的个别特征被强化而不考虑总体整合处理,即中央凝聚性薄弱[15]。

3　镜像神经元

在恒河猴发现的镜像神经元(mirror neuron)被认为是模仿的神经基础,当动物执行有目的的活动或当它看到他人在执行同样的活动时激活。在恒河猴镜像神经元定位于下额皮质的F5c区和下顶叶皮质喙[16],一个模仿手指运动的fMRI研究显示了人类镜像神经元的存在,一部分位于额下回的岛盖部,另一部分位于喙后顶叶皮质,这一定位与恒河猴脑中的定位大体一致[17]。

模仿是个人发展中最常用的学习方式,也是一些社会技能发展的核心,如判读他人的表情、姿势,理解他人的目的、意图等,因此人类的镜像神经元在社会认知中扮演了重要的角色。移情需要将他人的表情和动作具体化、内化,镜像神经元即发挥这一作用;同时,移情也需要处理情绪,因此也涉及到边缘系统,镜像神经元与边缘系统在解剖学上通过脑岛相联系,这成为移情的神经基础,fMRI研究结果显示正常人在观察和模仿表情时,整个镜像神经元区、脑岛和杏核均出现激活[18];Mirella等的研究显示在观察并模仿表情时,孤独症组儿童在额叶下回岛盖部没有显示镜像神经元的活跃,研究者认为早期镜像神经元系统功能不良可能是孤独症社交缺陷的核心[19]。研究显示,镜像神经元不仅编码动作,也编码动作的意图,不同背景下同样的动作会激发镜像神经元不同的激活。

镜像神经元的功能使人们有理由相信孤独症患者存在镜像神经元系统的功能异常,基本的假设是镜像神经元系统在早期发育中出现问题,可能为内源性原因、外在的不利因素,或二者的共同作用所致。镜像神经元系统的异常会阻止或干扰孤独症患者的模仿或更为基础的社会认知功能的形成及发展,从而导致与他人交流中的错误信息、错误合作[17]。

目前,大量研究均致力于探讨孤独症社会认知的神经心理机制,脑功能成像技术的发展,使这一研究得以更为深入的开展。研究结果显示,孤独症患者的社会认知的神经环路与正常人是有差异的,这些异常可能反映了神经组织早期发育或修剪方面发生了改变,而不仅仅是局限性的异常。孤独症作为一个谱系障碍,本身就具有异质性,目前研究对象多为成年孤独症患者或高功能/Asperger综合征患者,这使得研究结果存在一定局限性,同时,研究样本少、与对照匹配不良等均影响了研究结果的一致性,这也是未来孤独症脑功能性成像研究需要改进的地方。

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