孤独症儿童除了在脑部的结构上存在异常，负责传输信息的微观神经递质也与正常人迥异。
5-羟色胺便是其中一种重要的中枢神经递质，它参与大脑的多种认知功能，它的受损情况与注意力缺陷、抑郁、行为问题甚至精神分裂症的发生都有密切关系。
约有1/3的孤独症患者和他们的直系亲属在5-羟色胺的水平上高于常人。具体地说，2〜15岁的孤独症儿童的5-羟色胺水平达到了正常成人的1.5倍。
谷氨酸是另一种重要的中枢神经系统兴奋性递质，它与记忆、学习等认知活动的完成密切相关。孤独症患者的症状与谷氨酸浓度过高所产生的效应十分相似，因此，有学者提出孤独症可能是一种高谷氨酸疾病。
这在动物实验中也得到了证实，提高动物体内的谷氨酸浓度后，动物将呈现出缺陷行为和刻板重复行为。
1995年，临床研究发现孤独症患儿的谷氨酸水平的确高于正常儿童。此外，也有研究指出孤独症患者存在血浆的肾上腺素和去甲肾上腺素增高，血小板中肾上腺素和多巴胺下降，脑内阿片肽含量过多等神经递质异常，但这些现象是孤独症的产生原因还是症状表现还有待进一步考察。
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