自闭症研究有很多不同的层次和视角，比如基因研究、生理机制研究等，而生理机制研究又可以细分为脑功能联结层面、分子神经层面等。
对于自闭症患儿的大脑与普通儿童的大脑有何不同，近些年，在脑科学领域出现了一些新理论。这些理论普遍认为，自闭症具有神经联络异常的特点，他们使用的方法主要包括弥散张量成像（DTI）和功能性核磁共振成像（fMRI）。但到底怎样异常，却众说纷纭。主流理论大致包括以下四类：
1、局部联结过度假说
观点：局部脑区内部的神经联结过度，如视觉皮层、运动皮层、颞叶、皮层下区等。图中C、D、E中自闭症与正常人相减所得局部过度联结（橙色）与连接不足（蓝色）
推论：以上各脑区内部过度联结也可以解释自闭症各类认知障碍。
备注：该假说与下面的假说看上去互相排斥，其实不然。学术界认为两者兼有，有“大脑司令”之称的额叶皮层，如果既存在过度的、未分化的局部联结，又不能很好的接收整合后方脑区传来的感知觉信息，那么其统整能力将大大受损，影响到语言认知、社会认知、情绪认知等多方面。
2、长距联结不足假说
观点：前额叶与大脑后部联结不足
推论：可解释自闭症的社会认知障碍
备注：内侧额叶与颞顶联合区的联结不足可以解释自闭症在心智理论方面的缺失；内侧额叶与颞上沟的联结不足可以解释自闭症对区分生物运动与非生物运动的困难；内侧额叶与颞上沟的联结不足可以解释自闭症对区分生物运动与非生物运动的困难。
3、大脑反应变化假说
观点：自闭症患者和正常人在听觉、视觉、躯体感觉的大脑激活强度没有显著差异，但他们对处理持续出现的同类刺激又很低的“信噪比”。
推论：自闭症脑中信息处理的“信噪比”较低，间接为另一个“强烈世界”假说提供了神经心理支持。
4、大脑活动不同步假说
观点：自闭症儿童脑部各区活动不同步，而正常儿童和语言发言迟缓的儿童很少如此。这是建立在以左右半球相关功能区域的同步程度作为大脑运作功能的一种判断标准之上的。图中上方是正常儿童的数据，中间是语言迟缓的儿童，下方是自闭症儿童。颜色覆盖越少，表示相关性越低。自闭症儿童脑中跟语言和交流相关的正红和浅蓝区域左右半球相关度显著低于其他两组。
推论：这些静息态脑成像数据是在儿童熟睡时收集的，操作简单，有望成为自闭症早期诊断工具之一。及早诊断有助于适时干预。
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