孤獨癥譜系障礙個體互動期間腦間同步特點的Scoping綜述

吳進龍， 任占兵， 易子珍， 彭莉

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

0 引言

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)是一種發展障礙疾病，社會互動或溝通能力的持續性欠缺是其主要特點之一[1-2]。正常發育個體在與他人溝通時，需要觀察對方的表情和動作，并在理解對方心理狀態時進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 個體在互動過程中，這種同步行為頻率較低[5-6]?；悠陂g同步行為發生有助于個體早期社會學習和兒童社會行為的發展[7]。在互動過程中，不同類型的同步會引發互動雙方大腦產生規律性、同步性振蕩，即腦間同步[8]。這能使互動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測對方的行為[9-10]。在ASD 個體，這種腦間同步增強現象在顳頂聯合區和額葉皮質等鏡像神經元相關腦區較正常發育個體低[11-13]。腦間同步下降可能成為ASD個體核心癥狀的潛在神經標志物。

超掃描技術是測量腦間同步的主要手段[14]，有助于探索ASD 個體在社會互動情境中的腦間耦合機制[15]。社會互動的實驗范式大致分為模仿任務、協調任務、眼神注視任務和合作競爭任務等。超掃描技術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)等對處于社會互動中的兩人或多人的腦信號進行同時掃描、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映射兩個或多個個體之間的逐時交互，神經信號的精度可達毫秒級，從而進行更精確和不同類型的腦間分析[18]。腦電圖可以在現實生態環境中研究日常對話和相關的社會互動活動[19]。fNIRS 超掃描兼具空間分辨率和時間分辨率功能，相比于腦電圖和fMRI更加全面和便攜[20]。

本研究綜述ASD 個體腦間同步相關研究，總結ASD個體與健康個體的腦間同步特點。

1 資料與方法

本文遵循PRISMA指南。

1.1 文獻檢索

2023 年11 月20 日，從PubMed、Scopus、Web of Science 3 個英文數據庫和中國知網中文數據庫，檢索庫中所有關于ASD 個體互動期間腦間同步的相關研究。手動檢索所有納入研究的參考文獻。

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：(孤獨癥 OR 自閉癥 OR ASD) AND(腦間同步 OR 神經同步)

納入標準：①研究對象符合精神障礙診斷與統計手冊標準的ASD 個體，不伴其他神經發育性疾??；②研究手段采用超掃描技術測量腦間同步性；③發表在同行評議期刊；④中、英文文獻。

排除標準：①對結果的描述不清晰；②學位論文、會議論文、評論等未經同行評議的研究。

1.2 研究的選擇與提取

2 名研究人員獨立進行檢索，閱讀標題、摘要和全文，進行篩選和初步評估；如果存在分歧，進一步討論直到達成共識。采用標準化數據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、測量工具、腦區覆蓋和主要研究結論。

1.3 文獻質量評價

2 名研究人員采用澳大利亞Joanna Briggs Institute循證衛生保健中心開發的橫截面研究質量評價工具[21]對納入的研究進行質量評價，如遇分歧，則與第3 名研究人員協商解決。

2 結果

最終納入5 項研究[11-12,22-24]。文獻篩選流程見圖1。

圖1 文獻篩選流程圖Figure 1 Flowchart of literature screening

2.1 文獻質量評價

納入的5項研究質量評分5～8分。見表1。

表1 納入文獻的質量評分Table 1 Scores of quality of included literatures

2.2 納入文獻基本特征

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

2.3 主要結果

2.3.1 ASD個體與健康個體腦間同步的差異

Qui?ones-Camacho 等[12]發現，在與陌生人進行問答形式的互動交流中，相比于健康參與者，ASD 參與者主要在左右顳頂聯合區表現出更低的腦間同步性；社交障礙程度越高，腦間同步性越低。顳頂聯合區是心智理論的重要區域，與前額葉皮質相連，涉及社會認知、自下而上的注意，以及情景記憶檢索等任務[25]。目前認為，顳頂聯合區是ASD 個體社交障礙的潛在異常腦區之一[26]。腦電圖的研究也發現，ASD 個體在互動期間腦間同步與健康個體有差異[23,27]。

但也有一些研究沒有發現這些差異。Kruppa 等[22]以fNIRS為工具，采集高功能ASD 兒童和正常發育兒童分別與父母和陌生人配對完成合作競爭任務時的信號，其信號采集范圍主要覆蓋前額葉皮質，研究發現，盡管ASD 兒童在合作和競爭行為任務上表現較差，但額葉的腦間同步與正常發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行合作和競爭任務期間腦間同步，同樣沒有在ASD兒童中發現前額葉和頂葉存在腦間同步性降低現象。Wang等[11]認為，這種差異可能與被試的年齡有關：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。還需要進一步研究腦間同步是否可以作為ASD個體潛在的神經標志物。

2.3.2 ASD個體腦間同步的腦區差異

腦間同步主要涉及顳頂聯合區和額下回，這兩個腦區涉及心智理論和破鏡理論等假說，參與共情、注意等多種認知功能[28]。相比獨立完成任務，ASD 兒童在與父母共同完成合作競爭任務時，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，顳頂聯合區顯示出較低的同步現象[12]。另一方面，Kruppa等[22]和Tang等[24]在合作競爭任務的研究中未觀察到ASD個體前額葉的腦間同步異常。這兩項研究主要涉及前額葉，忽略了顳頂區。右側顳頂聯合區和左側額下回都是社交網絡的重要樞紐，在促進腦間同步方面發揮核心作用，但顳頂聯合區與注意網絡更相關，而額下回與鏡像網絡更相關[29]。Kruppa 等[22]和Tang 等[24]沒有發現顯著性差異，可能是因為忽略了顳頂聯合區。未來的研究需要更嚴格的實驗設計，以進一步解釋不同任務之間的腦間同步差異。

2.3.3 ASD個體腦電圖振蕩同步差異

ASD 個體互動期間的同步振蕩主要涉及θ、α 和β波。Key 等[23]發現，ASD 個體與健康個體交流時，θ、α 和β 波的同步性要高于雙方安靜時的同步性。θ 和α波在較低頻段的腦間同步中經常被報道，可能與多種認知功能有關。如θ 波與注意需求、記憶形成、工作記憶和認知負荷有關[30]，也與語音的解析有關[31]。α波則被認為反映注意選擇、任務需求和訪問長期記憶[32]，也與注意狀態和言語理解有關[33]。β 波與感覺運動功能有關，還可能參與各種認知功能，如決策和工作記憶[34-35]。對健康個體的對話互動研究發現額葉α波和顳葉β 波的同步現象[36-37]。在囚徒困境任務中，成年個體間出現中央區θ 和α 波同步增強現象[38]。感知和認知處理需要不同頻段的神經震蕩協作完成[39]。對于涉及社交互動的復雜認知任務，如協調運動、觀察、模仿、共情和語言互動[40-42]，大腦區域可能同時在多個頻段與另一個大腦進行相互作用并同步[43]?？梢詫ⅵ?、α 和β 波段的腦間同步視為社會互動的神經標志物。但這是否適用于ASD個體還需要進一步研究。

2.3.4 ASD個體腦間同步的性別差異

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

2.3.5 ASD個體腦間同步與社交障礙之間的關聯

腦間同步可能是人類互動和社交的重要基礎之一[49-50]。健康人腦間同步與社會聯系、語言信號輪轉等相關社交互動行為密切相關[14,51]。有3 項研究報告ASD 個體在執行任務期間的腦間同步與社交問題有關。Wang 等[11]發現，ASD 兒童癥狀越嚴重，父母與孩子之間的合作任務中前額葉皮質腦間同步性越低。Qui?ones-Camacho 等[12]發現，ASD 兒童在與陌生人互動中，顳頂聯合區腦間同步較低與社交障礙較高顯著關聯，但與刻板行為和限制性興趣沒有明顯關聯。Key 等[23]采用腦電圖技術發現，θ 波的同步性增加與ASD 青少年更好的語言表達能力和更多的適應性手勢相關，而β 波的同步性增加與更多的非語言表達和積極情感相關。ASD 社交障礙的潛在機制可能與其難以與互動伙伴形成更強的腦間同步有關，鏡像神經系統和心智理論為解釋ASD個體腦間同步提供了重要的理論基礎[52]。

3 討論

本研究發現，ASD 個體在互動任務期間，腦間同步較健康個體低，主要涉及前額葉和顳頂聯合區；ASD 個體在互動任務期間，θ、α 和β 波也存在與健康個體的同步性差異；ASD 個體的腦間同步性存在性別差異；ASD 個體的腦間同步異?？赡芘c社交障礙相關。

互動任務發現，ASD 兒童孤獨癥狀越嚴重，合作任務中前額葉皮質的腦間同步性越低[11]，提示鏡像神經系統激活異常，無法更好理解互動對象的行為意圖，并做出相應的反饋。鏡像神經系統是基于恒河猴腦中F5 區鏡像神經元的發現提出的人類相關腦區[53]，包括腦島和前內側額葉的邊緣鏡像系統，以及頂下小葉、腹側前運動皮質以及額下回尾部的頂額鏡像回路。該系統在個體理解和感受他人情緒，觀察或模仿單純(不包含情緒成分)動作或行動時起重要作用[54]。當ASD個體進行動作觀察、模仿、共情等社會認知任務時，鏡像神經系統相關腦區會出現區別于健康個體的異常激活，并提出ASD個體的破鏡假說：由于鏡像神經系統損害導致ASD 個體發生社會交往障礙[55]。鏡像神經網絡涉及的任務多是動作執行(如抓取)和模仿，或簡單的身體動作等具有明確目的的動作。該系統更傾向于從神經生理學角度揭示社會交流中簡單動作知覺和動作模仿的神經機制[56]。鑒于ASD 個體在進行互動任務時相關腦區同步異常與社交障礙之間的關聯，進一步擴展了鏡像神經系統在ASD個體社會交往障礙中的重要作用。

另一個與ASD個體間腦間同步異常相關的重要腦區是顳頂聯合區，這是心智理論提出的重要腦區之一[57]。心智理論認為，個體可以通過社會認知能力或社會推理系統，推測他人言行背后的心理，并據此解釋和預測他人的言行[58]。人類在執行目標導向動作，或觀看/聽到涉及目標或信念的動畫/故事時，顳頂聯合區被激活。該區域更傾向于在社會認知理論的層面上揭示對他人心理狀態推測的神經機制。ASD 個體與健康個體間顳頂聯合區的腦間同步差異，提示ASD個體在互動過程中推斷和理解他人意圖方面存在問題。

有關ASD兒童互動過程中腦間同步異常的證據主要來自于鏡像神經網絡和心智理論網絡相關腦區的研究。在社交互動過程中，鏡像神經網絡和心智理論網絡相關腦區之間的互動可能涉及行動目標和意義理解，以及對他人意圖和信念的推斷整合。對這兩個系統在腦間同步現象中的具體作用仍需要進一步研究，目前的證據還無法提供對涉及腦區的進一步解釋。

本研究僅納入5 項研究，還需要更多研究證實目前的結論。目前已發表的研究設計存在很大差異，需要更多高質量的研究進一步驗證。個體間差異在ASD個體中非常重要，需要進一步證實腦間同步在ASD個體間的差異。

4 結論

腦間同步障礙可能是ASD個體社交障礙的潛在神經機制。腦間同步異常主要涉及鏡像神經系統和心智理論相關腦區。ASD 個體的腦間同步特點對深入了解社交障礙的發生有重要價值。

未來應進一步確認腦間同步障礙與社交障礙的關系，并探索ASD 個體腦間同步的性別差異。目前發現，ASD 女性個體在社交互動、溝通和人際同步方面優于ASD 男性[59-61]。但也有一些研究發現，ASD 女性在社交技能方面表現較差[62-63]。

一項縱向追蹤研究發現，隨著年齡增加，ASD 個體的孤獨特質也可以得到改善[64]。共享注意任務可以增加個體間的眨眼同步行為[65]。催產素可以增加健康個體間的腦間同步[66]。這些因素是否也會影響腦間同步，值得進一步研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。