利用fMRI和弥散张量成像研究自闭症中的大脑

摘要

神经影像学技术，如功能性磁共振成像和弥散张量成像，在表征自闭症的认知与神经功能缺陷方面正变得越来越重要。本文介绍了在自闭症中从网络水平对脑连接性进行研究，并讨论了针对发育障碍儿童扫描的适应性方法。

摘要

新兴理论认为，自闭症患者的大脑并非作为一个协调整体运作，这种功能上的不协调反映在自闭症个体所表现出的行为症状中。尽管结构神经影像学研究为自闭症大脑异常提供了一些线索，但这些发现的一致性尚存疑问。相比之下，功能神经影像学在这一领域取得了更有意义的成果，因为自闭症本质上是一种动态信息处理障碍，而功能影像技术能够用于检测大脑皮层网络之间的相互交流，这正是自闭症潜在问题所在之处。功能连接性被定义为在空间上分离的神经活动事件之间的时间相关性¹。近年来多项fMRI研究的结果支持了如下观点：在自闭症患者中，大脑不同区域之间在应对复杂社会认知或语言任务时应有的协同作用较弱^2,3,4,5,6自闭症的谜团之一在于，患者在多个领域存在缺陷的同时，某些能力却相对完整，有时甚至表现出增强。这种复杂的自闭症表现提示需要从神经层面进行全局性与系统性的深入探究。近年来关于自闭症脑功能的一个有力解释是皮层低连接理论，^2,7 为自闭症的神经生物学基础提供了一个整合框架。自闭症的皮层低连接理论认为，任何依赖多个脑区整合的语言、社会或心理功能，都会随着信息加工需求的增加而容易受到干扰。在自闭症中，脑内整合性神经回路的功能低下可能导致广泛的低连接性。换句话说，自闭症个体可能以碎片化的方式处理信息，而忽视整体性。由于脑区之间的皮层低连接，尤其是额叶皮层与更靠后脑区之间的连接不足 ^3,6，现在已得到相对充分的建立，我们便可以进一步探究脑连接作为自闭症症状学关键组成部分的作用。

沿着这一方向，下一步合理的研究是考察可能介导上述功能连接的解剖学连接。弥散张量成像（DTI）是一种相对较新的神经影像技术，通过探测脑内水分子的弥散情况来推断白质纤维的完整性。该技术利用弥散梯度在多个方向上检测脑内水分子的弥散特性。功能连接提供了任务状态或静息状态下不同脑区之间脑活动同步性的信息，而DTI则有助于理解潜在的轴突组织结构，这种结构可能促进脑区之间的相互交流。本文将阐述这些技术作为研究自闭症谱系障碍中脑功能的重要工具，以及该研究方向所面临的挑战。

方案

1. 针对发育障碍个体的扫描特殊技术：

尽管神经影像技术本身较为复杂，但使用磁共振成像（MRI）对儿童群体及发育障碍人群进行扫描可能极具挑战性。主要问题包括：1）头部运动：患有障碍的个体，尤其是儿童，可能难以在整个扫描过程中保持静止不动，这可能导致头部移动，进而影响数据质量；2）自闭症儿童具有高度敏感的感觉系统，可能对扫描仪噪音、密闭空间、温度等因素感到不适；3）自闭症患者在面对新环境时容易产生焦虑，适应过程较为困难。若未充分准备，日常规律的改变可能引发问题。因此，需要采用创新性的流程并进行周密准备，以提高数据采集的成功率并改善数据质量。我们结合理论与实践中的宝贵经验，制定了一系列措施，用于帮助受试者准备MRI扫描，使实验和扫描过程对受试者而言更加愉快，并对采集到的数据进行处理，其中包括以下方面：

1. 社交故事 社交故事是一种简短而直接的叙述，常用于向自闭症儿童解释新颖且令人困惑的情境8。我们采用从自闭症个体视角撰写的社交故事，以图解和口头描述的方式，逐项说明研究过程中的每一个步骤。在故事的每一环节，均提供文字描述和图片说明。该故事标题为“关于我的MRI检查”，在扫描日前提前提供给参与者，以便其熟悉扫描流程。该故事的目标是增进个体对检查程序的理解，并帮助其在新环境中感到更加舒适。
2. 扫描仪声音的CD录制。 在扫描过程中，磁共振成像仪会持续产生较大的噪音，这可能使部分自闭症个....

讨论

本文所述的方法和程序基于认知神经科学和神经影像学的基本原理。这些方法共同为评估儿童、成人以及患有疾病个体的系统水平脑功能提供了一个强有力的框架。基于这些方法的研究在表征自闭症个体脑功能异常方面尤其具有重要影响。

尽管本文介绍的技术可推广至其他人群以解决相关的理论问题^11,12,13,14，但在儿童神经影像学以及发育障碍人群的神经影像研究中仍需格外谨慎：1）尽管我们在扫描前采取了多种预防和准备措施，头部运动仍是神经影像学中的主要问题。磁共振扫描仪对头部运动极为敏感，仅0.5 mm的旋转运动即可导致显著的运动伪影。虽然我们已采用多种方法来减轻受试者的焦虑，从而减少运动，例如使用模拟扫描仪和装饰扫描室，但在此方面所做的任何努力都是值得的。目前，我们正尝试采用基于电影的反馈范式进行训练，以将头部运动降至最低；2）另一个问题是受试者脱落，尤其是在儿童群体中。许多儿童拒绝进入扫描仪，或在扫描开始后出现恐慌；3）第三个问题与发育障碍在临床表现上的固有异质性有关。发育障碍研究的研究人员必须谨慎对待样本中的变异性，否则这些变异性可能被常被报道的组水平推论所掩盖；4）即使是轻微的.......