一种适应性方案促进自闭症谱系障碍儿童参与脑电生理学研究

摘要

电生理学研究是识别包括自闭症谱系障碍（ASD）在内的发育障碍生物标志物的重要工具，但在这些人群中收集数据仍然具有挑战性。本研究提出了一种适应性训练方案，可配合包含脑电图（EEG）的研究使用，以提高从ASD儿童中成功采集EEG数据的可能性。

摘要

本文详细描述了一种适应性训练方案，该方案作为一项更大规模研究方案的重要组成部分，用于采集脑电图（EEG）数据和事件相关电位（ERPs）。目前可用于采集高质量EEG/ERP数据的系统对患有发育障碍的儿童（例如自闭症谱系障碍（ASD）儿童）提出了较高要求。ASD儿童可能在适应新环境、耐受不适的感官刺激以及安静坐立方面存在困难。本适应性训练方案采用循证实践方法（EBPs），以增强研究参与者对研究流程中具体活动和步骤的认知与理解。该适应性训练方案所使用的工具包括社交叙事、视觉日程表、普雷马克原则、角色扮演和示范。本方案的目标是提升儿童参与者的理解能力和自主性，并可能减轻其焦虑情绪，从而提高其顺利完成EEG/ERP数据采集研究流程的可能性。

引言

自闭症谱系障碍（ASD）是一类神经发育障碍，其特征表现为一系列社交沟通困难以及局限性、重复性行为模式^1,2。随着符合ASD诊断标准的个体数量不断增加，人们对深入理解ASD相关神经机制的需求也日益增长。专家建议，未来的研究应包括开发用于早期检测异常脑功能的方法，从而可能为支持那些被认为影响社交行为的脑系统提供干预手段¹⁴。本研究特别采用对时间敏感的神经影像技术——即脑电图（EEG）和事件相关电位（ERPs）——来评估典型发育儿童以及具有ASD和其他发育障碍风险儿童的视听（AV）言语感知能力。通过使用脑电生理技术（包括EEG和ERPs），将有助于更深入地理解在发育过程中典型与非典型视听言语感知的神经基础。该研究方法包括对连续EEG数据和ERPs的分析。由于ERPs是与时间锁定的、多试次平均后的EEG片段，本文将重点讨论EEG数据的采集流程。

为了尽可能使本研究具有人群代表性，研究纳入了在社交、认知和语言能力方面表现不同程度差异的自闭症谱系障碍（ASD）个体作为参与者。目前，用于采集高质量脑电图（EEG）数据的系统对患有发育障碍的儿童提出了较高要求。自闭症谱系障碍个体可能在以下行为方面存在困难，例如适应新环境、耐受不适的感官刺激（即 佩戴EEG帽），以及保持安静坐姿。这些困难可能与个体的感官处理挑战、社会观点采择能力的缺失、潜在的认知困难以及对环境一致性的强烈需求有关。这些特征综合作用，可能影响儿童完成研究活动所需任务的依从性¹。因此，制定能够发挥儿童优势并适应其局限性的研究方案至关重要，以促进自闭症谱系障碍儿童的参与。目标是帮助自闭症谱系障碍儿童在无压力的情况下完成研究活动，并获得可用于分析的神经生物学数据。

本研究是关于语言和社交障碍儿童（包括自闭症谱系障碍儿童）视听言语的眼动和神经反应的更大规模研究的一部分^11,12。主要实验方案包括多次行为评估会话，以及一次模拟和一次真实的脑电图（EEG）数据采集会话。本文不讨论脑电图和事件相关电位（ERP）的处理与分析细节；有关ERP数据处理流程，请参见Harwood et al.⁹。

本文的重点是一种熟悉化方案，旨在解决让儿童（特别是患有自闭症谱系障碍等发育障碍的儿童）参与神经生物学研究时所面临的挑战。与许多此类研究一样，参与者除了需要完成脑电图（EEG）数据采集外，还必须完成一系列标准化评估任务。由于自闭症谱系障碍（ASD）个体在应对新环境、耐受不适的感官刺激以及长时间保持静坐方面存在困难，因此必须制定相应策略，以增强参与者对研究活动的理解。提高理解程度和自主性将有助于提升参与者顺利完成所有研究任务的能力。重要的是，本方案为每位参与者提供了多次主动决定是否继续参与的机会，明确赋予其退出权利，并通过在实验全程监测情绪状态，实现持续的知情同意。 确保⁴.

国家自闭症专业发展中心和国家自闭症中心是两个已为确立针对自闭症谱系障碍（ASD）个体的循证实践制定了明确标准的组织^16,22。本研究项目的方案采用这些标准来识别、选择、开发并实施特定干预措施，以应对个体在成功参与研究活动过程中可能面临的挑战。这些来源中的具体干预措施包括社交叙事、以视觉时间表形式呈现的视觉支持、角色扮演以及示范²²。此外，该方案还应用了普雷马克原则¹⁸。普雷马克原则是指在低偏好活动之后安排高偏好活动^13,18，从而在个体的预期行为与奖励之间建立短暂而明确的联系。例如，如果一名儿童连续10分钟回答问题，他/她便可随后玩10分钟偏好的玩具。

既往研究表明，社交叙事对于表现出破坏性行为的自闭症谱系障碍（ASD）儿童是一种有效的干预方法¹⁹。社交叙事通过提供特定情境的背景信息，帮助儿童更好地理解相关的社会期望。大多数社交叙事包含预期活动、相关他人可能持有的观点，以及在结构化活动中与他人互动的方式（参见图1中所使用的社交叙事示例）。研究显示，社交叙事能够减轻焦虑，并帮助个体应对新情境中的期望¹⁵。

视觉时间表在帮助自闭症谱系障碍（ASD）儿童应对新的社交情境方面可能具有良好的效果²⁰。以时间表形式呈现的视觉支持可为ASD个体提供一个静态的参考，帮助其预测即将进行的活动（参见图2，了解本文所用视觉时间表的示例）。此外，随着活动的完成而将其从时间表中移除，有助于理解时间的流逝，并为整个实验环节提供具体的视觉化呈现。若缺乏这种视觉支持，ASD个体可能因无法判断已经过去的时间以及剩余时间而产生焦虑情绪。允许参与者表达自身情绪的视觉辅助工具，也有助于其更轻松地应对不同情绪（参见图3，了解情绪评分量表的示例）。

角色扮演和示范为自闭症谱系障碍（ASD）个体提供了观察和练习新情境的机会。通过反复排练，能够明确期望的行为表现，并进一步减轻个体在面对新情境时的焦虑^8,22。角色扮演（包括示范）使个体能够清晰地练习并自主决定是否参与某项特定活动（参见图5 & 6，其中展示了使用玩具熊以及儿童佩戴帽子进行角色扮演和示范的示例）。

一些患有自闭症谱系障碍（ASD）和/或其他发育障碍的个体可能尚未发展出足够的成熟度或认知能力，以清楚理解研究任务。事实上，由于这些脆弱群体在理解复杂社交情境方面存在困难，其知情同意能力受到影响，因而围绕他们参与研究存在伦理困境¹⁷。然而，已有流程被开发出来，以在无过度压力的情况下更好地确保知情同意^4,17。例如，本研究提供了配有简明解释的视觉符号和要点列表，并将参与者是否同意参加研究作为一个持续进行的过程加以询问³。为了促进发育障碍个体的理解，必须制定一项既符合研究目标又遵循伦理准则的方案，包括确保受试者在不受劝说或不当压力的情况下自愿选择参与⁶。

方案

所有实验程序均已获得南康涅狄格州立大学和耶鲁大学相应研究伦理委员会的批准，并取得受试者的知情同意。

1. 创建社交叙事

图1．社交叙事。 在首次预约前向参与者阅读的一份社交叙事样例，研究人员在启动实验并获取知情同意前也需阅读该内容。

注意：第1、2、3节介绍了为熟悉化方案开发的工具。

1. 创建一个包含图片和简短描述的社会叙事，介绍研究人员制定的研究方案的每个步骤，从知情同意开始，到补偿（如适用）结束，并附有简要说明。
   注意：应尽可能使用具有高象似性的图像（象似性指符号对其所指对象的表征程度）³ 以促进参与者的理解。按照以下步骤开发社交叙事（改编自 Myles、Trautman 和 Schelvan）¹⁵.
   1. 在社交叙事中，从参与者的视角按顺序描述研究活动。使用第一人称或第二人称，采用现在时或将来时进行叙述。
      1. 在描述中应包括：a）活动将发生的地点；b）参与者将要进行的操作；c）研究人员将要进行的操作；d）参与者完成每一项活动的原因；以及e）如适用，研究人员或家长可能产生的想法或感受。即 "我们很高兴您能前来；" "等待指示时保持冷静；" 或 "妈妈很高兴你能帮忙。")
   2. 选择具有代表性的图片用于社交叙事中，以增强参与者的理解能力即， 建筑物、房间、脑电帽以及研究人员。
   3. 将社交叙事内容放入演示软件中例如， PowerPoint），包括其中的标志性图片。可使用演示模式在计算机上将内容以讲故事的形式展示给儿童，或将其打印成纸质版本进行展示。
2. 在参与者前来参加研究预约之前，通过邮寄或电子邮件方式将社交叙事发送给家长/照顾者。
   1. 请家长或监护人在研究首次访视前至少向参与者朗读社交叙事3次。

2. 创建视觉时间表

图2．视觉流程表。 一份示例性的视觉流程表，在获得受试者同意后、实验第一步开始前，以及每项活动开始前和完成后，向受试者展示。

1. 创建一个视觉时间表，列出研究方案中的每一项活动。确保该视觉时间表包含不同的卡片，每张卡片上配有代表相应活动的图片，并在每张图片下方印有1至3个字的文字说明（改编自Hodgdon）¹⁰。
   1. 在视觉时间表中，加入一张代表休息的图片卡片，并附上文字说明“休息一下”。
   2. 在视觉时间表中，加入一张表示完成或全部结束的图片卡片；该卡片可包含以红色字体印刷的“停止”或“完成”字样。
      注意：视觉时间表中列出的活动应与社交叙事中描述的活动保持一致。通过这两种工具提供的文字描述和图像表达应保持统一。

3. 创建情绪评分量表

图3．自我情绪评分量表。 一种自我情绪评分量表示例，供参与者用于评估自身情绪状态。研究人员使用另一份独立的量表对参与者的情绪进行评分。请点击此处查看该图的放大版本。

图4。研究者评分量表。 该量表用于确保参与者的评分与其外在可观察行为一致。此量表应由与儿童参与者同处一室的研究人员填写。请点击此处查看该图的放大版本。

1. 创建一个包含5种情绪的量表，使用图像表示和/或文字描述。所选情绪应与支持参与者完成当前研究方案中的活动相关即 与焦虑、愉悦、厌恶相关的情绪 等等。).
   注意：情绪词汇和所选图标应与参与者的发育水平相匹配（改编自 Dunn-Buron 和 Curtis）⁷.
   1. 在一列中包含参与者可完成的用以维持积极情绪的行为，并对其进行标注 "我能做什么" （参见 图3).
   2. 在单独的一列中插入一个笑脸或面部图片，并进行标注 "我的感受。"
      注意：下方列出的五种情绪 "我的感受" 柱应与之对应 "我能做什么" 柱即， 在 "我的感受" 柱， "我感到困惑并开始烦躁" 将对应于 "请求休息片刻" 在……下方 "我能做什么。")
2. 创建一个用于研究者评定情绪的李克特量表（参见 图4（改编自积极与消极情绪量表（PANAS））²¹.
   注意：以下是分两次访视实施熟悉化工具以完成研究方案时需遵循的步骤。

4. 第一次访问：社会性、认知与语言评估

1. 向参与者打招呼，并将其带到指定的“游戏区”，该区域配备各种玩具（见图5）。确保参与者在该环境中感到舒适。

图5．欢迎参与者开始实验。 研究人员与参与者互动，使其熟悉实验环境并适应实验情境。

2. 向参与者展示5点情绪评分量表（见图3），并请其指出最能代表自己当前感受的图片。
3. 询问参与者当前的感受，并协助其说出“我感觉_____”，同时指向量表上相应的情绪（见图3）。
   1. 若参与者选择1或2，进入步骤4.4；若选择3或4，请其执行“我可以做什么”部分建议的操作（见图3）。
   2. 给予参与者5分钟时间执行建议操作。
   3. 5分钟后，再次询问参与者当前感受的评分。若评分为1-3，继续进行实验；若为4或5，则结束本次研究会面，并由参与者决定是否改日再来或不再返回。
      注：情绪评分量表的制作方法见步骤3。研究人员应同时使用另一独立量表对参与者的情绪进行评分（见图4），以确保参与者对其情绪状态的自我评估适当。
4. 坐在参与者身旁，与其共同阅读并回顾社交叙事内容（见图1）。可表述为：“我们将一起浏览今天要进行的所有游戏；如果有不清楚的游戏，请随时提问。”
5. 在回顾完社交叙事后，通过展示自我评分情绪量表（见图3），询问“你感觉怎么样？”，以评估参与者的情绪状态及其继续参与研究的准备情况。
   1. 同时，请研究助理使用另一独立量表对参与者进行评分（见图4），以确认其焦虑程度（如有）已有所降低。
6. 将知情同意书交给家长，并与儿童参与者共同阅读同意声明（若其无法独立阅读）。
7. 询问参与者是否愿意继续并完成社交叙事中描述的各项活动。
8. 请参与者签署知情同意书。
   注：仅当参与者同意参与时，才可要求其签署。若参与者表示拒绝，应提供再次阅读社交叙事的机会，以确保其充分理解所提出的要求。
9. 向参与者介绍视觉日程表，说明：“这些（指向视觉日程图片）是我们今天将要进行的所有游戏。每完成一个游戏后，你可以取下对应的游戏卡片。”
   1. 指向“休息一下”卡片并说明：“如果你需要休息，也可以使用这张卡片”；再指向“停止”卡片并说明：“或者如果你今天不想再继续玩游戏了，可以使用这张卡片。”
10. 安排实验流程，确保在最终活动之前完成所有社交、认知和语言评估。
    1. 研究人员可根据参与者的注意力表现，在适当时候采用改良版普雷马克原则，表述为：“记住，先完成（活动名称），然后你就可以休息。”
       注：此改良版普雷马克原则是指，即使儿童未完成较不偏好的活动，在其尝试三次后仍可获得偏好的活动。因此，即使未完成实验，参与者的时间也得到了相应补偿。
11. 当参与者完成一半评估后，使用两个情绪评分量表（如步骤4.5所述）评估其情绪状态；确保在继续后续活动前，参与者的情绪评分维持在1或2级。
    1. 若参与者在自我评分量表上处于较高水平，则执行“我可以做什么”部分对应的操作。

图6. 戴帽时用作样本的熊 展示熊佩戴帽子的过程，让参与者探索自己佩戴帽子的体验 在要求参与者佩戴帽子之前，先让玩偶熊戴上帽子并握住它。

12. 脑电图（EEG）数据采集模拟。
    1. 向参与者介绍一只毛绒熊（或洋娃娃，或其他任意选择的玩具），并在其上示范脑电帽的使用方法（见图6）。向参与者朗读社交叙事中描述使用脑电帽的段落 。
    2. 向参与者展示如何将脑电帽戴在熊的头上。允许参与者触摸脑电帽，并通过将其戴在熊的头上进行互动（如有需要）。
    3. 采用改进版的普雷马克原则，表述为：“首先，试戴 脑电帽；然后，你将获得一张礼品卡。”如果参与者表示拒绝，可再次提出“先…然后…”的陈述。如果参与者同意，则继续进行步骤4.12.4。
       1. 如果参与者持续表示拒绝，则根据情况补偿其时间成本。如果参与者同意佩戴脑电帽，则继续进行步骤4.12.4。
    4. 使用卷尺测量参与者的头围，以确定脑电帽的尺寸。完成初步测量后，进一步测量从颅骨后部（枕外隆凸）到鼻梁上方两眉之间（鼻根点）的距离，以及从右耳到左耳（使用耳屏）的距离。
       注：此操作旨在确定用于放置Cz电极的头皮顶点参考位置。这些步骤的设计尽可能与实际采集流程保持一致，以确保不同参与者之间电极放置位置的高度可比性。
       1. 使用可水洗的记号笔标记顶点参考位置。
       2. 将合适尺寸的脑电帽 浸入含有氯化钾溶液和婴儿洗发水的水中。
    5. 在参与者颈部围上毛巾，防止水滴弄湿衣物。告知参与者在将脑电帽 戴到头上时闭上眼睛。
    6. 调整脑电帽在参与者头上的位置，确保佩戴舒适（见图7）。当脑电帽 戴上并调整妥当后，告知参与者可以睁开眼睛。
    7. 让参与者练习佩戴脑电帽，并坐在屏幕前观看电影至少10分钟（见图8）。若此步骤顺利完成，则邀请参与者参加第二次预约。
       注：在实际研究过程中，参与者需佩戴脑电帽 约一小时。但实验中每3分钟设置一次休息间隔。

图7。将脑电帽佩戴在受试者头上 。 研究人员为受试者佩戴脑电帽以练习佩戴过程；此为实验方案中的角色扮演环节，期间受试者需佩戴毛巾。

图8．脑电帽的调整。 受试者佩戴着脑电帽 ，研究人员对其进行调整，以确保受试者佩戴舒适。

13. 完成最后一项活动后，再次评估参与者的情绪状态（图 3 & 4），以确认在整个实验过程中情绪始终处于1级或2级水平，并确认佩戴电极帽未引起焦虑和/或降低参与者的舒适度。
    注意：若出现任何焦虑表现，研究人员应协助儿童根据自评情绪量表中的建议采取相应措施（图 3）。

5. 第2次访视：脑电图数据采集

注意：作为适应性实验方案的重要组成部分，在整个实验过程中，研究人员应编码参与者的状态（即 参与者是否保持警觉或表现出焦虑；参见图4），同时参与者应通过指向情绪量表上的视觉图像来自行评估其情绪状态（图3）。

1. 向参与者展示一段社交叙事，描述第二次预约的各个步骤。询问参与者是否愿意佩戴帽状电极，并提及“就像你上次做的那样”；（参见步骤 1.1.1 以了解如何创建社交叙事）。
   注意：如果参与者表示同意，则继续进行步骤 5.2；如果参与者表示拒绝，则请家长进入房间后重复步骤 5.1；若参与者仍持续拒绝，则终止实验。
2. 向参与者展示一份视觉日程表，其中包含所有脑电图（EEG）数据采集流程（i.e., 测量头部尺寸、佩戴毛巾、将帽状电极 戴在头上）。
   注意：参见步骤 2.1 了解如何创建视觉日程表；日程表中应包含表示休息时间的图片。应定期为参与者提供休息机会，以确保其舒适度和配合度。
   1. 测量参与者的头围，并按照上述步骤 4.12 中所述方法，确定并标记 Cz 电极的头顶参考点。
      1. 使用可水洗的记号笔标记头顶参考点。
      2. 将帽状电极 浸入含有氯化钾溶液和婴儿洗发液的水中。
   2. 在参与者颈部围上一条毛巾，防止水滴落到其衣物上。在将帽状电极 戴到头部时，告知参与者闭上眼睛。
   3. 为参与者佩戴合适尺寸的帽状电极，并要求其保持舒适的坐姿。
   4. 当计算机屏幕上可见事件相关电位（ERP）波形时，让参与者眨眼并移动双手和双脚，然后引导儿童观察其动作在 ERP 波形中引起的畸变。
3. 开始呈现刺激材料，并要求参与者保持完全静止，“像一座雕像”；指向一张展示儿童静坐不动的视觉提示图，图中附有文字“保持静止，像一座雕像”。必要时使用普雷马克原则进行引导。
   注意：参见步骤 4.9 了解普雷马克原则的使用方法。
4. 完成实验的脑电图（EEG）部分后，向参与者提供承诺的补偿，并感谢其参与。

结果

作为一系列关于注视方向与视听言语感知研究的一部分，先前采用类似的脑电图（EEG）方案招募了25名自闭症谱系障碍（ASD）且平均智商的参与者（n = 25，19名男孩，6名女孩，平均年龄 = 10.25岁）（图9）。该前期队列中有72%的儿童完成了EEG方案。在当前队列中，迄今已招募了15名ASD参与者 （n = 15，11名男孩，4名女孩，平均年龄 = 9.4岁），其中12名参与了熟悉化方案。在完成熟悉化方案的12名参与者中，100%完成了完整的EEG数据采集方案（图9）。

图9。脑电图实验的完成情况。 使用与未使用...

讨论

上述熟悉化方案应用EBPs 以提高自闭症谱系障碍（ASD）儿童参与者完成多次测试会话和脑电图（EEG）数据采集的可能性。在实施该熟悉化流程的步骤之前，参与者无法完成EEG研究采集方案的全部环节。本研究的初步数据显示，所有参与熟悉化方案的参与者均能够完成完整的EEG数据采集。

实施的关键步骤包括提供社交叙事和视觉时间表、运用普雷马克原则（强化）、示范/角色扮演，以及对脑电帽进行脱敏。社交叙事和视觉时间表使儿童从研究入组开始直至研究完成，都能清晰了解实验流程的要求和各个步骤。强化措施有助于儿童坚持完成任务，并获得掌握感。角色扮演和脱敏训练使儿童有机会尝试不熟悉的设备和新颖的感官体验。最后，研究人员通过使用情绪评估工具，在开展评估和具有挑战性的实验任务过程中，确保儿童持续同意参与。

鉴于本实验方案所使用的工具，可根据参与者的不同背景（如实际年龄、心理年龄以及沟通能力水平）进行多种调整。为涵盖研究过程中参与者可能经历的各种情绪，研究人员可利用研究者评定量表，对参与者使用的自评量表进行相应调整。社交叙事和视觉日程表所使用的语言...

材料

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