孤独症谱系理论:孤独症个体语言障碍的神经电生理及影像学研究进展

发布时间:2024-04-29 分类:自闭症论文 浏览量:24

孤独症谱系理论:孤独症个体语言障碍的神经电生理及影像学研究进展插图-西米明天

来 源:现代特殊教育(高等教育研究)

作 者:何红艳1李金花2孔利1安瑞1彭甜甜1王和平??1

(1.华东师范大学教育学部特殊教育学系上海200333;2.深圳市南山区龙苑学校广东深圳518052)

[摘要]神经电生理的研究结果表明,孤独症个体在加工语言相关信息时会出现大脑右偏侧化、脑白质和皮质功能发育异常、θ波异常等;孤独症个体不缺乏语义加工的能力,但表现出语义加工速度慢、视觉语义加工优于词汇语义加工的特点。影像学研究结果表明,孤独症个体的脑部激活区域较少,脑部语言区域的神经功能连接性较低,整合性差;孤独症个体的左顶叶灰质体积和杏仁核体积明显偏大,颞平面体积小,顶叶下小叶内有较强的右偏侧化;孤独症个体的脑部结构不完整,语言加工依赖的区域不同,存在语言偏侧化现象。

[关键词]孤独症;语言障碍;神经影像学;神经电生理

[中图分类号]B841.1

一、引言

孤独症谱系障碍(AutismSpectrumDisorder,简称ASD)是一种广泛性的神经发育障碍[1]。语言障碍与ASD共患率较高,并表现出其相应的语言特征,如语言韵律失调、人称代词混用、语义理解以及语用能力受损等[2]。语言是人与人之间沟通的桥梁,是人类重要的社交符号。孤独症个体的语言障碍导致他们在人际交往、学业成绩以及未来生涯发展等方面面临诸多困难[3]。为解决这一问题,越来越多的学者开始关注孤独症个体语言领域的研究。

以往研究一般通过标准化测验(如语言评估量表)和非标准化测验(观察、访谈等)等行为测量学方式来研究孤独症个体的语言能力。它们可以记录孤独症个体语言损伤的程度,但不足以揭示语言障碍背后的神经发育特征[4]。随着生物医学和脑神经科学的快速发展,学者们借助功能性磁共振成像(FunctionalMagneticResonanceImaging,简称fMRI)、磁共振成像(MagneticResonanceImaging,简称MRI)、事件相关电位(Event-RelatedPotential,简称ERP)、弥散张量成像技术(DiffusionTensorImaging,简称DTI)等影像学和电生理技术对孤独症个体语言障碍的神经机制进行了深入的研究,并取得了较多实证研究成果。基于此,本文将综述近十年以来神经电生理和影像学技术对孤独症个体语言障碍病因病理的研究成果,以期为该领域的研究、教育和干预提供一定的参考。

二、研究方法

本研究主要采用布尔逻辑检索法进行文献搜索。英文检索词以孤独症(“autism”“ASD”“autismspectrumdisorder”)、影像学技术(“MRI”“fMRI”“NIRS”等)、神经电生理(“MEG”“EEG”“ERP”等)和语言(“language”)等为关键词进行组合搭配,中文检索词以“孤独症”(自闭症)、“神经电生理”(脑电图、脑磁图、事件相关电位)与“影像学技术”(核磁共振、近红外光学脑功能成像)等为关键词进行组合搭配,在中国知网、万方、EBSCO、webofscience等数据库中进行搜索。初步检索文献277篇,随后对重复的文献进行剔除,并通过阅读文献题目与摘要进一步筛选。筛选标准为:(1)研究对象确诊为孤独症且有语言障碍,不包括高风险孤独症个体;(2)文献发表时间在2010—2021年间,且经过同行评审;(3)所选文献中必须至少采用以上一种神经电生理或影像学技术来研究孤独症个体的语言;(4)实证研究,不考虑文献综述。最终获得18篇符合筛选标准的实证研究文献。

三、神经电生理方面的研究

(一)脑磁图

脑磁图(Magnetoencephalography,简称MEG)是一种应用脑功能图像的检测技术,通过对个体实施完全无接触、无侵袭、无损伤的大脑研究,能精确地从时空上提供脑组织电生理的功能性信息[5]。大多研究认为,孤独症个体语言障碍与P50m、M100潜伏期、MMF潜伏期等神经生理学指标有关。P50m是听觉诱发磁场的成分之一,可用于深入了解个体处理听觉信息的能力[6-7];M100潜伏期是听觉系统传导速度的指标[8];MMF是对一系列刺激中的某一个刺激进行反应,被动参与声音处理,且可以预测语言的功能[9]。这些生理指标代表了儿童发育过程中大脑的成熟。

Yoshimura等人使用MEG研究了33名3—7岁高功能孤独症儿童和35名普通个体在接受双耳人声刺激任务中P50m与语言能力的关系,结果发现两者没有关系,但高功能孤独症儿童大脑皮层活跃水平表现出较少的左偏侧化及较多的右偏侧化,且P50潜伏期随年龄增长逐渐缩短[10]。Berman等人使用MEG和动态磁共振成像(DiffusionMagneticResonanceImaging,简称dMRI)研究了孤独症儿童和普通个体听觉语言系统功能和结构的关系。其中,MEG用以测量听觉诱发M100潜伏期和听觉元音对比度错匹配MMF潜伏期,dMRI用以测量脑白质微结构。结果发现,在听觉和语言系统中,普通个体的白质完整性和脑皮层电生理学相连接,即普通个体的白质微结构特征与M100和MMF潜伏期有关。但在孤独症儿童中,白质微结构不能预测M100或MMF潜伏期,孤独症儿童脑白质和皮质功能发育异常,并伴有异常的侧化。研究还发现,延迟M100与孤独症个体的严重程度有关,而MMF延迟与其语言障碍有关[11]。

部分研究还发现,孤独症个体语言障碍与脑波异常有关。You等人使用MEG研究了高功能孤独症青少年及普通同龄人在词汇和认知控制加工过程中θ波振荡的时空分布特征。结果发现,与普通同龄人相比,高功能ASD青少年在词汇决策任务上表现出更低的准确率和更长的反应时间;在左侧额颞叶语言网络和跨越连续时间窗的内侧额叶执行区表现出异常的θ波功率[12]。

(二)事件相关电位

事件相关电位是一种特殊的脑诱发电位,反映了个体在认知过程中对刺激的反应。ERP具有数据采集快、时间分辨率高的优势[13],可以用来检测和识别孤独症个体语言障碍的神经机制。

目前研究者一般使用ERP来研究孤独症个体的语义加工特点与机制。DiStefano等人使用ERP研究了孤独症儿童语义加工的神经相关因素,结果发现与普通儿童相比,孤独症儿童并不缺乏语义加工的能力,但由于其心理表征的整合有限,在N400潜伏期更长,具体表现为语义信息加工速度缓慢[14]。Coderre等人使用ERP研究了孤独症成人和普通成人对词汇语义加工(书面语)和视觉语义加工(图片)的反应,结果发现,孤独症个体能进行词汇和图片的语义处理,表明孤独症患者在视觉与词汇语义加工方面没有困难[15]。

综上所述,孤独症个体在加工语言相关信息时,大脑皮层激活模式异常,主要表现为大脑向右偏侧化、脑白质和皮质功能发育异常、θ波异常等;孤独症个体不缺乏语义加工的能力,但表现出语义加工速度缓慢、视觉语义加工优于非视觉语义加工等特点。从已有研究可以看出,研究的对象多为高功能孤独症个体,但这不能代表所有孤独症个体表现出来的共同语言障碍,因此后续研究中低功能孤独症个体的研究也值得尝试;另外,研究发现孤独症个体有语义加工的能力,因此,特殊教育工作者有必要根据其优势进行针对性的教育。

四、影像学方面的研究

(一)功能性磁共振成像

功能性磁工振成像是20世纪90年代开始兴起的一种新型磁共振成像技术,结合了功能、解剖和影像三方面信息,为磁共振技术从传统的单一形态结构研究向结构与功能相结合的系统研究提供强有力的技术支持[16]。当大脑在处理语言时,不同的大脑区域会被激活,fMRI高空间分辨率的特点可以较准确地定位脑语言区,成像技术和图像处理方法可以将脑的活动以直观的图像表达出来[17]。研究者通过fMRI可以了解孤独症个体语言区的脑神经机制与特点。

Kim等人使用fMRI研究了孤独症儿童和普通儿童在社交语言理解任务中行为和神经活动的差异,结果发现与普通儿童相比,孤独症儿童完成任务的准确性差,右下额回(RightInferiorFrontalGyrus,简称RIFG)活动显著降低,反应时较长[18]。Knaus等人使用fMRI研究了孤独症青少年相对于普通青少年在动词语义处理上的差异,并探讨了脑部激活与语言行为之间的关系。结果发现,相较于普通青少年,孤独症青少年左前运动区、左额叶和左颞叶的激活更少,这些区域激活的减少影响了孤独症青少年的语义工作记忆、语义编码和语言表达能力等[19]。Groen等人使用fMRI研究了孤独症患者的左下额叶(LeftInferiorFrontal,简称LIF)与其语义和语用的关系,结果表明,在需要整合说话人信息的句子中,孤独症组左下额叶区域的激活异常减少,导致了孤独症患者在语用和语义方面存在缺陷[20]。

大多数研究认为,孤独症个体语言障碍还与其大脑功能连结性减弱和语言网络的协调能力较差有关。Kana等人使用fMRI研究了孤独症青少年与普通青少年在“自我—他人”表征任务处理中大脑活动和功能连接方面的差异,结果表明,孤独症组在进行自我相关加工过程中,左下额回和左顶下小叶的活动减少,这反映了其较低水平的语义处理和自我处理;在处理自我相关词汇时,前扣带回皮质与部分大脑区域(含额下回、颞中回、壳核和小脑等)的功能连接性明显减弱[21]。Williams等人使用fMRI研究了两个不同年龄阶段的孤独症个体相较于同龄普通个体在文本理解任务中的神经学差异,结果发现,普通个体与孤独症个体对具有讽刺意味文本任务的理解均存在困难,但两者在应对该任务时的神经活动表现不同,普通个体左半球语言网络的协调能力更强,功能连接性增加;但孤独症个体的左半球语言网络的协调能力较差,功能连接性差且没有显著的增强[22]。Verly等人使用静息态功能磁共振成像(restingstatefunctionalMagneticResonanceImaging,简称rfMRI)研究了有语言障碍高功能孤独症个体语言网络的功能连接性,结果发现,与普通个体相比,孤独症个体大脑和小脑的语言区域相对分离,语言网络中的功能连接性整体下降,这可能导致了孤独症个体的语言功能障碍[23]。

(二)磁共振成像

磁共振成像是一种安全无损伤的影像学技术,广泛应用于临床诊断和生物医学基础研究。相对于生物医学领域内其它影像学技术来说,MRI主要具有以下优点:无损伤,可以多次重复检测;多参数成像,从而获得不同方面的信息,如组织结构信息、代谢信息以及脑功能活动信息。

大多数研究发现,孤独症个体脑部语言区域结构的体积和功能与普通个体有差异。Zoccante等人使用MRI研究了孤独症儿童顶叶体积与语言的关系,结果发现,孤独症儿童左顶叶灰质体积与说出第一个单词的年龄有显著相关(r=0.50,p=0.007),即孤独症个体说出第一个单词的年龄越大,左顶叶的体积越大,语言发育越慢[24]。Floris等人使用MRI研究了语言发育迟缓和无语言发育迟缓的孤独症成年男性在大脑皮层语言相关结构的偏侧化差异,结果发现,与对照组相比,伴有语言发育迟缓者在顶叶下小叶内有较强的右偏侧化现象,此外沿听觉皮层(包括颞叶平面、赫氏回、后缘上回和顶叶盖)左偏侧化减少的现象更明显,而听觉区域左偏侧化的减少会影响儿童社交[25]。Lucibelloa等人使用MRI研究学龄前孤独症儿童中可能出现的临床和影像学表现模式,结果表明,学龄前孤独症儿童的总灰质体积、总皮质灰质体积和杏仁核体积明显大于普通儿童,这些体积的偏大可能导致其语言相关区域的损伤[26]。Knaus等人使用MRI研究了有表达性语言障碍和无表达性语言障碍的孤独症儿童在解剖学上的差异,结果表明,与语言表达能力正常的孤独症儿童相比,语言表达能力受损的孤独症儿童的颞平面(planumtemporale,简称PT)解剖异常[27],即孤独症儿童的表达性语言缺陷可能与较小的PT体积有关。

(三)弥散张量成像

弥散张量成像是基于组织结构中水分子的扩散运动来成像,可无创展现神经束的结构和形态,提供纤维通路局部结构的特性[28]。DTI的最大优势是能够以量化的形成直观地显示脑内纤维束微观结构变化。目前研究者使用DTI研究孤独症个体语言功能与结构相关的纤维结构信息。

Knaus等人使用DTI研究了孤独症个体与普通个体语言功能的偏侧化和语言区域解剖学之间的关系,结果表明,语言偏侧与语言区域解剖学之间有关。主要表现为:与左利手孤独症个体相比,右利手语言激活的孤独症个体和普通个体的额叶语言区灰质体积要小;另外,右利手组弓状束的各向异性值(FractionalAnactional,简称FA)高于左利手,说明右利手组的大脑功能性连接更强[29]。Verly等人使用DTI研究了语言网络神经连接与语言功能的关系,结果发现,语言网络的神经连接与语言功能有关。具体表现为孤独症个体在右半球房颤、下额叶和上颞叶、右半球弓状束上有缺失,从而导致其语言障碍[30]。Sahyoun等人使用DTI研究了高功能孤独症儿童和普通儿童在视觉空间和语言加工神经认知基础上的差异,结果发现,普通儿童在加工任务时依赖于额叶和颞叶语言区,孤独症儿童在加工时依赖于枕顶和腹侧颞区,这可能是由于孤独症个体额叶语言区域的激活受损,因此更依赖于视觉加工[31]。

以上影像学研究显示,孤独症个体语言障碍的大脑的激活区域、结构、功能、体积以及加工方式与普通个体存在较大的差异,孤独症个体的脑部区域活动激活较少;孤独症个体的大脑结构不完整、加工区域不同,在功能上出现连接性较差、整合性较差、语言偏侧化的现象,在体积上出现左顶叶灰质和杏仁核体积明显偏大、颞平面体积小等情况。从影像学的研究结果可以看出,普通个体与孤独症个体在语言发展方面有较大的差异,提示孤独症个体家长或教师需要根据其语言发展的特点进行有针对性的、个别化的教学与调整。

五、启示

(一)对后续研究的启示

1.综合运用多种技术,拓宽研究广度

后续研究应综合采用多样化的技术,对孤独症个体语言障碍的神经机制进行研究。目前研究主要采用fMRI、MRI、MEG、ERP等技术,以fMRI为主。但fMRI设备价格昂贵,且在研究和应用中需要有标准化的任务刺激模式,对被试配合度要求高[32]。这导致了以往研究的被试常为高功能孤独症青少年和成人,缺少低功能孤独症个体、孤独症婴幼儿和儿童。近年来,随着脑神经科学和生物医学的快速发展,新技术不断涌现,如近红外光学脑功能成像(funcitonalnear-infraredspectroscopy,简称fNIRS),它是一种无创性的新型光学成像技术[33],对人体无害、便携、成本低,可在自然情境下对孤独症个体进行超扫描,在线实时观察孤独症个体更真实的大脑激活情况,且使用方便,适用于婴幼儿和孤独症个体[34]。因此,在未来对孤独症个体语言障碍的研究中,可将fNIRS与其他技术相结合,在自然情境下探讨各年龄阶段孤独症个体语言障碍的神经机制。

2.拓宽研究对象范围

已有研究中研究对象的范围较单一,主要表现在年龄、孤独症类型、性别、数量上。在年龄上,纳入研究的文献主要以儿童、青少年与成年孤独症个体为主,缺少婴儿阶段的孤独症个体;在性别上,主要以男性为主,缺少女性孤独症个体;在孤独症类型上,主要以高功能孤独症为主,缺少低功能孤独症个体,高功能孤独症个体的语言、认知水平相对较好,因此,不足以代表患有孤独症个体共有的语言障碍[35];在数量上,大多数研究存在样本量较少和不均衡的现象,例如,在研究孤独症个体语言与语言偏侧化的关系时,左撇子孤独症个体的数量较多,但左撇子对照组的数量比较少,因此在结果上的精确度可能会降低[36]。基于此,后续的研究可以从年龄阶段、孤独症类型、性别及数量上来拓宽研究对象的范围,更好地了解孤独症个体语言障碍的特征以及产生机制。

3.加强本土化研究

目前运用神经电生理与影像学技术来研究孤独症个体语言障碍的研究大多数来自国外,而国内这方面的研究较少。由于文化、语言的差异,不同国家的语言类型及复杂程度也不一样。虽然孤独症个体语言障碍具有共通性,但是目前并没有研究去探讨国内与国外孤独症个体语言障碍在神经机制以及表现特征上是否有差异。因此,我国学者后续可开展本土化研究,运用神经电生理与影像学等先进技术探讨我国孤独症个体语言障碍的特征与神经机制。

(二)对教育的启示

1.树立评估意识,制订合适的干预方案

科学而全面的评估是特殊教育的基础[37]。针对孤独症个体的语言障碍,首先要了解该儿童的语言能力水平,通过神经电生理、影像学技术以及课堂观察等方式了解孤独症个体语言存在哪方面的障碍,如功能、生理结构、语义加工缓慢等,了解后对于结构和功能方面无法改变的生理问题,教师对其给予包容与接纳理解;但对于一些可以通过外在条件和自身努力达到的要求,教师则需要相信其有能力做好,尽最大努力为其创设一个良好的语言沟通环境。如孤独症个体并不缺乏语义加工的能力,只是语义加工速度较慢,教师可以给予孤独症个体语义加工的时间;若儿童还是未能回答,教师要思考儿童是对该词语的音形义符不理解还是四者之间没有建立联系等。作为一名特殊教育工作者,我们不仅要成为一名专业的教师,更要努力成为一名专业的评估者。

2.利用大脑右偏侧化优势,提高孤独症个体成就感

大脑偏侧化指的是负责语言加工的皮层区域在激活及活动时的半球不对称性[38]。影像学研究发现,孤独症个体大脑结构存在右偏侧化现象,而大脑右半球在调节空间知觉方面存在优势,表现为视觉语义加工上优于词汇语义加工。

在教育实践中,教师不能只是关注孤独症个体语言障碍带来的不足,还要发现孤独症个体的优势,利用其右半球优势来设计教学活动,将“视觉支持”策略用于孤独症个体的语言干预。已有研究表明,利用孤独症个体的视觉优势能够有效提升其词汇的数量、主动性言语表达次数、被动性言语表达次数等[39]。因此,教师在教学时可更多呈现有关视觉信息的内容,吸引孤独症个体的注意力,激发其学习动机,使其在积极有效的教学任务中获得成就感。另外,从已有研究可以发现孤独症个体是有语义加工能力的,并且教育研究和实践也证明即使是残障学生也能够学习到比想象中更多的内容[40-41]。因此,教师要关注这些儿童的学习潜能。

3.根据孤独症个体脑部语言区域特点,进行有效干预

研究发现,孤独症个体的脑部语言区域激活较少,功能连接性较差,整合能力不足;脑部结构不完整,在右半球房颤、下额叶、上颞叶和右半球弓状束上有缺失;脑白质和皮质功能发育异常,语义信息加工速度缓慢。这些脑结构和功能异常会导致孤独症个体在语义、语用等方面有障碍。在教学过程中,教师要根据孤独症个体脑部语言区域特点进行有针对性的教育。其一,教师的语言要简洁易懂,教学指令明确。由于孤独症个体在语义的理解上存在困难,且工作记忆平台的容量有限,所以教师在教学中使用的教学用语尽量口语化、自然化,使其能够更易理解。其二,给予等待的时间。由于孤独症个体语言加工的速度缓慢,所以教师在给孤独症个体提问后,要给予其语义加工的时间。其三,为其提供有利的语言环境,促进儿童愿意且敢于与儿童、家长、教师进行简单的沟通。有研究发现,父母参与到儿童的干预中,能够加强父母和儿童之间人际互动的发展,增强儿童的人际互动能力,同时还有利于儿童语言交流的发展[42]。因此,家校合作在孤独症个体语言沟通中显得极其重要。如父母在家里可以创设儿童感兴趣的话题,对其回答给予肯定,提高其在沟通过程中的成就感。

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