發展性障礙兒童的腦發育特點及干預*

丁 穎 李燕芳 鄒雨晨

(1北京師范大學腦與認知科學研究院,北京師范大學認知神經科學與學習國家重點實驗室 北京 100875)(2中國基礎教育質量監測協同創新中心,北京 100875)

發展性障礙是指在發育期間,因為生理或心理原因造成的顯著、長期的發展遲緩,并導致功能上受到實質性限制,包括智能障礙、學習障礙、語言障礙、情緒行為障礙以及自閉癥等(向友余,劉娟,黎莉,慕雯雯,魏壽洪,2007)。其中,注意缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivity disorder,ADHD)、孤獨癥(autism spectrum disorders,ASD)、發展性閱讀障礙(developmental dyslexia)以及發展性計算障礙(developmental dyscalculia)是兒童青少年階段的高發障礙。流行病學的研究表明,我國ADHD的發生率為4.31%～5.83%(何侃,2008),發展性計算障礙的發生率約為3%～6.5%(張樹東,董奇,2007),發展性閱讀障礙的發生率約為 3%～10%(周曉林,孟祥芝,陳宜張,2002),按發生率為 2‰的保守估計,我國約有 150萬自閉癥兒童(陳順森,白學軍,張日昇,2011)。這些發展性障礙兒童通常表現為學業成就低下,社會交往困難,甚至影響正常的生活。兒童青少年階段是個體腦和行為發育的關鍵期,大腦的可塑性較強。有研究顯示,早期干預有助于改善神經系統的發展,降低發展性遲滯的發生率(Hwang,Chao,&Liu,2013;Vanderveen,Bassler,Robertson,&Kirpalani,2009)。因此,對發展性障礙兒童進行研究,了解其臨床表現和發病機理對個體日后癥狀的改善和康復,對社會和家庭壓力的減輕以及國民的整體健康都有著極其重要的意義。

大量臨床研究對發展性障礙的癥狀表現和核心缺陷進行了探討,在行為層面上描述了發展性障礙的臨床表現,揭示了發展性障礙的認知缺陷特點,這對于診斷、干預和治療發展性障礙起到了重要作用。近30年來,隨著研究手段和技術的進步,研究者開始采用先進的腦成像技術,從腦結構、腦功能以及腦網絡等層面考察特定發展性障礙兒童的異常表現,進而識別不同障礙兒童異常腦發育規律的共性和特異性。研究所發現的發展性障礙患者異常腦發育的指標,對了解正常群體與發展性障礙之間的差異,建立各類發展性障礙的核心認知行為缺陷與腦發育缺陷的對應關系,找出早期診斷和干預相關障礙的生物學標記具有重大意義。本文主要以臨床發生率較高的、研究相對較多的且涉及不同認知缺陷(如,注意機制、社會認知、數字加工、語言加工等)的注意力缺陷多動障礙兒童、孤獨癥兒童、發展性閱讀障礙兒童以及發展性計算障礙兒童為例,對發展性障礙與大腦結構損傷、發展性障礙的認知缺陷與腦功能性損傷以及發展性障礙的干預與腦功能的改善等研究進行梳理和總結。

1 發展性障礙呈現出彌散性的腦結構損傷

通過毀壞腦組織或是造成遺傳突變等方式構建出的動物模型發現,發展性障礙的癥狀可能與腦結構異常有關。在對發展性障礙兒童的研究中,最初,研究者假設,單一發展性障礙的病因與負責其核心認知缺陷的相關腦區的結構異常有關,并試圖定位腦損傷的具體位置。比如,以ASD患者為例,ASD患者最核心的缺陷在于社會交往障礙,表現為避免與他人視線接觸,無法意識到他人的存在和想法以及不愿和他人擁抱或接觸(陳順森等,2011)。有研究者采用磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)技術,探測了年齡范圍為1～5歲的41名ASD兒童以及39名正常兒童杏仁核的體積,結果發現,相比正常兒童,ASD兒童的杏仁核體積增大,杏仁核主要負責情緒、面部表情識別等認知加工,這提示杏仁核結構的異常可能是 ASD兒童社會性損傷的重要病理基礎(Schumann,Barnes,Lord,&Courchesne,2009)。

但是,這種以個別功能性皮層區域損傷解釋單一發展性障礙的觀點未得到實質性證據的支持。相反,單一發展性障礙的大腦結構異常往往在整體上、系統水平上以及復雜的神經解剖上具有彌散性(diverse)的特點(Johnson,2005/2007)。這可能與各類發展性障礙都共同涉及到一些基本感知覺認知加工(如,注意)、情緒加工和運動能力等方面的障礙有關。最近,壽小婧和張嶸(2013)通過搜索多個權威數據庫(如 Elserver、Springer等)查找了2007～2011年間關于孤獨癥譜系障礙的磁共振成像文章,對ASD兒童腦結構方面的研究進行了梳理,結果發現,相比正常兒童,ASD兒童在涉及語言、情感以及運動的顳葉、杏仁核以及小腦區域受損。同樣,國外學者 Cortese(2012)對有關ADHD大腦結構的神經影像、神經生理學、神經化學等多角度的研究進行了元分析,提出在大腦結構上,ADHD兒童在涉及自上而下的控制性加工、注意、認知和情緒控制加工以及運動等多個腦區均存在異常,如在額葉-皮質紋狀體區、顳葉、基底核、胼胝體、杏仁核、海馬體和小腦等多個腦區上都表現出異常。

另外,不同認知加工的發展之間并非完全的獨立,而是相互關聯,一種認知加工的缺陷可能會影響其它認知加工的發展。這就造成了共病癥的出現,如閱讀缺陷可能會造成數學問題解決能力的受損(Butterworth &Kovas,2013);ASD兒童也會表現出注意缺陷(Mikami,2010),多動行為(Sinzig,Walter,&Doepfner,2009);ADHD兒童也會表現出刻板行為(Hartley &Sikora,2009),社會交流障礙(Geurts,Broeders,&Nieuwland,2010)等。這些共同的癥狀使得不同障礙表現出共同的腦區異常。如Brieber等人(2007)采用MRI和基于體素的形態學(Voxel Based Morphometry,VBM)技術,對ASD、ADHD和正常被試的腦結構進行探測,結果發現,ASD和ADHD都表現出頂葉下回腦區的結構異常,該腦區的異常與注意缺陷有關,這從神經機制上驗證了ADHD和ASD共同存在著注意缺陷。

大多數障礙都存在共同異常的另一個腦區是前額葉。在出生后的腦發育中,前額葉是最晚表現出結構變化的皮層區域,它涉及參與執行功能的加工(周玫,周曉林,2003)。執行功能作為一種高級認知能力,對個體的各種認知操作過程起到了監督和控制的作用(Funahashi,2001)。因此,多個發展性障礙在前額葉上都表現出共同的缺陷,但具體位置有所不同。一項對21篇ADHD兒童(平均年齡范圍為9～13歲)的MRI研究進行元分析的結果發現,ADHD兒童右半球前上額葉腦區的體積要小于普通兒童(Valera,Faraone,Murray,&Seidman,2007)。同樣,這種前額葉腦區的異常在ASD兒童和發展性計算障礙兒童等障礙兒童身上也存在。例如,有研究發現,與正常兒童(平均年齡為 10.95歲)相比,ASD兒童(平均年齡為 11.37歲)的內側前額葉異常(Hoeft et al.,2011)。另外,在對 9～12歲的發展性計算障礙(dyscalculia)兒童腦結構的研究中,研究者也發現,相比正常兒童,發展性計算障礙兒童在左側額下回以及兩側額下回區域的灰質均顯著偏少,左側額葉的白質顯著偏少(Rotzer et al.,2008)。

由此可見,任何一項發展性障礙都不僅僅是單一腦區的結構損傷,而是與多個腦區的彌散性損傷有關。不同發展性障礙因其核心認知缺陷不同,在腦結構異常的核心區域上有所不同,但由于每一類發展性障礙都涉及多項能力的損傷且各類障礙之間存在共病癥的問題,不同障礙也在一些共同的腦區上出現損傷。另外,以上三個方面的內容一定程度上反映了 Waddington個體發展軌跡的觀點(Waddington,1975),即發展性障礙的早期腦損傷會擾亂其正常發展軌跡,然而,同一個腦區的損傷可能會導致不同的心理行為發展軌跡,并最終形成不同的表現型;相反,不同腦區的損傷可能產生相同的心理行為發展軌跡,并產生相同的表現型。然而,以上研究大多是從“靜態”的角度對發展性障礙的腦結構異常進行分析,并不適用于對發展性障礙腦損傷的“動態”軌跡的考察(Johnson,2005/2007)。從發展軌跡的角度對發展性障礙的探究可能更有利于揭示發展性障礙的特異性。

2 發展性障礙在腦激活上的異常表現

結構是功能的基石,結構的異常也會導致功能的異常。借助fMRI、ERP和fNIRS等技術,大量研究通過考察障礙兒童在執行核心缺陷相關的認知任務時的腦活動特點,發現各類發展性障礙兒童表現出核心認知缺陷相關的腦區功能的異常。總體來看,相比正常兒童,各類發展性障礙兒童在完成認知任務中,表現出涉及認知加工的腦區激活強度的普遍減弱。比如,對于計算障礙兒童來說,頂內溝區域的異常是其最核心的缺陷。有研究者發現,相比正常兒童,發展性計算障礙兒童的雙側頂上葉和頂內溝的灰質密度減小(Rykhlevskaia,Uddin,Kondos,&Menon,2009)。有研究采用fMRI技術考察了9～11歲的計算障礙兒童對符號數的認知能力,結果顯示,在進行符號與非符號數量比較時,計算障礙兒童的頂內溝激活比較弱(Mussolin et al.,2010)。另外,一項考察8～12歲閱讀障礙兒童在完成語音加工任務時的大腦激活特點的研究發現,閱讀障礙兒童左側顳頂區的激活程度顯著低于正常兒童(Temple,2002)。左側顳頂區是負責語音工作記憶的關鍵區域(Eckert,2004)。這些研究表明,障礙兒童在執行核心缺陷相關的認知任務時,表現出所涉及的關鍵腦區的激活減弱,這與他們較差的行為能力有關。

然而,發展性障礙也會存在腦區激活水平增強和不激活的情況。比如,Kita等人(2013)使用腦磁圖技術(MEG)測查了閱讀障礙兒童在完成音韻任務時的大腦激活狀況,發現與正常兒童相比,閱讀障礙者的基底核和顳上回的激活水平較高。這表明閱讀障礙兒童無法像正常兒童一樣,對音韻學信息進行自動化加工,因而需要付出更大地努力,通過增加腦區功能的活動性以補償其自動加工上的缺陷。有研究采用 fMRI技術,對 ASD患者和正常被試在連續性性動作任務中的腦功能活動特點進行考察,結果發現,ASD患者無論在目標物連續運動時還是隨機出現時,右側初級視覺皮層的腦活動均增強,這可能與障礙患者無法根據任務的特異性進行腦功能的有效調節有關(Brieber et al.,2010)。另外,在發展性障礙兒童身上也觀察到腦區不激活或是腦活動不出現的現象。比如有研究者對平均年齡約為 12歲的 ASD兒童和正常組兒童觀察他人和模仿他人表情的能力進行了考察,fMRI掃描結果表明,相比正常組,孤獨癥兒童在模仿他人表情時,額下回后部的鏡像神經系統未顯著激活(Dapretto et al.,2005)。

此外,在行為研究中,一些研究者發現,發展性障礙兒童的核心缺陷僅表現在認知加工過程中的某一階段而不是所有階段上。例如,有研究發現,相比正常兒童,ADHD兒童干擾控制能力的缺陷只表現在反應階段(Jonkman et al.,1999)。隨著技術手段的進步,研究者開始通過ERP技術考察發展性障礙兒童在加工過程中的腦功能特點,試圖從神經機制上驗證發展性障礙兒童在哪一認知加工階段上會存在缺陷。例如,有研究對10～14歲的16名ADHD兒童和16名正常組兒童執行持續性注意任務(Continuous Performance Tests,CPT)時的大腦活動特點進行了考察,ERP檢測結果發現,相比正常組兒童,ADHD兒童在編碼階段的大腦活動模式正常,但在反應階段,ADHD兒童P300(與注意、記憶等認知加工過程有關)的波幅降低,P300的潛伏期延長,這說明ADHD兒童的核心缺陷主要在反應階段(Strandburg et al.,1996),這一結果驗證了行為研究的發現。

綜上所述,我們不難發現,發展性障礙兒童腦功能活動的異常可能與其認知障礙缺陷、行為癥狀的具體表現以及不同認知加工階段的特點有關。這些為進一步驗證發展性障礙的認知和行為異常缺陷以及認知加工過程中的異常加工階段提供了神經學證據。

3 發展性障礙表現出異常的腦網絡連接特點

任何一項認知活動都離不開多個腦區的共同參與,這些相互關聯的腦區構成一個復雜的網絡。比如,數學認知依賴于一個大范圍的皮層支持網絡,包括頂葉、額葉與顳葉的部分區域,尤其是頂葉皮層(Dehaene,Molko,Cohen,&Wilson,2004)。注意也涉及到一個廣泛的神經網絡,目前較為公認的是Posner和Dehaene(1994)提出的注意神經網絡,它包括額葉、頂葉、外側前額葉皮層、前扣帶回等腦區。發展性障礙的病因和癥狀都是復雜多元的,這就決定了發展性障礙不僅僅表現出單個腦區上的異常,也表現出腦區間連接的異常,從而構成一個異常的腦網絡。

在考察發展性障礙的腦網絡連接特性上,研究者主要聚焦于對完成認知任務時的腦網絡連接特性進行分析。研究顯示,多項發展性障礙的腦網絡連接強度均存在異常。一項研究考察了10～13歲的18名發展性計算障礙兒童和20名正常兒童的近似計算、精確計算以及比較大小的能力,fMRI掃描結果發現,相比正常組兒童,在執行模糊計算任務時,發展性計算障礙兒童的頂內溝,兩側額中回以及額下回神經網絡的活動明顯偏弱(Kucian et al.,2006)。另外,Richards和Berninger(2008)采用fMRI技術考察閱讀障礙兒童與正常兒童在完成語音任務時的腦網絡連接特點,結果發現,閱讀障礙兒童左側額下回與雙側額中回、雙側輔助運動區、左側中央前回和右側額上回的連接強度與正常兒童存在顯著差異。

近些年,研究者除了對執行認知任務時的大腦網絡予以關注外,靜息狀態下的默認網絡也引起了研究者的關注。默認網絡(Default Mode Network,DMN)是指大腦在靜息時存在著一個有組織的網絡,包括前楔葉/后扣帶皮層、內側前額皮層、雙側海馬、雙側角回和雙側外側顳葉等(李雨,舒華,2014)。有研究發現,一些發展性障礙兒童在默認網絡內部連接上也存在異常。例如,Wang等人(2009)的研究以ADHD兒童(平均年齡為13.6歲)和正常兒童(平均年齡為13.3歲)為被試,掃描獲取被試靜息狀態下的功能磁共振數據,發現與相正常兒童相比,ADHD兒童的靜息功能網絡拓撲結構發生了顯著變化,主要表現為網絡局部加工效率顯著增強。Washington等人(2014)采用MRI技術探測ASD兒童(平均年齡為10.9歲)的默認網絡連接,掃描結果發現,默認網絡節點間的連通性下降,默認網絡節點與視覺和運動功能網絡之間的局部連通性增強。有研究者認為,一方面,腦功能網絡全局效率降低可能是由于腦結構網絡的異常所導致的,即結構的異常導致腦網絡中長距離節點間的連接效率下降。另一方面,腦功能網絡局部效率的增強可能與其他腦區的局部連接下降有關,需要該腦區用更高的節點效率進行補償有關(馮剛毅,朱祖德,段懿行,張衛,2011)。另外,發展性障礙的默認網絡異常是否與其核心缺陷存在相關呢？有研究者采用靜息fMRI等技術,考察了ASD兒童和正常兒童(年齡范圍為 7～12歲)默認網絡的功能性連接,并且通過多元回歸分析以檢驗 ASD默認網絡的功能性連接的特性是否與其核心的社會認知缺陷之間存在相關,結果發現,相比正常兒童,ASD兒童的后扣帶回皮層連接增加,并且,這一功能性連接的異常模式與ASD的社會能力受損程度存在相關。這表明,ASD兒童的核心社會認知缺陷可能與默認網絡中有關的神經環路的連通性增強有關(Lynch et al.,2013)。

4 發展性障礙的腦發育特點受到年齡、性別、障礙程度的調節

隨著年齡增長,發展性障礙成人的臨床癥狀是否存在,相應的腦異常表現是否存在？一些臨床工作者認為,許多發展性障礙是一種非自限性疾病,即其部分癥狀不會隨著年齡的增長而消失,如有 40%～60%的 ADHD患者在成人后依然存在著ADHD的部分臨床癥狀(Faraone,Biederman,&Mick,2006)。相應地,一些腦結構成像的研究發現,ADHD成人患者與正常成人相比依然存在腦結構的異常。例如,Seidman等人(2011)運用VBM技術,測量了平均年齡為 37.3歲的 74名 ADHD成人和 54名正常組被試的全腦和一些核心腦區的灰質體積,結果發現,相比正常成人,ADHD成人在背外側前額葉、前扣帶回和小腦等腦區體積較小。并且,一些研究還發現,ADHD成人的腦異常特點與 ADHD兒童的腦異常特點一致。如,Frodl和Skokauskas(2012)采用VBM技術,對175名ADHD兒童和青少年,145名ADHD成人以及288名正常組被試的灰質體積進行測量,結果發現,ADHD成人被試與ADHD兒童一致,均表現出前扣帶回腦區體積的減少。

但是,有一些研究表明,ADHD成人與正常成人在腦結構上并無明顯差異,即ADHD成人的腦結構趨于正常化(Castellanos et al.,2002;Nakao,Radua,Rubia,&Mataix-Cols,2011)。那么,造成這一結果分歧的原因是什么呢？上面提到的 Frodl和 Skokauskas(2012)的研究,還采用了多元回歸分析,運用VBM技術,對服藥的ADHD患者的灰質體積進行了測量,結果發現服藥后ADHD患者的灰質體積沒有異常,這表明腦結構的正常化可能與藥物治療有關。因此,研究者們認為,一些研究中觀察到的ADHD成人腦結構的正常化可能與研究采用的被試樣本有關,即雖然在兒童和青少年期是 ADHD患者,但隨著用藥后癥狀的改善,到成人期,ADHD患者的腦功能已逐漸正常化。此外,研究表明,從兒童期到青少年期再到成人期,發展性障礙患者的大腦也表現出一個自然的發育和成熟的過程,相應地其一些行為癥狀也表現出緩解。例如,一項關于ADHD患者的尾狀核體積的縱向研究表明,ADHD患者在青春期后期的尾狀核體積趨于正常,尾核體體積與多動/沖動有關,因此,這個階段的ADHD患者也表現出多動癥狀的減輕(Biederman,Mick,&Faraone,2000)。基于此,從發展軌跡的角度出發,考察不同年齡的發展性障礙腦發育特點,有助于揭示發展性障礙行為缺陷與腦機制之間關系的變化趨勢。

在特定發展性障礙的發病率上,普遍存在著男女比例的差異,其中,許多發展性障礙都是男性發病率要顯著高于女性,如在 ASD各類型中,男女比例為4:1(Chakrabarti &Fombonne,2001),艾斯伯格綜合征(Asperger)的男女比例高達 11:1(Gillberg,Cederlund,Lamberg,&Zeijlon,2006),ADHD的發病率也是男孩高于女孩。這與正常群體中不同性別兒童大腦發育速度、水平,以及男女兒童認知方式、能力優勢的差異有關。首先,不同性別群體在大腦單側化發展(優勢腦半球)以及腦發育的速度和水平上存在差異,例如,一項研究考察了兒童青少年大腦灰質體積的性別差異,發現男孩左側頂上回、兩側頂下回、左側楔前葉和兩側緣上回的灰質體積大于女孩,女孩兩側顳上回、兩側額下和額中回的灰質體積大于男孩(Guo,Jin,Chen,Peng,&Yao,2008)。因此,有研究者認為,造成發展性障礙發生率的性別差異的原因之一可能在于男女本身普遍存在的腦結構和腦功能的差異(徐新杰,張嶸,2012;鄒麗娟,張偉,舒華,2011)。其次,這也與正常男女兒童在認知方式、能力優勢上的差異有關。例如,Baron-Cohen(2000)認為,ASD患者心理理論能力較差,即無法從他人角度看事物以及理解他人的信念和意圖,但對物理世界的直覺認識能力較強。而在總人口中,具有對物理世界的直覺認識能力較強的是男性而非女性。因此,他提出了“男性大腦”(male brain)的概念,認為孤獨癥是男性大腦認知方式的極端表現。來自神經解剖學的證據也支持了這一觀點,即孤獨癥患者的某些腦結構異常表現出極端雄性化的特點。即使在對男女本身的全腦體積差異進行校正后,與同性別的正常群體相比,男性和女性孤獨癥患者均表現出杏仁核體積的異常增大(Baron-Cohen,Knickmeyer,&Belmonte,2005)。另外,ASD患者大腦極端雄性化在腦功能上也有所體現。例如,相比正常女性,正常男性在靜息狀態下的默認網絡功能連接偏低,而ASD男性患者的默認網絡功能連接強度則更低(Assaf et al.,2010)。

除了年齡、性別之外,發展性障礙患者的癥狀嚴重程度也會影響腦發育的特點。有研究發現,尾狀核體積的減小與ADHD癥狀的嚴重程度有關,即尾狀核越小,ADHD 的癥狀(多動/沖動癥狀)越嚴重(Frodl &Skokauskas,2012)。有研究采用fMRI技術,考察平均年齡為13歲的14名具有嚴重ASD癥狀的兒童、14名ASD癥狀較輕的兒童和33名正常兒童的腦功能特點,結果發現,相比ASD癥狀較輕的兒童,具有嚴重ASD癥狀的兒童,腦后部局部腦區(Posterior Brain Regions)的連接性更高,這表明不同障礙嚴重程度的腦活動/連接特點不同(Keown et al.,2013)。這些研究在一定程度上為闡明行為癥狀與腦發育缺陷的對應關系提供了證據。

5 發展性障礙的干預與腦功能的改善

近些年,發展性障礙的干預與大腦可塑性的變化引起越來越多研究者的興趣(馮剛毅等,2011)。在兒童青少年階段,大腦的可塑性較強,針對發展性障礙兒童的干預與腦功能變化的研究,不僅對揭示干預療效的深層機制有著重要的臨床意義,也對回答大腦可塑性變化這一發展認知神經科學的基本問題有著重要的理論意義。在有關障礙干預研究方面,傳統藥物治療和行為干預的研究考察了治療與干預對于各類發展性障礙的癥狀、行為以及社會功能改善等方面的影響,并且普遍發現這些干預對于腦功能的改善也有明顯作用。隨著神經科學技術的發展與完善,研究者也借助腦神經反饋技術探討如何通過調節大腦活動改善行為表現,發現改變大腦對刺激的應答方式可以改變認知與行為表現。總體上,這些有關藥物干預及腦功能改善、行為干預及腦功能改善以及神經反饋與行為改善的規律適用于各類障礙,即通過干預,都能促進不同障礙患者腦功能和行為的改善,但是不同障礙在適用的藥物種類、心理行為干預的手段以及神經電刺激的位置上有所不同。

首先,對發展性障礙的治療都會采用藥物治療的方式,但是,藥物治療對不同發展性障礙功能改善的作用并不相同。來自臨床病理學的證據表明,藥物治療對一些發展性障礙的腦功能改善具有顯著促進作用。例如,有研究針對ADHD兒童青少年服藥后大腦激活水平的變化進行研究,fMRI的結果表明,利他林有利于 ADHD異常大腦激活和連接的正常化(Rubia,Halari,Christakou,&Taylor,2009)。ADHD動物模型的研究提示利他林有助于促進大腦對多巴胺的釋放,可能與多巴胺系統和其他神經遞質系統之間的協調作用有關(池霞,郭錫熔,陳榮華,2005)。除了利他林,有研究發現,阿托西汀可以提高ADHD兒童在睡眠階段的皮質醇水平,緩解ADHD的臨床癥狀(Isaksson,Hogmark,Nilsson,&Lindblad,2013)。然而,在對某些發展性障礙兒童的治療中,藥物治療只起到輔助的作用,例如有研究發現,利培酮具有保護神經,調節星形膠質細胞的功效,服用利培酮可以增加 ASD患者腦組織中抗氧化和神經活動的能力,輔助性地緩解ASD的臨床癥狀(Quincozes-Santos et al.,2009)。

其次,心理學研究者和特殊教育工作者主要采用行為干預的方式,幫助發展性障礙患者改善和矯正核心認知行為缺陷。關于ASD行為干預的研究表明,早期密集型認知和行為干預在促進患者語言發展和社交功能方面效果顯著(Landa,2008;Geschwind,2009)。腦成像技術的發展,為驗證行為矯正技術的有效性提供了新的途徑。近些年的研究表明,行為矯正技術對改變某些發展性障礙兒童的腦結構和腦功能起到了促進作用。例如,有研究者對 11名年齡范圍為 7～12歲的閱讀障礙兒童進行了為期8周的有關心理想象、字詞發音和字母追蹤等內容的強化訓練,通過采用VBM分析,對干預前、干預后以及對照組(無干預)的灰質體積進行掃描,結果發現,相比干預前,閱讀障礙兒童的左前梭狀回/海馬體,左側楔前葉,右側海馬體和右側前小腦的灰質體積增加(Krafnick,Flowers,Napoliello,&Eden,2011)。另外,有研究還發現干預可以改善障礙兒童的腦功能。例如,Temple等人(2003)考察了一項計算機干預方案——Fast Forword Language對8～12歲的閱讀障礙兒童腦功能的影響。fMRI掃描結果發現,通過矯正,閱讀障礙兒童左側顳-頂葉、左側額下回的激活顯著增強,說明行為訓練可以改善閱讀障礙者的腦功能,為閱讀障礙兒童的行為矯正提供了有力的證據。從上述研究可以看出,通過對核心認知缺陷的干預,可以改善該認知能力所涉及的腦區結構和功能,進而反過來提高認知能力,這些都為揭示認知行為缺陷與腦區功能的對應關系提供了證據。

另外,除了考察藥物治療和行為干預等對發展性障礙兒童的大腦可塑性的作用外,發展認知神經科學的研究也推動了基于發展性障礙兒童大腦的新的矯正方案的革新,包括直接針對大腦的無損腦刺激技術,神經反饋技術和神經藥物技術等。這類技術主要是運用操作性條件反射原理,通過將神經系統的正常或異常神經系統活動狀態反饋給患者,使其選擇性地強化或抑制某一神經系統的活動,從而達到減輕情緒和行為問題,提高個體的學業水平和改善生活質量的目的(熊忠貴,石淑華,徐海青,2005)。近些年,腦電神經反饋技術作為一種新興的治療技術發展很快。目前,它在臨床上已經應用于多項障礙的治療,如ADHD、癲癇、艾斯伯格癥以及抑郁(Monastra,2005)。有研究者對 144名年齡范圍為6～10歲的ADHD兒童進行皮層慢波電位(Slow Cortical Potentials,SCP)的神經反饋訓練,通過一系列測試,比較訓練前,訓練后以及訓練后 6個月ADHD兒童的核心行為癥狀,如注意、沖動-多動,智力和生活質量等,結果發現,訓練后 ADHD兒童的癥狀有所緩解,生活質量有所提高(Holtmann,Pniewski,Wachtlin,W?rz,&Strehl,2014)。另外,有研究者將腦電生物反饋技術與聽覺整合訓練相結合,對1名8歲ASD兒童進行了40次干預,結果發現,ASD兒童的重復性行為減少,社會化、言語溝通和靈活性提高(Haddadi,Haghshenas,&Rostami,2011)。雖然腦電生物技術的研究還處于起步階段,但由于它具有治療周期短,效果顯著,影響因素小等優勢,在發展性障礙兒童治療領域的應用前景可能會更加廣闊。

目前,上述領域的研究大多聚焦于考察治療和干預的短期效果,對各類干預方案的長期效果進行客觀評估和比較的研究鮮有涉及。因此,運用追蹤研究等方法探究各種干預和治療方案的效果,采用神經學指標考察各類干預或治療的差異,對于尋找長期有效的干預和治療方案具有重要意義。

6 小結與展望

從以上研究可以看出,雖然發展認知神經科學應用于發展性障礙兒童的時間并不長,但研究者從多角度和多層次對發展性障礙兒童的腦機制進行了探究,取得了重要進展,為揭示各類認知行為缺陷的底層神經機制,輔助發展性障礙兒童的臨床診斷與治療,驗證與建構異常兒童神經心理模型等提供了科學依據。但這一領域仍存在著諸多分歧與問題,亟待未來研究進一步厘清以及更為深入的探究。

第一,縱觀全文,我們不難發現,各類發展性障礙兒童在腦結構、腦功能和腦網絡連接的異常表現上既存在著共性又存在著特異性。大量研究發現,發展性障礙在認知行為表現和腦發育上存在共同的異常(Mikami,2010;Sinzig et al.,2009;Hartley &Sikora,2009)。并且,各類發展性障礙兒童存在著共病癥的幾率較高,如,一項2012年的研究發現,33%至45%的ADHD兒童同樣也患有閱讀障礙(Sexto,Gelhorn,Bell,&Classi,2012)。但是,在過去的幾十年中,對發展性障礙的研究是多個獨立的研究領域,涉及多個領域、多種障礙的交叉研究較少。將各類障礙相結合共同進行考察,通過綜合與比較,可能更有助于闡明多個發展性障礙共性背后的深層神經機制,理清各個發展性障礙的特異性和病因機理。另外,從治療和干預的角度來看,對患有兩種或兩種以上的發展性障礙的個體,單純地解決某一特定發展性障礙并不能從整體上提高個體的認知能力和學業水平(Butterworth &Kovas,2013)。因此,未來研究需要更深入地揭示各個發展性障礙之間的共性和特異性,并對共病癥的病理機制等開展研究,更好地服務于各類障礙的鑒別、干預和治療。

第二,各類發展性障礙的特異性不僅表現在各類發展性障礙之間存在差異,還表現在每一種障礙內部也存在著不同的臨床亞型,并且各亞型之間的差異較大,這可能也是造成當前針對某一障礙研究結果分歧的原因之一(陳順森等,2011)。例如,ADHD存在注意缺陷型、多動-沖動型和混合型三類臨床亞型,有研究發現,注意缺陷型的患者可能涉及更多的是與注意、控制相關的“前額-顳頂”等腦網絡的異常,而混合型的患者可能更多表現為與執行控制和反應抑制相關的“前額-紋狀體-小腦”等神經回路的異常(馮剛毅等,2011)。因此,準確鑒別各類發展性障礙的臨床亞類,不僅有利于厘清當前針對某一發展性障礙的研究分歧,加深對發展性障礙本身認知-神經機制的理解,而且對有針對性地選擇干預與治療方案有著重要的意義。目前,已有研究者開始通過神經成像和生物標記技術,對不同亞型的發展性障礙的腦結構和腦功能展開了研究。基于此,從發展認知神經科學的視角出發,將行為研究范式與腦成像技術相結合,通過客觀生理反應指標的收集,探索不同發展性障礙各亞類的神經機制的特異性,將是今后研究的一個重要取向。

第三,認知神經科學技術為揭示發展性障礙的早期預測指標提供了可能,這對爭取早期干預的寶貴時間,提高干預的有效性極其重要。有研究發現,早期的腦異常與其之后的認知能力缺陷存在相關。例如,Guttorm等人(2005)采用 ERP技術探測了有和沒有閱讀障礙家族風險的兩組新生兒,并對這兩組兒童在 2.5、3.5和 5歲時的語言和語義記憶能力進行了追蹤研究,結果發現,新生兒出現的右腦異常反應模式與 2.5歲時較差的接受語言能力的相關顯著,并且,這種異常反應模式與 5歲時較差的語義記憶能力也有顯著相關。這說明新生兒的ERP檢測結果可以有效地預測之后的語言和語義記憶能力。另外,有研究開始通過比較早期行為和神經指標對不同發展性障礙的預測效果,尋找預測不同發展性障礙的特異性指標。例如,最近一篇綜述探討嬰兒的認知、社會性等早期行為和神經指標對之后出現 ASD和ADHD癥狀的預測效果,結果發現,相比 ADHD兒童,嬰兒早期的行為與神經機制表現(如,早期動作技能的發展遲滯和早期階段大腦的過度增長等)對之后出現的 ASD癥狀有更好的預測效果(Johnson,Gliga,Jones,&Charman,2015)。因此,將各種發展性障礙相結合進行考察,利用先進的認知神經科學技術探尋不同類型障礙特異性和共性的早期預測指標,這對抓住干預與治療的關鍵期,提高發展性障礙兒童的康復水平有重要意義。

第四,本文涉及的研究主要是從神經機制方面對各類發展性障礙的共性和特異性進行了分析,然而,有關基因-腦-行為的整合研究有助于揭示各類障礙的共同和特異性基因基礎,從而為障礙的異常腦機制、行為表現等提供更為基礎的解釋。來自人類被試的研究發現,單一認知能力受多個基因影響,而單一基因會影響多種認知能力,并且,一個基因需要依賴于其他基因的激活。基于此,研究者認為,單一發展性障礙的病因也可能受多個基因異常的影響(Plomin,DeFries,Knopik,&Neiderhiser,2012)。一項基于大樣本(8000名12歲兒童)的雙生子研究考察了基因、共享環境和非共享環境對發展性計算障礙、發展性閱讀障礙以及共病癥的影響。結果發現,相比正常被試,發展性障礙被試受特異性基因(specific genetic factors)和非共享環境影響,而共病癥被試受一般性基因(general genetic factors)、共享環境和非共享環境的影響(Haworth et al.,2010)。因此,基于動物模型和人類被試開展基因-環境-腦-行為的整合研究將有助于多角度認識各類發展性障礙的成因,明確發展性障礙的特異性基因異常表達與一般性基因異常表達之間的關系,為創設積極健康的成長環境,減少或避免風險基因的不利作用提供依據。

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