鏡像反饋對自閉癥兒童姿勢控制的影響

謝夢煒,董曉虹

(1.浙江大學 教育學院體育系，浙江 杭州 310028;2.浙江大學 公共體育與藝術部,浙江 杭州 310058)

0 前 言

自閉癥又稱自閉癥譜系障礙(ASD)，指以溝通障礙、社會交往障礙、興趣范圍狹窄及行為重復刻板為核心癥狀的一類神經發育障礙性疾病[1]。然而，除了上述核心癥狀，許多研究發現自閉癥兒童姿勢控制能力存在缺陷[2]。一篇納入19個研究的元分析指出，自閉癥兒童姿勢控制能力在感覺受到干擾的條件下，穩定性顯著弱于正常兒童[3]。

姿勢控制[4,5]是指在各種活動中，保持身體在空間位置上的穩定性(stability)和定向性(orientation)的能力。穩定性是指在空間中保持身體某一姿態的能力，尤其是指維持重心(center of gravity，COG)在空間某一特定范圍中的能力。定向性是指在執行不同目的的動作中，調整身體各部位的姿態以及身體和環境之間相互適應的能力。

目前，姿勢控制較為通用的測量方式是通過測力臺間接測量。人體靜止站立姿勢控制所表現的固有運動學特征是身體重心(COG，Central of Gravity)具有微小且無規則的擺動，這種運動特征反映了站立姿勢控制的穩定性。即姿勢的晃動被控制在越低的水平，姿勢控制能力就越好[6]。因此，姿勢控制的穩定性可根據COG的擺動軌跡進行衡量。但COG軌跡測量較為困難，可以通過壓力中心(COP，center of pressure)間接測量COG的擺動軌跡。COP可由測力臺進行測量[7]。

姿勢控制與日常生活密切相關[8]姿勢控制的缺陷將會影響自閉癥兒童的感覺運動技能和社會功能，使其學習能力進一步下降[9]，自閉癥兒童的姿勢控制能力需要被重視。

根據姿勢控制系統的功能，鏡像反饋可通過增加個體的視覺輸入從而提高姿勢控制能力。姿勢控制的功能是由感知系統、神經系統和運動系統相互協作完成。是基于視覺、前庭和本體感覺的感覺輸入，在中樞神經系統的整合作用下，通過神經肌肉控制得以實現的[7]。不同感知覺對姿勢控制的影響不同，其中視覺對姿勢控制影響尤為顯著[3]。鏡像反饋可以為個體提供額外的視覺信息，使個體在姿勢控制的過程中擁有更多身體相對于空間的位置信息，這可能有助于個體姿勢控制。

目前已經有研究者利用鏡子為被試提供自身影像的視覺生物反饋(鏡像反饋)，從而提高被試的姿勢控制能力[10]。這種反饋可以通過在被試前方放置一面鏡子反射影像實現，也可以通過攝像頭拍攝影像后通過屏幕展示影像實現。例如Martin等(2008)對18名健康女性進行了鏡像/非鏡像的坐姿控制實驗，研究發現，鏡像反饋條件下被試的姿勢穩定性指標顯著低于非鏡像反饋條件[11]。Jacques等(2004)則對老年人進行了鏡像/非鏡像的站姿控制實驗，結果也顯示，老年人在鏡像條件下中間外側(Mediolateral)的姿勢晃動顯著低于非鏡像條件[10]。此外鏡像反饋在殘障群體中也有研究，Petra等(2009)在對脛骨截肢的老年人的鏡像/非鏡像的站姿控制實驗中，同樣發現鏡像顯著降低被試的姿勢晃動[12]。在自閉癥群體中，Nicholas等(2015)在研究中發現，自閉癥兒童在走向鏡子時步態更正常[13]，但是該結論是基于觀察，可信度有待提高。

綜上所述，鏡像反饋已經被廣泛用于姿勢控制能力的研究中，且均能減小受試者的姿勢晃動，即提高被試姿勢控制能力。而鏡像反饋對自閉癥群體的影響依然不明確，還需更多研究進行補充。為此，本研究以不同形式的鏡像反饋下自閉癥兒童姿勢控制能力為研究內容，采用Wii balance board 對自閉癥兒童靜態姿勢控制能力進行測試，探討不同形式的鏡像視覺反饋對自閉癥兒童姿勢控制能力的影響，為自閉癥兒童姿勢控制訓練提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1研究對象

從杭州康乃馨自閉癥康復中心招募14例ASD兒童作為被試。由于自閉癥兒童的發病率呈現明顯的性別特征，男性明顯大于女性，所以本研究選擇自閉癥男童作為被試。每個被試都符合美國精神障礙診斷手冊第五版(Diagnostic and statistical manual of Mental Disorder，5th edition，DSM-5)[1]的診斷標準。排除帶有自閉癥通常共患遺傳/精神性的疾病(脆性X染色體綜合征、唐氏綜合征、多種抽動綜合征、癲癇等)，身體缺陷和運動障礙的兒童。被試在實驗期間沒有服藥，實驗過程征得監護人同意，并簽署同意書。研究對象基本情況(見表1)。

表1 受試者基本情況

1.2研究方法

1.2.1 測試儀器。本研究用Wii Balance Board(WBB)[14]測量受試者壓力中心(COP)的運動，監測受試者姿勢晃動。WBB藍牙連接筆記本電腦(HP envy15)，距離1.5m，電腦安裝BrainBlox[15]軟件來獲取和記錄WBB采集的數據。WBB采樣頻率為100Hz，可采集時間、COP在X方向上到圓心的距離值和COP在Y方向上到圓心的距離值等，該數據通過MATlab(2014a)編程計算后可獲得姿勢控制測試常用指標。

1.2.2 實驗過程。所有測試在杭州康乃馨兒童康復中心的一間安靜且被試較為熟悉的房間中進行，以盡量減少額外的干擾。實驗者1在被試左后方操作電腦記錄數據，實驗者2負責和被試交流，以確保被試明白任務的要求。

實驗過程中，被試赤腳站立在WBB上，兩腳平行放置且間距10cm，手貼褲腿，要求在6種不同的條件下安靜站立20s，站得越穩定越好。每種條件測試兩次，順序如下：1，2，3，4，5，6，6，5，4，3，2，1。將兩次數據平均后用于分析。每次測試之間給予充分的休息時間以防止潛在的疲勞效應。

6種測試條件是由3種視覺因素*2種本體感覺因素組成(見表2)。

表2 測試條件

正常視覺條件(無反饋)：要求被試看標記方塊(藍色，5cm*5cm)，方塊貼在被試正前方1m處的白色墻壁上，高度與被試眼部一致。

基于鏡像的視覺反饋條件(鏡像)：要求被試看鏡子，鏡子為全身鏡，被固定在正前方1m處的墻壁上。

基于投影的鏡像視覺反饋條件(投影鏡像)：要求被試看投影呈現的鏡像，投影的鏡像畫面與人同高。投影鏡像視覺反饋實現方式如下：固定在被試正前方的攝像頭(Iphone7Plus)捕捉被試圖像信息，并將視覺信息無線傳輸到投影儀(Epson CB-X05E)，投影儀將攝像頭捕捉到的信息投影到被試正前方1m處的白色墻壁上實現鏡像，鏡像高度與被試相同，圖像延遲0.27s。

本體感覺干擾通過在WBB上加泡沫墊(Airex，50cm*41cm*60mm)實現。

1.2.3 測試指標。本實驗使用WBB采集的原始數據在MATlab計算得到的兩個姿勢穩定性指標COP_v_ap和COP_v_ml。

COP_v_ap：是COP在前后方向(ap：anterior-posterior)的晃動平均速度。

COP_v_ml：是COP在左右方向(ml：medial-lateral)的晃動平均速度。

1.2.4 統計學分析。本研究數據用SPSS 20統計軟件進行處理，采用兩因素協方差分析(視覺*本體感覺)，判斷在調整月齡、身高和體重的影響后，不同視覺和本體感覺條件對自閉癥兒童姿勢控制COP_v_ap和COP_v_ml指標的影響。

2 結 果

各組內協變量和因變量的回歸直線平行(P>0.05)。各組內因變量的殘差接近于正態分布。通過繪制散點圖和進行Levene's檢驗發現，各組內/組間因變量的殘差具有等方差性。同時，本研究數據不存在標準化殘差大于3的情況，提示沒有顯著離群值。

表3 視覺與本體感覺對姿勢穩定性的影響協方差分析表

在本研究中，視覺和本體感覺因素在對COP_v_ap和COP_v_ml的影響上不存在交互作用。F(COP_v_ap)(2，75)=0.026，P=0.974；F(COP_v_ml)(2，75)=0.292，P=0.747。簡化后的無交互模型主效應分析提示(見表3)，視覺對COP_v_ap的影響具有統計學意義。F(2,77)=3.819,P=0.026。本體感覺對COP_v_ml的影響具有統計學意義。F(2,77)=5.793, P=0.018。

采用成對比較分析COP_v_ap視覺的主效應結果。無反饋、投影鏡像和鏡像反饋條件的COP_v_ap估算邊際均值分別為4.004(cm/s) [95%CI：3.899～4.108(cm/s)]、3.974(cm/s) [95%CI：3.870～4.078(cm/s)]和、4.164(cm/s) [95%CI：4.060～4.269(cm/s)]

其中，無反饋條件的COP_v_ap比投影鏡像條件大0.030(cm/s)[95%CI為-0.118～0.177(cm/s)]，P=0.690；無反饋條件的COP_v_ap比鏡像反饋條件小0.161(cm/s) [95%CI為-0.308～0.013(cm/s)]，P=0.033，投影鏡像條件的COP_v_ap比3小0.190(cm/s) [95%CI為-0.338～-0.043(cm/s)]，P=0.012，差異顯著。

采用成對比較分析COP_v_ml本體感覺的主效應結果。本體感覺無干擾條件和本體感覺干擾條件的COP_v_ml估算邊際均值分別為2.716(cm/s) [95%CI：2.652～2.780(cm/s)]和2.825(cm/s) [95%CI：2.761～2.889(cm/s)]

其中，無干擾條件的COP_v_ap比本體感覺干擾小0.109(cm/s)[95%CI為-0.200～0.019(cm/s)]，P=0.018，差異顯著。

3 討 論

COP_v_ap和COP_v_ml是兩個反映人體姿勢晃動程度的指標，這兩個指標越小表示個體的姿勢穩定性越好。COP_v_ap是個體前后方向晃動的平均速度，可以指示前后方向的晃動大小；COP_v_ml是個體左右方向晃動的平均速度，可以指示左右方向的晃動大小。

視覺是自閉癥兒童姿勢控制過程中較為依賴的一種感覺，探索不同形式的鏡像視覺反饋對自閉癥兒童姿勢控制能力的影響，對自閉癥兒童未來康復手段的選擇具有指導意義。

在本研究中，鏡像條件與無反饋條件的對比結果顯示，自閉癥兒童在鏡像視覺反饋條件下，姿勢前后方向晃動比無反饋條件有明顯上升，差異顯著(P=0.033)，而自閉癥兒童在鏡像視覺反饋條件下，姿勢左右晃動與無反饋條件無顯著差異。

鏡像反饋對姿勢控制前后方向和左右方向晃動的影響不同，這一結果與正常成年人中的研究相符[16]。但本研究中鏡像反饋增加了自閉癥兒童的前后方向姿勢晃動，姿勢穩定性下降，與前人研究結果相反。鏡像反饋在正常群體[11]和肢體殘疾人群的實驗中[12]，均顯示能夠降低姿勢晃動，提高姿勢穩定性。

這可能是因為自閉癥兒童認知能力的缺陷導致的，Yi(2017)等的研究顯示，視覺干擾會導致自閉癥兒童更大的姿勢晃動，自閉癥人群姿勢穩定更多的依賴于視覺[3]；與Yi(2017)的結論相反，Michail(2016)等則發現視覺干擾(晃動的空間)下正常群體的姿勢晃動比自閉癥患者要大，認為自閉癥群體在姿勢穩定過程中對視覺的依賴更小[17]。結合本研究中，鏡像反饋增加自閉癥兒童姿勢晃動，提示我們另一種可能的解釋，即自閉癥兒童的認知能力存在缺陷，對于新增的視覺信息，自閉癥兒童難以捕捉到關鍵信息(無論是有利的鏡像反饋信息，還是負面的模擬空間晃動信息)。

投影鏡像條件與無反饋條件的對比結果顯示，左右方向的姿勢晃動和前后方向的姿勢晃動均減小，但無顯著性差異。

投影鏡像條件與鏡像條件的對比結果顯示，自閉癥兒童在投影鏡像條件下比鏡像條件前后方向的姿勢晃動顯著減小。被試獲得相似的視覺信息，兩組姿勢晃動差異顯著，這提示我們視覺反饋的呈現方式(鏡子vs投影)是影響自閉癥姿勢晃動的因素。可能的解釋是，投影對自閉癥兒童具有吸引力，讓自閉癥兒童注意到鏡像信息，從而提高自閉癥兒童姿勢控制能力，但造成此差別的機制還有待進一步研究。

本研究中，有本體感覺干擾組比無本體感覺干擾組在左右方向的姿勢晃動顯著增加，這與之前的研究結論相符。

本研究的局限性有如下兩點：

一是能夠完成姿勢控制測試的自閉癥兒童，智商與理解能力可能會高于自閉癥兒童平均水平，這會導致本研究的結果只能代表一部分自閉癥群體。

二是本研究缺乏正常發育兒童組作為對照，雖然研究者已經證明自閉癥兒童群體的姿勢控制能力是有缺陷的，但是在不同形式的視覺反饋下自閉癥兒童與正常發育兒童的差異也值得進一步研究。

4 結 論

4.1 自閉癥兒童面對鏡子時，前后姿勢晃動顯著提高，姿勢穩定性下降。

4.2 不同鏡像反饋呈現方式對自閉癥兒童姿勢控制影響不同，投影鏡像反饋優于鏡子鏡像反饋。為自閉癥兒童提供視覺信息時，投影呈現方式優于鏡子。