《自闭症谱系障碍者异常的大脑功能连接》 论文笔记

该图为张芬, 王穗苹, 杨娟华 撰写的《自闭症谱系障碍者异常的大脑功能连接》一文的思维导图。该论文主要研究ASD，并提出在未来的研究中，要综合分析脑功能与结构，关注年龄发展变化，并将任务状态、被试取样、数据分析标准等因素纳入考察。

ASD的脑功能连接

• ASD大脑远距离区域的低度连接
  • 静息状态
    • 社交能力和情绪体验受损
      • 大脑杏仁核与脑岛间ld-FC降低
      • 多巴胺环路与两侧后颞上沟的FC显著降低
    • 语言网络连接显著低于正常
      • 大脑两侧Broca区与DLPFC的连接降低
      • 负责语言监控的脑区与右侧小脑间的连接降低
    • 经典默认网络（default mode network）
      • 后扣带回与额上回、颞叶之间连接下降
  • 高层次认知活动
    • 执行功能相关任务
      • 大脑额-顶叶ld-FC降低
      • 重复刻板行为可能与反应执行困难有关
    • 反应抑制障碍与刻板行为
      • 额眼区和背侧前扣带回的FC显著低于控制组
    • 心理理论（ToM）缺乏
      • 动态几何图像的心理归因
        • 成年ASD组ToM网络中额叶和脑后区域FC显著低于正常发育组
      • 辨别社会线索任务
        • 高功能ASD组额中回、右侧顶上小叶、颞上回等FC显著小于正常组
      • Theory of mind:理解和推理他人心理状态的一种重要社交能力
  • 连接不足假说（underconnectivity theroy）
    • ASD的认知和神经障碍是由于信息整合环路的FC下降引起的。
    • ASD的FC不足主要表现在额叶与大脑后部区域之间
    • 伦敦塔任务时，ASD组大脑额叶与顶叶的FC显著下降
    • 额-顶连接越低，ASD症状越严重
• ASD大脑局部区域的过度连接
  • 静息状态（静息态功能连接和图论分析）
    • 大脑后部区域
      • 两侧颞叶-枕叶FC显著大于正常组
      • 过度连接程度和ASD症状的严重程度呈正相关
    • 颞叶皮层
      • 高功能ASD颞叶皮层lo-FC增强
    • 大脑表层局部一致性（2dReHo）
      • 右侧颞上沟、额中沟、左侧楔前叶的局部一致性明显高于正常
    • 局部FC的异常增强表明大脑可能存在功能分离性降低的现象
    • 默认网络
      • DMN节点内、视觉、运动网络内
  • “孤岛能力”（islet of ability）
    • 视觉搜索任务
      • 需要负责目标指向与抑制无关信息的注意网络的参与
      • ASD注意网络lo-FC显著增强，尤其是枕叶
      • 局部连接增强是对ASD认知缺陷的补偿
  • 皮质连接紊乱假说（disrupted cortical connectivity theroy）
    • ASD脑功能的降低
      • ①主要存于皮质及皮质下远距离脑区间
      • ②主要体现在复杂认知和社会功能中，而不包括低水平感知任务
      • ③可能是生理解剖学上的异常引起的
      • ④在复杂任务状态和静息状态下都能被发现
    • ASD大脑局部连接过度与远距离连接不足互为因果关系
      • 观点一：额-颞等区域间FC下降是由于其局部FC增强引起的，即过度局部连接导致脑区更加自主和孤立。
      • 观点二：ASD大脑为了适应远距离FC下降而使局部区域变得更独立，以补偿远距连接下降导致的信息整合不良。
        • Kana等（2014）证明ASD大脑颞叶区域内过度连接提高了视觉信息加工，而减少了听觉、触觉等其他信息的依赖。
• ASD功能连接的影响因素
  • 异常FC模式一般表现的不一致证据
    • 远距离连接方面
      • 视觉搜索任务
        • 大脑背/腹侧注意功能相关的脑区FC增强，尤其是枕叶-额叶
    • 局域连接方面
      • 情绪面孔加工任务
        • 梭内回局部FC显著降低
    • ASD的FC受多种因素影响
  • 脑结构对FC的影响
    • ASD儿童大脑的整体体积、密度和前额叶神经元数都显著大于正常儿童
    • 异常FC模式与大脑白质、灰质有关
      • ASD右侧颞顶连接与左侧额叶FA值（Fractional Anisotropy）显著低于正常
      • 高功能ASD中额叶至枕叶的纤维束和上下纵向纤维束FA值下降
      • 两侧颞上回FC的降低与颞叶灰质体积的减小有关
      • 上述脑区白质连通性与社交障碍、语言困难等症状的严重程度显著相关
    • ASD大脑结构异常与FC异常可能存在某种关系
  • 年龄对FC 的影响
    • ASD儿童成长过程中大脑发育轨迹呈非典型变化，故其群体症状有高异质性
    • 行为症状方面
      • 随年龄增长ASD社会交往能力逐渐落后同龄人
    • 大脑结构方面
      • ASD全脑体积在早期婴儿阶段过度增长，青少年时期增长减慢，最终接近/大于正常成人
    • 功能连接方面
      • 元分析发现青少年与成人ASD普遍存在FC不足，但是ASD儿童更多表现为FC过度增强，而且年龄越小FC增强越显著
    • 对比研究
      • ASD大脑的DMN在早期与正常组无显著差异，在青年时表现出DMN远距离FC下降
        • ASD在青春期时大脑ld-FC发育异常有关
  • 任务状态对FC的影响
    • 任务要求注意指向内部刺激
      • ASD大脑网络的FC显著增强
    • 任务要求注意指向外部刺激
      • ASD大脑网络的FC明显降低
    • 由静息状态转变为注意任务状态
      • ASD儿童在左侧前额叶、前运动区、右侧顶叶等脑区的远距离连接显著增强
      • 正常儿童在上述脑区的连接降低了
      • ASD儿童的大脑表现出松散的FC模式，不能很好地激活与任务有关的网络
      • 进入任务状态后，正常儿童大脑中与注意任务有关的脑区间连接有选择性增强，而与任务无关的脑区间连接变弱
    • ASD在大脑FC的任务切换适应性上相对缺乏灵活性。
  • 被试取样对FC的影响
    • ASD不同亚型在症状上具有较大差异。eg.AU具有明显语言交流问题，AS无语言障碍
    • 智力和认知障碍严重的低功能ASD常被忽视
      • 症状严重的ASD组大脑后侧有显著局部FC增强现象
      • 症状较轻的ASD组仅在颞枕区表现出过度连接
    • 每一个单独的研究中使用样本数量较少，且ASD个体差异性大使研究结果缺乏代表性
  • 连接距离划分对FC的影响
    • 半径为6mm时，右侧旁中央皮质局部FC增强
    • 半径为14mm时，右侧颞极局部FC增强及后扣带回局部FC降低
    • 采用不同距离划分标准不利于研究结果的相互比较。
• 展望
  • 整合结构连接考察ASD功能连接的异常
    • 结合DT1白质纤维追踪技术，考察远距离和局部FC的异常改变是否伴随白质纤维连通性的改变
    • 结合大脑体积、白质和灰质等结构数据分析不同模态数据下ASD和正常人之间的差异及其与ASD症状的关系
  • 分析不同任务及任务间切换的脑功能连接异常
    • 低层次感知觉加工任务更依赖于局部连接，高层次加工任务更依赖于远距离功能连接
    • ASD在感知觉脑区局部连接增强，在高级加工脑区远距离连接降低
    • 反映了ASD在初级感知觉任务上的优势（如音调知觉优势）和在高水平认知任务中存在的障碍（如社交和语言交流困难）
  • 加强年龄与认知能力发展的脑功能连接追踪研究
    • 随着年龄增长，FC降低。与ASD儿童成长过程中社交困难、兴趣狭隘和缺乏某些技能训练有关
    • 随着年龄增长，FC增强。为了适应环境ASD儿童可能发展出不同于正常发育的大脑网络组织来代偿
  • 控制有关的影响因素
    • 不同指标可能反映大脑FC的不同信息
      • 局部一致性（regional homogeneity, ReHo）：分析相邻体素的BOLD信号在时间序列上的相关性
      • 图论中分析局部密度（local density）：计算节点、边的数量占预期边数量的比例
• 总结
  • 研究进展
    • ASD大脑表现出非典型的FC模式，具体表现为远距离连接降低和局部连接增强
    • 异常的FC模式与ASD社交、语言及行为等障碍存在密切关系
    • ASD大脑FC的异常改变可能受到多种因素影响
  • 未来研究
    • 需要整合分析ASD大脑功能连接与结构连接的关系
    • 关注ASD大脑功能连接的发展性变化
    • 有效控制任务状态、空间划分标准、被试取样等因素