探索自闭症谱系障碍高危和低危婴儿在6个月时对语音的大脑反应与24个月时语言结果之间的关系：一项初步的功能性近红外光谱研究

文献：Pecukonis, M., Perdue, K.D., Wong, J., Tager-Flusberg, H., & Nelson, C. A. (2021). Exploring the relation between brain response to speech at 6-months and language outcomes at 24-months in infants at high and low risk for autism spectrum disorder: A preliminary functional near-infrared spectroscopy study. Developmental Cognitive Neuroscience, 47, 100897. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2020.100897

原文

1.文章概述 ¶

有自闭症谱系障碍（ASD）家族高风险的婴儿患语言障碍的风险增加。研究表明，该人群的非典型大脑对语音的反应与语言障碍有关，但很少有人对此进行纵向研究。

使用功能性近红外光谱（fNIRS）来研究6个月大的自闭症高危（HRA）和低危（LRA）婴儿语音处理的神经相关性。

被试从一个更大的前瞻性、纵向研究中招募。分为2组，高风险HRA和低风险LRA。在6个月时的fNIRS数据从35个LRA婴儿和23个HRA婴儿中收集。最后经过筛选，参加分析的样本为18个LRA和14个HRA。两组人口统计学数据上无显著差异。

在最后一次实验中，所有婴儿用ADOS-2进行自闭症评估，18个LRA均未被诊断，HRA中5个被诊断为自闭症（HRA+），9个未被确诊（HRA—）。

婴儿及其父母进入实验室进行了3至36个月大的多次测试。在3、6、9和12个月的访问中，婴儿完成了fNIRS任务。在6、12、18、24和36个月的访问中，婴儿完成了Mullen早期学习量表。在本研究中，分析了6个月来访者的fNIRS数据，因为语言相关的大脑区域的功能专业化始于3到7个月大之间。分析了24个月时的Mullen量表数据，因为这是之前观察到的LRA和HRA婴儿之间的Mullen得分差异最大的年龄段。

  • 形式：

在昏暗的隔音室内，婴儿坐在父母的膝盖上。听觉刺激通过放置在婴儿前面的隐藏扬声器播放。为了最大程度地减少婴儿在任务过程中的活动，并最大程度地听到试验，向婴儿们展示了一个无声的运动形状视频；如果婴儿对视频不感兴趣，则使用玩具或泡泡。 fNIRS任务持续大约20分钟。

  • 刺激：

呈现的刺激与先前研究中使用的刺激相同(Edwards et al., 2017; Gervain et al., 2008; Keehn et al., 2013; Wagner et al., 2011)。呈现了两种类型的语音-重复音节序列（ABB语音）和随机音节序列（ABC语音）。 ABB语音被定义为三个连续音节的表示，其中最后两个音节是相同的（例如ko-ba-ba）。 ABC语音被定义为3个连续音节的呈现，其中所有3个音节都是不同的（例如ko-ba-fe）。

两种类型的语音都是使用女性语音以单调音高（200 Hz）生成的，并且在音节库，音节频率，语音特性和韵律上都与之匹配。

  • 设计

每个试验包括10个不同的相同音节序列表示形式。每个演示持续270ms，并被随机变化的无声间隔所分隔，该间隔的范围从500ms-1500ms。整个trial持续大约16s。试验由实验人员手动触发，并且间隔了15.5至119.9s（M = 19.2s； 96.4％的间隔时间小于30s）。根据风险状况和性别，对试验顺序进行了随机分配和平衡。

图1

  • 系统

具有两个波长（695nm和830nm）的Hitachi ETG-4000系统。以10Hz的采样速率收集数据。 fNIRS探针由10个源和8个检测器组成，以3×3阵列双向放置在头皮上。信号源和检测器之间的距离为3cm，并固定在柔软易弯曲的头带上。 24个通道覆盖了大脑的两个半球。

图2

  • 数据加工

fNIRS数据使用Homer2处理（Huppert et al.，2009）。

婴儿完成全部5中量表（粗大运动，精细运动，视觉接收，接受性语言，表达性语言）。

1.ANOVA：

2×4×2混合阶乘方差分析。音节序列（ABB，ABC）×ROI（左前，右前，左后，右后）×组别（LRA，HRA）。对于该方差分析，HRA +和HRA-婴儿均包括在HRA组中。

2.为了确定HRA +，HRA-和LRA组婴儿中的oxyHb浓度值是否存在差异，还进行了探索性的2×4×3方差分析–音节序列（ABB，ABC）×ROI（左前，右前，左后，右后）×组别（LRA，HRA-，HRA +）。

对于这两个方差分析，使用事后检验的简单效果和Bonferroni校正进行多次比较，有显著的相互作用。

3.在6个月访问期间测量的每个ROI中的oxyHb浓度值和在24个月访问期间测量的Mullen VDQ分数进行了零级Pearson相关系数。

  1. 两组（LRA，HRA）ANOVA

表1

ROI和组别的交互作用显著，其他无显著效应。

通过Bonferroni校正进行事后测试的简单效果显示，对于两种类型的语音，LRA组在左前ROI（p = 0.04）和右后ROI（p = .006），与左后ROI（p = .04）和右后ROI（p = .002）相比，右前ROI的oxyHb浓度更高。在LRA组中，左前和右前ROI（p = 1.00）之间以及左后和右后ROI（p = 1.00）之间的oxyHb浓度均无显着差异。在HRA组中，所有ROI的oxyHb均无明显差异（ps = 1.00）。

事后测试还显示，在左前ROI（p = .050）和右前ROI（p = .050）中，HRA组的oxyHb浓度明显低于LRA组。在左后ROI中，各组之间的oxyHb浓度无显着差异（p = .35）。在右后ROI中，HRA组的oxyHb浓度明显高于LRA组（p = .02）。

图3

  1. 三组（LRA, HRA-, HRA+）的ANOVA

表2

组别有显著主效应，ROI和组别之间的交互作用显著。

通过使用Bonferroni校正进行事后测试进一步对ROI和组别的交互作用进行比较，与左后ROI（p = .04）和右后ROI（p）相比，LRA组左前ROI的oxyHb浓度更高(p= .007），并且与左后ROI（p = .04）和右后ROI（p = .001）相比，右前ROI中的oxyHb浓度更高。在LRA组中，左前和右前ROI（p = 1.00）之间以及左后和右后ROI（p = 1.00）之间的oxyHb浓度均无显着差异。在HRA-和HRA +组中，所有ROI的oxyHb浓度均无显着差异（ps> .43）。

事后测试还显示，在左前ROI，HRA+组的oxyHb浓度明显低于LRA组（p = .02），但HRA+组和HRA-组之间的oxyHb浓度，以及HRA-和LRA组之间的oxyHB浓度没有显著差。在右前ROI，HRA +组的oxyHb浓度显着低于LRA组（p = .001）和HRA-组（p = .007）。 HRA组和LRA组之间的差异不显著（p = 1.00）。在左后ROI中，三组之间的oxyHb浓度无显著差异（ps> .52）。在右后ROI，HRA-组的oxyHb浓度高于LRA组（p = .05）。 HRA-组和HRA +组之间（p = 1.00）、LRA组和HRA +组之间（p = .81）的oxyHb浓度无显著差异。

图4

  1. 通道中oxyHb浓度的组间差异

在通道1（t（28）= 2.06，p = .05），通道7（t（24）= 2.26，p = .03），通道20（t（21）= 2.10，p = .05）和在第23通道（t（28）= 2.13，p = .04），LRA婴儿的oxyHb浓度值明显高于HRA婴儿。在第15通道（t（21）= -2.09，p = .05）和第16通道（t（26）= -2.09，p = .05）中，HRA婴儿的oxyHb浓度值明显高于LRA婴儿。所有其他独立样本t检验均不显着。

图5

  1. 皮尔逊相关分析

在所有试验中，无论音节序列类型如何，均使用平均oxyHb浓度值进行了Pearson的相关性分析。在LRA组中，六个月时左前ROI中的oxyHb浓度值与24个月时的VDQ得分显著相关（r（16）= .57，p = .01）。在HRA组中，在6个月时左前ROI中的oxyHb浓度值与在24个月时VDQ评分没有显著相关性（r（12）= .25，p = .40）。 LRA和HRA组与VDQ的所有其他相关性均不显著。当分别检查HRA-和HRA +婴儿时，在HRA-组（ps> .85）和HRA +组（ps> .19）中，所有脑行为相关性均不显著。

表3

HRA和LRA婴儿对重复和随机音节序列的反应相似。对于那些自闭症高危人群而言，6个月大婴儿语音处理的神经相关性有所不同。听语音时，LRA婴儿在大脑前部区域表现出最强的激活，而HRA婴儿在大脑的所有区域中表现出类似的激活。与LRA婴儿相比，后来被确诊为ASD的HRA +婴儿在双侧前ROI中的脑反应降低，而后来未被诊断为ASD的HRA-婴儿在右后ROI中的脑反应增加。但是，这种非典型的大脑反应不能预测HRA婴儿的24个月语言能力。这表明，某些HRA婴儿可能在语音处理中具有“不同但不少于”的神经系统，不会对语言功能产生负面影响。需要进一步的工作来确定这些初步的意念是否会在更大，更异质的HRA +和HRA-婴儿样本中重复。

2.不足之处和未来的研究方向 ¶

1.样本量小，和之前的研究相比HRA组样本量相对较小，结果不能推广。

2.已有研究显示HRA的脑功能存在性别差异，因为样本量小，不能针对性别进行方差分析。

3.实验过程中吸引注意力的方法不同是否会带来其他效应。

4.后续实验应针对更异质的HRA+和HRA-样本，研究大脑和行为的关系。