《Brain and Development》：Characteristics of visual search and prefrontal brain activity in individuals with autism spectrum disorder: functional near-infrared spectroscopy study
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摘要
“视觉搜索”（visual search, VS）用于描述诸如在购物时寻找所需物品或寻找房间钥匙等行为。这些行为在日常生活中至关重要。据报道，自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）个体在视觉搜索方面存在困难。然而，视
摘要
“视觉搜索”（visual search, VS）用于描述诸如在购物时寻找所需物品或寻找房间钥匙等行为。这些行为在日常生活中至关重要。据报道，自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）个体在视觉搜索方面存在困难。然而，视觉搜索的特征及其相关脑活动仍不清楚。因此，研究人员采用一种将视觉搜索任务与脑功能测量相结合的测量方法，对这些特征进行了详细考察。
方法
21名ASD个体与42名年龄和视觉智力相匹配的典型发育（typically developing, TD）个体参与了本研究。研究使用两种划消任务（结构化排列与随机排列）评估视觉搜索特征。研究人员采用多种指标评估视觉搜索表现，包括交叉率和最佳r值（best r），这些指标分别反映搜索的系统性和方向一致性。研究人员使用功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）测量前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）的脑活动。
结果
ASD组的交叉率显著高于TD组，而最佳r值显著低于TD组。在TD组中，随机排列任务期间右侧前额叶皮层（right PFC）活动显著高于其他前额叶区域。此外，TD组的右侧前额叶皮层活动显著高于ASD组。
结论
这些结果表明，ASD个体的视觉搜索以搜索方向不一致和组织性差为特征，且视觉搜索期间的前额叶皮层脑活动模式也可能与TD个体存在差异。
论文解读
一、研究背景与目的
视觉搜索是个体在日常生活中频繁使用的基本认知能力，例如在商店中寻找特定商品或在房间内寻找钥匙。这种能力要求个体将注意力集中于必要信息，同时排除无关刺激。然而，针对自闭症谱系障碍（ASD）个体的调查显示，他们在视觉搜索方面面临显著困难，有参与者报告称“眼前所有事物带来的刺激过于强烈，难以将注意力集中到所需信息上”，以及“当看到杂乱无章的事物时，无法在脑海中处理这些信息”。
以往关于ASD视觉搜索的研究主要采用传统视觉搜索任务，参与者通常只需判断目标刺激是否出现在屏幕上或报告其位置。多项研究表明，ASD个体在搜索速度和准确性方面与典型发育（TD）个体相当甚至更优。然而，问卷调查结果却显示ASD个体在日常生活中的视觉搜索存在困难，这与实验发现之间存在明显矛盾。研究人员推测，传统视觉搜索任务可能无法充分捕捉ASD个体视觉搜索的真实特征，这种矛盾可能源于传统任务中刺激数量有限以及分析指标单一，也可能与ASD个体在执行功能方面的挑战有关，例如在复杂环境中过滤无关信息和规划高效搜索策略的能力不足。
基于上述问题，本研究旨在采用划消任务——一种更贴近日常视觉搜索情境的评估工具——结合功能性近红外光谱（fNIRS）脑功能测量，系统考察ASD个体视觉搜索的行为特征及前额叶皮层（PFC）脑活动模式，并与TD个体进行比较。研究假设ASD组在正确反应数上更少、搜索系统性更低，且视觉搜索期间的前额叶皮层激活水平低于TD组。
二、研究设计与关键方法
本研究共纳入21名ASD个体（男性11名，女性10名；年龄27.71±7.13岁）和42名TD个体（男性20名，女性22名；年龄27.45±9.34岁），两组在年龄和视觉智力（Raven彩色渐进矩阵，RCPM）上匹配。ASD组由医疗机构医师确诊，TD组通过自闭症谱系商数（AQ）量表筛选。
研究采用Wacom Cintiq Pro 16数位板进行划消任务，任务包含240个刺激，目标与干扰刺激比例为1:9（24个目标刺激），目标均匀分布于屏幕四个区域。实验包含两种排列条件：结构化排列（刺激等间距排列）和随机排列（刺激间距不等）。参与者需尽可能快速准确地标记与屏幕顶部显示的目标相同的刺激，可自由选择搜索策略，每种排列条件执行一次，顺序在参与者间平衡。
脑活动测量采用Spectratech OEG-16H功能性近红外光谱设备，16个测量通道覆盖前额叶皮层，传感器带中心对齐国际10-20系统的Fpz点。数据分析以任务前6秒注视期为基线，将含氧血红蛋白（oxy-Hb）浓度变化转换为z值，并将通道1-6、7-10、11-16分别平均为右侧前额叶（r-PFC）、中部前额叶（m-PFC）和左侧前额叶（l-PFC）活动指标。
视觉搜索特征通过六个指标评估：正确反应数（反映搜索处理能力）、错误反应数（反映抑制控制）、交叉率（反映搜索系统性，数值越高表示搜索越不系统）、最佳r值（反映搜索方向一致性，数值越高表示方向越一致）、标记距离（反映搜索效率）以及最短距离差值（独立于错误反应的搜索效率指标）。
三、主要研究结果
3.1 参与者基本特征
两组在年龄、RCPM总分和PEG任务时间上无显著差异，但ASD组的AQ总分显著高于TD组（ASD：32.14±8.67；TD：19.05±5.45，p<0.001），符合预期。
3.2 视觉搜索特征
正确反应数方面，未发现组别或排列的显著主效应，但存在显著的组别×排列交互作用。TD组在随机排列中的正确反应数显著高于结构化排列，而ASD组在两种排列间无显著差异。错误反应数在组别和排列因素上均无显著差异。
交叉率方面，ASD组的交叉率显著高于TD组，且随机排列的交叉率显著高于结构化排列，表明ASD个体搜索更不系统，随机排列条件下搜索组织性更差。最佳r值方面，ASD组显著低于TD组，且结构化排列的值显著高于随机排列，表明ASD个体的搜索方向一致性更差。
标记距离和最短距离差值方面，均未发现显著的组别差异，但两种指标在结构化排列中均显著大于随机排列，表明参与者倾向于优先进行系统性搜索，即使目标距离更近。
3.3 前额叶皮层脑活动特征
三因素混合设计方差分析显示，脑区域存在显著主效应，右侧前额叶的z值显著高于中部和左侧前额叶。更重要的是，组别、排列和脑区域之间存在显著的三因素交互作用。在结构化排列任务中，仅发现脑区域主效应显著，右侧前额叶活动显著高于中部前额叶，但无组别差异。在随机排列任务中，TD组表现出显著的脑区域主效应，右侧前额叶活动显著高于其他区域；而ASD组未表现出区域间差异。进一步分析显示，在随机排列任务中，TD组的右侧前额叶z值显著高于ASD组，而其他脑区域无组别差异。
3.4 任务表现与脑活动的相关性
相关分析未发现校正后仍显著的关联。在探索性分析中（未校正p值），ASD组的中部前额叶活动与错误反应数呈负相关（r=?0.446，p=0.043）；TD组的中部前额叶活动与标记距离（r=0.368，p=0.016）和最短距离差值（r=0.436，p=0.004）呈正相关。这些发现提示两组在视觉搜索表现与前额叶活动的关系上可能存在差异，但需谨慎解读。
四、讨论与结论
讨论部分指出，ASD个体在视觉搜索中表现出更低的系统性和方向一致性，这与执行功能中规划能力的缺陷可能相关。尽管ASD个体的搜索组织性较差，但其正确率和错误率与TD组无显著差异，这可能与ASD个体“弱中央 coherence”相关的局部信息加工偏向有关。在脑活动方面，TD组在随机排列任务中表现出右侧前额叶的显著激活，这与右半球在空间注意中的重要作用一致；而ASD组未表现出区域差异，可能原因包括：无需同等程度地调动空间注意、由不同脑区负责复杂空间信息处理，或通过募集其他前额叶区域进行代偿。
研究结论指出，ASD个体的视觉搜索以方向不一致和组织性差为特征，且在随机排列任务中未表现出TD个体典型的右侧前额叶激活模式，TD组的右侧前额叶活动显著高于ASD组。这种结合行为与生理测量的多维度方法，为理解ASD个体在视觉搜索中遇到的困难提供了新的视角，有望为开发针对性的支持策略提供依据。
