持续性发育性阅读障碍中的数据驱动认知群组

《Cortex》：Data-driven Cognitive Clusters in Persistent Developmental Dyslexia

　　摘要：发展性阅读障碍是一种神经发育性疾病，其特征是尽管智力正常且拥有良好的教育机会，仍存在持续的阅读困难。目前对阅读障碍的认知基础了解尚不充分。虽然已有多种成因理论被提出，但缺乏能够通过全面评估来准确识别不同亚型的研究，这类评估应超越单纯的阅读和语音能力检测。本研究使用了迄今为止规模最大的、对干预措施无反应的发展性阅读障碍儿童样本，共147名7至14岁的学龄儿童，他们来自专门为有学习障碍的学生设立的学校。我们通过数据驱动的分析方法，结合全面的神经心理学评估，以界定不同的认知子领域并分析样本中的异质性。通过对24项认知指标进行层次聚类，我们构建了一个框架，用于解读所出现的群体特征。最终形成了五个群体，分别与词汇检索、语音意识与语音循环、视觉空间功能、口语处理速度与执行功能，以及书面处理速度与执行功能相关。后续的潜在轮廓分析发现了两种不同的阅读障碍类型：一种以处理速度和执行功能方面的显著困难为特征，另一种则以语言短期记忆和词汇检索方面的困难为主。重要的是，尽管这两种类型的认知特征不同，但他们在持续的单词解码和阅读理解困难程度上却相当。这些发现表明，具有相似表型特征的阅读障碍可能由不同的认知因素导致，从而强调了在为受影响儿童制定个性化干预措施时进行全面神经心理学评估的重要性。

引言：发展性阅读障碍是一种神经发育性疾病，其特征是尽管智力充足且具备良好的教育条件，仍存在阅读学习困难（Lyon等人，2003；Stanovich，1988）。其患病率因诊断标准的不同而有所差异，介于3%到17.5%之间（Wagner等人，2020）。发展性阅读障碍可能对患者的情绪健康、学业成绩以及日后的职业发展产生负面影响（Al-Lamki，2012；Georgiou等人，2024；Wilmot等人，2023）。阅读是一项复杂的技能，涉及听觉和语音处理、更广泛的语言能力、视觉和正字法知识、工作记忆以及执行功能（Bowers & Wolf，1993；Patael等人，2018；Snowling，2008；Wolf & Bowers，1999；Wolf等人，2024）。这些领域的任何薄弱环节都可能影响阅读能力。由于这些过程之间存在相互作用，患有发展性阅读障碍的儿童往往表现出多样的特征，这给研究和临床实践带来了挑战（Lyon等人，2003；Peterson & Pennington，2012）。了解个体的优势与劣势对于制定有效的干预措施至关重要（Lorusso等人，2024；Nukari等人，2020；Snowling & Hulme，2012b）。

关于发展性阅读障碍的诊断及其理论基础存在诸多争议。早期的理论，如语音缺陷假说，认为语音意识方面的困难是核心问题（Bradley & Bryant，1983；Stanovich & Siegel，1994）。后来，双重缺陷假说则提出命名速度（即获取语音信息的效率，通常通过快速自动命名测试来评估）也是另一个核心问题。因此，语音能力、命名速度或两者兼有的缺陷都会导致发展性阅读障碍，而多种缺陷共同存在则会使症状更为严重（Wolf & Bowers，1999）。尽管这些模型具有一定的解释力，但它们未能涵盖所有观察到的特征类型。较新的观点，包括多因素假说，认为发展性阅读障碍是由多种认知、语言和环境风险因素相互作用所致（Catts & Petscher，2022；Wolf等人，2024）。例如，在认知层面，相关风险因素包括工作记忆、处理速度和执行功能方面的困难，这些因素各自独立于语音技能影响阅读能力的形成（Cutting等人，2009；Swanson & Siegel，2001）。语言方面的风险因素则包括词汇量和形态句法知识方面的不足，这些因素有助于提升超越单纯解码能力的阅读理解水平（Muter等人，2004；Nation & Snowling，2004）。环境因素，如早期读写接触机会和社会经济背景，也会进一步影响这些认知缺陷的表现程度（Hecht等人，2000）。正是由于这些因素的多样性，才有必要超越单纯的语音和阅读能力测试，对完整的神经心理学特征进行全面评估。因此，多因素框架认为，即使儿童的认知优势与劣势各不相同，他们也可能通过不同的发展路径达到相似的阅读结果。

与这一观点一致的是，发展性阅读障碍常常与其他神经发育性疾病同时出现。例如，18%至42%的发育性阅读障碍儿童同时符合注意力缺陷/多动障碍的诊断标准（Germanò等人，2010），而患有发育性阅读障碍或注意力缺陷/多动障碍的儿童中，有多达50%存在执行功能方面的困难（Al Dahhan等人，2022）。发展性阅读障碍还经常与发育性语言障碍同时出现（Adlof & Hogan，2018；Snowling等人，2019），在后者的情况下，由于更广泛的口语语言困难，阅读理解能力会进一步受到影响（Snowling等人，2020）。干预研究也进一步强调了考虑发展性阅读障碍异质性的重要性。例如，基于语音学的强化训练确实能够有效改善儿童的解码能力和语音意识（Shaywitz等人，2004；Temple等人，2003），但仍有许多儿童存在持续的阅读困难。因此，虽然语音意识训练是必要的，但它往往不足以解决导致阅读困难的所有问题。

尽管有上述考虑，许多研究和临床方案仍然主要关注语音处理和命名速度方面的缺陷，而忽视了执行功能、语言短期记忆或视觉空间技能等其他领域（Wokuri等人，2023；Zoubrinetzky等人，2014）。此外，以往的研究往往受到样本量较小或发展性阅读障碍诊断标准不同的限制，有些研究甚至采用智商与阅读能力差异的定义来进行判断（Heim等人，2008；Ramus等人，2003；O'Brien等人，2012；Wolf等人，2024）。数据驱动的方法则为解决这一问题提供了途径，它使人们能够超越基于理论的分类方式，发现那些可能 otherwise 无法被发现的缺陷模式。还需要注意的是，认知干预和补偿性学习能够随着时间的推移显著改变患有发展性阅读障碍儿童的认知特征。例如，在专门的学习障碍干预机构中进行的针对性语音训练，能够增强语音意识，减轻语音方面的困难，从而可能掩盖那些在干预较少的样本中本应显现出的差异（Snowling & Hulme，2011；van Ermingen-Marbach等人，2013）。因此，经过干预的儿童群体所表现出的认知特征可能与干预较少的样本有显著差异，这就凸显了在解读基于数据的亚型分析结果时，考虑教育背景和发展时间线的重要性。

此前，潜在轮廓分析在阅读困难研究中的应用主要集中在通过测试分数阈值来从遗传学角度识别阅读障碍亚型（Li等人，2020），或者是对广泛的学习障碍进行分类（Brandenburg等人，2021），而非针对通过涵盖语音处理之外其他认知领域的神经心理学评估所确定的临床诊断的发展性阅读障碍。本研究直接填补了这一空白，它应用潜在轮廓分析对一个特征明确的阅读障碍群体进行了分析，该分析涵盖了24项涉及语音、执行功能、视觉空间和记忆领域的任务，旨在识别出在认知上存在差异的亚型，而非仅依据困难程度的差异。我们采用了数据驱动的分析流程，首先对任务层面的指标进行层次聚类，然后再通过潜在轮廓分析找出具有相似认知特征的子群体。我们假设这种方法能够揭示出不同的特征群体，这些群体既能体现核心阅读和语音技能的差异，又能系统地整合更高层次的认知领域，从而加深对发展性阅读障碍异质性的理解，并可能为制定更加个性化的评估和干预策略提供依据。

参与者：本研究的数据样本来自加利福尼亚大学旧金山分校阅读障碍中心接收的一系列儿童，这些儿童要么被怀疑患有发展性阅读障碍，要么已被正式诊断为此病。其中大部分儿童是通过该中心的合作学校——位于旧金山湾区的私立学校Charles Armstrong School和Chartwell School招募的，这两所学校致力于为有语言相关问题的学生提供支持。

神经心理学评估结果：神经心理学测试系列的平均年龄标准化z分数反映了我们研究群体中广泛的能力水平。表2详细总结了这些测试结果。

任务的层次聚类：通过对神经心理学任务进行层次聚类，我们发现了五个相互间部分独立的群体（各项指标之间的相关性为r = 0.10-0.45；见图S1）。为便于解释这些群体，我们根据各项任务之间的主要共性，为每个群体分配了一个认知领域标签：（1）词汇检索，（2）

讨论：发展性阅读障碍是一种常见的神经发育性疾病，其特征是持续的阅读困难。如今，人们越来越认识到这是一种多因素导致的疾病，因此，仅仅针对语音或阅读特定症状的干预措施往往不够充分。这就凸显出进行全面评估以及寻求多学科共识的必要性，以便了解除阅读相关症状之外的各种潜在认知因素。尽管这种疾病十分普遍且影响深远……

科学透明度声明：数据方面：没有支持这项研究的原始数据或处理后的数据可供公开获取。作者们给出了以下限制数据访问的理由：“这些数据包含儿童的个体级临床信息，根据参与者的同意、UCSF人力资源政策与伦理委员会的要求、HIPAA法规以及相关的保密规定，这些数据不得公开。学术界和非营利机构的研究人员可通过UCSF费因记忆与衰老中心资源申请流程提出申请。”

性别引用平衡：我们通过利用公开可用的出版物元数据，根据作者名字推断出第一作者和最后作者的性别，以此来检查参考文献列表中的性别分布情况。根据常见名字的使用习惯，将作者归类为女性或男性。对于作者为机构、仅有姓名首字母或名字含义不明确的情况，则将其归类为未知，并从比例计算中排除。在我们的参考文献列表中的91篇参考文献中，我们能够……

CRediT作者贡献声明：Ezra Mauer：写作——审稿与编辑、研究、数据整理

未引用的参考文献：Beery等人，1997年；《阅读障碍的定义》，2002年；Gommers等人，2023年；Morin等人，2023年；Pennington，2006年。

致谢：我们衷心感谢那些慷慨参与此项研究的家庭和儿童，正是他们的付出使得这项研究得以实施。我们还要感谢我们的合作学校Charles Armstrong School和Chartwell School，感谢它们在招募和评估过程中给予的全力支持。特别要感谢我们的研究协调员，正是他不懈的努力确保了研究的顺利组织、数据收集以及与家庭的沟通。我们还要对那些给予我们大力支持的各方表示诚挚的感谢。

Pedro Pinheiro-Chagas|Margo Kersey|Nilgoun Bahar|Sarah Inkelis|Ezra Mauer|Julian Siebert|Jet Vonk|Rian Bogley|Ellie Carpenter|Dolce Vita Martin-Moreno|Jessica De Leon|Boon Lead Tee|Maria Luisa Mandelli|Christa Pereira|Zachary Miller|Maria Luisa Gorno-Tempini
美国加利福尼亚州旧金山市第18街675号，加利福尼亚大学旧金山分校阅读障碍中心神经科