《Autism Research》:Atypical Cerebellar Responses are Associated with Altered Neural Habituation during Sensory Stimulation in Autism
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感觉加工非典型性在自闭症(autism spectrum disorder,ASD)青少年中高度普遍,然而这些差异背后的神经机制尚不清楚。尽管小脑在感觉运动协调中起关键作用,且在ASD脑结构中功能和结构均呈非典型性,但在探究自闭症感觉挑战的研究中小脑常被忽视。
感觉加工非典型性在自闭症(autism spectrum disorder,ASD)青少年中高度普遍,然而这些差异背后的神经机制尚不清楚。尽管小脑在感觉运动协调中起关键作用,且在ASD脑结构中功能和结构均呈非典型性,但在探究自闭症感觉挑战的研究中小脑常被忽视。既往证据将ASD感觉过度反应(sensory over-responsivity,SOR)与感觉及边缘区域神经习惯化改变相联系,但小脑在非典型习惯化中的作用尚不明确。本研究考察了ASD与典型发育(typically-developing,TD)青少年在感觉诱发下的小脑反应,以及这些反应与感觉-边缘习惯化的关系。52名ASD与41名8至18岁TD被试在fMRI下接受轻度厌恶听觉与触觉刺激。研究发现ASD较TD在对侧(相对触觉刺激)小脑活动增强。TD青少年中小脑活动越强,感觉-边缘区习惯化越明显;相反,ASD中小叶VII(含crus I和II)活动越强,杏仁核习惯化越弱。小脑激活与感觉皮层习惯化关系无组间差异。结果增进了对小脑在处理厌恶感觉信息中作用的理解,小脑超常反应及小脑功能与杏仁核习惯化非典型关系的发现,提示小脑参与ASD感觉改变。
研究背景方面,自闭症谱系障碍(ASD)以社交沟通困难、运动与感觉非典型性及重复行为为特征,其中感觉非典型性在超过90%的ASD青少年中存在,感觉过度反应(SOR)见于半数以上患者,表现为对特定感觉刺激的高度厌恶与回避,严重影响课堂专注、进食质地偏好及噪声耐受等日常功能。既往神经机制研究指出,感觉皮层与杏仁核在厌恶刺激下过度响应,且感觉-边缘区神经习惯化(即对持续或重复刺激反应的递减)减弱与SOR严重度相关。小脑虽在感觉运动协调及内部预测模型生成中具核心地位,且ASD中小脑结构与功能连接(rsFC)异常已有报道,但其与感觉习惯化改变的关系长期被忽视。研究人员由此提出,小脑预测模型在ASD中发育非典型,可能降低对连续感觉信号的可预测性,进而改变感觉-边缘习惯化并促发SOR,但缺乏在体感觉诱发下小脑亚区响应与习惯化关联的直接证据,故开展本项针对8至18岁ASD与TD青少年的fMRI研究。
主要关键技术方法包括:被试来自加州大学洛杉矶分校招募的52名ASD与41名TD青少年(年龄8.6至18.0岁),组间在年龄、性别、种族、头动上匹配,IQ与离群体积作为协变量;采用Siemens Prisma 3T扫描仪采集706卷多带平面回波成像数据,范式以听觉(脉冲粉紫噪声)加左侧臂触觉(每秒一次摩擦海绵)联合区块(15秒每块,重复6次)代表多模态真实体验;预处理基于FSL(FEAT)做运动校正、空间平滑(FWHM 5毫米)、高通滤波与MNI152配准,组分析用FLAME 1+2与高斯随机场校正(簇内z>2.3,簇级p<0.05),小脑搜索空间限SUIT概率图谱掩码;习惯化以感觉-边缘ROI(左右杏仁核、右中央后回、双侧Heschl回)提取时间序列,取峰值后线性斜率表征;小脑激活与斜率关联采用底向上回归,组间交互簇经参数估计提取作图。
研究结果部分,3.1节样本特征确认组间除IQ与离群体积外无偏。3.2节感觉诱发小脑活动显示,ASD组在双侧VIIIA/VIIIB、左V、双侧VI、双侧I-IV/脑干、VII(crus I/II、VIIB)、左X及蚓部广泛激活,且右侧小脑(触觉对侧)活动强于TD,该差异由ASD更多激活与TD更多失活共同驱动,TD组未见显著反向优势簇;SOR评分与小脑激活无显著相关。3.3节小脑激活与感觉-边缘习惯化关系中,3.3.1左杏仁核结果显示TD组小脑(右crus I/II、右VIIB)活动越强左杏仁核习惯化越强,而ASD组呈反向,组间交互显著;3.3.2右杏仁核(中晚区块)ASD组小脑crus I/II、VIIB、IX活动越强习惯化越弱,TD无显著关联,组间正相关强度ASD大于TD;3.3.3中央后回与Heschl回合并两组分析显示,小脑crus I/II、VIIB活动越强,体感与听觉皮层习惯化越强(斜率越负),无组间差异。
讨论部分总结指出,ASD小脑对厌恶感觉信号呈超响应,且右侧(触觉对侧)感觉运动小叶异常参与,反映半球间感觉加工特化减弱;小脑VII叶活动与杏仁核习惯化在TD中为促进关系,在ASD中逆转,支持小脑-杏仁核环路预测更新功能在ASD受损的假说,即小脑信号不在促成习惯化而在维持刺激新颖性;而与初级感觉皮层习惯化的正相关在两组共存,提示ASD异常更在认知情绪层而非低阶感觉编码层;SOR行为严重度未直接关联小脑激活,可能受前额叶调控代偿及短程习惯化时间尺度限制。结论部分原文表明,ASD较TD小脑对厌恶感觉反应非典型,尤其VII叶响应与感觉-边缘习惯化相连,小脑活动与杏仁核习惯化关系组间分化,证实小脑是ASD感觉加工非典型及感觉-边缘习惯化改变的贡献者。
该文发表于《Autism Research》,其意义在于首次将小脑功能与ASD感觉诱发下神经习惯化直接桥接,为感觉过度反应的非典型预测编码机制提供了小脑视角的实证锚点。