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儿童自闭症感觉统合障碍干预的新视角:rTMS技术及其理论基础

更新时间:2023-01-08 08:59:19点击次数:273次字号:T|T

关键词:脑电额叶皮层


摘 要 感觉统合障碍是儿童自闭症的典型共症之一,对患儿的正常生活影响巨大。传统干预手段从应用行为分析出发,侧重游戏矫正,但干预费时费力且效果十分有限。随着神经科学技术手段的应用发展,根据患儿Gamma频段脑电活动异常机制而进行的重复经颅磁刺激(rTMS)干预,已成为自闭症感觉统合障碍干预治疗的新方向。本文对技术的理论基础及其应用发展过程进行了回顾。

关键词 自闭症 感觉统合障碍 重复经颅磁刺激 Gama频段脑电耦合异常

中图分类号:R749.94 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.09.076

人类通过感觉来感知获取外界信息,不同刺激信息经感觉通道进入中枢神经系统,由大脑对各类刺激进行选择性整理和组织,形成知觉并做出行为应对,这一过程称之为感觉统合。感觉统合障碍(Sensory Integration Dysfunction)则是指进入大脑的多种感觉刺激信息不能在中枢神经系统内形成有效的组织和整合而产生的一种感知异常或缺陷。[1]感觉统合障碍是儿童自闭症的典型共症之一。由于感知是各种高级心理活动的基础,因此感觉统合失败会显著制约自闭症儿童的心理与行为的发展,严重影响患儿正常生活技能的掌握,进而出现各类行为适应问题。

我国对于自闭症感觉统合障碍的干预研究起步较晚,目前国内对于此障碍的理论研究和教育干预依然以二十世纪八十年代末Frith所提出的弱中央统合理论为主要根据,对存在感觉统合障碍,尤其是前庭系统失调和本体系统失调的儿童进行行为矫正。干预手段以传统应用行为分析为主要取向,采用游戏训练作为主要手段。这类干预方案虽能一定程度上提高自闭症儿童的感觉调节和运动协调能力,但存在四方面问题:一是目前常用的游戏训练干预侧重行为矫正,主要针对前庭系统失调和本体系统失调的儿童。这类游戏训练本身并非针对自闭症儿童,且无个别化的深层心理机制分析作为支撑,因此适用性不佳。二是干预过程忽略环境和刺激信息的可持续性和多样性,即便对单通道感觉统合障碍有所改善,但并不适用于跨通道的感觉统合障碍。三是干预方法并无发展心理学和神经生理学的理论作为支撑,容易忽略个体感觉统合训练干预背后的深层神经系统变化和神经发育过程。四是干预治疗过程耗时费力,对患儿家庭造成较大经济负担,但对自闭症核心症状的治疗作用依然非常有限。[2]因此,探索感觉统合障碍的深层机理,开发新的干预手段,已经成为儿童自闭症教育康复技术发展的必然。

2 自闭症儿童的感觉统合障碍与其异常脑发育基础

近年来的研究发现,自闭症儿童的感觉统合障碍与其异常发育的脑神经结构和功能有着紧密关联。微观层面,这种异常主要体现为神经皮层中微柱的结构和功能异常。微柱(Minicolumn)是大脑神经皮层六层结构中,由垂直跨越其中第二至第六层的椎体神经元细胞,与其周围氨基丁酸神经元和中间抑制细胞(包括双刷细胞、篮状细胞和枝形细胞)所构成的特殊神经元单元。单个微柱结构中,由椎体神经元完成神经信息的加工和在不同皮层间的上下垂直传递,而中间抑制细胞则承担水平方向的传递或抑制。基于上述特性,微柱被认为是大脑神经皮层实现正常心理功能的基础微观单元。相较正常个体的发育过程,自闭症儿童的神经微柱结构已被证实为发育异常。此种异常首先表现为单个微柱的体积缩小、长度变短,以及微柱间联系的空间变小,而且表现为神经元微柱数量的显著增多。这种异常结构反应在心理活动中则表现为微柱间抑制功能的显著降低以及神经活动间相互干扰的增加。研究发现,自闭症个体的微柱结构异常以额叶皮层较为典型。而额叶皮层既是有意注意的关键脑区,又承担工作记忆、执行控制功能,是大脑对不同感觉通道信息进行有意深度整合的中枢。因此,额叶皮层微柱的结构和功能异常是自闭症感觉统合异常产生和出现的重要微观基础。[3]

而在宏观层面,联络皮层的功能障碍以及神经白质网络异常化的结构和功能连接则是导致自闭症儿童感觉统合障碍出现的另一关键原因。一方面,大脑的联络皮层是进行跨感觉通道信息统合,形成知觉的关键中枢。原因在于,联络皮层分布有特殊的多模式感觉细胞,这些多模式感觉细胞负责将不同感觉皮层传输过来的信息进行整合。但是,功能磁共振成像和脑电溯源却发现,自闭症儿童的感觉统合障碍通常伴随有颞顶联络区皮层的功能活动异常。另一方面,采用弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging)技术的脑成像研究发现,自闭症儿童的神经白质网络叶存在明显的发育异常,具体表现为白质结构中局部短距离神经联络的加强和远距离神经联络的传递功能减弱。上述两种异常机制相互作用,体现在自闭症个体的脑电活动上,前者表现为颞顶联络区Gamma(高于30Hz)频段脑电节律的活动异常,而后者则表现为Gamma频段与其他频段的耦合异常。[1]鉴于Gamma频段脑电节律与自闭症儿童感觉统合障碍存在以上特殊关联,因此根据这一关联特性设计生物反馈系统,进行自闭症感觉统合障碍的筛查、诊断和干预治疗成为当前研究发展的一大趋势。

3 rTMS技术在自闭症感觉统合障碍干预中的应用


由于自闭症儿童在神经系统的微观和宏观层面均存在发育异常,因此除药物治疗外,这种异常很难在无创限制下直接进行相应干预。所以早期对自闭症感觉统合障碍的干预治疗只能选择进行长期的行为训练,以期通过训练获得神经系统在结构和功能上的改善。但这一过程不仅耗时费力,而且疗效不佳。这种困境直至上世纪末经颅磁刺激技术的出现,才有了一定转机

经颅磁刺激技术是一种现代神经电磁干预技术,其原理源自法拉第电磁感应定律,即通过体外设置的电磁线圈形成垂直方向的磁脉冲,进而穿透头皮、颅骨和蛛网,直接影响和作用于脑内神经细胞的电活动。采用rTMS手段,在较长时间内连续形成低频磁脉冲,可以直接作用于目标脑区,从而可以造成持续、无创的干预治疗效果。由于科学使用这种技术安全无创,目前这种技术已经广泛运用在了包括自闭症、抑郁症在内的精神疾病治疗干预中。[4, 5]

如前文所示,自闭症个体额叶皮层存在神经微柱的结构和功能异常,其重要表现之一是微柱间连接的中间细胞抑制功能削弱或丧失。而rTMS所释放的低频磁脉冲被发现能够有效地刺激并修复这一功能。因此,基于rTMS进行额区微柱功能修复,成为自闭症感觉统合障碍干预的一种选择。为此,美国哈佛大学和路易斯维尔大学的研究团队进行了相应探索。他们发现,采用0.5或1Hz的低频段rTMS技术作用于额叶皮层中负责执行控制的背外侧额叶皮层和负责感觉信息统合的辅助运动区,经过一周多次并持续数周的干预治疗,能够显著改善自闭症儿童在多种任务下的注意选择、面孔识别以及视听觉的统合能力。更为重要的是,结合脑电测量分析技术的证据显示,这种改善处于神经功能的深层改善——它不仅体现为患儿完成注意感知任务时行为表现的改善,而且体现为患儿脑电Gamma频段与alpha及其他频段耦合机制的明显恢复上。这说明,对额叶皮层的rTMS干预能够修复额叶与其他皮层区域的神经传递,从而改善自闭症儿童感觉统合障碍。[3-6]

4 总结与展望

综合现有关于自闭症儿童感觉统合障碍的脑电和rTMS研究可知,结合Gamma频段脑电耦合机制以系统实施rTMS干预,已被证明是自闭症感觉统合障碍康复治疗的一种有效手段。对此,目前已有国外科研单位基于上述机理设计开始研发自闭症干预治疗的生物反馈设备。相比,我国在领域的起步较晚,目前处于研究跟随状态。因此,加大科研投入,实现弯道超越,将是本领域教育和医疗工作者发展投入的一个重要方向。

参考文献

[1] Beker, S., J.J. Foxe, and S. Molholm, Ripe for solution:Delayed development of multisensory processing in autism and its remediation. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 2018. 84:p. 182-192.

[2] 陳墨,韦小满.自闭症弱中央统合理论综述.中国特殊教育,2008.100(10):80-86.

[3] Casanova, M.F., et al., Repetitive transcanial magnetic stimulation (RTMS) modulates event-related potential (ERP) indices of attention in autism. Translational Neuroscience, 2012. 3(2):p. 170-180.

[4] Oberman, L.M., et al., Transcranial magnetic stimulation in autism spectrum disorder:Challenges, promise, and roadmap for future research. Autism Research, 2016. 9(2):p. 184-203.

[5] Oberman, L.M., A. Rotenberg, and A. Pascualleone, Use of Transcranial Magnetic Stimulation in Autism Spectrum Disorders. Journal of Autism and Developmental Disorders, 2015. 45(2):p. 524-536.

[6] Sokhadze, E.M., et al., Effects of Low Frequency Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) on Gamma Frequency Oscillations and Event-Related Potentials During Processing of Illusory Figures in Autism. Journal of Autism and Developmental Disorders, 2009. 39(4):p. 619-634.


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