俞稼鈺 靳羽西 梁丹丹,3

·元分析(Meta-Analysis)·

自閉癥譜系障礙人群詞義加工的腦激活模式：基于fMRI研究的元分析

俞稼鈺1靳羽西2梁丹丹2,3

(1香港理工大學中文及雙語學系, 香港 999077) (2南京師范大學文學院, 南京 210097) (3中國科學技術大學語言科學交叉研究中心, 合肥 230026)

本研究篩選了11項采用功能性磁共振成像技術探究言語自閉癥人群詞義加工的研究, 探討了該人群與典型人群腦激活模式的差異是否具有跨研究的穩(wěn)定性。結(jié)果表明, 差異的腦激活模式穩(wěn)定存在, 且表現(xiàn)為主要涉及左額上回的典型腦區(qū)激活不足。該結(jié)果為言語ASD人群語言加工的神經(jīng)機制提供了來自詞義加工的跨研究激活證據(jù), 在明確“減弱的額葉激活”這一穩(wěn)定差異表現(xiàn)的基礎上, 強調(diào)了針對不同語言加工任務開展元分析研究的必要性。

自閉癥譜系障礙, 詞義, fMRI, 元分析

1 引言

自閉癥譜系障礙(Autism Spectrum Disorder, ASD)是一種神經(jīng)發(fā)育障礙, 以社會交流和交往障礙、重復刻板行為和狹隘興趣為特征(Diagnostic and statistical manual of mental disorders: DSM-5, 2013)。通常, ASD人群在語言習得方面會遇到一定困難。部分ASD個體終生無法發(fā)展出功能性語言(Tager-Flusberg et al., 2005), 能夠發(fā)展出功能性語言的ASD個體(后稱言語ASD)在語言習得過程中仍會表現(xiàn)出與典型發(fā)展人群(Typically developing, 簡稱TD)的差異, 例如, 與同齡人對話時不恰當?shù)厥褂眠^于正式的詞匯, 或在理解心理動詞(如認為, 以為)等方面存在困難(Eigsti et al., 2011)。由于該人群在語言方面表現(xiàn)出持續(xù)的困難, 研究者們使用了如功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)等腦成像技術探究ASD人群語言加工的神經(jīng)機制, 試圖在大腦的語言加工區(qū)域找到與該人群語言障礙相關的結(jié)構(gòu)和功能標記(Harris et al., 2006)。

現(xiàn)有針對ASD人群語言加工神經(jīng)機制的研究一致發(fā)現(xiàn)了加工語言刺激時, 該人群的腦激活模式與TD組存在差異, 但在具體差異表現(xiàn)上存在爭議。Herringshaw等人(2016)總結(jié)了現(xiàn)有針對ASD人群語言障礙的大腦基礎的三種假說, 并采用了元分析的方法探究了ASD人群完成語言加工任務時跨研究的大腦激活模式更支持哪一種假說。這些假說包括相反的語言網(wǎng)絡功能偏側(cè)化, 增強的視覺加工區(qū)域激活, 以及減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活。具體而言, 有研究指出在語言加工任務中, 與TD被試相反, ASD被試更多地激活右半腦相關腦區(qū), 并據(jù)此假設了這一相反的語言腦區(qū)偏側(cè)化可能是該人群語言加工表現(xiàn)出困難的原因(Kleinhans et al., 2008); 也有研究發(fā)現(xiàn)與TD對照組相比, ASD組在完成語言加工任務時, 更多激活了與視覺/視覺空間編碼相關的腦區(qū)(如枕葉和頂葉), 并推測了該激活模式可能是該人群部分語言加工任務表現(xiàn)異常的大腦基礎(Kana et al., 2006); 還有研究報告了ASD被試加工語言刺激過程中表現(xiàn)出了減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活(Harris et al., 2006)。以上單獨研究可能由于任務類型、被試數(shù)量和分析方法等原因未獲得一致結(jié)論, 而采用元分析方法對單獨研究結(jié)果進行整合, 能夠明確ASD人群加工語言刺激時跨研究一致激活的腦區(qū)。Herringshaw等人(2016)采用了激活似然性估計法(Activation Likelihood Estimation, ALE)探究了與TD人群相比, ASD人群加工語言刺激(詞義, 句義, 韻律等)時一致的大腦激活差異模式。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)以上的三種假說并沒有哪一種得到所有語言加工任務的支持, 其中涉及視覺刺激加工和詞匯理解的任務支持了相反的偏側(cè)化假說, 涉及視覺刺激加工和句子加工的任務支持了增強的視覺加工區(qū)域激活假說, 而減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活則未能夠獲得該元分析結(jié)果的支持。這一結(jié)果暗示了完成不同語言加工任務時, ASD人群與TD人群的差異激活模式可能不同, 需要區(qū)別不同類別的語言加工任務開展分析。

通常認為, 言語ASD人群語言能力核心損傷在語義?語用方面(Tager-Flusberg, 1985)。Kanner (1943)最初描述自閉癥時提及, “給一個詞項賦予多個意義的困難”是該人群較為顯著的語言能力損傷, 且他們在習得和利用語義范疇知識方面也存在困難。Phan等人(2021)同樣采用了ALE分析法探究了ASD人群加工語義過程中大腦激活模式與TD人群的異同。該研究發(fā)現(xiàn), 與TD組相比, ASD組額外激活了涉及左顳中回和左顳上回的部分腦區(qū); 與ASD組相比, TD組額外激活了涉及左額上回的部分腦區(qū)。盡管該研究未明確表示他們的研究結(jié)果支持了ASD人群語言加工“減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活”的假說, 但他們的發(fā)現(xiàn)符合該假說的描述。這一元分析結(jié)果與Herringshaw等人(2016)的發(fā)現(xiàn)存在差異。盡管Phan等人(2021)已將范圍縮小到語義加工, 但該研究同時包括了句層面和詞層面的語義加工研究?？紤]到詞義加工和句義加工的底層機制存在差異, 與詞義加工相比, 句義加工包括了詞義整合、句法加工等額外要求, 且Herringshaw等人(2016)發(fā)現(xiàn)句義加工和詞義加工的整合分析結(jié)果支持了不同的差異激活模式, 因此需要進一步區(qū)分句層面和詞層面的語義加工, 開展對應的元分析研究。

由于詞義加工能力在語言習得和發(fā)展過程中的首要和基礎地位, 多年來, 學者們對ASD人群的詞義加工開展了行為、神經(jīng)等豐富多樣的研究, 不斷加深對該人群的詞義加工能力的認識。在行為層面, 現(xiàn)有研究結(jié)果表明加工詞義時, 言語ASD人群表現(xiàn)為能力與損傷并存。曹漱芹和方俊明(2008)報告了言語ASD人群擁有一般詞義加工能力, 在Stroop任務, 普通名詞的語義范疇判斷任務和語義啟動任務中與TD人群表現(xiàn)類似(Eskes et al., 1990; Tager-Flusberg, 1985; Toichi & Kamio, 2001)。然而, 也有研究報告了言語ASD人群的詞義加工能力存在損傷。黃靜和梁丹丹(2013)的綜述研究報告了在語言回憶任務中, 從兒童至成人, ASD被試回憶語義相關詞的數(shù)量顯著少于典型發(fā)展對照組(Bowler et al., 2000; López & Leekam, 2003; Smith et al., 2007; Tager‐Flusberg, 1991),且語義聚合程度顯著較低(Cheung et al., 2010; Gaigg et al., 2008)。此外, 在詞匯流暢性任務中, ASD被試會產(chǎn)出遠離范疇原型的詞和不屬于目標類別的詞(Dunn et al., 1996)。在無分類規(guī)則的詞匯分類任務中, ASD被試也表現(xiàn)出了一定的困難(Minshew et al., 2002)。在神經(jīng)層面, Harris等人(2006)發(fā)現(xiàn)一組ASD成人在完成詞義加工任務時, 較少激活布洛卡區(qū), 但相對較多地激活了顳中回。也有一系列研究發(fā)現(xiàn)了ASD被試加工詞義時, 涉及左額下回的激活與TD被試無顯著差異, 但表現(xiàn)出了涉及右紋外視覺皮層(right extrastriate visual cortex)的廣泛激活(Gaffrey et al., 2007; Shen et al., 2012)。這些研究都一致表明了在完成詞義加工任務時, ASD被試與TD被試在大腦激活模式方面存在差異, 但可能由于被試、實驗任務、分析方法等因素在具體差異模式方面存在不同。然而, 目前尚未有研究采用元分析的方法, 探究ASD人群完成詞義加工任務時跨研究的腦激活模式。

總而言之, 已有研究在行為層面總結(jié)了言語ASD人群能夠加工部分詞的基礎語義, 擁有一定的詞義加工能力, 但他們對詞與詞之間的意義聯(lián)系并不敏感, 詞匯組織方式與TD人群存在差異(Naigles & Tek, 2017), 因而在復雜或內(nèi)隱的詞義加工任務中的表現(xiàn)與TD組存在差異(宋宜琪, 靳羽西, 2018)。在神經(jīng)層面, 單獨研究結(jié)果一致發(fā)現(xiàn)言語ASD人群加工詞義時的大腦活模式與TD人群存在差異, 但在具體差異表現(xiàn)上未達成一致, 也尚不明確該人群加工詞義時的大腦激活模式差異是否具有跨研究的穩(wěn)定性。此外, 針對語言加工和語義加工開展的元分析結(jié)果暗示了單獨對言語ASD人群加工詞義時的腦激活模式開展元分析研究的必要性。因此, 本研究將聚焦于言語ASD人群加工詞層面語義時的大腦激活模式, 篩選采用fMRI技術的研究結(jié)果, 運用ALE分析法, 探究ASD人群與TD人群加工詞義時的腦激活模式差異是否具有跨研究的穩(wěn)定性; 若差異模式穩(wěn)定存在, 具體表現(xiàn)如何？

2 方法

2.1 文獻檢索

文獻檢索分為英文文獻和中文文獻兩個部分。英文文獻檢索在Pubmed和PsycINFO數(shù)據(jù)庫進行, 采用以下關鍵詞：(‘fMRI’ OR ‘functional MRI’ OR ‘functional magnetic resonance’ OR ‘neuroimaging’) AND (‘semantic processing’ OR ‘lexical processing’ OR ‘word processing’) AND (‘ASD’ OR ‘a(chǎn)utism’ OR ‘a(chǎn)utism spectrum disorder’)。由于發(fā)表在中文期刊上的探究ASD人群語言加工的fMRI研究有限, 中文文獻檢索的關鍵詞與英文文獻檢索略有差異。中文文獻檢索使用中國知網(wǎng)學術期刊網(wǎng)絡出版總庫, 將文獻來源限制為：北大核心, CSSCI和CSCD, 并采用以下關鍵詞：“語義”和“自閉癥/孤獨癥”或“fMRI”和“自閉癥/孤獨癥”。

2.2 文獻的納入與排除

檢索獲得的文獻需要滿足以下納入標準：(1)期刊論文; (2)被試為獲得ASD診斷的兒童, 青少年和成人; (3)設置典型發(fā)展對照組; (4)被試在fMRI掃描期間完成詞層面的語義加工任務; (5)報告了峰值激活坐標; (6)坐標體系為MNI或Talairach; (7)分別報告TD被試和ASD被試加工詞義時的腦激活情況。

本文的第一作者和第二作者依據(jù)上述納入和排除標準在標題、摘要和全文三個方面依據(jù)上述標準進行獨立篩查, 最后確定納入本次元分析的文獻數(shù)量為11篇。圖1展示了文獻檢索完成后的篩選流程。

2.3 激活似然性估計法

本研究使用GingerALE 3.0.2軟件(http:// brainmap.org/ale/)在標準MNI空間下, 依據(jù)文獻報告的激活峰值點(foci)開展ALE分析。ALE分析方法將先分別計算每個實驗中某種條件下全腦范圍內(nèi)每個體素(voxel)的激活可能性, 然后檢驗體素跨實驗激活的穩(wěn)定性(胡傳鵬等, 2015)。本研究中首先對文獻中提取的TD組和ASD組分別開展ALE分析, 參數(shù)設置如下：Cluster-level FWE = 0.05, Threshold Permutations = 1000,value = 0.001。隨后, 進行TD組和ASD組的聯(lián)合分析(conjunction analysis)和差異分析(TD組–ASD組/ ASD組–TD組)。

圖1 文獻篩選流程圖

3 結(jié)果

3.1 定性分析

259名8～50歲的TD被試和241名8～52歲的ASD被試被納入到當前的分析中。表1列出了11項研究中納入最終分析的被試基本信息。假設本元分析應具有中等效應量0.5, 大異質(zhì)性3, 且已知每項研究的每個被試組別組的平均人數(shù)為22.7,效應量數(shù)量為11, 獲得本元分析的統(tǒng)計效力為0.78。

以平均年齡18歲為界限, 11篇研究中有5篇研究探究了成人組的詞義加工(Gaffrey et al., 2007; Harris et al., 2006; Kana et al., 2017; Kleinhans et al., 2008; Shen et al., 2012), 有6篇研究探究了兒童及青少年的詞義加工(Bednarz et al., 2017; Chen et al., 2016; Fan et al., 2021; Knaus et al., 2017; Knaus et al., 2008; Wong et al., 2019)。在ASD診斷方面, 7篇研究依據(jù)DSM-4診斷標準(Chen et al., 2016; Gaffrey et al., 2007; Harris et al., 2006; Kleinhans et al., 2008; Knaus et al., 2017; Knaus et al., 2008; Shen et al., 2012), 1篇研究依據(jù)DSM-4招募被試但依據(jù)DSM-5進行再確認(Wong et al., 2019), 1篇研究依據(jù)DSM-5診斷標準(Fan et al., 2021), 2篇研究未說明診斷標準僅提供了使用的診斷工具(Bednarz et al., 2017; Kana et al., 2017)。盡管診斷標準存在差異, 但納入研究的障礙組被試均符合自閉癥譜系障礙診斷。

表2報告了進入元分析的11項研究的具體信息。其中8篇研究的實驗材料源于英語(Bednarz et al., 2017; Gaffrey et al., 2007; Harris et al., 2006; Kana et al., 2017; Kleinhans et al., 2008; Knaus et al., 2017; Knaus et al., 2008; Shen et al., 2012)。其余3篇研究的實驗材料源于漢語(Chen et al., 2016; Fan et al., 2021; Wong et al., 2019)。納入最終分析的研究大致采用了以下4種語義加工任務, 要求被試判斷詞所屬的語義類別(Gaffrey et al., 2007; Kleinhans et al., 2008; Shen et al., 2012), 判斷詞是否具有某種語義特征(Harris et al., 2006; Kana et al., 2017; Knaus et al., 2008), 判斷詞與詞之間的語義關系(Chen et al., 2016; Fan et al., 2021; Wong et al., 2019), 以及同時要求被試判斷語義關系和類別(Bednarz et al., 2017)。

表1 納入分析被試的基本信息

注：ADOS: Autism Diagnostic Observation Schedule; ADI-R: Autism Diagnostic Interview-Revised; DSM-4: Diagnostic and statistical manual of mental disorders, 4thEdition; ADOS-2: Autism Diagnostic Observation Schedule-2ndEdition; SCQ: Social Communication Questionnaire; SRS: Social Responsiveness Scale; ADOS-G: Autism Diagnostic Observation Schedule-General; ICD-10: International Statistical Classification of Disease and Related Health Problems-10.

表2 納入元分析研究的簡要總結(jié)

3.2 ALE元分析結(jié)果

表3報告了ALE元分析結(jié)果和激活簇的相關信息。使用Mango 4.1(http:// ii.uthscsa.edu/mango/ mango.html)呈現(xiàn)結(jié)果圖像。圖2呈現(xiàn)了ALE元分析中激活簇的分布。

來自11項詞義加工研究中的259名TD被試的元分析結(jié)果顯示出4個激活簇。最大的激活簇位于左額葉(Left Frontal Lobe), 由97.5%的額下回(Inferior Frontal Gyrus)和2.5%的腹前回(Precentral Gyrus)組成。第二個激活簇大部分位于左腦(97%), 小部分位于右腦(3%), 由96.4%的額葉和3.6%的邊緣葉(Limbic Lobe)構(gòu)成, 其中額上回(Superior Frontal Gyrus)為68.3%, 額內(nèi)回(Medial Frontal Gyrus)為28.1%, 扣帶回(Cingulate Gyrus)為3.6%。第三個激活簇位于左腦顳中回(Left Middle Temporal Gyrus)。第四個激活簇位于左額葉,由54.2%的額中回(Middle Frontal Gyrus)和45.8%的額下回構(gòu)成。來自241名ASD被試的元分析結(jié)果顯示出3個激活簇。最大的激活簇位于左腦額葉, 其中額下回為86.2%, 額中回為13.8%。第二個激活簇位于左腦顳中回。第三個激活簇位于左腦額葉,由88.4%的額內(nèi)回和11.6%的額上回構(gòu)成。

表3 所有納入研究的ALE分析結(jié)果

注：(1)腦區(qū)呈現(xiàn)激活簇主要涉及的腦區(qū)(2)坐標為激活簇中心坐標; (3)ALE值為在該腦區(qū)內(nèi)的最大激活似然值, 代表該腦區(qū)的激活概率; (4)TD組 & ASD組為聯(lián)合分析結(jié)果, TD組–ASD組為差異分析結(jié)果。

圖2 ALE分析結(jié)果

TD組和ASD組的聯(lián)合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)4個激活簇, 分布于左額下回, 左顳中回, 左額內(nèi)回和左額下回。差異分析結(jié)果顯示ASD組-TD組對比未發(fā)現(xiàn)激活簇, 而TD組-ASD組的對比則發(fā)現(xiàn)了一個激活簇。該激活簇大部分位于左腦(98.8%), 小部分位于右腦(1.2%), 92.9%位于額葉, 7.1%位于邊緣葉, 其中額上回為63.5%, 額內(nèi)回為29.4%, 扣帶回為7.1%。

3.3 Neurosynth分析結(jié)果

通過Neurosynth (https://neurosynth.org/), 這一利用文本挖掘進行在線自動元分析工具(胡傳鵬等, 2015), 本研究將TD組和ASD組ALE元分析結(jié)果與Neurosynth數(shù)據(jù)庫中已發(fā)表的神經(jīng)影像學論文中關鍵詞進行比對。表4報告了在本元分析中ASD被試和TD被試詞義加工圖與Neurosynth的語義加工圖(semantic processing map, 源于1031篇研究)比較后得到的前5個相關度最高的關鍵詞。之所以選擇“semantic processing map”, 首先是因為組成該圖的來源文章數(shù)量較多, 更為可靠; 其次是因為有相當數(shù)量研究并沒有特意區(qū)分“semantic processing”和“l(fā)exical processing”, 若將關鍵詞選定為“l(fā)exical processing”可能錯失部分研究。

表4 Neurosynth分析結(jié)果

關鍵詞對比分析表明, 對TD組而言, 相關度最高的5個詞是“語義”、“語言”、“額下”、“額葉”和“詞”。這表明本研究中匯集的TD對照組的3個激活簇涉及的腦區(qū)與“語義”、“語言”和“詞”等關鍵詞相關度較高, 在加工詞義時表現(xiàn)出的跨研究激活腦區(qū)與大量探究語義加工的神經(jīng)機制的前人研究結(jié)果一致。Neurosynth報告的5個相關度最高的ASD組的關鍵詞為“詞”、“額下”、“語義”、“語言”和“額回”。這同樣表明本研究中匯集的ASD組的三個激活簇涉及的腦區(qū)與“詞”、“語義”和“語言”等關鍵詞高度相關, ASD組在加工詞義時表現(xiàn)出的跨研究激活的腦區(qū)與探究語義加工的神經(jīng)機制的前人研究有一致之處。

將本研究中TD組和ASD組的語義加工激活腦區(qū)圖與Neurosynth中語義加工腦區(qū)圖進行對比, 結(jié)果表明Neurosynth的語義加工圖與本元分析中TD被試的詞義加工圖之間的重疊體素大小為3541, 約有48.7%的體素處于語義加工網(wǎng)絡。而與ASD被試的詞義加工圖的重疊體素大小為887, 約有21.5%的體素處于語義加工網(wǎng)絡。

3.4 探索性亞組分析

本研究對成人組和兒童及青少年組進行了探索性亞組分析。ALE分析結(jié)果表明, 來自5項研究的75名成人TD組有3個激活簇：最大的激活簇位于左額葉, 由77.2%的額上回和22.8%的額內(nèi)回組成; 第二和第三個激活簇均位于左額下回。來自67名成人ASD組的元分析顯示出2個激活簇：第一個激活簇位于左額下回; 第二個激活簇位于右枕葉(Right Occipital lobe), 其中60.6%位于楔葉(Cuneus), 39.4%位于舌回(Lingual Gyrus)。聯(lián)合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)1個激活簇, 位于左額下回。差異分析則未發(fā)現(xiàn)激活簇。來自6項研究的184名兒童及青少年TD組的元分析結(jié)果顯示出1個激活簇, 位于左顳中回。來自174名兒童及青少年ASD組的元分析結(jié)果顯示出1個激活簇, 位于左額下回。聯(lián)合分析結(jié)果未發(fā)現(xiàn)激活簇。差異分析結(jié)果表明, ASD組-TD組的對比未發(fā)現(xiàn)激活簇, 而TD組-ASD組的對比則發(fā)現(xiàn)了一個位于左顳中回的激活簇。

此外, 本研究對英語研究也開展了探索性亞組分析。來自8項研究中的119名英語TD組的元分析結(jié)果顯示出2個激活簇：最大的激活簇位于左額葉, 由79.2%的額上回和27.8%的額內(nèi)回組成; 第二個激活簇位于左額下回。112名英語ASD組的元分析顯示出三個激活簇：最大的激活簇位于左額下回; 第二個激活簇位于左額內(nèi)回; 第三個激活簇位于左額葉, 其中額下回為67.7%, 額中回為13.8%。聯(lián)合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)2個激活簇：第一個位于左額內(nèi)回, 第二個位于左額下回。差異分析結(jié)果表明, ASD組-TD組的對比未發(fā)現(xiàn)激活簇, 而TD組-ASD組的對比則發(fā)現(xiàn)了一個激活簇。該激活簇位于左額葉, 其中額上回為82.9%, 額內(nèi)回為17.1%。

4 討論

4.1 ASD人群和TD人群加工詞義時跨研究的大腦激活模式及異同

本研究篩選了11項fMRI研究的結(jié)果, 探究了完成詞義加工任務時, 言語ASD人群跨研究穩(wěn)定激活腦區(qū)與TD人群的異同之處。ALE分析結(jié)果首先揭示了259名TD被試和241名ASD被試加工詞義時跨研究穩(wěn)定激活的具體腦區(qū), 聯(lián)合分析結(jié)果體現(xiàn)出TD人群和ASD人群共同激活的腦區(qū), 而差異分析結(jié)果則體現(xiàn)出兩組被試跨研究穩(wěn)定激活腦區(qū)的不同之處。Neurosynth分析結(jié)果則體現(xiàn)了大量前人研究匯集而成的語義加工圖與本研究匯集而成的TD組和ASD組的詞義加工圖之間關系。

首先, 針對TD組開展的ALE元分析結(jié)果顯示, 最大的激活簇主要位于左額下回和腹前回。左額下回是與語義加工密切相關的典型腦區(qū)(Bookheimer, 2002; Poldrack et al., 1999)。元分析研究(Herringshaw et al., 2016; Phan et al., 2021)和綜述研究(Price, 2012)都報告了在完成多種語義加工任務時, TD人群均在左額下回表現(xiàn)出激活。左側(cè)腹前回則會在涉及閱讀詞匯的任務中表現(xiàn)出激活(Price, 2012)。TD組的第二個激活簇涉及腦區(qū)大部分位于左腦, 小部分位于右腦; 以額葉為主, 小部分涉及邊緣葉; 額上回占比最大, 其次為額內(nèi)回和扣帶回。額上回與完成任務所需要的工作記憶密切相關(Leung et al., 2002; Petrides, 2005)。也有相當研究報告了在加工視覺呈現(xiàn)的詞的意義時, 額上回會表現(xiàn)出激活(Price, 2012)。額內(nèi)回包括前運動輔助區(qū)和運動輔助區(qū), 與完成任務的領域一般認知能力有緊密聯(lián)系(Scheller et al., 2013), 例如抉擇能力(Nachev et al., 2007)。Price (2012)的綜述提及了早期研究發(fā)現(xiàn)詞語生成過程(word generalization)也與額內(nèi)回有關(Buckner et al., 1995)。TD組的第二個激活簇有小部分位于扣帶回的前部(Brodmann area 24)。該區(qū)域與詞匯提取過程中抑制無關詞的產(chǎn)出有關(Barch et al., 2000; Price, 2012)。TD組的第三個激活簇位于左顳中回。該腦區(qū)主要在獲取語義和判斷語義聯(lián)系時表現(xiàn)出激活(Price, 2012), 同樣在語言加工和語義加工的元分析結(jié)果中也有體現(xiàn)(Herringshaw et al., 2016; Phan et al., 2021)。TD組的第四個激活簇涉及左額中回和左額下回。前人研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)左額中回會在涉及詞匯提取(word retrieval)的語言產(chǎn)出任務中表現(xiàn)出激活(Price, 2010), 也會在詞匯閱讀任務中表現(xiàn)出激活(Cutting et al., 2006)。整體而言, ALE分析結(jié)果表明了TD組跨研究激活的4個激活簇所涉及的腦區(qū)均與加工以視覺方式呈現(xiàn)的詞的意義緊密關聯(lián)。Neurosynth分析結(jié)果表明本元分析的TD詞義加工圖與“語義”、“語言”、“詞”和“詞匯”關聯(lián)度較高。該結(jié)果同樣表明了本元分析中TD被試完成詞義加工任務時表現(xiàn)出跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)與加工語義, 加工語言和加工詞關系密切。

針對ASD組開展的ALE分析結(jié)果顯示, 最大的激活簇位于左額葉, 主要涉及額下回和額中回。ASD組跨研究激活的第二大激活簇位于左顳中回。ASD組的第三個激活簇主要涉及左額內(nèi)回和左額上回。以上腦區(qū)激活在TD組也有體現(xiàn), 均與加工詞義密切相關。該結(jié)果表明ASD組完成詞義加工任務時, 跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)均為屬于負責完成語言加工任務的典型腦區(qū)。Neurosynth分析結(jié)果表明本元分析的ASD詞義加工圖與“詞”、“語義”和“語言”關聯(lián)度較高, 同樣表明了納入元分析的ASD被試在加工詞義時跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)與詞加工, 語義加工或語言加工有較高相關度。

TD組和ASD組的ALE聯(lián)合分析結(jié)果能夠表明ASD組和TD組在加工詞層面語義時大腦激活模式的相同之處。聯(lián)合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)了4個激活簇, 主要涉及以下三個部分：左額下回, 左顳中回和左額內(nèi)回。如上文所言, 這三個部分都負責完成詞義加工任務。該聯(lián)合分析結(jié)果進一步表明了ASD人群完成詞義加工任務過程中, 跨研究穩(wěn)定激活了與TD人群類似的腦區(qū)。

ASD人群與TD人群加工詞義時跨研究激活腦區(qū)的差異主要由ALE差異分析結(jié)果體現(xiàn)。在ASD組-TD組的對比中未發(fā)現(xiàn)激活簇, 這表明, 與TD人群相比, ASD人群未有涉及其他腦區(qū)激活。與之相對, 在TD組-ASD組的對比中, 則發(fā)現(xiàn)了一個激活簇。該結(jié)果表明了TD人群加工詞義過程中跨研究穩(wěn)定激活的部分區(qū)域在ASD人群加工詞義時未被激活。該激活簇大部分位于左腦, 小部分位于右腦, 涉及了額上回, 額內(nèi)回和扣帶回。正如上文所言, 這些腦區(qū)都與完成詞義加工任務密切相關。盡管ASD組的ALE分析結(jié)果也顯示了涉及左額上回和左額內(nèi)回的跨研究穩(wěn)定激活, 但差異分析結(jié)果表明了與TD組相比, ASD組在涉及左額上回和左額內(nèi)回的腦區(qū)可能存在激活不足。除此之外, 與TD組相比, ASD組未發(fā)現(xiàn)涉及扣帶回的激活, 這暗示了該人群在完成語義加工任務的過程中, 在抑制無關詞的產(chǎn)出方面可能存在困難。結(jié)合該激活簇的來源研究, 可以發(fā)現(xiàn)盡管在多數(shù)情況下ASD被試并沒有在準確率和反應時上表現(xiàn)出明顯的困難, 但在一項詞類判斷任務中表現(xiàn)出了更多錯誤(Gaffrey et al., 2007)。據(jù)此, 我們推測, 言語ASD人群在完成部分詞義加工任務時, 很有可能在抑制無關詞的干擾方面存在一定困難。差異分析結(jié)果顯示了TD組跨研究激活的腦區(qū)比ASD組跨研究激活的腦區(qū)在左額葉有更廣的分布。這意味著, 加工詞義時, 盡管ASD組跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)涉及左額上回和左額中回, 但與TD組相比, 存在激活不足的情況?？傮w來看, 差異結(jié)果表明了與TD組相比, ASD組主要表現(xiàn)出了涉及左額葉的激活不足。來自Neurosynth的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)ASD組與Neurosynth語義加工圖重疊的體素大小約為TD組與Neurosynth語義加工圖重疊體素大小的一半。該結(jié)果同樣為ASD組詞義加工過程中典型腦區(qū)激活不足提供了證據(jù)。

簡要總結(jié), 對言語ASD人群加工詞義時跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)進行分析后, 本研究發(fā)現(xiàn)雖然ASD人群確實激活了左額下回, 左顳中回, 左額內(nèi)回等與完成語言加工任務相關的典型腦區(qū), 但與TD人群相比, 差異的腦激活表現(xiàn)穩(wěn)定存在, 具體表現(xiàn)為主要涉及左額葉的典型腦區(qū)激活不足。該結(jié)果與前人元分析結(jié)果存在一致之處。Herringshaw等人(2016)發(fā)現(xiàn)ASD組完成語言加工任務時激活了顳上回, 額下回等與語言加工相關的腦區(qū), 且與TD組跨研究穩(wěn)定激活的腦區(qū)存在重合。類似的, 本元分析的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了ASD被試加工詞義時激活了負責語言加工的典型腦區(qū)。在差異激活模式方面, Herringshaw等人(2016)的發(fā)現(xiàn)與本研究結(jié)果存在了較大差異。概括而言, 與ASD組相比, TD組額外激活了雙側(cè)顳中回, 左顳上回, 梭狀回等腦區(qū); 與TD組相比, ASD組額外激活了左舌回, 左額中回, 右顳上回等腦區(qū)。但Herringshaw等人(2016)包括了多種語言加工任務, 且研究結(jié)果表明了針對不同種類的語言加工任務開展對應的元分析研究的必要性, 因此, 與本研究發(fā)現(xiàn)存在差異并不意外。Phan等人(2021)研究主題與本研究聯(lián)系緊密, 但在納入研究, 分析方法和結(jié)果方面均存在差異。納入研究方面, Phan等人分析了來自11篇期刊論文的200名TD兒童和195名ASD兒童完成語義加工任務的表現(xiàn), 其中有9篇文章涉及單獨的詞義加工, 2篇文章涉及句子加工(Just et al., 2004; Tesink et al., 2011)。本研究納入了11篇期刊論文, 分析了259名TD被試和241名ASD被試完成詞義加工任務的表現(xiàn)。由于針對ASD人群詞義加工的fMRI研究仍在發(fā)展階段, 本元分析納入的論文和Phan等人(2021)納入的論文在涉及詞義加工研究上存在重合。但本元分析更集中于ASD人群詞義加工這一主題, 因此排除了涉及句子加工的研究, 并在檢索過程中發(fā)現(xiàn)了其他符合本研究要求的文章, 包括了更多TD被試和ASD被試的數(shù)據(jù)。分析方法方面, Phan等人(2021)僅采用了ALE分析法, 而本研究還采用了Neurosynth分析了TD組和ASD組的ALE結(jié)果, 提高了對ALE分析結(jié)果解讀的可靠性。結(jié)果方面, 本研究結(jié)果在一定程度上與Phan等人的研究結(jié)果一致, 主要體現(xiàn)在ASD組的ALE分析結(jié)果上。本研究和Phan等人的研究都發(fā)現(xiàn)了ASD被試涉及左額上回, 左額下回, 左額內(nèi)回和左顳中回的激活。這一類似發(fā)現(xiàn)進一步表明了ASD人群在加工詞義過程中確實激活了相關的典型腦區(qū)。在差異分析結(jié)果方面, Phan等人研究結(jié)果與本研究結(jié)果存在較大差異。首先, Phan等人發(fā)現(xiàn)與TD組相比, ASD組表現(xiàn)出了涉及左顳中回和左顳上回的激活, 而本研究未發(fā)現(xiàn)與TD組相比, ASD組有涉及其他腦區(qū)的激活。其次, Phan等人發(fā)現(xiàn)與ASD組相比, TD組表現(xiàn)出了涉及左額上回的激活, 而本研究結(jié)果則發(fā)現(xiàn)了與ASD組相比, TD組表現(xiàn)出了涉及更多額上回和額內(nèi)回的激活。盡管Phan等人未明確表示他們的研究結(jié)果支持了ASD人群語言加工“減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活”的假說, 但他們的發(fā)現(xiàn)符合該假說的描述。然而, 本研究結(jié)果僅部分支持了該假說, 發(fā)現(xiàn)了ASD人群詞義加工過程中表現(xiàn)出了穩(wěn)定的“減弱的額葉激活”, 而并未發(fā)ASD人群在加工詞義過程中激活了其他腦區(qū)。我們推測, 該差異產(chǎn)生的原因, 可能就是Phan等人的元分析納入了與句義加工相關的研究。Just等人(2004)就發(fā)現(xiàn)了在完成句子加工過程中, 與TD對照組相比, ASD人群就表現(xiàn)出了涉及韋尼克區(qū)(左顳上區(qū))的較強激活和布洛卡區(qū)的較弱激活(左額下回)。因此, 本研究發(fā)現(xiàn)的主要涉及左額葉的較弱激活, 對應于言語ASD人群詞義加工, 支持“減弱的額葉激活伴隨增強的顳葉激活”中“減弱的額葉激活”部分。本研究結(jié)果與針對語言加工和語義加工任務開展的元分析發(fā)現(xiàn)都存在一定程度的差異, 表明不同類型的語言加工任務中, 言語ASD人群表現(xiàn)出的差異激活模式不同。區(qū)分不同類別, 不同層次語言加工的元分析研究更有可能幫助研究者們確定ASD人群某類語言障礙的神經(jīng)結(jié)構(gòu)標記物。

本研究對成人組, 兒童及青少組和英語組分別開展了探索性亞組分析。針對成人組開始的探索性分析結(jié)果表明, TD成人激活了左額上回, 左額內(nèi)回和左額下回等負責完成詞義加工任務的典型腦區(qū)。除了左額下回這一典型腦區(qū), ASD成人還激活了右楔葉和右舌回, 這兩個與視覺加工密切相關的區(qū)域(Gaffrey et al., 2007; Shen et al., 2012)。盡管針對成人組開展的聯(lián)合分析和差異分析的結(jié)果都未能發(fā)現(xiàn)激活簇, 但單獨分析結(jié)果暗示了ASD成人加工詞義時可能會更依賴視覺加工區(qū)域。兒童及青少年組的探索性分析結(jié)果表明, TD組的一個激活簇位于左顳中回, ASD組的一個激活簇位于左額下回。差異分析表明, TD組-ASD組的對比中發(fā)現(xiàn)一個位于左顳中回的激活簇。該結(jié)果表明在兒童和青少年組中, ASD被試表現(xiàn)出了涉及左顳中回的激活不足。針對不同年齡階段開展的探索性亞組分析結(jié)果表明, 加工詞義時跨研究的大腦激活模式可能存在發(fā)展性的差異, ASD成人更可能表現(xiàn)出“增強的視覺加工區(qū)域激活”, ASD兒童和青少年則表現(xiàn)出了涉及左顳中回的激活不足。針對英語被試開展的探索性亞組分析結(jié)果表明, 英語TD和ASD被試均穩(wěn)定激活了左額上回, 左額內(nèi)回和左額下回等典型腦區(qū)。差異分析結(jié)果表明, TD組-ASD組的對比中發(fā)現(xiàn)的一個激活簇涉及左額上回和左額內(nèi)回。該結(jié)果表明英語ASD被試加工詞義時表現(xiàn)出主要涉及左額葉的激活不足, 與本元分析的主要發(fā)現(xiàn)一致。

結(jié)合行為層面綜述研究的發(fā)現(xiàn)(曹漱芹, 方俊明, 2008; 宋宜琪, 靳羽西, 2018), 以及納入研究中ASD被試在部分詞義加工任務中的表現(xiàn)與TD被試無顯著差異, 本研究認為元分析的發(fā)現(xiàn)與行為研究的結(jié)果在某種程度上相互印證, 即在行為層面, ASD人群擁有一定的詞匯語義能力, 但詞匯組織方式異常, 在部分詞義加工任務中表現(xiàn)出困難; 在神經(jīng)層面, ASD人群加工詞義時激活了負責語義加工的典型腦區(qū), 但表現(xiàn)出了激活不足。然而, 由于本研究并未區(qū)別ASD人群表現(xiàn)出困難的詞義加工任務和表現(xiàn)較好的詞義加工任務, 僅是推測本元分析的結(jié)果在一定程度上能夠解釋ASD人群詞義加工能力與障礙并存的面貌。同時, 由于納入研究的ASD被試以青少年和成人為主, 普遍具有一定的語言能力, 我們推測這一穩(wěn)定的詞義加工差異激活模式可能是伴隨該人群終生的核心語言加工特征, 這也與前人研究中的推測類似(Paul & Cohen, 1985)。

4.2 現(xiàn)有不足與展望

首先, 受限于現(xiàn)有研究數(shù)量, 本研究未能夠區(qū)別不同類型的詞義加工任務, 將理解任務和產(chǎn)出任務, 單個詞的語義提取和詞與詞之間的語義關系的加工, 混雜在一起。基于對行為研究的分析, 我們發(fā)現(xiàn)言語ASD人群可能在加工單個詞的基礎語義上不存在困難, 而可能對詞與詞之間的關系, 或是詞的范疇信息等不敏感。隨著相關研究的豐富, 未來研究應集中于言語ASD人群更可能表現(xiàn)得弱于TD人群的某類或某幾類詞義加工任務, 明確與之對應的神經(jīng)加工機制特點。

其次, 本研究將納入研究限制在fMRI研究上, 這意味著對本研究結(jié)果的解讀應限制在ASD人群加工詞義時大腦激活模式與TD人群存在差異。除了fMRI研究之外, 還有相當數(shù)量的研究采用了其他腦成像技術(如正電子發(fā)射型計算機斷層顯像), 或是采用功能連通性分析, 或是事件相關電位技術探究該人群加工詞義時的在線神經(jīng)生理反應。今后研究可以考慮整合采用不同神經(jīng)技術的研究結(jié)果, 不斷完善對ASD人群詞義加工神經(jīng)機制的認識。

第三, 基于元分析結(jié)果, 本研究推測了言語ASD人群詞義加工的大腦激活模式差異很可能是伴隨終生的。然而, 在部分詞義加工研究中, 言語ASD成人在行為層面與TD對照組表現(xiàn)類似, 但fMRI結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)兩組被試大腦激活模式差異顯著(Knaus et al., 2017)。換言之, 盡管詞義加工過程中的大腦激活模式存在差異, 但部分言語ASD個體在行為層面有典型表現(xiàn)。今后研究可以考慮從ASD人群在詞義加工任務中的行為層面和神經(jīng)機制層面的不匹配出發(fā), 探究該人群是否利用了補償策略使其在行為層面順利完成詞義加工任務。

最后, 探索性亞組分析結(jié)果暗示了加工詞義時, 成人和兒童及青少年的跨研究腦激活模式可能存在差異。這一發(fā)現(xiàn)與前人研究結(jié)果存在一致之處(Chen et al., 2016; Fan et al., 2021)。然而, 現(xiàn)有研究中ASD被試的年齡普遍跨度較大, 有時會同時包括兒童和成人被試。今后研究需要嚴格控制被試年齡, 更有針對性地明確不同年齡階段ASD人群加工詞義時的腦激活模式。由于納入研究中的來自漢語被試的研究僅有3篇, 數(shù)量過少, 本研究未針對漢語人群開展亞組分析。考慮到英語和漢語在詞形等方面的區(qū)別, 加工詞義時跨研究的大腦激活模式可能存在語言特異的表現(xiàn)。隨著針對漢語ASD人群語言加工研究的豐富, 今后研究需要整合漢語相關研究, 進一步明確漢語ASD人群加工詞義的腦激活模式與英語ASD人群的異同。同時, 由于亞組分析中納入研究數(shù)量較為有限, 結(jié)果可靠性需要后續(xù)更多實證研究的印證。

總之, 盡管多年來, 學界已經(jīng)對ASD人群的詞義加工能力進行了多層面、多角度的探究, 但由于該人群內(nèi)部的異質(zhì)性和詞義加工的復雜性, 仍有很多問題尚待探究。區(qū)分不同年齡, 語言背景, 語言能力, 認知能力, 乃至干預經(jīng)歷的ASD人群, 區(qū)分不同類型, 或是不同語境下的詞義加工, 更可能是下一階段ASD人群詞義加工能力研究的重點所在。

5 結(jié)論

本研究篩選了11項使用fMRI探究言語ASD人群詞義加工的研究, 采用了ALE元分析并發(fā)現(xiàn)盡管在詞義加工過程中, 該人群跨研究穩(wěn)定激活了左額下回、左顳下回等負責語言加工的典型腦區(qū), 但與TD人群相比, 差異的大腦激活模式穩(wěn)定存在, 具體表現(xiàn)為主要涉及左額葉的典型腦區(qū)激活不足。

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Brain activation differences in lexical-semantics processing in autistic population: A meta-analysis of fMRI studies

YU Jiayu1, JIN Yuxi2, LIANG Dandan2,3

(1Department of Chinese and Bilingual Studies, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China)(2School of Chinese Language and Culture, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)(3Interdisciplinary Research Center for Linguistic Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

The current study identified 11 published journal articles that used fMRI to investigate lexical- semantic processing in individuals with ASD. Activation likelihood estimation analysis was adopted to investigate whether atypical brain activation patterns in individuals with ASD were stable across studies and how the atypical performance manifested. The results revealed that although the ASD group activated typical lexical-semantics processing brain regions, differential brain activation patterns were steadily present between the ASD and TD groups, manifested as hypoactivation in the left superior frontal gyrus in the ASD group. These findings provided evidence for the atypical brain responses to lexical-semantics processing in individuals with ASD from a cross-study perspective. Their atypical brain activation activities when processing meanings of words were consistent with the "decreased frontal lobe activation" hypothesis. The current study highlighted that distinguishing between different levels of language processing can help researchers identify the corresponding neural markers of certain types of language impairments in autistic populations.

Autism Spectrum Disorder, lexical-semantic, fMRI, meta-analysis

2021-10-24

梁丹丹, E-mail: ldd233@sina.com

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