孤独症患者镜像神经元系统功能网络信息传导的动力学演化过程研究

Autism Spectrum Disorder (ASD) is the most commonly pervasive developmental disorder. Its pathogenesis is still unknown. In recent years, ASD mirror neuron dysfunction hypothesis is considered as a neuro-cognitive theory more fully explaining the causes of ASD, however, the studies on the function of mirror neuron system in ASD remain controversial. Even there is no quantitative evaluation method for the cognitive function of ASD patients. Based on our previous work, this research project intends to study: 1) EEG and fMRI signal acquisition for hand action observation and imitation tasks of ASD patients, dynamic causal network construction using Granger causal time-dependent connectivity method which is robust for non-stationary data, and information transfer process tracking in ASD mirror neuron system; 2) the establishment of a correlation model between the dynamic causal network and clinical cognitive functional evaluation criteria for ASD patients, in order to put forward sensitive and specific functional network parameters of mirror neuron system for ASD patients; 3) the calculation of the shortest data length required for the acquisition of the functional network parameters using compressive sensing technology for signal reconstruction, and the establishment of an evaluation approach for cognitive function in patients with ASD based on functional network of the mirror neuron system. This project is significant for the exploration on the neural mechanisms of the mirror neuron system defect of ASD patients, and can provide new ideas and methods for the clinical assessment of cognitive function in patients with ASD.

孤独症(ASD)是最常见的广泛性发育障碍疾病，其发病机制不明。近年来，ASD镜像神经元功能障碍假说被认为是更全面地解释ASD成因的神经-认知理论，但ASD镜像神经元系统的功能研究仍存在争议，且患者的认知功能尚无定量评价方法。结合前期工作基础，本项目拟研究：1)采集ASD患者观察和模仿动作任务下的脑电和功能磁共振信号，使用对非稳态数据稳健有效的时变因果连接方法构建动态因果网络，追踪ASD患者镜像神经元系统的信息传导过程；2)构建动态因果网络与临床认知功能评价标准之间的相关关系模型，提出敏感特异的ASD患者镜像神经元系统功能网络参数；3)应用压缩感知技术进行信号重构，研究获取功能网络特征参数所需的最短数据长度，建立基于镜像神经元系统功能网络的ASD患者认知功能评估方法。本项目对于揭示ASD患者镜像神经元系统功能缺陷的神经机制具有重要意义，可为ASD患者的临床认知功能评估提供新思路与新方法。

孤独症(ASD)是最常见的广泛性发育障碍疾病，其发病机制不明，且患者的认知功能尚无定量评价方法。本项目在执行期间针对孤独症患者和正常儿童的动态脑功能网络构建以及孤独症的病理机制进行了系统研究，主要的研究发现包括：1）发展了改进的再归一化部分有向相干性方法进行时变因果脑网络分析，利用体感诱发脑磁信号验证了该方法有效性，结果显示，该方法可得到正确的连接性结果，且对于噪声不敏感，不依赖于任何先验假设；2）针对孤独症患儿和正常儿童进行视觉诱发脑磁信号采集实验，并进行因果脑网络连接分析。结果表明，孤独症组在双侧额叶区域的同步性均值均低于健康对照组，而在左侧颞叶的结果则相反，这与已有的的孤独症理论中的弱的中央统合理论相符合，对于孤独症患者后续病理机制的研究创造了有利条件；3）建立了孤独症患者和正常受试者动态功能连接矩阵，并通过聚类分析提取了孤独症组和对照组的相关微状态，结果发现左侧颞叶区域内孤独症患者的动态功能连接模式与健康对照组存在差异，这对于解释孤独症患者的语言障碍具有参考意义。本项目对于揭示ASD患者脑功能缺陷的神经机制具有重要意义，可为ASD患者的临床认知功能评估提供新思路与新方法。项目累计发表SCI论文2篇，最高影响因子4.551，EI论文1篇；获得中国发明专利6项；在国际会议做特邀报告1次，分组报告1次，在国内学术会议做特邀报告2次；培养博士研究生4名，硕士研究生2名。其中项目主持人以第一作者发表的有关动态脑功能网络构建的文章以封面文章形式发表于非线性动力学领域国际知名期刊《Chaos》，文章被美国物理学会专题报道，发表后受到Science Daily、 MedicalXpress、Yahoo! News等三十余家国外新闻媒体的广泛报道。目前根据Altmetric统计结果，该项研究产生的基于媒体的社会影响力排在前5%范围内，与同期发表文章相比，获得了社会的高度关注。