孤独症儿童脑缺省网络构建及其与心智理论能力缺失的关联研究

Autism spectrum disorder (ASD) is a prevalent heterogeneous group of pervasive developmental disorders. In the light of the ASD’s complex etiology, around existing research questions including typical clinical features (e.g. theory of mind deficiency) neural mechanisms uncertain and lack of high test-retest reliability objective analysis method. This project is based on the previous work to research: designs experimental paradigm, collects autism and normal control children resting state fMRI data; combines with compressed sensing and complex network theory, and uses compressed sensing with the advantage of high noise immunity, accurate identification the relationship of the relevant and causal to research the new reconstruction and analysis method of brain network, constructs the brain default mode network, which can reflect the brain's natural neural activity process, and establishes a new way of brain decoding; clears the true relationship between the theory of mind deficiency in subject with ASD and brain decoding neural activity process, researches the internal neural mechanisms of theory of mind deficiency based on neural decoding state of sparse brain network. This study is to deepen understanding of the ASD onset neurological mechanism and its variation, and provides the theoretical foundation and experimental evidence for early diagnosis of ASD, and has potential clinical application prospect.

孤独症谱系障碍属儿童高发的精神发育障碍性疾病。针对孤独症发病过程中神经改变原因复杂的特点，围绕该疾病典型临床特征相关神经机制不确定，缺乏重测信度高的客观分析诊断方法等目前存在的研究问题，本项目拟基于以往的工作基础研究：设计实验范式，采集孤独症及正常对照儿童的静息态功能磁共振数据；结合压缩感知与复杂网络理论，利用压缩感知具备高抗噪准确鉴别相关和因果关系的优势，研究新的脑网络重构建模与分析方法，构建出能反映大脑固有神经活动过程的脑缺省网络，建立一种重测信度高的孤独症脑神经解码分析方式；明确脑缺省网络神经活动模式与孤独症心智理论能力缺失之间的映射关系，通过对稀疏网络脑状态神经解码的方式研究孤独症心智理论能力缺失的内在神经机制。本研究将加深对孤独症发病神经机制及其变化规律的认识，为孤独症的早期诊断提供有效的理论基础及实验依据，具有潜在的临床转化应用前景。

本研究基于脑电，结构及功能磁共振图像技术，针对儿童发育行为障碍性疾病的发病特征分析、临床诊断方法做了以下研究工作：1. 基于脑电利用多尺度熵（MSE）方法对ADHD患儿脑功能进行了研究，发现在特定的注意冲突任务下发现相对于正常儿童，患儿的脑电复杂度在delta及theta慢波频带增高，而在alpha降低，从脑电复杂度的角度证明了患儿脑功能连接出现异常。2. 基于MRI数据构建并分析了ADHD患儿的脑结构网络，发现患儿脑结构网络趋向规则网络，显示着患儿大脑长距离信息效率有所降低，而大脑的局部连接增强；患儿左脑额下回和右脑眶额部皮质厚度与其临床症状有极大的相关联性，可能作为表征疾病的特异性指标。3. 基于EEG分析了的孤独症患儿脑功能的非线性动力学特性。发现与控制组相比，孤独症患儿大脑电活动的复杂性降低；并且在观察行为状态下，两组受试者感觉运动皮层、颞顶叶和枕叶的复杂性存在显著性差异。4. 基于压缩感知算法和fMRI数据构建并分析了孤独症患者的脑功能缺省网络，研究结果表明孤独症患者的脑功能缺省网络连接与正常对照相比发生了显著的改变，而且心智理论对应的临床诊断量表和网络的连接存在显著相关性。5. 研发了一种智能化孤独症儿童认知沟通行为早期训练系统，用于改善孤独症儿童认知沟通交流能力。以上研究结果为客观诊断该类疾病，设立临床诊断新指标提供理论依据。此外，研究成果向临床应用转化方面也具有重要意义。通过国家自然科学基金的资助，项目组已基本完成了项目计划书的内容项目，已发表SCI收录论文3篇；EI收录论文2篇；1篇论文已投稿至SCI收录期刊，目前在大修；另外还有两篇文章的结果在整理中；作为副主编待出版学术专著1本。研发了一套可用于孤独症患者早期筛查诊断及干预训练的康复系统，并获中国发明专利授权2项。在国际会议做特邀报告1次，国内会议做特邀报告2次。在此方向上，共培养博士研究生4名（2名毕业，2名在读），硕士研究生2名（在读）。基于该研究的成果基础，获得陕西省自然科学基金面上项目1项。