Functional connectivity among insula, sensory and social brain regions in boys with autism spectrum disorder
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摘要:
目的 探究孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)男童脑岛与感觉、社交相关脑区功能连接特征，为探索ASD男童感觉异常影响核心症状的中枢神经基础提供基础资料。 方法 收集在黑龙江省孤独症定点康复机构进行训练的34例ASD男童与29例幼儿园健康对照(TD组)男童的静息态功能磁共振数据，基于功能连接分析方法，以感觉相关脑区、脑岛、社交相关脑区为种子点，比较两组被试种子点间的功能连接(FC)水平的差异，结果经FDR校正。采用孤独症诊断观察量表(ADOS)、儿童孤独症评定量表(CARS)、孤独症特质量表-儿童版(AQ-Child)评估ASD男童的核心表型。 结果 与TD组相比，ASD组男童触觉、嗅觉和听觉脑区与脑岛之间的FC水平升高；脑岛与双侧杏仁核、内侧前额叶皮质(mPFC)之间的FC水平升高(P值均 < 0.05)。Pearson相关性分析表明，ASD组听觉脑区(BA42)与左侧脑岛FC值与ADOS的沟通(r=-0.44)、相互性社会互动(r=-0.43)、沟通和社会互动总分(r=-0.49)、AQ-Child的细节关注(r=-0.41)得分均呈负相关；右侧脑岛与右侧杏仁核FC值与AQ-Child的注意力转移得分均呈正相关(r=0.38)，右侧脑岛与mPFC间的FC值与ADOS的刻板行为和局限兴趣(r=0.48)、AQ-Child的注意力转移(r=0.49)、AQ-Child总分(r=0.41)、CARS总分(r=0.41)均呈正相关(P值均 < 0.05)。 结论 ASD儿童脑岛与感觉、社交相关脑区功能连接存在异常，且与临床症状相关，可开展深入研究，探索其中枢神经机制。 Abstract:Objective To identify the functional connectivity characteristics of insula, sensory and social related brain regions in boys with autism spectrum disorder(ASD), to explore the central nervous basis of sensory abnormality affecting core symptoms in boys with ASD. Methods Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data were collected from 34 boys with ASD and 29 typical development boys (TD group). Based on functional connectivity analysis, the sensory-related brain regions, insula, and social-related brain regions were taken as regions of interest to calculate the functional connectivity (FC) level between the regions of interest, the differences between the two groups were compared and the results were corrected by FDR. The Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS), Childhood Autism Rating Scale (CARS) and Autism Spectrum Quotient-Children's Version (AQ-Child) were used to assess the core phenotypes of boys with ASD. Results Compared with the TD group, the levels of FC between tactile brain regions and insula, olfactory brain regions and insula, auditory brain regions and insula in boys with ASD group were significantly increased. The level of FC between the insula and bilateral amygdala, insula and the medial prefrontal cortex(mPFC) were significantly increased(P < 0.05).Pearson correlation analysis showed that the level of FC between auditory brain region(BA42)and left insula in ASD group was negatively correlated with the scores of communication subscale of ADOS(r=-0.44), social interaction subscale of ADOS(r=-0.43), communication & social interaction subscale of ADOS(r=-0.49), attention to details subscale of AQ-Child(r=-0.41). The level of FC between the right insula and right amygdala was positively correlated with the attention switch subscale of AQ-Child(r=0.38), the level of FC between right insula and mPFC was positively correlated with the scores of repetitive behavior subscale of ADOS(r=0.48), the attention switch subscale of AQ-Child(r=0.49), total scale subscale of AQ-Child(r=0.41), total scale of CARS(r=0.41)(P < 0.05). Conclusion The levels of FC between insula and sensory-related, social-related brain regions are abnormal in children with ASD, which have significant correlations with clinical symptoms. In-depth studies can be conducted to explore underlying neutral mechanisms. -
Key words:
- Autistic disorder /
- Brain /
- Sensation /
- Child /
- Male
1) 利益冲突声明 所有作者声明无利益冲突。 -
中学时期是学生生长发育的关键时期，由于该时期中学生生理和心理发育的不成熟性，使得他们更易产生心理健康问题。研究显示，全球约10%~20%的儿童青少年存在心理障碍[1]。青少年时期的心理障碍不仅会对成年期生命质量产生影响，甚至会对社会产生巨大的不良影响[2]。杨翠平等[3]研究指出，健康危险行为不仅会影响青少年的心理健康，还会对其成年后的生活质量造成直接或潜在的危害。为此，本研究对潍坊市中学生进行问卷调查，旨在分析健康危险行为和心理健康状况的关系，为改善潍坊市中学生的心理健康状况，有效预防心理健康问题的产生提供参考依据。
1. 对象与方法
1.1 对象
于2018年3—5月，采用分层随机整群抽样方法，根据经济发展程度抽取潍坊市3个县(市)，每个县(市)随机抽取初中和高中各2所；每所学校按各年级分层，每个年级随机抽取2个班，对样本班的全体学生进行问卷调查。共发放问卷3 250份，收回有效问卷3 185份，有效率为98.0%。其中男生1 487名，女生1 698名；初中生1 597名，高中生1 588名；年龄11~20岁。在研究对象知晓并同意的前提下展开调查。
1.2 方法
(1) 基本情况调查表。由课题组自行设计，内容包括个人基本情况、睡眠质量状况、睡眠时间、早餐食用情况、是否吸烟、饮酒情况、是否存在近视和龋齿等健康问题。(2)Kessler 10(K10)量表[4]。由Kessler等编制而成，主要涉及对非特异性心理健康状况相关症状频率的调查；量表共10个条目，采用Likert 5级评分法计分(5=天天如此，4=大部分时间，3=有一半时间，2=偶尔，1=没有)，得分越高则心理健康状况越差。根据量表的得分情况将接受调查中学生的心理健康状况划分为良好(10~15分)、一般(16~21分)、较差(22~29分)、差(30~50分)4个等级，问卷Cronbach α系数为0.90。
1.3 健康危险行为相关定义
世界卫生组织将吸烟、饮酒、不合理饮食、睡眠不足等行为定义为健康危险行为[5]，本研究中主要研究了吸烟、饮酒、不合理饮食和睡眠不足4种健康危险行为。美国睡眠基金会[6]指出，13~25岁青少年每天的最佳睡眠时间为8~10 h，因此本研究将睡眠时间＜8 h/d定义为睡眠不足。
1.4 统计分析
选用EpiData 3.0软件进行数据录入，应用SPSS 20.0软件进行统计分析，不同人口学特征中学生的心理健康状况和健康危险行为运用一般描述性分析，中学生心理健康状况与健康危险行为的关系分析采用χ2检验、二分类Logistic回归分析，检验水准α=0.05。
2. 结果
2.1 潍坊市中学生心理健康状况
3 185名中学生中，心理健康状况良好者1 634名(51.3%)，一般者854名(26.8%)，较差者394名(12.4%)，差者303名(9.5%)。除性别因素外，其他不同人口学特征中学生的心理健康状况差异均有统计学意义(P值均 < 0.05)。见表 1。
表 1 不同组别中学生心理健康状况分布比较Table 1. Mental health status of middle school students with different demographic characteristics组别 选项 人数 良好 一般 较差 差 χ2值 P值 性别 男 1 487 752(50.6) 408(27.4) 171(11.5) 156(10.5) 5.21 0.16 女 1 698 882(51.9) 446(26.3) 223(13.1) 147(8.7) 180.94 ＜0.01 学段 初中 1 597 998(62.5) 374(23.4) 129(8.1) 96(6.0) 高中 1 588 636(40.1) 480(30.2) 265(16.7) 207(13.0) 家庭居住地 城区 1 155 686(59.4) 270(23.4) 109(9.4) 90(7.8) 49.35 ＜0.01 农村 2 030 948(46.7) 584(28.8) 285(14.0) 213(10.5) 住宿情况 走读 1 066 667(62.6) 255(23.9) 95(8.9) 49(4.6) 100.86 ＜0.01 住校 2 119 967(45.6) 599(28.3) 299(14.1) 254(12.0) 早餐情况 吃 3 150 1 626(51.6) 846(26.9) 388(12.3) 290(9.2) 34.84 ＜0.01 不吃 35 8(22.9) 8(22.9) 6(17.1) 13(37.1) 每日睡眠时间/h ＜8 2 336 1 060(45.4) 673(28.8) 343(14.7) 260(11.1) 137.06 ＜0.01 ≥8 849 574(67.6) 181(21.3) 51(6.0) 43(5.1) 饮酒情况 不喝酒 2 988 1 572(52.6) 800(26.8) 352(11.8) 264(18.8) 48.71 ＜0.01 偶尔喝 182 58(31.9) 51(28.0) 40(22.0) 33(18.1) 经常喝 15 4(26.7) 3(20.0) 2(13.3) 6(40.0) 吸烟情况 不吸烟 3 130 1 624(51.9) 841(26.9) 379(12.1) 286(9.1) 49.16 ＜0.01 吸烟 55 10(18.2) 13(23.6) 15(27.3) 17(30.9) 注：()内数字为构成比/%。 2.2 潍坊市中学生健康危险行为与心理健康状况的关系
结果显示，不同早餐食用情况、睡眠时间、饮酒情况和吸烟情况的中学生心理健康状况分布差异均有统计学意义(P值均＜0.05)。见表 1。
2.3 潍坊市中学生健康危险行为现状
3 185名中学生中，存在睡眠不足2 336名(73.3%)，经常饮酒15名(0.5%)，不吃早餐35名(1.1%)，吸烟55名(1.7%)。不同人口统计学特征中学生经常饮酒、吸烟等健康危险行为报告率差异均有统计学意义(P值均 < 0.05)。见表 2。
表 2 不同人口统计学特征中学生健康危险行为报告率比较Table 2. Comparison of report rate of health risk behaviors among middle school students with different demographic characteristics人口统计学指标 选项 人数 统计值 经常饮酒 吸烟 睡眠不足 不吃早餐 性别 男 1 487 10(0.67) 40(2.69) 1 063(71.49) 14(0.94) 女 1 698 5(0.29) 15(0.88) 1 273(74.97) 21(1.24) χ2值 84.50 15.25 0.06 0.64 P值 < 0.01 < 0.01 0.81 0.43 学段 初中 1 597 7(0.44) 19(1.19) 1 096(68.63) 11(0.69) 高中 1 588 8(0.50) 36(2.27) 1 240(78.09) 24(1.51) χ2值 21.46 5.45 16.78 4.96 P值 < 0.01 0.02 < 0.01 0.03 家庭经济状况 好 655 5(0.76) 16(2.44) 432(65.95) 8(1.22) 中 2 324 6(0.26) 33(1.42) 1 734(74.61) 22(0.95) 差 206 4(1.94) 6(2.91) 170(82.52) 5(2.43) χ2值 13.14 4.98 66.18 3.93 P值 0.01 0.08 < 0.01 0.14 注：()内数字为报告率/%。 2.4 潍坊市中学生心理健康状况影响因素的多因素分析
将心理健康状况等级转换为二分类(良好和一般=0，较差和差=1)作为因变量，将自评家庭经济状况(好=1，中=2，差=3)、学习阶段(初中=1，高中=2)、每日睡眠时间(< 8 h=1，≥8 h=2)、吸烟情况(不吸烟=1，吸烟=2)、住宿情况(走读=1，住校=2)、近视(是=1，否=2)、睡眠质量(好=1，一般=2，很差=3)因素作为自变量，进行Logistic回归分析。结果显示，自评家庭经济状况、住宿情况、学习阶段、睡眠时间、吸烟情况等因素是中学生心理健康状况的影响因素。见表 3。
表 3 中学生心理健康状况影响因素的二分类Logistic回归分析(n=3 185)Table 3. Binary Logistic regression of the factors influencing the mental health status of middle school students(n=3 185)自变量 选项 β值 标准误 Wald χ2值 P值 OR值(OR值95%CI) 家庭经济状况 中 0.01 0.14 0.01 0.93 1.01(0.78~1.32) 差 0.50 0.20 6.07 0.01 1.66(1.11~2.47) 住宿情况 住校 0.48 0.12 15.80 ＜0.01 1.62(1.28~2.05) 学段 高中 0.40 0.11 14.08 ＜0.01 1.50(1.21~1.85) 每日睡眠时间/h ≥8 -1.01 0.14 55.80 ＜0.01 0.36(0.28~0.47) 吸烟情况 吸烟 1.26 0.31 16.54 ＜0.01 3.53(1.92~6.49) 近视 否 -0.26 0.12 4.59 0.03 0.77(0.61~0.98) 睡眠质量 一般 1.28 0.12 117.50 ＜0.01 3.60(2.86~4.54) 很差 2.34 0.18 164.67 ＜0.01 10.38(7.26~14.83) 3. 讨论
本调查结果显示，心理健康状况处于较差和差的共有697人，占21.9%，与国内相关研究结果相似[7]。初中生的心理健康状况优于高中生，原因可能是高中阶段学业负担和学习压力大于初中阶段，随着学习压力的增加，心理健康问题的发生概率也随之增加[8]。居住在城区的中学生比居住在农村的中学生心理健康状况更好，可能与城市心理卫生服务资源的配置和可及性优于农村有关[9]。本研究结果显示，走读生比住校生的心理健康状况好，可能与住校生长期在学校居住与父母分离，缺乏父母的关注和沟通有关[10]。
多因素分析结果显示，睡眠时间、吸烟情况等是中学生心理健康状况的影响因素。相较于每日睡眠时间＜8 h的中学生，每日睡眠时间≥8 h的中学生心理健康状况要好。有研究表明，睡眠不足会引起紧张、焦虑等不安情绪的产生，进而影响人的心理健康[11-12]。相较于不吸烟的中学生，吸烟的中学生心理健康状况较差，学习环境改变、学习压力增加等青少年生活负性事件[13]都有可能导致身体发生应激反应，从而引起物质滥用行为的发生[14]。吸烟可能是中学生缓解应激反应的物质滥用行为中的一种，烟草中的物质会让身体产生兴奋，影响中学生的睡眠时间和睡眠质量，最终对心理健康产生不良影响[15-16]。
健康危险行为不仅影响中学生的身心健康，更会对成年期的身体健康产生巨大危害。为改善潍坊市中学生健康危险行为现状及心理健康状况，提出以下几点建议：(1)重视健康教育课程在培养健康生活方式中的重要作用。政府与学校应重视健康教育课程在引导中学生形成良好生活方式中的重要作用，做好中学生健康教育课程规划，增设健康教育相关课程和活动，丰富健康教育形式。(2)关注健康危险行为对中学生心理健康状况的影响作用。学校应适当减轻学生的课后作业负担，防止繁重的课后作业剥夺学生的睡眠时间；家长要以身作则引导中学生形成科学的作息习惯。合理安排体育等娱乐休闲课程，缓解中学生的学习压力，关注中学生的生活行为，预防吸烟等健康危险行为的发生。(3)建立政府—学校—家庭多部门联合的长效干预机制。多部门联合，对中学生健康危险行为实施干预，共同守护中学生的身心健康。
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表 1 用于功能连接分析的种子点
Table 1. Regions of interest for functional connectivity analysis
脑区 种子点 英文缩写 触觉脑区 ROI1 BA1 ROI2 BA2 ROI3 BA3 视觉脑区 ROI4 BA17 ROI5 BA18 ROI6 BA19 听觉脑区 ROI7 BA22 ROI8 BA41 ROI9 BA42 嗅觉脑区 ROI10 BA34 脑岛 ROI11 INS_L ROI12 INS_R 杏仁核 ROI13 AMY_L 内侧前额叶皮质 ROI14 AMY_R ROI15 mPFC 注：BA为布罗德曼分区；INS_L为左侧脑岛；INS_R为右侧脑岛；AMY_L为左侧杏仁核；AMY_R为右侧杏仁核；mPFC为内侧前额叶皮质。 
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表 2 ASD组与TD组儿童感觉、脑岛和社交脑区之间功能连接差异比较(x±s)
Table 2. Brain regions with different functional connections between sensory, insula and social brain regions in ASD and TD groups (x±s)
组别 人数 感觉-脑岛 脑岛-社交 BA2- INS_L BA34-INS_R BA42-INS_L INS_R-AMY_L INS_R-AMY_R INS_R-mPFC ASD组 34 2.37±2.33 5.33±2.54 4.20±2.54 4.45±2.62 6.71±2.65 0.86±2.40 TD组 29 0.42±2.93 2.76±2.76 1.99±2.93 1.59±3.10 4.62±2.39 -1.14±2.48 t值 2.95 3.85 3.20 3.97 3.27 3.25 P值 < 0.05 < 0.01 0.03 < 0.01 0.03 0.03 注：BA为布罗德曼分区；INS_L为左侧脑岛；INS_R为右侧脑岛；AMY_L为左侧杏仁核；AMY_R为右侧杏仁核；mPFC为内侧前额叶皮质。
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表 3 ASD组男童FC值与孤独症临床评估结果相关系数(r值，n=34)
Table 3. Correlation analysis between FC values of boys with ASD group and autism behavior evaluation results(r, n=34)
量表 维度 BA42-INS_L INS_R-AMY_R INS_R-mPFC ADOS 沟通 -0.44* -0.26 0.28 社会互动 -0.43* 0.05 0.29 沟通和社会互动 -0.49** -0.10 0.32 刻板行为和局限兴趣 -0.31 -0.16 0.48** AQ-Child 社会技能 0.12 0.05 0.21 注意力转移 0.07 0.38* 0.49** 细节关注 -0.41* -0.28 0.09 沟通能力 -0.08 0.07 0.24 想象能力 -0.18 0.01 0.34 总分 -0.12 0.05 0.41* CARS 总分 -0.10 0.05 0.41* 注：*P < 0.05，**P < 0.01。BA为布罗德曼分区；INS_L为左侧脑岛；INS_R为右侧脑岛；AMY_R为右侧杏仁核；mPFC为内侧前额叶皮质。
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