本期的学术前沿，我们将分享NE Enobio脑电图在自闭症研究领域的应用。该文章发表于《Scientific Reports》期刊，其目的是探索自闭症谱系障碍（ASD）儿童的大脑如何处理情境信息，以及这与典型发育中的儿童有何不同。研究比较了37名典型发育中的儿童（TD）和15名患有自闭症的儿童（ASD），在处理图像和语言描述一致（和非一致）性时的事件相关电位（ERP），旨在使用事件相关电位（ERP）探索自闭症谱系障碍者语言困难背后的神经机制。结果表明，自闭症谱系障碍儿童在处理信息不一致时显示出非典型的脑电图反应。
Children with autism spectrum disorder show atypical electroencephalographic response to processing contextual incongruencies
01研究背景
难以理解一个笑话，无法理解赞美是真诚还是讽刺的，无法感受别人是沮丧还是悲伤……在社会中，轻微的情况下可能产生误解，而最坏的情况下可能产生社会不公。因此，当我们想了解我们的社会环境时，我们需要在更广泛的背景下整合和理解信息。
根据 Uta Frith在1989年提出的弱中央统合理论 ( Weak Central Coherence , WCC)，患有自闭症谱系障碍 (ASD) 的个体在信息处理过程中更倾向于专注于局部细节，而忽略整体性的上下文信息。他们可能在细节处理和分析方面表现出相对较高的能力，但在理解整体和综合信息方面可能存在困难，这种认知形式可能影响到社会交流、语言理解和解释复杂情境等方面。
为了研究ASD个体在复杂语境中语言处理困难的脑部过程，研究者使用了ERP技术，通过观察N400和P600成分的ERP波幅变化，试图了解ASD个体与TD个体对照组之间在语言处理方面的差异，以及不同条件下的脑部反应。研究结果对于理解ASD个体如何处理语言和上下文信息以及相关的神经机制具有重要意义。
02实验方法
参与者
招募了75名儿童，33名患有自闭症的参与者和42名典型发育中的参与者，其中15名患有自闭症的参与者和37名典型发育中的参与者符合所有纳入标准，智商低于70以及正确试验少于20次的个体被排除在研究之外。
实验设备和数据采集
在2018年至2019年的两年期间，在SFU的行为和认知神经科学研究所（BCNI）使用由西班牙的Neuroelectrics生产的Enobio系统记录脑电图（EEG）。
为了让孩子们在测试时感到舒适，同时保证信号质量，研究人员选择了Enobio系统进行脑电图记录，该系统可选配8~32通道，此研究选择了八通道，以在短时间内进行准备，并能够覆盖更多的脑部区域。分别从六个电极（Fz、Cz、Pz、F7、F8和CP5）记录了事件相关电位（ERP），采样率为500 Hz。同时，在左眼上方和侧面放置了两个眼电图（EOG）电极（图1）。接地电极放置在前额，参考电极放置在右耳耳垂上。
任务条件和刺激
研究使用了计算机化的视听任务来记录脑电图（EEG）数据。实验设计包括两个任务条件。第一个条件是“一致条件”，在该条件下，图像与准确描述该图像的音频同时呈现（占总试次的33%）。第二个条件是“不一致条件”，在该条件下，图像与错误描述它的音频同时呈现。不一致条件包括两个子类别：大约一半的不一致试次包括语法正确的句子（占总试次的33%），另一半呈现语义错误的句子（占总试次的33%）。
听觉描述和图像同时呈现，声音通过耳机传递。图像出现在计算机屏幕的中心位置（不包含文本）。图像的尺寸为9.5 cm × 9.5 cm，参与者眼睛到显示器的大致距离为75 cm。视觉角度上的刺激大小等于7.6863。图像选自一本名为“MAFALDA”的黑白漫画书，由Joaquín Salvador Lavado Tejón（1964-1973）创作。每个图像出现三次，每次都有不同的描述类别。如果图像与他们听到的句子相符，参与者按下带有绿色贴纸的键盘键，如果图像与他们听到的句子不相符，按下带有红色贴纸的键盘键。
刺激显示及其时间进程显示语言任务显示一张图片和三种可能的条件
实验设备和数据采集
首先，使用Matlab软件中的EEGLab工具箱对记录在EEG通道上的信号进行了1~25 Hz的带通滤波。然后，通过目视检查，识别出有大量伪迹的通道，并将其排除在进一步的分析之外。眼动伪迹则采用先进行1~7 Hz带通滤波，然后通过回归处理从EEG信号中去除的方法。接下来，对数据进行了去趋势处理和时域分段，以包括N400和P600成分的试次（trial）。
在分析过程中，移除了振幅超过150μV或小于-150μV的试次，以及与错误响应或无响应相关的试次。最终，通过对试次的EEG信号进行平均计算，得到了特定通道的事件相关电位（ERP）。对于N400和P600成分的时间窗口，根据先前的研究建议，N400成分的时间范围是听觉刺激开始后的200至500 ms，而P600成分的时间范围是500至800 ms。
03 结果与讨论
自闭症儿童的非典型ERP反应
为了比较自闭症谱系障碍（ASD）和典型发展（TD）两组数据之间的差异，进行了偏最小二乘（PLS）分析对比。结果发现，在一致和不一致条件下，Fz和F8电极的P600振幅方面两组之间有着显著差异。而在不一致条件下，还在F7、Fz和F8电极上观察到了显著差异。此外，在不一致条件下，还发现Cz和CP5电极上N400响应方面两组的显著差异。这些结果为我们深入了解ASD与典型发育之间的差异提供了重要线索。
自闭症组和非自闭症组在不一致条件下的N400和P600成分之间存在差异。图片上半部分展示了各条件下的ERP（均值），而下半部分展示了通过均值中心化的PLS分析揭示的这四种实验条件之间的数据驱动对比结果。
一致和不一致条件之间的ERP差异
当比较自闭症谱系障碍（ASD）组和典型发展（TD）组之间的N400和P600成分时，我们发现ASD组在不同条件下的脑电活动没有显著差异，这表明他们在对语言刺激的处理上与典型发展组相似。对于典型发展组而言，在N400方面也没有显著差异，但在P600方面存在明显的对比结果。这意味着在某些条件下，典型发展组的脑电活动在P600成分上与其他条件有明显不同，这可能反映了他们对于语言刺激的不同加工方式。这些结论是通过使用数据驱动的PLS分析方法得出的。
比较了自闭症患者在N400和P600成分上在三个条件下的差异。图片上半部分显示了条件的脑电反应（平均值），下半部分显示了基于数据分析的这三个实验条件之间的对比结果，这些结果来自于均值中心化的PLS分析。
比较了非自闭症患者在N400和P600成分上在三种语言条件下的差异。图片上半部分显示了条件的脑电反应（平均值），下半部分显示了基于数据分析的这三个实验条件之间的对比结果，这些结果来自于均值中心化的PLS分析。需要注意的是，对于Cz、CP5和Pz电极，只有P600成分在这三种条件下的脑电反应差异是显著的。
讨论与局限
这项研究旨在比较自闭症和典型儿童在语言理解方面的差异，并通过脑电记录探索其神经生理基础。
研究者发现，在包含一致和不一致背景条件的语言处理任务中，自闭症组和典型儿童组在N400和P600事件相关电位（ERP）成分的振幅上存在显著差异。且在P600成分方面，典型儿童组在脑电生理反应中显示出与自闭症组不同的模式，这种差异在Cz、CP5和Pz电极处更为显著。
这些研究结果进一步支持了自闭症患者在不同语境中语言处理困难的先前研究。通过脑电生理记录，观察到自闭症组的儿童在理解情境不一致方面存在困难，这可能是其社交沟通困难的一个因素。
尽管本研究提供了重要的发现，但还需要进一步研究来深入理解自闭症患者在语言和社交沟通挑战方面的关系。未来的研究可以采用更多的脑成像技术，包含更多自闭症个体和不同功能水平的参与者，以及纵向或涵盖更广泛年龄范围的研究设计，以更好地了解社交沟通技能的发展和变化，并确定干预的最佳时期。
此文章为缩减版，获取并下载全文（包括ERP的多变量统计分析、ERP 的统计分析：不同条件下的差异、ERP的统计分析：组间差异等）请点击“阅读原文”，查看全文。
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