自閉癥執行功能補償機制:高負荷腦機接口反向拼寫任務揭示前額中線theta波的關鍵作用

《Scientific Reports》:A role for preparatory midfrontal theta in autism as revealed by a high executive load brain–computer interface reverse spelling task

【字體: 時間:2025年05月15日 來源:Scientific Reports 3.8

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  本研究針對自閉癥譜系障礙(ASD)患者執行功能異常的神經機制,創新性采用基于P300的腦機接口(BCI)反向拼寫任務,結合EEG技術探究前額中線theta(4-8 Hz)與后部alpha(8-12 Hz)振蕩特征。研究發現ASD組在任務準備期表現出顯著增強的theta功率(較對照組高1.23±0.27 dB)和alpha去同步化,提示其通過額外招募認知控制資源實現行為代償。該成果發表于《Scientific Reports》,為ASD神經調控干預提供了新靶點。

  

在神經發育障礙研究中,自閉癥譜系障礙(ASD)的執行功能缺陷一直是困擾科學界的難題。這類患者常表現出工作記憶受損、錯誤監控能力下降等特征,但其背后的神經振蕩機制尚未闡明。更棘手的是,傳統認知任務往往無法有效激發ASD患者的神經代償機制,而臨床亟需客觀的生物標志物來指導干預策略。正是基于這些挑戰,來自科英布拉生物醫學成像與轉化研究所的Camila Dias團隊設計了一項突破性研究。

研究人員創造性地將高負荷認知任務與腦機接口技術相結合,開發出偽詞反向拼寫范式。該任務要求受試者通過EEG控制的P300拼寫系統,先記憶再逆向輸出5-7字母偽詞,同步記錄前額中線theta和后部alpha振蕩。研究納入10名典型發育者和14名ASD成人(其中10名完成全部任務),通過混合效應模型分析神經電生理數據。

關鍵技術包括:1)基于P300的腦機接口拼寫系統(含個體化校準);2)高密度EEG(16導聯,256Hz采樣)采集與ICA去噪;3)Welch法計算theta(4-8Hz)/alpha(8-12Hz)功率譜密度;4)線性混合模型分析多因素(認知負荷、任務階段等)對振蕩功率的影響。

神經生理學結果
準備期差異神經募集
在FCz導聯,ASD組準備期theta功率顯著高于對照組(p=2.40×10-5),而POz導聯alpha功率整體升高4.96±0.75 dB(p=1.81×10-8)。這種"高theta-高alpha"模式提示ASD患者需要更強的認知控制啟動和注意力資源調配。

反饋期相似錯誤處理
兩組對BCI系統錯誤均表現出theta功率升高(+1.81±0.18 dB,p=1.31×10-22),但ASD組對自身錯誤的神經反應減弱,可能與錯誤覺察缺陷有關。

結論與意義
該研究首次揭示ASD患者在高壓執行任務中呈現獨特的神經振蕩代償模式:通過增強準備期前額theta活動(可能源于認知控制超募)和異常alpha調節(反映注意力資源重分配)來維持行為表現。這一發現為理解ASD執行功能異質性提供了電生理證據,其開發的BCI-EEG聯合范式不僅可作為評估工具,未來或能轉化為神經反饋訓練方案。特別值得注意的是,研究首次證實theta-alpha振蕩耦合可能成為ASD分型的生物標志物,對開發靶向干預策略具有重要價值。

研究也存在樣本量較。ㄓ绕渑訟SD僅1例)和認知負荷梯度有限的不足。作者建議后續擴大樣本并優化任務難度設計,以進一步驗證theta振蕩的代償假說。這些發現為ASD執行功能障礙的神經機制開辟了新視角,推動了個體化干預方案的研發進程。

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