孤独症儿童的执行功能与重复刻板行为相关性研究综述

孙炜奇　冯建新

［摘要］重复刻板行为作为孤独症谱系障碍的核心症状之一严重影响着孤独症儿童的日常生活、学习和社会交往。研究发现，执行功能的核心子成分抑制控制能力、认知灵活性水平和工作记忆容量对重复刻板行为有显著影响。在现阶段，执行功能对重复刻板行为影响的研究大多仍集中在抑制控制和认知灵活性两方面，缺少工作记忆对重复刻板行为影响的研究，且执行功能的研究范式也存在争议。未来还需加强孤独症儿童工作记忆对重复刻板行为影响的研究。

［关键词］孤独症；执行功能；重复刻板行为；神经机制；行为机制

［中图分类号］B844.1

一、前言

孤独症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder， 简称ASD）是一种神经发育障碍，它的核心症状之一是重复刻板行为（Repetitive and Restrictive behaviors，简称RRBs）［1］。重复刻板行为是衡量孤独症严重程度的指标，同时也严重影响着孤独症儿童的日常生活、学习和社会交往［2-3］。孤独症儿童重复刻板行为形成的原因至今仍未有统一定论，在不同的研究领域也有不同的解释。因此，梳理相关领域的研究对厘清重复刻板行为的内在机制具有重要意义。从神经心理学角度看，执行功能被广泛地认为与孤独症儿童的重复刻板行为相关［4］。以往的研究将孤独症儿童的重复刻板行为分为两种类型，一种是“高阶”的重复刻板行为，对应同一性的行为（Insistence on Sameness，简称IS）；另一种是“低阶”的重复刻板行为，对应重复性的感觉和运动行为（Repetitive Sensory and Motor behaviors，简称RSM）［5-6］。“高阶”行为包括同一性行为、仪式化行为、强迫行为和限制性的兴趣，被认为是孤独症儿童独有的一种行为。如，孤独症儿童要求将自己喜欢的物品保存在特定的地方，不许移动；严格按照作息时间表起床、上学、吃饭和睡觉；不停地讲述自己喜欢的电影、电视的剧情等。“低阶”重复刻板行为包括刻板行为和自伤行为，这种行为除了自我刺激之外没有其他目的。比如，持续性、重复性的拍手动作，不断来回跑或者转圈跑，反复上下楼梯等，都是“低阶”重复刻板运动的体现［7-8］。

孤独症儿童的重复刻板行为与执行功能（Executive Function，简称EF）缺陷密切相关［9］。执行功能从广义上来讲是一种高级的认知功能，其作用是根据持续变换的环境，指导和控制行为以完成特定的目标［10］。执行功能障碍在孤独症儿童中广泛存在，且并不会随着儿童的成长发育而消失［11］。

目前，虽然执行功能的定义仍然具有争议性，但大致上可以分成三个取向。一是神经心理学取向，将执行功能看作大脑额叶的功能。二是问题解决取向，将解决问题作为核心，将执行功能定义为解决问题的一系列流程和阶段。但无论是神经心理学取向或者是问题解决取向都无法完全解释孤独症儿童所产生的执行功能障碍，也无法解释因为执行功能障碍所导致的核心障碍。因此产生了第三個取向，即高级认知能力理论。高级认知能力理论将执行功能看作是一种认知模型［12］，是完成认知过程中所需要的各类子功能集合。不同的学者对执行功能所包含的子功能有不同看法，但大多数学者认为执行功能主要包含三个核心的子成分，分别为抑制控制（Inhibitory Control）、工作记忆（Working Memory）及认知灵活性（Cognitive Flexibility）［13］。孤独症儿童存在抑制控制能力不完整，视空画板和言语环路接收信息能力差、认知灵活性差等缺陷［14-16］。

近年来，执行功能和重复刻板行为关系的实证研究逐渐增加，但由于执行功能的子功能较多且重复刻板行为也存在“低阶”和“高阶”的分类，导致研究的结果分布较为分散，缺少相关研究综述。因此，本文通过对以往实证研究的总结，聚焦于孤独症儿童执行功能缺陷与重复刻板行为，探讨执行功能子成分与孤独症儿童“高阶”和“低阶”重复刻板行为的关系，以期为拓展孤独症儿童临床核心症状的认识提供帮助，并为孤独症儿童的干预提供新的思路。以“executive function”“inhibitory control”“working memory”“cognitive flexibility”为搜索词一，“repetitive and restricted behaviors”作为搜索词二，在web of science中搜索相关文献并筛选合格文献，最终获得符合要求的文献共43篇。其中涉及抑制控制的文献16篇，涉及认知灵活性文献共26篇，涉及工作记忆的文献仅有1篇。

二、执行功能与重复刻板行为的行为分析

（一）抑制控制与重复刻板行为

抑制控制的研究最早可以追溯到由于大脑前额叶皮层损伤所产生的一系列反应困难的研究［17］。早期的研究认为额叶的主要功能是抑制［18］。其次，有研究表明大脑前额叶皮层与错误纠正有关［19］，大脑前额叶皮层的损伤会表现为无法抑制重复性的错误行为或者动作［20］。因此，学者普遍认为抑制控制是一种能力，可以抑制不合适的反应，排除无关干扰，抑制重复错误，这对孤独症儿童在面对变化的环境时是否能够表现出适应性的行为至关重要。抑制控制分为反应抑制（Response Inhibition）和干扰抑制（也称“冲突抑制”，Interference Inhibition）两个类型。反应抑制指抑制不恰当、不需要或者过度的反应。冲突抑制可以排除干扰信息的影响，提高处理有用信息的效率［21］。Geutrts认为，孤独症儿童无法抑制优势反应或者在抑制以前被强化过的反应时存在困难，说明孤独症儿童的反应抑制和干扰抑制都存在缺陷［22］。尽管不同的研究范式会导致孤独症儿童抑制控制能力与重复刻板行为的相关性研究得出不同结论，但Iverson与其同事最终确定了抑制控制与重复刻板行为的严重程度相关［23］。

孤独症儿童在反应抑制任务中的错误率较高，表明反应抑制存在缺陷。Mosconi在排除年龄和智商的影响之后，发现孤独症儿童在扫视反向任务（Visually Guided Saccade Task-Anti Task）中会出现更多错误，且这些儿童的孤独症诊断访谈检查（Autism Diagnostic Interriew Rerised，简称ADI-R）和孤独症诊断观察量表（Autism Diognostic Observation Schedule，简称ADOS）评分也较高，在统计学上孤独症儿童的反应抑制缺陷与“高阶”重复刻板行为显著相关。从神经心理学的角度解读二者的关系，可以得出孤独症儿童重复刻板行为产生的原因主要是神经认知障碍。神经认知障碍会影响到个体对行为控制的主动性，会导致抑制能力下降，从而使孤独症儿童无法主动抑制某些不恰当、不合适的行为，因此导致“高阶”重复刻板行为的发生［24］。

在此基础上，有学者对反应抑制与“高阶“重复刻板行为的关系做了进一步研究，发现孤独症儿童反应抑制的缺陷主要是由于主动控制过程的中断。主动控制是反应抑制下位概念中的一个，是反应抑制中的一个过程。它的作用是在面对不确定的情况时，为随时停止反应作准备以及根据外部变化停止反应。孤独症儿童的优势反应时间较普通儿童短，这说明孤独症儿童面对刺激更加倾向于做出优势反应，主动控制过程也会缩短，即主动控制过程被中断，使抑制优势反应出现困难。当孤独症儿童面对行为应当被抑制的情况时，由于无法提前准备停止，就会继续表现出重复性的动作。表现为孤独症儿童无法终止或者延迟相应背景下的强迫性和仪式性的行为［25］。例如，孤独症儿童会严格遵守日程表，即使某天的行程发生变化，他依然会按照日程表行动。无法主动延迟优势反应是孤独症儿童产生抑制控制缺陷的主要原因［26］。

在反应抑制与“低阶”的重复刻板行为方面，Mostert等人认为，孤独症儿童的反应抑制能力存在缺陷，并且与其低阶的重复刻板行为显著相关。在面对同样的任务时，孤独症儿童的反应时间相对控制组更长，说明孤独症儿童需要更多的时间来抑制不相关的、错误的或者不必要的反应［27］。例如，孤独症儿童出现的持续性的、重复性的拍手动作或者是反复自我重复语言等，都是在特定情况下无关的、不必要的表现，也是“低阶”重复刻板运动的一种表现形式。

在干扰抑制与重复刻板行为方面，Faja使用改良的Stroop Test对学龄期儿童的干扰抑制能力进行研究，将“一致”任务和“非一致”任务之间分数的差异作为指标，二者之间的分数差值显示孤独症儿童的干扰抑制能力差，与孤独症儿童的“高阶”重复刻板行为相关。同时，研究也表明，主动抑制能力的降低与孤独症儿童的“低阶”重复刻板行为相关。儿童在面对干扰信息时，需要排除干扰，也就需要主动减慢应答速度。但研究中被试的主动抑制能力下降，应答速度并没有减慢，干扰信息无法排除，会呈现“低阶”的重复刻板行为［28］。

（二）认知灵活性与重复刻板行为

认知灵活性是一种可以根据情境变化而主动调整自身行为和反应以适应新目标或者新刺激的能力［29-30］。它使个体能够适应多变的需求，根据实际要求考虑问题、做出选择，并及时修正行为［31］。孤独症儿童的认知灵活性存在缺陷，面对新刺激，他们更倾向于使用已经学习的规则且难以适应新的规则，这与重复刻板行为高度相关［32］。

认知灵活性可以分为转换和保持两个部分［33］。一方面，有研究认为，孤独症儿童无法完成任务转换的过程。 Yerys等人发现，孤独症儿童在认知灵活性维度转换任务中出现的错误数量较普通儿童更多，说明转换存在缺陷，且与孤独症儿童的“高阶”重复刻板行为显著相关。孤独症儿童无法在规则变更之后再一次更改内部规则时做出正确选择，这说明孤独症儿童无法理解过多的变化。相对于正常儿童来说，孤独症儿童需要额外的反馈才可以完成模型的转换［34］，这种缺陷也解释了孤独症儿童的同一性行为。

另一方面，Dcruz指出，孤独症儿童不存在转换的困难，但是在转换过后无法保持新反应。孤独症儿童会出现更多的“退行性”错误，即在已经做出正确的全新反应之后，孤独症儿童也可能错误地回到原来的反应，说明孤独症儿童在已有固定流程上存在建立和保持新流程的困难，是限制性兴趣、重复刻板行为和语言以及仪式性行为等行为的原因［35］。Miller等人在Dcruz的研究基础上，进一步確定了孤独症儿童的认知灵活性缺陷体现在无法保持转换后的新反应而不是无法完成转换过程。在他的研究中，孤独症儿童出现了更多的“退行性”错误，说明孤独症儿童难以维持新的认知模型并倾向于使用以前的认知模型来做出反应。这种缺陷与“高阶”重复刻板行为中对同一性行为的坚持高度相关。在日常生活中，孤独症儿童会坚持使用同一颜色或者同一形状的生活用具，他们实际上可以接受改变，但由于无法维持住变化，最终依然会选择相同颜色的用具，表现出同一性行为［36］。

在认知灵活性与“低阶”重复刻板运动方面，孤独症儿童的刻板运动（如拍手、弹手指和不断晃动等）与其认知灵活性缺陷相关。Lenonda使用威斯康星卡片分类任务对孤独症儿童进行测试，并发现认知灵活性的缺陷与刻板运动发生的频率和持续的时长相关。孤独症儿童的认知灵活性越差，刻板运动发生的频率越高，持续的时间也越长［37］。

（三）工作记忆与重复刻板行为

工作记忆是指提供短期储存和调用必要信息的大脑系统功能，在完成复杂的认知任务如语言理解、学习、推理等时，能起到极其重要的作用。Baddeley将工作记忆分为三个子成分：语言环路（Phonological Loop），即言语工作记忆，负责储存和处理声音信息；视觉空间画板（Visuo-Spatial Sketch Pad），即视觉-空间工作记忆，负责控制视觉信息的短期存储和控制；中央执行系统（Central Executive），即注意力控制系统，用于协调来自言语和视觉的信息，也是工作记忆的核心部分。之后Baddeley又将情节缓冲区（Episodic Buffer）加入工作记忆模型中，其用于暂时储存来自语言环路和视觉空间画板的信息，并连接长期记忆［38］。储存和处理信息虽然是工作记忆功能的重要部分，但其主要功能应该是资源协调，即对于来自言语和视觉的信息进行整合、控制、调用，最终做出正确且有效的反馈［39］。研究证明，孤独症儿童的视觉空间工作记忆方面存在认知负荷效应、记忆容量不足等缺陷［40-41］。这些缺陷与孤独症儿童青少年的重复刻板行为相关［42-43］。

工作记忆与重复刻板行为的研究源于学者们对认知灵活性研究范式的质疑。在涉及认知灵活性和刻板行为的研究中，研究者采取的研究范式，例如威斯康星卡片分类、概率转换任务等都有工作记忆的参与［44］。因此，有一种假设认为，孤独症儿童的认知灵活性本身不存在缺陷，而孤独症儿童在认知灵活性测试任务中表现较差是因为他们的工作记忆容量不足［45］。Wolff在此基础上推论孤独症儿童重复刻板行为出现的根本原因是其工作记忆的储存有缺陷。为了验证这种假设，Wolff及其同事采用了有工作记忆参与的和无工作记忆参与的两种转换任务，并将转换任务分为转换和重复两种类型。研究者对被试在两种条件下的任务准确率进行统计，发现孤独症儿童在无工作记忆参与的重复任务中的正确率高于有工作记忆参与的任务。这说明在有工作记忆参与的情况下，工作记忆的容量不足会增加重复的应答行为。对于孤独症儿童而言，提升工作记忆的容量可以减少重复刻板行为的发生［46］。

除此之外，Wolff认为，工作记忆的容量与重复行为本身是相冲突的，这是导致孤独症儿童重复刻板行为的主要原因［47］。当工作记忆容量不足时，面对新的视觉空间信息和语言信息的输入，中央执行系统优先满足一方面的需要。这就会出现两种情况，个体无法注意到有效信息或个体无法提取信息。个体无法注意到有效信息也就无法针对有效信息做出反应，也就会维持原有的反应，呈现出重复刻板行为。个体无法提取信息意味着个体可以接收到有效信息，但因工作记忆的容量不足，无法做出正确的反应，也会仍然维持原有反应，最终也会呈现出重复刻板行为。

抑制控制、认知灵活性和工作记忆虽然是执行功能中三个独立的子功能，但它们的内在联系不可忽略。首先，工作记忆在储存和调用信息时，采用选择性注意的策略。例如，在N-back任务中，由于工作记忆容量的有限性［48］，被试必须刷新工作记忆中暂时储存的信息，抑制无关信息的干扰，才可以完成任务。如果抑制控制能力存在缺陷，工作记忆无法接收到有效信息，在行为上就会表现为错误或者不合适的反应。另一方面，由于工作记忆的认知负荷效应，孤独症儿童可能无法接收或者储存新信息并灵活完成转换，从而产生认知灵活性的缺陷。同时，认知灵活性对工作记忆也会产生影响。工作记忆中的核心中央控制器有刷新、转换和抑制三大功能。当孤独症儿童的转换或者维持转换的功能出现故障，相对应的中央控制器也就无法完成刷新和转换的功能。某种意义上，工作记忆的缺陷来自于认知灵活性的缺陷。

三、执行功能与重复刻板行为的神经机制

执行功能的异常是孤独症儿童诊断的临床标志，这样的异常往往代表着前额叶和顶叶及下叶的功能整合不佳［49-50］。抑制控制主要由前额叶以及基底神经节所支持，包括右下额皮层、前补充运动区、球状丘脑内段和丘脑下核。前额叶区是执行功能的核心区域［51］。在反应抑制中，孤独症儿童无法主动减缓反应可能与丘脑下核对右下额皮层的失调有关［52］。主动控制过程涉及丘脑下核团，通过对下额皮层的调节，抑制基底神经的输出，从而推迟反应的开始。而前额区的异常破坏了孤独症人士的抑制能力，从而导致无法推迟反应［53］。在对认知灵活性的研究中，已证明纹状体回路与认知灵活性相关，而纹状体是大脑基底神经节之一。纹状体中的尾状核结构的异常与被试在威斯康星卡片分类任务中的持续性错误相关［54］。除此之外，额叶皮层和内侧纹状体中的GABA和5-羟色胺药物效应通过选择性地减少小鼠的退行性错误来促进集合转移和逆转学习［55］。在对工作记忆的研究中，额叶-顶叶工作记忆网络包括前额叶皮层、运动皮质区、背侧扣带回、后顶叶皮层等大脑皮质区，是视觉-空间工作记忆的神经基础［56］。综上所述，抑制控制、认知灵活性和工作记忆共同涉及大脑的前额叶区，前额叶区也是执行功能发挥作用的核心区域，可以说执行功能的三个子成分在神经机制上有着内部联系。

重复刻板行为的发生的神经机制是纹状体网络的功能混乱。进一步究其紊乱原因，可能是5-羟色胺的减少所导致的。在临床观察中，情绪或者特定刺激是可以引发重复刻板行为的。5-羟色胺作为情绪的调节器，如果在纹状体回路中合成减少，重复刻板行为会相应地增加［57］。同时，使用5-羟色胺可以减少小鼠的退行性错误，促进转换和反应保持［58］。孤独症儿童的额叶和基底神经节的结构也存在异常，并与重复刻板行为的严重程度相关［59］。孤独症儿童基底神经节中壳核体积的减少，与高阶和低阶的重复刻板行为均呈正相关［60］。

四、小结与展望

（一）研究小结

综上所述，本研究对孤独症儿童执行功能和重复刻板行为的相关性进行了综述。从行为层面看，执行功能的三个核心子成分抑制控制能力、认知灵活性水平和工作记忆容量与孤独症儿童重复刻板行为相关；从神经机制层面看，执行功能的大脑区域与产生重复刻板行为的异常神经结构是相重合的。这些发现支持了执行功能障碍说，从理论上丰富了孤独症儿童重复刻板行为的解释，为孤独症儿童重复刻板行为的干预提供了新的思路。

（二）研究展望

当前，孤独症兒童执行功能和重复刻板行为相关性研究虽取得了一定成果，但仍有待进一步深入研究。未来在孤独症儿童执行功能和重复刻板行为相关性领域上可以进行以下几个方面的改进。

1.研究方法的分离与改进

Cissne在其研究中提出，孤独症儿童的重复刻板行为的严重程度与同时发生的抑制控制和认知灵活性相关，但没有证据表明孤独症儿童的重复刻板行为只与抑制控制或只与认知灵活性相关［61］。出现这样的结果可能是由于现阶段对执行功能子功能与重复刻板行为关系的研究中，研究者采用的研究范式往往存在各子功能的重叠。比如，经典的认知灵活性研究任务——威斯康星卡片分类，除了要求认知灵活性参与之外，也要求工作记忆参与和抑制控制能力的参与［62-63］。如果采取威斯康星卡片任务对被试的认知灵活性进行研究，那结果可能会因为受到被试抑制控制能力和工作记忆的影响而产生偏差或者无法得出独立的子功能与重复刻板行为的关系。因此，在未来的研究中，学者应当立足于分离机制，尽量排除各个子功能之间的相互影响，去验证独立的执行功能子成分是否与孤独症儿童的重复刻板行为相关。

2.研究內容的发展和补充

首先，在抑制控制与重复刻板行为的研究上，干扰抑制与重复刻板行为的研究较少，并且实验所测量的指标的有效性也有待检验和确认。其次，工作记忆与重复刻板行为的相关性研究较少且不够细致。未来的研究工作应当从工作记忆的组成部分入手，探究各部分与“低阶”和“高阶”重复刻板行为的关系。再次，尚未有研究讨论工作记忆与“高阶”和“低阶”重复刻板行为的关系，未来应加强这一方面的研究。最后，现阶段对“低阶”重复刻板行为的研究多集中于刻板行为方面，迄今为止还没有发现执行功能与自伤行为相关性的研究，未来的研究者应当尝试填补这部分的空白。

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A Review of Researches on Executive Function

and Repetitive and Restrictedl Behavior in Children With AutismSUN WeiqiFENG Jianxin

（School of Education， Shaanxi Normal UniversityXian710062）Abstract：Repetitive and restricted behaviors， one of the core symptoms， severely affect the socialization， learning， and life of children with autism. The fundamental subcomponents of executive function， including inhibitory control， cognitive flexibility， and working memory， have been found to have significant effects on repetitive and restricted behaviors. At current stage， most of the researches relating to the impact of executive function on repetitive and restricted behaviors still focus on inhibitory control and cognitive flexibility， and there is a lack of research on the issue of working memory on repetitive stereotyped behaviors， and the research paradigm of executive function is controversial. Future researches on the correlation between working memory and repetitive and restricted  behaviors in children with autism needs to be strengthened.

Key words：autism spectrum disorder; executive function; repetitive stereotypical behavior; neurological mechanisms; behavioral mechanisms

（特約编校慕雯雯）