孤独症谱系障碍个体听觉事件相关电位的研究进展及启示

李艳丹 王滔

［摘 要］ 事件相关电位是研究孤独症谱系障碍个体认知加工过程重要的电生理手段，其中关于孤独症谱系障碍者听觉事件相关电位方面的研究逐年增多，主要研究成分包括N100、P1-N1-P2复合波、失匹配负波（MMN）、P300、N400。研究发现，孤独症谱系障碍个体的听觉加工能力不同程度受损，一些结果尚缺乏一致性，未来需进一步完善孤独症谱系障碍个体听觉事件相关电位研究，为孤独症谱系障碍个体的早期诊断和干预提供生物技术支持。

［关键词］ 听觉；事件相关电位；孤独症谱系障碍

［中图分类号］ G449

一、引言

孤独症谱系障碍（Autism Spectrum Disorders， 以下简称ASD）是一种以社会交往、言语交流以及行为障碍为主要特征的神经性发育障碍［1］。目前国内学龄期儿童的孤独症（autism）患病率约为1%［2］，而美国疾病控制预防中心（Centers for Disease Control and Prevention，简称CDC） 于2021年12月3日发布的最新报告显示，孤独症患病率达到1/44［3］，这比两年前报告的1/54增加了23%。ASD患病率在全球范围内正不断攀升［4］。随着这一特殊群体数量的日益增长，近20年来ASD始终是学界的研究热点，其中事件相关电位（Event Related Potentials， 以下简称ERPs）技术凭借以毫秒为单位的高时间分辨率成为研究ASD个体认知加工过程的有力工具。

已有不少学者提出，听觉能力对ASD个体的言语发展和社会沟通的影响与视觉能力不相上下，ASD个体整合视听刺激的能力也为其社会沟通和语言发展提供了基础［5-6］。而听觉ERPs是通过捕捉听觉通路的客观电生理反应来反映声音传递和表达活动的一种临床资源，它具有评估大脑中枢听觉通路的完整性、成熟性以及认知功能的优势，并可以获得关于声音信息处理能力的线索，如声音信息解码，听觉的检测、辨别以及时间处理［7-8］。因此，关于ASD个体听觉ERPs的研究至关重要。但迄今为止，ASD个体听觉相关的ERPs实证研究相对于视觉相关的ERPs实证研究来说少之又少，未来需要增加对ASD个体的听觉ERPs研究。基于此，本文将对此类研究进行梳理并提出未来研究方向建议。

二、检索过程

（一）文献来源与检索策略

文献的检索主要是通过在中国知网学术期刊数据库（CNKI）、万方学术期刊数据库、Springer Link、Elsevier等数据库，以事件相关电位（event related potentials， ERPs）、自闭症（autism）、听觉（auditory）等为主题词进行文献检索。同时，将主题词和其他相关词语结合进行检索，具体文献检索策略视数据库特点和每次检索的结果而定。

（二）文献筛选

根据上述检索步骤初步检索后，结合文献纳入标准留下文献质量高的、所论述内容与标题密切相关的文献共32篇，其中能被纳入范围的中文文献的相关实证研究屈指可数，说明ASD个体的听觉ERPs研究在国内还未能引起研究者重视，对ASD个体听觉认知过程的脑机制研究较少。

三、ASD研究中的听觉EPRs

（一）早期注意触发与听觉预测编码的ERPs成分：N100

听觉N100是颞回上部、赫氏脑回处的听觉皮层的神经元所诱发出的电位，是在大脑接受外源性听觉信号后100ms左右出现的负波，其波幅随着音调重复而降低。由于N100会随着刺激物的物理特性发生显著变化，因此它也是一种对外因的反应。

Jorgensen等人的荟萃分析显示，ASD个体大脑左右侧的N100有差异，表明其左右半球的N100可能存在不同功能，并且ASD个体的右半球N100存在异常［10］。但ASD个体的N100在大脑左右侧的具体功能差异及其功能是否有补偿作用或者存在其他关系，还有待更多的电生理基础研究考证。

N100反映了早期注意触发。Chien等人通过配对-点击任务检测ASD青少年的感觉门控是否存在缺陷，发现ASD青少年的N100在S2①S2指第二声点后的波峰与前一波谷之间的差值。振幅较大，说明ASD青少年在N100上显示感觉门控缺陷［11］，这可能暗示了ASD个体注意触发的异常。N100也涉及ASD个体听觉预测编码。Van Laarhoven等人将30名ASD青少年和30名典型发育（Typical Development，以下简称TD）个体作为两组参与者，通过比较两组由自己按下按钮启动的声音和外部以相同速度重播的相同声音诱发的N100发现，声音自启动（按钮）条件下只有TD组的N100波幅减小，而ASD组的听觉N100波幅并没有明显变化［12］。已有不少研究证实，N100波幅变得越小代表对将要出现的刺激预测越准确［13-14］。这一研究结果表明，即使在相对稳定的环境中，ASD个体在预期自己行为随后产生的感觉刺激时仍存在困难，说明ASD个体在感觉刺激加工的初级阶段就可能出现异常，支持了预测编码受损是孤独症核心缺陷特征的基础这一说法。不过，Van Laarhoven等人的研究证明了ASD个体无法预测自己行为的感官后果，也许是因为ASD个体确实难以正确理解自己和他人的思想和情感［15］，这符合ASD个体心理理论受损假说的推测。今后的研究者也可以从生理层面继续验证ASD个体预测他人行为的能力是否受损并探究其发生机制。

（二）听觉刺激类型加工的ERPs成分：P1-N1-P2

P1-N1-P2是在重复的听觉刺激下，于颞平面处诱发的50—300ms内的ERPs波形，由一個负波和两个正波组成。P1-N1-P2和个体成熟度相关。早期幼儿的听觉ERPs波形呈现主要以P100、N250和N450波幅为主，若较慢地呈现，可以观察到类似成人的P1-N1-P2复合波形［16］，但其实直到9—11岁，儿童才会逐渐显示出P1-N1-P2波［17］。

由于声谱特征不同，不同的声音刺激类型可以产生不同的ERPs反应。如言语刺激涉及复杂的时空结构，需要激活大脑同步的神经元来获得对这类刺激的反应［18］。Kamita等人通过对15名7—12岁的ASD儿童使用突发音和言语声音刺激获得听觉ERPs，并没有观察到ASD个体在P1-N1-P2-N2复合波所代表的信息处理的感觉阶段与对照组的差异［19］，这可能是由于Kamita等人的实验组是由高功能ASD个体组成，并且P1-N1-P2复合波会受刺激声频率、声强等物理特性的影响［20］，如声音刺激频率越低，P1-N2-P2复合波的波幅越小［21］。若相似类型研究中未能统一刺激材料，测出的ERPs波幅可能也会受到影响，甚至导致研究结果大不相同。

（三）辨别听觉刺激变化的ERPs成分：失匹配负波

失匹配负波（Mismatch Negativity， 以下简称MMN）是通过ERPs在头皮的额中央部检测到的在新奇刺激开始后100—250ms出现的负成分［22］。MMN的振幅和潜伏期都表示在听觉皮层对刺激变化注意前处理的早期阶段，一种自下而上的自动加工和自上而下的注意过程驱动的快速辨别能力［23-24］，反映了对声音刺激变化的自动检测。有关MMN的任务既可以是参与者在主动任务中发现异常刺激时做出显性反应，也可以是参与者在被动听觉任务中不需要做出特定反应。由于在参与者不去刻意注意声音刺激的情况下研究者也可以记录到MMN［25］，所以MMN是为数不多的不需要参与者高度关注的听觉加工的既定神经测量指标之一［25-26］。

以ASD个体为研究对象，研究者们进行了许多被动MMN实验，但并未达成一致的研究结论。Lortie等人的研究发现，关于异常声音刺激，ASD个体的前期反应与TD个体高度相似，在大约203ms之前两组表现出相似的MMN波幅，表明ASD个体和TD个体都能对生物声音和非生物声音表现出区别性反应［27］。Gomot等人的研究报告了ASD个体在异常声音刺激下的MMN波幅显著增强，说明ASD个体对声音刺激变化的听觉敏感性变高［28］。但Andersson等人的研究发现，与对照组相比，ASD男性青少年的MMN波幅明显降低［29］，这与Gomot等人的研究结果形成鲜明对比。这可能是由于前者的研究对象是智力水平较低的ASD儿童，而Andersson等人的研究对象是认知功能高的ASD青少年。两项研究结果的不一致表明，MMN也许与ASD个体认知功能的水平相关。Cary等人在用纯音作为听觉刺激来测量MMN的研究中发现，ASD儿童和正常儿童的MMN振幅没有显著差异［30］，這与其他以复合音为听觉刺激的研究结论不同，说明MMN可能与刺激材料的复杂性相关。此外，还有研究报道了MMN和参与者年龄的关系。Abdeltawwab等人研究发现，正常儿童的听觉MMN振幅与年龄呈正相关，而ASD儿童未发现存在这种关系［31］。Goris等人的研究显示，成年ASD的 MMN波幅会降低，并揭示ASD个体听觉刺激的波幅随着年龄增长逐渐降低［32］，这表明了MMN与ASD个体年龄之间的关系。

除以上关于ASD个体的MMN反应研究外，研究者还通过MMN研究ASD个体对情绪性声音的加工中是否存在辨别缺陷，发现ASD组在愤怒型音节诱发的MMN波幅与快乐型音节诱发的MMN波幅之间没有明显的区别，表明ASD个体的情绪性声音辨别能力一定程度上受到损伤［33］。这提示ASD个体可能以一种非典型的方式处理情绪性声音，并已经处于自动阶段。这种对情绪性声音的异常处理也许与ASD个体的核心缺陷有关，对此类研究作进一步验证也许有助于促进ASD个体的早期诊断。

（四）听觉刺激预期及注意定向与控制的ERPs成分：P300

P300（包括额区最大的P3a和顶区最大的P3b）来自顶叶的关联皮层，常出现在刺激开始后的约250—600ms［34］。它通常表示与刺激预期相关的脑电活动，涉及预期中的意外刺激的呈现，例如P300会出现在一个意外刺激随机地穿插到一系列标准的或预期的声音中的情况下［35］。P300波形的振幅通常与刺激概率成反比［36］，并且参与者对任务付出的努力越多，P300振幅越大，所以有研究者会将P300振幅用作资源分配的一种测量［37］。总的来说，P300代表了对刺激更高级的认知加工过程，它的潜伏期和波幅变化被公认为是评价认知功能最有价值的电生理客观指标［38］。

ASD个体的P300波幅常表现出衰减趋势，与对照组相比往往表现出更小的P300波幅［39-40］。P300波幅的降低与认知加工的减少有关，或者更具体地说，ASD个体未能对新刺激给予重视［41］。ASD个体的听觉P300研究可以进一步探索其注意控制的神经机制。Karhson等人通过改进的听觉oddball范式①oddball范式指随机在听觉通道呈现两种刺激，将需要参与者关注的听觉刺激作为“靶刺激”或“偏差刺激”，这种刺激通常是小概率出现；而不需要参与者关注的大概率呈现的听觉刺激为“非靶刺激”或“标准刺激”。探究成人ASD个体在不同听觉负荷条件下的感觉反应与选择性注意的神经机制之间的关系，发现在负荷增加的条件下，TD组的P3b潜伏期明显延长，但ASD组的P3b潜伏期并无显著变化，表明ASD个体尽管会出现异常感觉反应，但仍然支持通过自上而下的注意力控制途径去有效选择目标［42］。而另一项关于ASD个体注意控制的P300研究却得出不同的结论。这项研究中 Donkers等人让28名ASD儿童完成一项听觉oddball任务，结果发现，与TD组相比，ASD组对出现的新声音表现出P3a波幅减弱，这不仅表明ASD儿童在接触不常见的新奇声音时注意力会减少，还有可能存在注意定向障碍［43］，提示ASD儿童在自上而下的注意控制过程中中断了对听觉刺激的神经反应。研究结果的不同可能是因为ASD成人和ASD儿童的个体差异性比较大。

P300还用于ASD个体对语言和非语言听觉刺激的注意定向研究。Young-Morrison通过对比ASD组和TD组在纯音、复杂音、合成语音和人类语音四种不同听觉条件下的P300波幅，发现ASD组在除纯音条件外的所有情况下的P300波幅都小于TD组，说明ASD个体对复杂的听觉刺激的定向能力较弱［44］，这可能暗示ASD个体的言语产生和语言发育的缺陷是由于无法对复杂的声音刺激进行定位而引起的。

（五）言语认知加工的晚期听觉ERPs成分：N400

N400是大脑皮层在出现与先前语境语义不一致的刺激后250—600ms之间诱发的负向波，它是反映言语认知加工的ERPs成分［45］。N400波幅通常反映了言语认知加工的难易度［46］。当言语加工较困难时，N400波幅增高；当言语加工较容易时，N400波幅降低。ASD个体对言语的加工涉及听觉的社会认知功能［47］，因此N400是涉及ASD个体社会发展认知层面的晚期听觉ERPs成分。

ASD儿童不仅在社会情境下语言使用方面存在困难，在语言结构和词汇方面也经常存在缺陷［48］。Knowland等人将ASD儿童、发展性语言障碍（Developmental Language Disorder，以下简称DLD）儿童与TD同龄人放在一起进行研究，通过比较三组儿童在24小时内对新单词和已知单词的听觉N400变化，发现ASD组和DLD组对于新单词的对话使用适应性均低于TD组，表明ASD儿童和DLD儿童可能存在相似的言语加工障碍［49］。

关于ASD个体的N400语义启动任务的探索研究比较多。Cantiani等人让表现出ASD早期症状的19个月大的幼儿参与此类实验，只要求参与者看图片、听单词，但不需要做出行为反应，屏幕上呈现的图片与参与者所听到的单词有匹配、失配以及不匹配的假词三种关系。结果发现，ASD组在假词条件下诱发的N400波幅比在匹配条件下的N400波幅更大，这表明ASD组在加工语义不一致程度更高的词汇时产生了N400效应［50］。然而，Cantiani等人在他们先前的研究中通过图片-单词匹配范式并未观察到ASD组表现出明显的N400波幅［51］。Márquez等人的研究团队为了探究ASD儿童的大脑皮层加工与其难以在语境中解释语言是否有关，让实验参与者执行整合视听信息的任务来判断一个句子与上下文的语境是矛盾（不一致条件）还是匹配（一致条件），通过比较ASD组和TD组的语言理解的电生理反应发现，在语境不一致的条件下，各组呈现出显著差异，即ASD组的N400波幅明显小于TD组的N400波幅，表明ASD组在处理上下文信息方面可能比TD组更困难［52］。Manfredi等人给16名9—15岁的ASD青少年与年龄匹配的TD青少年播放与前文语境一致或不一致的句子，句子播放结束后，参与者需要通过按下对应的按钮回答问题“这可以理解吗”。之后分析两组参与者的N400，Manfredi等人发现，TD组的N400振幅比ASD组更明显，这说明ASD组在获取语境不一致的言语信息时比TD组有更多的困难［53］，证明了ASD个体在整合言语信息意义时存在着语言处理缺陷。

上述关于ASD个体的N400的研究结果大多数支持ASD个体在语境语义不一致情况下存在加工缺陷。但也有部分研究结果发现，ASD个体对语境语义不一致是存在调节效应的。研究结果的不一致可能是以下原因所致：第一，参与者的高度异质性。例如有的研究选取的ASD参与者都是低语言功能型甚至无语言功能的ASD儿童，导致ASD儿童样本的差异性更大。第二，实验条件设置不同。相关研究中词汇实验条件通常是“一致”和“不一致”，但在有的实验中研究者设置了和“一致”“不一致”条件区别更大的“假词”条件，这可能会让参与者更容易产生N400效应。第三，实验任务不同。研究中是否需要ASD儿童作出行为反应也有可能影响着研究结果，有的研究需要参与者做按键反应，这与只需要注视屏幕、被动观看的实验任务相比难度更高。

四、结论与反思

关于ASD个体听觉ERPs的研究普遍认为，ASD个体存在听觉信息加工异常，表现为在N100、P1-N2-P2代表的早期注意的感知阶段、MMN代表的注意前加工阶段、P300代表的高级认知加工阶段、N400代表的社会认知加工阶段，ASD个体的加工能力均不同程度受损。儿童早期各种听觉异常反应是检验ASD风险的有力指标［54］，而ERPs對大脑皮层感觉加工高度敏感，因此ERPs技术有望成为ASD个体早期诊断筛查的生物辅助手段。

综上所述，当前ASD个体听觉ERPs的研究关注点多在于ASD个体的听觉加工和言语能力以及社会沟通等核心缺陷的关系，但是少有研究对ASD个体的听觉加工能力异常进行相关解释以及提及ASD个体的听觉认知神经系统的编码机制。未来需要进一步整合理论解释， 继续探究ASD个体听觉认知的发展特征，同时尝试开发以听觉加工为基础的干预方法。

五、研究展望

（一）扩大研究对象范围，注重ASD个体差异性

ASD本身就是异质性较高的群体，在不同的研究中，研究对象的年龄、认知水平、性别等差距又较大，使得研究结果往往会产生一定的差异，故而在分析他人研究结果时，要考虑到研究对象的个体差异性。目前大部分研究是以认知水平较高的、年龄较大的男性ASD个体为研究对象，未来需要增加对低功能、低年龄段及女性ASD个体的研究。听觉系统作为一个整体，不仅在ASD评估过程中非常重要，而且在整个治疗过程中的监测也是非常重要的。因此，未来可以年龄为依据进行纵向研究，通过听觉ERPs探索ASD个体听觉信息加工随时间的发展和变化，以及对其诊断和干预的最佳发展时期。

（二） 协调实验范式的统一性和多样性

尽管有的研究处于同种实验范式条件下，但听觉ERPs各个成分对不同的刺激类型可能会有不一致的反应。未来的研究需要在符合ASD个体特征的前提下协调实验范式的统一性和多样性，增加对不同刺激类型和ERPs反应关系的研究，提高研究结果的代表性和可参考性。此外，未来研究还可考虑增强实验刺激的生态性，增加和自然情景的联系。

（三）深化ASD个体的听觉加工与核心缺陷的脑神经机制研究

有学者认为，ASD个体之所以存在社交缺陷，是因为听力异常、感觉剥夺和语言缺陷加剧了交流障碍［55-56］。但也有学者认为，ASD个体本身特征会引起听觉加工异常，甚至造成ASD个体感统能力低下［57］。因此，关于ASD个体的听觉信息输入、语言与社交缺陷的关系，未来还需要更多的研究。由于听觉ERPs的通道数量有限，除了可以增加ERPs通道的使用数量，今后还可与其他神经影像学技术相结合对ASD个体进行研究，例如联合ERPs技术和fNIRS技术开展对ASD听觉加工的脑区反应的多模态研究，确定ASD个体大脑中表现出与听觉皮层不同功能连接的区域，进一步探究ASD个体的听觉加工和核心缺陷之间的关系。

六、對教育干预的启示和建议

ASD个体的听觉ERPs研究表明，ASD个体在不同的听觉加工阶段存在不同程度的缺陷，这很可能是引起其言语障碍以及社交沟通障碍的重要因素之一。因此，提高对ASD个体早期听觉表现的关注，及时采取针对性的干预训练，对促进ASD个体的言语能力发展和社交沟通能力发展至关重要。首先，若ASD个体在早期听觉注意出现损伤，感觉门控抑制缺失，可结合ASD个体的心理特点和声音刺激的属性对其进行听觉注意训练，提高听觉敏感性。但一部分ASD个体会表现出听觉反应过度［58］，研究表明，这部分个体在有意注意的状态下比在无意注意的状态下更容易表现出听觉反应过度［59］。因此，在教育干预时可尝试通过把ASD个体对声音的听觉注意转移到对物体的视觉注意或者转移到其他不会让ASD个体产生过度反应的听觉刺激，从而减少听觉反应过度的频率。其次，教育者在对ASD个体进行听觉言语训练时，应注意激发ASD个体语义启动的积极性，选择合适的干预内容，注重口语训练和语言理解训练的内外结合，并增加干预情景和干预方式的生态性，以增强日常生活等自然场景的泛化应用。最后，ERPs、FNIRS等脑成像技术也可以作为一种评估教育干预效果的手段使用，在周期性的听觉干预训练后，可尝试通过技术检测提供更客观的生理数据，形成更清晰的报告结果。

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Research Progress and Implications on Auditory Event-Related Potentials in Autism Spectrum Disorder

LI Yandan WANG Tao

（Department of Special Education， Chongqing Normal University Chongqing 401331）

Abstract：Event-related potentials （ERPs） are important electrophysiological means to study the cognitive processing process of autism spectrum disorder （ASD）， among which the researches on ASD auditory ERPs are increasing year by year and the main research components include N100， P1-N1-P2 composite wave， mismatched negative wave （MMN）， P300 and N400. It is found that the auditory processing ability of ASD individuals is impaired to varying degrees. Some results are still inconsistent， and further improvement of auditory ERPs researches on ASD need to be further improved in the future to provide biotechnology support for early diagnosis and intervention in individuals with ASD.

Key words：hearing; event-related potentials; autism spectrum disorder

（特约编校 慕雯雯）