發(fā)展性閱讀障礙的腦區(qū)連接異常*

(北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室,北京 100875)

發(fā)展性閱讀障礙是一種常見的神經(jīng)發(fā)展性障礙,它是指智力正常、有完整的感知覺能力,有足夠的受教育機會和學(xué)習(xí)動機,但依然在閱讀上表現(xiàn)出明顯困難的一類群體(Peterson&Pennington,2012)。閱讀障礙在人群中的比例約為5%~17%,是兒童學(xué)齡期較為常見的一種學(xué)習(xí)障礙(Shayw itz,1998)。由于閱讀技能受損不僅影響兒童在學(xué)期間的學(xué)業(yè)成就,更會間接地影響個體日后的社會經(jīng)濟地位和生活質(zhì)量,過去幾十年間研究者們對閱讀障礙發(fā)生的根本原因及其神經(jīng)機制進行了大量的研究。

隨著腦成像技術(shù)的成熟與發(fā)展,研究者利用該技術(shù)對不同閱讀水平群體的腦結(jié)構(gòu)及閱讀過程中的腦活動模式進行了較為豐富的研究?；谀X功能定位的思想,早期的腦成像研究旨在識別出不同的大腦功能模塊,如詞形、語音和語義加工區(qū)等,并通過正常發(fā)展群體與閱讀障礙群體的對比揭示出閱讀障礙者在特定腦區(qū)上結(jié)構(gòu)或功能的異常。但是,近些年來越來越多的研究者意識到人腦的各個腦區(qū)并不是獨立活動的,高級認(rèn)知加工不僅依賴個別腦區(qū)的充分活動,更需要遠(yuǎn)距離腦區(qū)間有豐富的信息傳遞和足夠的交流協(xié)作。最近10年來,大量研究從“腦區(qū)連接”的角度對閱讀障礙的神經(jīng)機制進行探討,這些研究一致地發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者在負(fù)責(zé)閱讀加工的腦區(qū)間的連接或信息交流(inter-regional connectivity/communication)存在異常,而不僅僅是局部腦區(qū)的結(jié)構(gòu)或功能異常。基于這些發(fā)現(xiàn),有研究者提出閱讀障礙可能是一種失連接綜合癥(K lingberg et al.,2000;Paulesu etal.,1996)。

本文在簡單回顧發(fā)展性閱讀障礙與特定腦區(qū)異常相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,著重從以下兩個角度對過去10年中關(guān)于發(fā)展性閱讀障礙的腦區(qū)連接研究進行綜述：(1)腦區(qū)間結(jié)構(gòu)連接(白質(zhì)纖維束)的異常;(2)腦區(qū)間功能連接的異常,包括完成閱讀任務(wù)時腦區(qū)間任務(wù)態(tài)功能連接的異常和處在靜息狀態(tài)時大腦自發(fā)活動的連接異常。最后,本文對該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向進行展望。

1 閱讀障礙與特定腦區(qū)異常

閱讀是一個復(fù)雜的認(rèn)知過程,它包括對視覺輸入的語言文字符號信息進行解碼,形?音轉(zhuǎn)換和解碼語音信息,語義信息的表征及通達等多個方面(Perfetti,1985)。腦成像研究發(fā)現(xiàn),閱讀加工主要由左側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)、顳枕區(qū)和前額皮層所組成的一個左側(cè)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同完成(Martin,Schurz,Kronbichler,&Richlan,2015;Price,2012),而閱讀障礙者在上述閱讀相關(guān)腦區(qū)表現(xiàn)出功能激活的不足(Maisog,Einbinder,Flowers,Turkeltaub,&Eden,2008;Richlan,K ronbichler,&W immer,2009)和結(jié)構(gòu)灰質(zhì)體積的改變(Linkersd?rfer,Lonnemann,Lindberg,Hasselhorn,&Fiebach,2012;Richlan,K ronbichler,&W immer,2013)。顳頂聯(lián)合區(qū)包括了顳上回后部、角回和緣上回,是背側(cè)語音通路的一部分,它與語音加工有關(guān),該區(qū)域的激活不足或灰質(zhì)體積的減少被認(rèn)為反映了閱讀障礙者語音加工能力的損傷,尤其是形?音整合能力(Raschle,Zuk,&Gaab,2012;Shayw itz et al.,1998)。而顳枕區(qū)構(gòu)成了閱讀加工中的腹側(cè)正字法通路,它包含了視覺詞形區(qū)(visualword form area,VWFA),該區(qū)域能自動快速地對視覺呈現(xiàn)的字詞進行反應(yīng)從而在詞匯識別中起重要的作用,它的功能或結(jié)構(gòu)的異常反映了閱讀障礙者視覺詞匯自動化加工能力的損傷,即詞匯?語義表征的損傷(A ltarelli et al.,2013;Monzalvo,Fluss,Billard,Dehaene,&Dehaene-Lambertz,2012)。左側(cè)額下回在閱讀中的作用十分復(fù)雜,有研究認(rèn)為它和語音加工、語義提取有關(guān)(Poldrack et al.,1999),也有研究發(fā)現(xiàn)它和語言產(chǎn)出、言語命名密切相關(guān)(Papathanassiou etal.,2000)。目前左側(cè)額下回的異常和閱讀障礙的關(guān)系還不明確。一些研究發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者在該區(qū)域表現(xiàn)出更少的激活或灰質(zhì)體積的減少,并認(rèn)為它是閱讀障礙的神經(jīng)缺陷之一(Maisog et al.,2008;Richlan et al.,2009)。但很多研究并沒有重復(fù)出這一結(jié)果甚至還發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)果：相比于正常閱讀者,閱讀障礙者在額下回表現(xiàn)出更高的激活,這被研究者解釋為閱讀障礙的補償機制(Kronbichler et al.,2006;Shayw itz et al.,1998)。

上述研究揭示了特定腦區(qū)的異常和閱讀能力受損之間的關(guān)系。但閱讀是一種極為復(fù)雜的高級認(rèn)知加工過程。在認(rèn)知層面,閱讀涉及對視覺詞匯物理特征的精確加工,與相似詞形的自動化辨別,形到音的連接與轉(zhuǎn)換,以及語義通達等多個方面。而在神經(jīng)層面,閱讀需要負(fù)責(zé)加工字形、語音、形?音整合以及語義等多個腦區(qū)的共同激活,同時也需要這些腦區(qū)間有充分的信息傳遞和交流協(xié)作。因而閱讀障礙者閱讀技能的受損可能跟這些閱讀關(guān)鍵腦區(qū)間信息傳遞和整合的異常有關(guān)。基于這一認(rèn)識,研究者從腦區(qū)連接的角度,即閱讀障礙者在閱讀相關(guān)腦區(qū)間結(jié)構(gòu)或功能連接完整性的角度,探討閱讀障礙的神經(jīng)機制。研究閱讀障礙的腦區(qū)連接特征,再結(jié)合已有的特定腦區(qū)異常的證據(jù),可以幫助我們更全面地認(rèn)識閱讀障礙的神經(jīng)機制。

2 閱讀障礙與腦區(qū)間結(jié)構(gòu)連接的異常

白質(zhì)纖維束是腦上遠(yuǎn)距離腦區(qū)間神經(jīng)信息傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),它的完整性是腦區(qū)間進行有效信息傳遞的重要保證。彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)技術(shù)的發(fā)展使得研究者可以以非侵入的方式直接觀察人腦內(nèi)部白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)特征,并通過對正常群體與疾病群體腦組織結(jié)構(gòu)的比較來揭示特定認(rèn)知損傷與白質(zhì)纖維束特征改變之間的關(guān)系。研究者通過基于體素的全腦分析(whole-brain voxel-based analysis)和基于感興趣區(qū)(region of interest)的纖維追蹤技術(shù)(fiber-tracking methods)確定了幾條連接語言或閱讀關(guān)鍵腦區(qū)的白質(zhì)纖維束,包括弓形束,下縱束和下額枕束(Myers etal.,2014;Saygin etal.,2013;Vandermosten,Boets,Wouters,& Ghesquiere,2012;Yeatman,Dougherty,Ben-Shachar,&Wandell,2012),較為一致的發(fā)現(xiàn)是閱讀障礙群體在這些白質(zhì)纖維束上的局部各向異性值(Fractional Anisotropy,FA)要顯著小于控制組被試。FA值是DTI成像研究中使用最為廣泛的一個指標(biāo),它的大小綜合反映出白質(zhì)纖維的密度,軸突直徑和髓鞘化程度(Paulesu et al.,1996)。

2.1 背側(cè)弓形束,腹側(cè)下額枕束和下縱束

弓形束連接外側(cè)顳葉區(qū)和額下回后部,它負(fù)責(zé)布洛卡區(qū)和威爾尼克區(qū)之間的信息傳遞,是背側(cè)語音通路的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),因此在語言加工中起著十分重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)弓形束的FA值和個體的語音加工能力有關(guān)(Saygin et al.,2013;Vandermosten,Boets,Poelmans etal.,2012;Yeatman et al.,2011),而語音意識缺陷是閱讀障礙的核心缺陷之一(Goswam i,2002;Ramus,2003)。不論是兒童還是成人閱讀障礙者,他們左側(cè)弓形束的FA值都顯著小于控制組被試(Boets et al.,2013;Christodoulou et al.,in press;Vandermosten,Boets,Poelmans et al.,2012;Wang et al.,in press),這表明弓形束的異?？赡苁情喿x障礙者語音缺陷的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究者根據(jù)弓形束的不同部位及其功能進一步把它分成了不同的子成分,發(fā)現(xiàn)連接頂下小葉和威爾尼克區(qū)的后部弓形束的FA值和噪音言語感知(speech in noise perception)能力相關(guān),而連接布洛卡區(qū)和威爾尼克區(qū)的直接弓形束的FA值和語音意識相關(guān),但沒有發(fā)現(xiàn)連接布洛卡區(qū)和頂下小葉的前部弓形束與閱讀技能的相關(guān)。有意思的是,他們發(fā)現(xiàn)閱讀障礙組只有在直接弓形束上的FA值顯著小于控制組被試(Vandermosten,Boets,Wouters et al.,2012)。除弓形束外,也有研究發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者在上縱束表現(xiàn)出白質(zhì)纖維特征的改變,如FA值的減少 (Richards et al.,2008;Rim rodt,Peterson,Denckla,Kaufmann,&Cutting,2010)和偏側(cè)化的異常(Zhao,Thiebaut de Schotten,A ltarelli,Dubois,&Ramus,2016)。上縱束連接頂下小葉和前額區(qū)域,由于上縱束和弓形束在結(jié)構(gòu)位置上的臨近以及DTI成像技術(shù)的限制,目前只有少量研究明確地區(qū)分出弓形束和上縱束(Saygin et al.,2013;Wang et al.,in press;Yeatman et al.,2011;Zhao etal.,2016)。來自追蹤研究的證據(jù)發(fā)現(xiàn)右側(cè)上縱束能預(yù)測兒童未來閱讀能力的發(fā)展。如右側(cè)上縱束(含弓形束)FA值較大的閱讀障礙兒童,其在未來幾年內(nèi)閱讀能力的提高也越大,這在一定程度上說明上縱束可能是閱讀障礙的補償機制(Hoeftetal.,2011)。

下額枕束和下縱束是兩條重要的腹側(cè)白質(zhì)纖維束,其中下額枕束從枕葉向前延伸至眶額皮層,而下縱束從視覺枕葉連接到顳葉各部。下額枕束的后部,即靠近枕葉和顳葉的部分,與下縱束基本重疊,但隨后下額枕束在顳葉前部與下縱束發(fā)生分離,它繼續(xù)向前延伸并穿過背側(cè)外囊最后通向額葉皮層(Catani&De Schotten,2008)。這兩條纖維束都承載著將視覺詞形區(qū)(VWFA)的信息傳遞給大腦上其它閱讀相關(guān)腦區(qū)的重要功能(Yeatman,Rauschecker,&Wandell,2013)。有研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)下額枕束的FA值和正字法加工有關(guān),但成人閱讀障礙者并沒有在該條纖維束上表現(xiàn)出異常(Vandermosten,Boets,Poelmans etal.,2012)。最新的一項研究關(guān)注了白質(zhì)纖維束的偏側(cè)化特征,發(fā)現(xiàn)相比于控制組被試,閱讀障礙者表現(xiàn)出下額枕束左側(cè)化的減少。該研究還發(fā)現(xiàn)下額枕束的偏側(cè)化系數(shù)和閱讀能力存在相關(guān)關(guān)系,即下額枕束左側(cè)化越明顯的被試其閱讀能力越好(Zhao etal.,2016)。目前關(guān)于下額枕束和下縱束在閱讀中所起的具體作用還不太清楚,有研究發(fā)現(xiàn)下額枕束和語音意識相關(guān)(Vandermosten etal.,2015),也有研究發(fā)現(xiàn)它負(fù)責(zé)正字法及語義信息的加工(Duffau et al.,2005;Vandermosten,Boets,Poelmans et al.,2012),并且可能是詞匯加工中形?義連接直接通路的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(Schlaggar&M ccandliss,2007)。一項基于7~15歲兒童的追蹤研究發(fā)現(xiàn),不同閱讀水平的兒童其左側(cè)下縱束和弓形束的FA值在個體發(fā)育過程中呈現(xiàn)出截然不同的發(fā)展變化模式(Yeatman et al.,2012),但目前還沒有基于纖維追蹤技術(shù)的DTI研究觀察到閱讀障礙者在下縱束上的異常?？紤]到VWFA在閱讀中的重要作用以及閱讀障礙者在該區(qū)域表現(xiàn)出激活不足的證據(jù),未來還需要更多的研究關(guān)注腹側(cè)白質(zhì)纖維束的異常和閱讀障礙的關(guān)系。

除上述提到的幾條白質(zhì)纖維束,也有少量研究發(fā)現(xiàn)放射冠、胼胝體束以及小腦?大腦皮層間的白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和閱讀能力的相關(guān),而且相比于正常閱讀者,閱讀障礙者在這些纖維束的結(jié)構(gòu)特征上也表現(xiàn)出異常(Fernandez etal.,in press;Odegard,Farris,Ring,M cColl,&Black,2009;Travis,Leitner,Feldman,&Ben-Shachar,2015)。但這些發(fā)現(xiàn)還有待進一步的驗證。

2.2 結(jié)構(gòu)連接異常是閱讀障礙的原因還是結(jié)果——來自學(xué)齡前兒童(p re-reader)的證據(jù)

盡管研究一致地發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者存在白質(zhì)結(jié)構(gòu)連接的異常,但這種異常究竟是先天就存在的還是后天閱讀經(jīng)驗缺少帶來的,即白質(zhì)連接的異常是閱讀障礙的原因還是結(jié)果(causeor consequence),這一問題依然懸而未決。為了回答這個問題,一些研究者對沒有閱讀經(jīng)驗的學(xué)齡前兒童以及剛出生的嬰兒進行研究?；陂喿x障礙具有較大遺傳風(fēng)險的特點,研究者根據(jù)被試是否來自閱讀障礙風(fēng)險家庭,即其直系親屬是否患有閱讀障礙,將學(xué)齡前兒童或嬰兒進一步分為閱讀障礙家族風(fēng)險組(w ith fam ily history of dyslexia,FHD+)和非家族風(fēng)險組(w ithout fam ily history of dyslexia,FHD?)。其基本邏輯是：如果在控制閱讀經(jīng)驗后,來自閱讀障礙家族風(fēng)險組的被試依然表現(xiàn)出白質(zhì)連接的異常,則說明白質(zhì)連接的異常不受閱讀經(jīng)驗的影響,而是閱讀障礙發(fā)生的根本原因。

Langer等人(in press)以出生5~17個月的嬰兒為被試,在嬰兒處在自然睡眠狀態(tài)時對其進行DTI掃描,并測量了他們的早期語言能力。通過纖維追蹤的方法構(gòu)建出被試的雙側(cè)弓形束并計算FA值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)閱讀障礙家族風(fēng)險組的嬰兒(FHD+)其左側(cè)弓形束的FA值顯著小于非家族風(fēng)險組(FHD?)。此外,左側(cè)弓形束的FA值和嬰兒的言語表達技能呈正相關(guān)。這項研究說明,盡管才出生17個月,閱讀障礙風(fēng)險家庭的嬰兒就已經(jīng)表現(xiàn)出白質(zhì)連接的異常,表明大腦左側(cè)半球白質(zhì)連接的異常可能是閱讀障礙產(chǎn)生的根本原因。然而另一項以5歲左右學(xué)齡前兒童為被試的研究并沒有發(fā)現(xiàn)FHD+和FHD?在弓形束上(不論是直接弓形束還是后部弓形束)存在顯著的差異,他們發(fā)現(xiàn)FHD+在左側(cè)下額枕束的FA值要顯著小于FHD?。這項研究也表明FHD+兒童的白質(zhì)連接異常在他們獲得閱讀經(jīng)驗之前就存在了。但異常的結(jié)構(gòu)連接出現(xiàn)在腹側(cè)下額枕束而非背側(cè)弓形束,作者認(rèn)為這一結(jié)果可能與他們選取的閱讀障礙被試中只有部分人有語音意識缺陷有關(guān)(Vandermosten et al.,2015)。

3 閱讀障礙與腦區(qū)間功能連接的異常

DTI技術(shù)只能考察有直接結(jié)構(gòu)(白質(zhì))連接的腦區(qū)之間的信息整合,但是有些閱讀相關(guān)腦區(qū)之間并不存在直接的結(jié)構(gòu)連接,如VWFA和布洛卡區(qū),但它們在閱讀任務(wù)中經(jīng)常表現(xiàn)出同時的激活,說明這些腦區(qū)之間在功能上可能存在關(guān)聯(lián)。功能連接提供了測量腦區(qū)連接關(guān)系的另外一種方法,即雖然這些腦區(qū)間沒有直接的結(jié)構(gòu)連接,但可以刻畫出它們在功能態(tài)下彼此間的聯(lián)系程度。依據(jù)掃描過程中個體是否需要完成特定任務(wù),功能連接又可分為任務(wù)態(tài)功能連接和靜息態(tài)功能連接。

3.1 任務(wù)態(tài)功能連接

任務(wù)態(tài)功能連接是指個體在進行特定認(rèn)知活動時相關(guān)腦區(qū)間活動的同步性,同步性越高代表兩個腦區(qū)的信息交流越密切。研究者常常通過事先選定種子點,提取出其在特定任務(wù)下隨時間變化的信號值,再與全腦其它腦區(qū)信號的時間序列做相關(guān),相關(guān)值就代表這兩個腦區(qū)間的功能連接強度。然后通過正常發(fā)展群體和閱讀障礙群體在功能連接強度上的組間對比,找到閱讀障礙者異常的腦區(qū)連接。

閱讀障礙者存在腦區(qū)功能連接異常的證據(jù)最早來自一項PET的研究。研究者發(fā)現(xiàn)在單字詞閱讀任務(wù)中閱讀障礙組的角回和左側(cè)額葉、顳葉、顳枕區(qū)的功能連接顯著小于控制組被試(Horw itz,Rumsey,&Donohue,1998)。這個結(jié)果后來在一項fMRI的研究中得到了驗證,研究發(fā)現(xiàn)只有在涉及語音整合的閱讀任務(wù)中,閱讀障礙者才表現(xiàn)出角回和顳葉、枕葉間功能連接的異常。該結(jié)果也進一步支持了閱讀障礙的語音缺陷假說(Pugh et al.,2000)。除了以角回為種子點外,考慮到腹側(cè)顳枕區(qū)尤其是視覺詞形區(qū)(VWFA)在閱讀中的重要作用,有研究者選取VWFA及其周圍一系列相鄰腦區(qū)作為種子點,在全腦范圍內(nèi)做相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在完成語音詞匯判別任務(wù)時,閱讀能力正常的被試有且只有在VWFA區(qū),與左側(cè)額葉、頂下小葉存在顯著的功能連接,而閱讀障礙被試則表現(xiàn)出VWFA與這些腦區(qū)功能連接的缺失(van der Mark etal.,2011)。另一項研究也發(fā)現(xiàn)了閱讀障礙者的左側(cè)顳葉后部(梭狀回、顳下、顳中和顳上區(qū)域)與左側(cè)前額葉存在功能連接的異常,且這種連接的異常在不同閱讀任務(wù)下(詞形相似性判斷任務(wù)、語音詞匯判斷任務(wù))及不做任何任務(wù)的靜息狀態(tài)下都一致地存在。這種跨條件的一致性表明,顳葉后部腦區(qū)和前額葉腦區(qū)間的信息整合異常對于閱讀障礙者來說是一種永久性的損傷(Schurz et al.,2015)。Richards和 Berninger(2008)比較了訓(xùn)練前后閱讀障礙兒童在完成語音判斷任務(wù)時腦區(qū)功能連接的變化,發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練前閱讀障礙兒童的左側(cè)額下回與大腦其它腦區(qū)的功能連接存在顯著的異常。但在接受了為期三周的語言訓(xùn)練后這種異常的功能連接就消失了,這說明訓(xùn)練使得障礙兒童的腦區(qū)功能連接趨于正常化。上述研究中的功能連接是通過對腦區(qū)活動的時間序列進行相關(guān)得到的,是無方向性的。有研究者采用動態(tài)因果模型(dynam ic causalmodeling)的方法探討了閱讀障礙者在腦區(qū)功能連接方向性上的異常,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在完成語音加工任務(wù)時閱讀障礙兒童從左側(cè)梭狀回到頂下小葉,以及頂下小葉到額下回的調(diào)節(jié)效應(yīng)要顯著弱于正常發(fā)展兒童(Cao,Bitan,&Booth,2008)。

以上研究說明,閱讀相關(guān)腦區(qū)之間的功能連接對于流暢的閱讀是重要的,而閱讀障礙者在完成閱讀相關(guān)任務(wù)時卻沒有表現(xiàn)出這些腦區(qū)間應(yīng)有的連接。目前比較一致的發(fā)現(xiàn)是閱讀障礙者大腦后部腦區(qū)(顳枕區(qū),顳上等)與左側(cè)前額葉間功能連接的減少,這一發(fā)現(xiàn)和白質(zhì)研究中弓形束、下額枕束在閱讀障礙者上的異常是一致的。

3.2 靜息態(tài)功能連接

除了在閱讀任務(wù)下考察各個腦區(qū)間的功能連接及其在閱讀障礙者上的異常,研究者也采用不受特定閱讀任務(wù)或閱讀材料限制的靜息態(tài)功能連接的方法揭示閱讀障礙者腦區(qū)自發(fā)活動的連接異常。個體處在休息狀態(tài)時,空間上遠(yuǎn)距離腦區(qū)的自發(fā)活動在時間上的相關(guān)被認(rèn)為是靜息態(tài)功能連接。這種低頻的(<0.1 Hz)血氧水平依賴(blood oxygen level—dependent,BOLD)信號的變化起伏能反映大腦內(nèi)部自發(fā)組織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fox&Raichle,2007)。

研究者根據(jù)元分析選取在閱讀任務(wù)中穩(wěn)定激活的腦區(qū)作為種子點,在全腦做相關(guān)找出和種子點的自發(fā)活動在時間上表現(xiàn)出相關(guān)的腦區(qū)并進行組間比較,發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者的左側(cè)額中回和左側(cè)頂內(nèi)溝的功能連接顯著弱于正常組,左側(cè)頂內(nèi)溝是背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)的腦區(qū),并且這種異常無法隨著對閱讀障礙者的行為訓(xùn)練而發(fā)生改變,作者認(rèn)為這兩個腦區(qū)間的連接異常是閱讀障礙發(fā)生的根本原因。而行為訓(xùn)練會帶來閱讀障礙者在左側(cè)梭狀回和右側(cè)額中回、右側(cè)額葉內(nèi)側(cè)腦區(qū)(默認(rèn)網(wǎng)絡(luò))間的功能連接的改變,作者進一步認(rèn)為這是閱讀障礙的補償機制(Koyama et al.,2013)。一項基于中文閱讀障礙者的研究也有類似的發(fā)現(xiàn),中文閱讀障礙兒童除了在左側(cè)額中回和左側(cè)頂內(nèi)溝表現(xiàn)出功能連接的缺失,還表現(xiàn)出左側(cè)額中回和左側(cè)視覺詞形區(qū)(VWFA)功能連接的減少,并且上述功能連接的強度與被試在閱讀流暢性測驗上的得分呈正相關(guān),因此作者認(rèn)為連接的減少可能反映了中文閱讀障者在視覺注意控制上的缺陷(Zhou,Xia,Bi,&Shu,2015)。Boets等人(2013)綜合使用多體素模式分析(multivoxel pattern analysis,MVPA)、靜息態(tài)功能連接和白質(zhì)結(jié)構(gòu)連接的方法,探討了閱讀障礙者的語音缺陷究竟是由不良的語音表征質(zhì)量還是由不暢的語音通達導(dǎo)致的。MVPA的分析發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者存儲在初級和次級聽覺皮層的語音表征是完整的。但靜息態(tài)功能連接的分析發(fā)現(xiàn),閱讀障礙者在兩個重要的語音加工腦區(qū),左側(cè)額下回和左側(cè)顳上回之間的功能連接要顯著小于控制組,且DTI分析進一步證實閱讀障礙者在這兩個腦區(qū)的結(jié)構(gòu)連接基礎(chǔ)——弓形束上也表現(xiàn)出FA值的減少。作者認(rèn)為這項研究在一定程度上支持了閱讀障礙的失連接假說。

從以上研究中我們不難發(fā)現(xiàn),在沒有閱讀任務(wù)僅是處在休息狀態(tài)時,閱讀障礙就已經(jīng)在大腦內(nèi)在自發(fā)形成的神經(jīng)活動上表現(xiàn)出腦區(qū)間連接的異常。這在一定程度上表明腦區(qū)功能連接的異常是閱讀障礙的一般狀態(tài)。靜息態(tài)的研究還揭示了任務(wù)態(tài)功能連接沒有發(fā)現(xiàn)的結(jié)果,尤其是閱讀腦區(qū)和默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、注意網(wǎng)絡(luò)間的功能連接的異常和閱讀障礙的關(guān)系。這表明閱讀障礙的神經(jīng)機制并不只局限于閱讀相關(guān)腦區(qū)間的信息交流受損,還表現(xiàn)為更為復(fù)雜的全腦多個腦區(qū)間甚至是多個認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)間的交互關(guān)系受損。這一發(fā)現(xiàn)也得到了采用圖論(graph theory)分析方法關(guān)注閱讀障礙在全腦范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接屬性的研究的支持(Dim itriadis et al.,2013;Finn et al.,2014),這提醒我們需要從更宏觀的尺度上(large-scale)考察閱讀障礙的神經(jīng)機制。

4 研究展望

綜上所述,閱讀障礙不僅表現(xiàn)出局部腦區(qū)的功能或結(jié)構(gòu)的異常,更在腦區(qū)與腦區(qū)之間的結(jié)構(gòu)或功能連接出現(xiàn)異常,目前較為一致的發(fā)現(xiàn)是閱讀障礙者在顳葉后部腦區(qū)和前額皮層之間的信息傳遞存在缺失,這些發(fā)現(xiàn)幫助我們更全面地認(rèn)識閱讀障礙的神經(jīng)機制。值得注意的是,雖然閱讀障礙的腦區(qū)連接異常被大量研究揭示,但它究竟是不是閱讀障礙發(fā)生的根本原因,目前還不得而知。結(jié)合對已有研究的分析和目前國際上閱讀障礙研究的前沿動態(tài),我們認(rèn)為未來有關(guān)閱讀障礙神經(jīng)機制的研究可能會在以下幾個重要方向展開。

首先,利用新的成像手段及數(shù)據(jù)處理方法探討閱讀障礙的局部腦區(qū)異常和腦區(qū)間連接異常之間的關(guān)系。正如上述提到的,雖然大量研究發(fā)現(xiàn)閱讀障礙者不僅存在局部腦區(qū)的異常還存在腦區(qū)間連接的異常,但這兩者究竟誰是閱讀障礙最為根本的原因以及它們之間的關(guān)系是什么目前尚不清楚。一種可能的假設(shè)是：連接的異?？赡芘c其相連的兩個腦區(qū)的異常有密切的聯(lián)系,例如兩個腦區(qū)間連接效率的降低可能伴隨這兩個腦區(qū)各自激活的增加以作為對連接降低的補償。另外可能的假設(shè)是,局部腦區(qū)異常和腦區(qū)連接異常在個體閱讀能力發(fā)展過程中存在著交互作用,或者它們都受到基因等更為底層的神經(jīng)生物基礎(chǔ)的調(diào)控。但這些假設(shè)尚有待驗證。

其次,關(guān)注小腦?大腦皮層環(huán)路(cerebro-cerebellar circuit)的結(jié)構(gòu)或功能連接異常與閱讀障礙的關(guān)系。雖然早期研究認(rèn)為小腦是一個負(fù)責(zé)運動技能的腦區(qū),但近些年來它在高級認(rèn)知加工,尤其是語言加工中的重要作用被越來越多的腦成像研究揭示(Murdoch,2010)。這些研究表明,小腦是閱讀網(wǎng)絡(luò)的一部分(Price,2012)。更重要的是,大量證據(jù)都發(fā)現(xiàn)相比于正常閱讀者,閱讀障礙者在小腦特定區(qū)域表現(xiàn)出功能激活的異常和結(jié)構(gòu)灰質(zhì)體積的改變(Linkersd?rfer et al.,2012)。雖然小腦在閱讀中所起的具體作用尚不明確,但目前一個主流的觀點是,小腦通過和大腦上特定腦區(qū)的信息傳遞參與到不同的高級認(rèn)知加工過程中(Mari?n et al.,2014)。但目前只有少量研究關(guān)注了小腦?大腦皮層環(huán)路的結(jié)構(gòu)或功能連接特征與閱讀障礙之間的關(guān)系(Fernandez et al.,in press;Norton et al.,2014),對這一問題的深入探討可以幫助我們更全面地認(rèn)識人腦的工作機制及其與特定認(rèn)知損傷之間的關(guān)系。

再次,將基因?腦?行為相結(jié)合多角度探尋閱讀障礙的根本原因。探尋閱讀障礙發(fā)生的根本原因一直是閱讀障礙研究領(lǐng)域的重要問題。該問題的解決可以為閱讀障礙兒童的早期篩查提供有效的方法和依據(jù),能在閱讀障礙發(fā)展初期就為其提供有針對性的干預(yù)措施,這對減少閱讀技能受損對閱讀障礙個體在學(xué)業(yè)成就、社會壓力等方面的消極影響有重要的現(xiàn)實意義。研究者利用分子遺傳學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)了閱讀障礙的一些候選基因,如DCDC2(Schumacher etal.,2006)、DYX1C1(Taipale et al.,2003)、KIAA0319(Cope et al.,2005)和ROBO1(Hannula-Jouppietal.,2005)。上述候選基因都與大腦發(fā)育過程中神經(jīng)元的遷移和軸突的生長有關(guān),且基因的異常往往帶來皮層畸形,最終導(dǎo)致腦區(qū)結(jié)構(gòu)特征或腦區(qū)間連接的改變(Darki,Peyrard-Janvid,Matsson,Kere,&Klingberg,2012;Fisher&Francks,2006)。未來的研究可以結(jié)合基因、腦和行為多個模態(tài)的數(shù)據(jù),探討基因如何影響閱讀障礙者的腦和行為,以及這三者之間的具體關(guān)系。

最后,關(guān)注環(huán)境因素與神經(jīng)生物基礎(chǔ)(基因、腦)的交互作用。作為多基因遺傳疾病,閱讀障礙不僅受遺傳因素的影響,還受到環(huán)境因素的影響(Hutton,Horow itz-Kraus,Mendelsohn,DeW itt,&Holland,2015;Manolitsis,Georgiou,&Tziraki,2013),因此閱讀障礙個體的神經(jīng)生物基礎(chǔ)(基因、腦)和環(huán)境之間的交互作用可能成為閱讀障礙研究的另一個重要方向。雖然閱讀障礙具有一定的遺傳風(fēng)險,但追蹤研究發(fā)現(xiàn)并不是所有來自閱讀障礙風(fēng)險家庭的兒童最終都會發(fā)展成為閱讀障礙,這表明后天的學(xué)習(xí)環(huán)境在個體閱讀能力的發(fā)展過程中起到了很大的作用。然而目前在探討閱讀障礙神經(jīng)機制的相關(guān)研究中,研究者往往將環(huán)境因素(如家庭社會經(jīng)濟地位、父母受教育水平等)作為一個控制變量而非感興趣變量。我們認(rèn)為未來的研究需要更多地關(guān)注環(huán)境與基因、腦的交互作用對個體閱讀能力發(fā)展的影響。

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