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自闭症患者能看见更快的运动
更新日期:2016-12-16 21:57:32
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一个惊人的视觉优势可能帮助更好更快地进行诊断自闭症


导语:自闭症患者的大脑处理信息的方式可能和正常人有一些不同,然而这种可能不单单体现在语言和社交障碍,有研究发现自闭症患者的视觉处理能力强于正常人,观察运动的最短时间仅为正常人的一半,这符合自闭症患者的神经元网络归一化能力弱化的假说,这样一个惊人的视觉优势可能帮助医生和科学家更好的理解并诊断自闭症。


关键词:自闭症 ,归一化,视觉,运动,神经


图片来源:MICHELA BUTTIGNOL, Spectrum


大部分人不会将自闭症与视觉问题联系起来。尚不清楚非典型视觉如何与自闭症的核心症状如社交和语言障碍、重复性行为联系起来。
然而检测自闭症如何影响视觉为在神经水平理解这一问题带来了巨大的希望。在过去50年里,我们对于视觉的了解远多于脑中的其他领域,并且我们也对正常的大脑中神经活动怎样导致视觉感知有一个充分的认识。
自闭症患者中神经元的处理差异很可能是广泛的,并且可能在不同的脑区间是相似的。因此,精确定位视觉区域的这些差异可能揭示出脑中那些还未被充分理解的与社交和语言相关的重要细节。
研究自闭症患者的视觉可能也有助于将人的研究与动物模型联系起来。神经科学家利用动物可以在不同水平上研究神经处理,从特定的基因和单个神经元到小的神经网络和控制运动或者听觉功能的脑区。
但是动物并没有人那样复杂和多样的语言和社交功能。
相比之下,视觉处理在人和动物之间是相似的。我们可以利用我们在动物的神经元是怎样处理视觉信息这方面的丰富知识在动物和人类研究之间架起一座桥梁。我们也可以用它去检测关于自闭症如何改变脑中神经功能的假设。
基于这些原因,我们将视觉系统视为研究自闭症的重要途径。利用这个方法,我们已经开始评估与自闭症相关的脑改变的特定理论,这可能对科学家和临床医生都有重要的启示。


采取措施
我们的方法是使用我们已知的视觉神经元的小网络来测试关于自闭症患者的理论。
我们以及其他一些人都提出,一个被称为“归一化”的过程在这些个体中异常弱。
术语归一化是指相邻神经元的活动并非独立,即一个神经元的行为影响其相邻神经元的行为。当神经元活跃时,它们通过向相邻细胞发送抑制信号来降低其活性。
例如,更大的视觉刺激导致更多的神经元响应。然而,相邻神经元之间的归一化导致细胞抑制彼此的活动。这会导致一种有悖直觉的现象:对较大的刺激有较低的神经元反应。
归一化通过神经元的小网络进行。虽然我们正在通过研究视觉来验证自闭症患者归一化更弱的假说,但归一化在许多脑区域中也存在。所以这项工作可以推广到其他感觉领域以及运动和认知区域。
归一化被认为是通过抑制对视觉场景中次重要部分的响应来促进视觉。例如,对大而统一的背景区域比如天空,是不太有必要呈现出强烈而细致的神经响应的。感知一只飞过天空的小鸟可能更加重要。
归一化很有可能帮助维持兴奋性和抑制性神经活动处于一个合适的平衡,校正整体活动以致于它能够处于这些小网络中的一个特定范围。
自闭症中,弱的归一化可能导致网络内或者单个神经元过度强烈的神经响应,这可能会打断脑内的信息传输。然而,我们还没能充分理解这种效应对视觉和其他功能的影响。
为检验归一化是否在自闭症患者中异常弱,我们将研究重点关注在他们对视觉运动的感知上。在2013年,研究人员发现在一些情况下,自闭症患者异常擅长于感知运动,这一违反直觉的结果实际上与视觉系统弱化的归一化是一致的。


立刻消失
有着弱化的归一化能力的自闭症患者,被认为在选择性运动视觉区域有更大的神经反应,这将提高运动感知。从这个假设出发,我们能预测弱化的归一化如何影响神经活动或者视觉行为,然后在自闭症患者中寻找差异。
我们正在检验神经学数据和人们在多个水平上感知之间的关系:视觉行为,神经响应和神经递质。在我们的研究中,运动图像在计算机监视器上短暂闪烁,然后参与者判断它是向左还是向右移动。 如果他们回答正确,下一张照片出现的时间会更短。这个过程重复,直到我们找到参与者需要准确地感知运动方向的最小时间量。
我们发现,自闭症患者能够在大约正常人一半的时间内看到这种运动,这是一个惊人的巨大优势。 通过功能性磁共振成像评估,这种增强的观察运动的能力似乎与视觉皮层中更大的活性以及这些区域中的特定神经递质的浓度有关。
这些初步结果表明,大多数患有自闭症的年轻人的归一化比正常同龄人弱。 有趣的是,少数自闭症患者似乎没有表现出这种差异。这种观察提出了一个令人兴奋的可能性,基于该特定神经回路如何运作来识别不同的自闭症亚型。这项工作正在进行,我们的研究结果将在今年的神经科学学会年会上提出。


视觉检测
了解自闭症和归一化之间的关系可能有助于我们揭示特定基因和神经化学物质在自闭症和正常发育的大脑中发挥的作用。它也许还可以提高自闭症诊断的速度和准确性,并预测治疗结果。
例如,医生可以给人们进行旨在检测弱归一化的视觉测试。这一措施可能比直接评估某些儿童,如听力障碍儿童的语言和社交缺陷更容易。
弱归一化也可能伴随特定特征,例如感觉灵敏度。如果是这样,理解这种联系可能有助于临床医生和家庭制定新的策略来应对这些挑战。归一化强度甚至可以预测一个人对特定药物或行为疗法的反应。
然而,首先,我们需要更好地理解神经水平的归一化与自闭症相关行为特征之间的关系。针对人类和动物的大量科学研究可以帮助我们了解特定基因和神经化学物质在这个过程中的作用,以及这种过程在各种形式的自闭症中是否不同。


本文章转载自spectrumnews.org的许可。 文章首次发布于2016年10月25日。


本文作者:Michael-Paul Schallmo;Scott Murray。


(翻译:齐韫艺    审校:马晓彤)


原文链接【科学美国人博客】:
https://www.scientificamerican.com/article/people-with-autism-may-see-motion-faster/


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