儿童大脑的奥秘——认知发展研究中的那些早期EEG/ERP

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关键词：文献综述、EEG

鉴于以往的推文多聚焦于神经科学技术手段在成年个体认知活动探测中的应用，即使偶有以未成年人为对象的研究成果解读，也相对分散，缺乏系统与总体性。本期推文将尝试梳理以儿童为主体的脑电相关研究，重点归纳作为生物标志物的EEG/ERP在评估过往经历对认知功能的影响、预测认知能力发展水平中的应用。

动态发展中的脑神经

我们知道，心理学中有一个单独的分支去研究个体毕生心理发展的特点和规律，即发展心理学。而在发展心理学与认知神经科学的交叉点，诞生了名为“发展认知神经科学”的新领域。顾名思义，该领域从脑神经的层面对认知进行研究，旨在揭示认知发展的神经机制以及脑发育与行为能力、认知发展之间的关系。

此外，还有名为“neurodevelopment”的术语，指代大脑中与行为表现或认知功能（如智力功能、阅读能力、社交能力、记忆、注意能力等）相关的神经通路的发展。

时间维度下的认知功能评估

发展，是一段时间进程内所发生的动态变化。设想一条时间轴，现在的时刻为起点的话，往后追溯的经历为过去，而向前展望的是未来。

通过记录人们执行认知任务时的脑电信号，可以了解到大脑的实时激活情况，从而对当时/一段时间内相对稳定的认知功能进行评估。从时间维度上来看，脑电技术的这一应用场景是针对“当下”的。

如果我们通过采访或问卷调查的方式了解到人们的过往经历，再对当下的神经活动进行记录，与控制组被试进行比较，就可以了解到具有较长时间跨度的特定经历与体验是如何改变大脑功能的。由于幼年时期的机体及大脑都处于快速发育的状态，神经可塑性得以充分体现，研究这一群体中过往经历对神经活动的影响应是必要且结果显著的。

而如果我们记录当前的脑电信号，在一定时间后再对人们认知功能发生的变化进行纵向追踪，通过分析两者之间的对应关系，还可以得到具有一定预测效度的脑电指标。

事实上，以儿童为主体，以上三种类型的脑电研究都有许多相关案例，下面将选取其中的部分角度进行解读与归纳。

MMN成分预测语言能力

谈到MMN（Mismatch Negative）成分，就不得不介绍一下Oddball范式。在经典Oddball范式中，存在两种类型的刺激：标准刺激和偏差刺激。标准刺激的出现频率较高，而偏差刺激出现的次数较少。

MMN是一个差异波，是偏差刺激ERP减去标准刺激ERP 的波形在100-250ms的负向偏转。在神经发展研究中，刺激类型主要为听觉刺激：音高不同的纯音、语音中不同的音节/音素。

MMN是婴幼儿研究中最常关注的ERP成分之一，因为这一成分在被动状态（甚至睡眠中）下就可以捕捉。相关研究曾揭示了MMN与语言障碍、读写障碍、自闭症等的关系。

MMN与读写障碍

患有读写障碍的儿童和成年人由语音刺激诱发的MMN振幅更小 (Gu & Bi, 2020);
有读写障碍家族史的婴儿MMN表现出异常或缺失 (Leppanen et al., 2002).
后期被诊断为读写障碍的个体在两个月时表现出MMN缺失 (van Zuijen et al., 2013)
有读写障碍家族史的新生儿在第一周内的MMN表现出异常，不管其后续阅读能力如何发展 (Leppanen et al., 2010)

静息态右侧额叶alpha不对称预测社会情感能力

个体静息状态下的右侧额叶alpha不对称（FAA，Frontal Alpha Asymmetry）作为回避行为的生物标志物，常常与负性情感、情绪调节障碍联系在一起；而左侧FAA作为接近行为的生物标志物，常常与正性情感、探索行为、接近行为控制障碍联系在一起。

只有当婴儿表现出右侧FAA时，他们的负性反应越强，表现出的社会警惕性才会越高(Henderson et al., 2001)
只有当儿童在3岁时表现出左侧FAA时，他们在5岁时出现的外化性问题才可能预测长期性精力充沛人格的形成 (Degnan et al., 2011)
当儿童的母亲患有抑郁症时，会在3-6岁表现出左侧FAA的减少 (Goldstein et al., 2016)
父母和他们12个月的子女的FAA呈正相关，尤其母亲抑郁症状可以预测其子女额叶活动的不对称性 (Hill et al., 2019)

利用EEG/ERP对早期负面经历的影响进行评估

在早期生活中经历了来自社会经济阶层的压力、在托幼机构的生活、抑或是遭受虐待的儿童，更容易表现出不良社会情感反应及认知功能受损。而由于这一时期正是神经可塑性得到加强、巩固的关键时期，大脑的发育也会随之表现出异常。

社会经济地位（SES: socioeconomic status）与脑电活动之间的关系

高/低SES的儿童在选择性注意任务中的ERP不同 (D’Angiulli et al., 2008, 2012)
低SES的儿童直到学龄早期EEG功率都有异于正常儿童，具体表现在额叶theta频段和枕叶/左颞叶alpha频段的活动上 (Otero et al., 2003)

托幼机构经历与脑电活动之间的关系

有过托幼机构生活经历的儿童，在抑制控制任务中的P300振幅要低于控制组儿童，这表明他们的注意加工过程在一定程度上受损 (McDermott et al., 2012)
儿童接受更多的看护照顾时，患有内倾障碍（internalizing disorder）的概率会降低 (Zeanah et al., 2009)
接受看护照顾的年龄与alpha频段的功率和短距EEG功能连接性相关，这说明了早期看护干预对于幼儿大脑正常发育的重要性 (Marshall et al., 2008)

被虐待经历与情感处理相关脑电活动之间的关系

遭受过身体虐待的儿童相比于愉悦面孔，对出现在愤怒面孔之后的目标刺激反应更快；由愤怒面孔诱发的P3b振幅增加，该成分与注意分配有关；由愤怒面孔诱发的P1振幅增加，该成分与早期感知觉加工有关 (Pollak & Tolley-Schell, 2003)
在接受愤怒面孔刺激时，有受虐待经历的儿童被诱发的P260、Nc振幅更大 (Cicchetti & Curtis, 2005)

有模型认为，早期压力经历之所以能够影响神经发展，是因为重要的社会、认知输入缺失，而在威胁情景下的暴露增加。

不过，上述研究所考察的负性经历程度都比较极端。而实际上，负性经历需要到达怎样的一个阈值才能够引起精神生理活动的变化尚不明晰。另外，对于EEG/ERP是否能作为临床症状的生物标志物辅助诊断，相关的探讨也远远不够。例如，我们对于右侧不对称或是P300的振幅并没有设定一个明确的临界值。

结语：

发展认知神经科学领域的研究涉及哪些方向，相信本期的提要能够让你窥得一二。而其实，每个具体的临床症状、认知功能、情感反应都有大量的相关研究正在推进，像是读写障碍、孤独症等等，在后续的推文中还会陆续呈现。

最为重要的是，脑电以及其他神经影像学的技术手段提供了一种可能性，去洞察儿童群体遭遇的困难与障碍，从而提早发现、提早干预，给他们一个身心健康的未来。

参考文献

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