1 研究背景

尽管自闭症谱系障碍（ASD, autism spectrum disorder）的大规模脑网络中发生了多种功能和结构变化，但同源区域之间的半球间静息态功能连接（rsFC，resting-state Functional Connectivity）减少可能作为生物标志物尤为重要。ASD是一种早发性发育障碍，神经改变通常与年龄有关。虽然有证据表明ASD儿童的语言处理区域存在同源半球间rsFC的改变，但使用大数据集进行更广泛分析的研究尚未开展。

2 研究方法

研究对146名ASD和175名10岁以下典型发育（TC）儿童进行了基于体素的同位半球间rsFC分析，并在自闭症脑成像数据交换数据集中检测了与症状严重程度的相关性。考虑到胼胝体（CC，corpus callosum）在半球间连接中的作用和CC体积变化，研究进一步研究了是否存在平行的体积变化。研究方法具体步骤如下：

2.1 样本选择

从ABIDE-I和-II数据集中获取了476名10岁以下儿童（平均年龄 = 8.57岁，标准差 = 0.947；范围：5.3-10岁）的静息态fMRI和T1加权解剖MRI图像。选择10岁作为年龄阈值是基于美国儿科学会和世界卫生组织对生命阶段年龄范围的定义，排除了预处理不成功且头动过大的受试者。

排除标准：（1）fMRI图像无法成功预处理，通过肉眼检查标准化成功来确定；（2）平均帧位移（FD）> 0.5毫米；（3）FD > 0.5毫米的时间点百分比超过25%；（4）根据这些标准排除受试者后，来自少于四名被试的数据站点在后续分析中被进一步删除。

为了进一步控制头部运动，在两组（ASD组：Mean FD = 0.20，std = 0.096；对照组：Mean FD = 0.18，std = 0.097；t[319] = 1.48，p = 0.139）中匹配了头部运动（以平均FD匹配）。

这些步骤处理后，最终ASD组有146名受试者（50名来自ABIDE-I）和对照组有175名受试者（62名来自ABIDE-I）被纳入最终的半球间功能连接分析，其中大多数受试者（96名ASD vs. 113名TC）来自ABIDE-II数据集。

表S1. 满足功能连接分析纳入标准的受试者人口统计学特征

表S2. 具有可用ADOS（模块3）症状严重程度评分的受试者的临床信息

2.2 数据分析

对经过排除的数据先后进行了半球间的rsFC分析和胼胝体体积分析。

2.2.1 半球间rsFC分析

半球间的rsFC分析参考了Li 等人的研究（https://doi.org/10.1016/j.cortex.2019.05.003）。对rs-fMRI图像采用DPARSF 2.3对其进行预处理，预处理步骤如下：（1）去除前10个时间点；（2）时间层校正；（3）头动校正；（4）分割（Segment，基于由Template-O-Matic工具箱创建的儿科组织概率图进行）；（5）标准化（使用蒙特利尔神经学研究所（MNI）模板）；（6）回归协变量（使用Friston-24头动参数，全局信号、白质和脑脊液被回归以控制潜在混杂因素，为了进一步排除头部运动的残余影响，将平均帧位移（FD）作为组分析中的干扰协变量，并匹配了上述两组之间的平均FD）；（7）使用3mm×3mm×3mm对图像进行重采样；（8）使用8mm的全宽半高高斯核进行平滑；（9）使用带通滤波器（0.01-0.08 Hz）进行滤波。

之后在DPARSF工具箱中使用预处理结束后的数据计算体素镜像同侧连接（VMHC）；随后结果通过Fisher's z变换转换为Z图，以便进行后续的组水平分析；最后为了严格控制rsFC数据中的中心变异性，应用了批次效应（ComBat）协调方法去除与站点/扫描仪相关的不需要的变异，同时保留站点间的生物学变异性。

图S1. ComBat协调方法前后半球间同侧功能连接偏差的比较

在组水平分析中，使用双样本t检验来测试ASD和TD儿童之间的群体功能连接差异。为了控制潜在的混杂因素，性别、年龄、总脑体积（灰质+白质）和头部运动（平均FD）被包括在组分析中的干扰协变量。

在全脑分析中，使用体素水平的p < 0.05的假阳性率（FDR）校正进行多重比较，并且仅报告大于10个体素的团块。

为了具体检查在主要包含青少年和成人的样本中观察到的半球间同侧静息态功能连接（rsFC）的变化是否已经在ASD儿童中发生，我们进一步基于Li等人的研究中这些样本中表现出半球间同侧rsFC改变的区域进行了基于感兴趣区域（ROI）的分析。在排除重叠的儿童受试者后使用Li等人中的样本重新进行了相同的分析，使用协调方法控制中心变异性。这个在完全独立的成人/青少年样本上的分析复现了前人中发现的大多数显示半球间同侧rsFC减少的区域（见图1和表S5）。接下来，在本研究的儿童样本中进行ROI分析（24个ROI），通过提取以青少年/成人样本中观察到的组间差异峰值体素为中心的6毫米球体的参数估计来进行（见表S5以获取独立青少年/成人样本的完整ROI列表）。ASD和TD对照组之间的组差异通过每个ROI的参数估计的双样本t检验进行检验，并使用p < 0.05的阈值和FDR校正来考虑多重比较。

图1. 使用先前研究数据中的受试者半球间同源功能连接改变的区域

表S5. 独立青少年/成人样本的完整ROI列表

在半球间同侧连接强度与症状严重程度（ADOS评分）之间的相关分析，使用Pearson相关系数中。半球间同侧连接强度是从以ASD相对于对照组显示半球间同侧连接改变的区域的峰值体素为中心的6毫米球体中提取的。ABIDE数据集中有70名ASD儿童的社会、沟通和刻板行为子量表和总ADOS评分可用。

2.2.2 胼胝体Volume分析：

使用VBM8工具箱（http://dbm.neuro.unijena.de/vbm8）对T1结构像数据进行胼胝体分析，并与先前研究保持一致（https://doi.org/10.1016/j.cortex.2019.05.003）其数据的处理步骤如下：

（1）T1图像被标准化到蒙特利尔神经学研究所（MNI）模板；

（2）分割成灰质GM）、白质（WM）和脑脊液（CSF）；

（3）通过“显示所有图像的单层切片”和“使用协方差检查样本同质性”模块进行数据质量检查，排除了10名受试者。139名ASD受试者和172名对照组进入了最终分析；

（4）这些被试的分割的白质图像使用8mm全宽半高的高斯核进行平滑；

（5）使用ComBat协调方法控制胼胝体体积的站点效应；

（6）胼胝体Volume的组差异通过平滑后的白质图像的双样本t检验进行测试；（性别、年龄和总脑体积（TBV）被包括为干扰协变量，以控制潜在的混杂效应）

（7）胼胝体结构像mask使用Talairach Daemon数据库图谱得出，并在胼胝体的ROI中设置p < 0.05的FDR校正阈值用于多重比较校正，且报告体素数量大于10的团块；

（8）额外提取了胼胝体前部、中部和后部亚区的平均volume，并在分析协方差时控制性别、年龄和TBV作为干扰协变量，以更敏感地探索胼胝体体积中的潜在组差异；

（9）胼胝体亚区的划分基于Frazier和Hardan（2009）的研究。进行了探索性偏相关分析，分析胼胝体Volume（包括总胼胝体Volume和每个胼胝体亚区的Volume）与半球间rsFC强度和ADOS测量的症状严重程度之间的关系，性别、年龄和TBV被控制为干扰协变量。

3 研究结果

3.1 半球间功能连接

使用双样本t检验来检验ASD和TD儿童之间半球间同侧功能连接的差异。全脑水平分析显示，与TD儿童相比，ASD儿童在位于后扣带回皮层（PCC，posterior cingulate cortex）的两个团块中表现出半球间同侧功能连接的减少。

图2a. ASD儿童在PCC的两个团块中表现出半球间同侧功能连接的减少。

基于成人/青少年样本中显示半球间同侧rsFC减少区域的独立坐标，后续ROI分析进一步揭示了DMN区域的半球间同侧功能连接减少。

图3. 通过ROI分析显示显著的同位半球功能连接性下降脑区

在图4中展示了每个站点ASD和TD对照组之间半球间同侧功能连接的组差异。没有区域显示出ASD相对于TD组使用相同阈值（P_FDR＜0.05）的显著更强的半球间功能连接。 

图4. 每个站点ASD和TD对照组之间半球间同侧功能连接的组差异

3.2 半球间功能连接与症状严重程度之间的相关性

共有71名ASD儿童具有可用的ADOS评分，其中1名儿童通过ADOS模块2进行测量，其余70名儿童通过模块3进行测量。因此，相关性分析仅在通过ADOS模块3测量的70名ASD儿童中进行。实验步骤如下：

（1）首先，对总ADOS评分进行了半球间同侧功能连接强度与症状严重程度之间的相关性分析。结果显示，总ASD症状负荷（总ADOS评分）与PCC（后扣带回皮层，MNI坐标 = 6, -45, 12）的半球间同侧功能连接强度呈显著正相关（Pearson相关系数r = 0.268, p = 0.025; 图2b）。 

图2b. ADOS评分与PCC功能连接值相关性

（2）进一步使用子量表评分进行的探索显示，PCC（MNI = 6, -45, 12）的半球间同侧功能连接强度与社交子量表评分（Pearson相关系数r = 0.254, p = 0.034; 图2c）之间存在显著正相关。PCC（MNI = 6, -42, 24）的半球间同侧功能连接强度也与刻板行为子量表评分呈正相关（Pearson相关系数r = 0.252, p = 0.035; 图2d）。然而，这些相关性在多重比较的FDR校正后均未显著。

图2d. 社交子量表评分与PCC功能连接相关性图

3.3 胼胝体体积

整基于ROI的胼胝体（CC）体积分析在ASD与TD组之间没有显示出任何显著的体积变化，阈值为 P_FDR＜0.05。进一步检查提取的CC亚区体积，也没有发现ASD和TD组之间三个亚区（见图5a）的任何显著差异（ps > 0.140）。然而，探索性相关分析显示，ASD儿童前部CC体积与尾状核（caudate）中的半球间同侧功能连接强度之间存在显著的负相关（Pearson相关系数r = -0.169, p = 0.049; 图5b）。请注意，这种相关性在多重比较的FDR校正后不能显著P_FDR=0.178。CC体积与症状严重程度之间没有显著相关性（ps > 0.431）。

图5. 胼胝体体积分析结果

4 结论与讨论

在半球间同侧功能连接（rsFC）的变化中，10岁以下ASD（儿童在多个脑区（如PCC、楔前叶、dmPFC等）的半球间同侧功能连接减少。这些变化与ASD症状的严重程度相关，特别是在PCC区域。这些结果与之前在成人和青少年ASD中的发现相似，表明半球间同侧功能连接的改变可能在ASD的早期阶段就已经出现。

胼胝体（CC）体积的分析中，尽管在ASD儿童中观察到半球间同侧功能连接的减少，但没有发现CC体积的显著变化。这表明CC体积可能不是ASD早期阶段的一个敏感指标，或者其变化可能在ASD的更晚期阶段才显现。

在与症状严重程度的相关性研究中，PCC的半球间同侧功能连接与ASD儿童的ADOS（自闭症诊断观察量表）评分显著正相关，表明这一指标可能作为ASD症状严重程度的潜在生物标志物。这种相关性可能有助于理解ASD的神经生物学基础，并为未来的诊断和治疗提供线索。

5 局限性与未来展望

当前研究的局限性如下：

（1）首先，研究中使用的样本量有限，且大多数样本来自ABIDE-II数据集，这可能影响结果的普遍性和可推广性。

（2）未将IQ（智商）作为协变量纳入分析，这可能影响对结果的解释。

（3）需要进一步研究来验证这些发现，并探索CC体积与半球间同侧功能连接之间的关系。

未来的研究应需要更多研究来探索ASD儿童中半球间同侧功能连接与CC体积之间的复杂关系。应考虑更大样本量和更广泛的年龄范围，以更好地理解ASD的神经生物学基础。

参考文献

Yao S, Zhou M, Zhang Y, Zhou F, Zhang Q, Zhao Z, Jiang X, Xu X, Becker B, Kendrick KM. Decreased homotopic interhemispheric functional connectivity in children with autism spectrum disorder. Autism Res. 2021 Aug;14(8):1609-1620. doi: 10.1002/aur.2523. Epub 2021 Apr 28. PMID: 33908177.

解读成员 | 张致瑞

审核成员 | 吴金颖

排版成员 | 张菲

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