iScience:郑州大学团队利用fNIRS揭示全面发育迟缓儿童脑网络异常及行为相关性

研究亮点

• fNIRS联合自然刺激范式可用于评估GDD儿童脑功能；

• GDD儿童前额叶网络聚类系数及效率呈较低水平；

• GDD儿童额叶与颞叶局部活动呈现不对称变化；

• 部分脑网络指标和zALFF与发育评估分数存在正相关。

研究背景：GDD亟需客观神经影像学标志物

GDD是指5岁以下儿童在粗大运动、精细运动、语言、社交及适应行为中至少两个领域出现显著延迟。当前GDD的诊断主要依赖主观量表，缺乏客观生物学标志物，限制了早期精准识别与干预。传统的功能磁共振成像虽能提供高分辨率脑功能信息，但其高昂成本和对受试者配合度的要求，限制了其在幼儿群体中的推广应用。

fNIRS是一种便携、非侵入性的光学脑成像技术，能够通过检测血红蛋白浓度变化反映神经血管耦合驱动的血流动力学波动，适用于婴幼儿人群。本研究将fNIRS与自然刺激范式（儿童友好型动画片）相结合，创新性地整合了图论网络指标与低频振幅（zALFF）分析，探索GDD儿童脑功能特征。

研究方法

研究共纳入49例GDD患儿（GDD组）和45例年龄与性别匹配的健康对照（HC组）。所有儿童年龄为2~4岁，均为汉族。GDD组儿童通过Gesell发育量表（GDS）进行发育水平评估。两组儿童在人口学变量上无统计学差异，确保了组间比较的有效性。

fNIRS数据采集采用多通道连续波近红外光学成像系统，在大脑双侧额叶、顶叶和颞叶皮层共44个通道记录含氧血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）信号。刺激材料为6分钟的中国动画《萌鸡小队》片段，在自然观看状态下进行数据采集。

研究结果

1. GDD儿童大脑功能网络连接强度显著降低

在图论网络分析中，研究者基于网络统计（NBS）方法识别出GDD组在多个脑区存在显著降低的功能连接强度。HbR信号下，GDD组在眶部额中回、背外侧额上回和内侧额上回等区域功能连接显著弱于HC组。HbO信号下，额中回、背外侧额上回和内侧额上回的功能连接也观察到类似趋势。

2. GDD儿童脑网络拓扑属性受损

图论指标分析显示，HbO信号下GDD组的全局效率（Eglobal）、局部效率（Elocal）及聚类系数（CC）均显著低于HC组，差异均具有统计学意义（p<0.05）。HbR信号下，GDD组的CC显著降低（p=0.034），而全局效率和局部效率未达显著性差异。这表明GDD儿童在大脑功能网络的信息整合效率和局部信息处理能力方面明显弱于HC儿童。

3. 网络指标与发育评分显著相关

HbO信号下的Eglobal与GDS量表的适应性行为、粗大运动和社交能力等能区的发育年龄呈显著正相关（r=0.283~0.348，p<0.05）。

4. GDD儿童局部神经活动呈现“额低颞高”异常模式

zALFF分析显示：GDD组在右侧眶部额上回、右侧内侧额上回、左侧背外侧额上回等额叶区域呈现较低值；而在左侧颞上回、右侧眶部额下回、右侧颞上回等颞叶区域呈现较高值。这种“额低颞高”的模式提示前额叶功能可能偏弱，而颞叶区域可能存在一定程度的代偿性激活。

5. zALFF与行为学评分的相关性印证了额叶的关键作用

相关性分析揭示：HbR信号下，左侧背外侧额上回（SFGdor.L）的zALFF值与粗大运动发育年龄呈正相关（r=0.332），右侧眶部额下回（ORBinf.R）的zALFF值与精细运动发育年龄呈负相关（r=0.292）。HbO信号下，右侧背外侧额上回（SFGdor.R）的zALFF值与适应性行为发育年龄呈正相关（r=0.295）。这些关联进一步提示前额叶区域在运动与适应功能中的潜在作用。

结论与展望

本研究基于fNIRS自然刺激范式，观察到GDD儿童存在双侧前额叶功能网络效率偏低、局部活动呈现“额低颞高”等特征，且这些神经指标与行为发育评估之间存在一定相关性。这些发现为理解GDD的神经基础提供了初步证据，并提示脑网络指标可能作为未来客观评估的候选标志物。

展望未来，仍需通过多中心、大样本、纵向追踪等研究设计，进一步验证这些神经特征的稳定性及其对干预反应的预测价值。同时，融合多模态神经成像（如fNIRS联合fMRI/EEG）将有助于更全面地解析GDD的脑机制，并推动基于脑网络特征的个体化康复策略的发展。从长远来看，神经功能指标的客观化，或能为儿童发育障碍的早期识别与精准干预开辟新的路径。