研究背景：迄今為止有關(guān)應(yīng)激性的研究都主要從個(gè)體內(nèi)差異的角度開展。然而，人際交往中的雙向交流過程對其的影響卻鮮受重視。親子互動中的雙向同步困難可能是幼兒應(yīng)激性的一個(gè)重要影響因素。神經(jīng)成像方法的創(chuàng)新,使神經(jīng)同步的測量能夠量化親子間雙向的同步反應(yīng)，并有助于闡明兒童應(yīng)激性的神經(jīng)基礎(chǔ)。我們使用破壞性行為診斷觀察表(Disruptive Behavior Diagnostic Observation Schedule)：生物同步（DB-DOS:BioSync）作為范式，探索親子神經(jīng)同步能夠作為學(xué)齡前兒童心理病理學(xué)上人際交往困難的潛在生物學(xué)機(jī)制。本研究由華盛頓大學(xué)圣路易斯的研究者發(fā)表在Journal of Child Psychology and Psychiatry雜志。   

研究方法：使用功能性近紅外光譜法(fNIRS)，令116名 4- 5歲的兒童和他們的母親完成DB-DOS:BioSync任務(wù)，同時(shí)評估他們在輕度挫折(mild frustration )和恢復(fù)(recovery)期間的神經(jīng)同步。兒童的應(yīng)激性是用一種潛在的應(yīng)激性因子來測量的，該因子是由四個(gè)發(fā)育相關(guān)指標(biāo)計(jì)算。

研究結(jié)果：輕度挫折和恢復(fù)情境都會導(dǎo)致神經(jīng)同步。然而，在恢復(fù)過程中，神經(jīng)同步性與應(yīng)激性呈負(fù)相關(guān)。

研究結(jié)論：挫折期后的恢復(fù)對應(yīng)激性高的兒童來說可能是特別困難的，并為本研究使用DB-DOS:BioSync任務(wù)，闡明發(fā)展性精神病理學(xué)的人際神經(jīng)機(jī)制。

方法

參與者

研究最初招募151名學(xué)齡前兒童及其照顧者(144名母親;從這里開始被稱為“母親”)。排除已經(jīng)尋求了臨床服務(wù)、目前或過去有任何精神疾病診斷，以及患有有神經(jīng)障礙、意識喪失史或感覺障礙，如癲癇、腦癱、自閉癥或明顯的智力障礙的兒童。最終有117對兒童-母親（親子對）提供了在DB-DOS任務(wù)和fNIRS中均有效的數(shù)據(jù)。117名兒童的平均年齡為4.86歲。其中包括71%的白人，23%的非洲裔美國人，3%的亞洲人和3%的混血兒(96%的非西班牙人和4%的西班牙人)。家庭收入在0 - 20,000美元(14%)、21,000-60,000美元(29%)、61,000-100,000美元(25%)和101,000+美元(32%)之間。 

破壞性行為診斷觀察

量表：生物同步，Biological Synchrony (DB-DOS: BioSync)

DB-DOS是一種行為范式，旨在探究兒童對應(yīng)激性情緒和行為調(diào)節(jié)的變化，以及在不同要求的環(huán)境中雙向調(diào)控的能力，該量表能夠收集臨床信息。我們?yōu)檫m應(yīng)fNIRS的任務(wù)要求和其他生物指標(biāo)的測量，對DB-DOS進(jìn)行了修改，如使運(yùn)動最少化、使用重復(fù)試次的block設(shè)計(jì)以最大化生物信號的功率、減少整體任務(wù)時(shí)間以提高學(xué)齡前兒童的參與度。

我們將這個(gè)新版本稱為DB-DOS-生物同步(DB-DOS: BioSync)，其目的是通過整合生物測量結(jié)果，有效地提取協(xié)同調(diào)控中的變化。實(shí)驗(yàn)的具體流程如下：

挫折期：10分鐘。兒童和母親分別獨(dú)坐在有漂亮玩具的桌子旁，并告知他們在完成拼圖的過程中不要觸碰玩具。拼圖由7塊組成，拼成后是動物的形狀。挫折期要求親子二人在每個(gè)2分鐘的block內(nèi)完成5個(gè)拼圖，共有4個(gè)block，block間有15秒的休息。告知兒童及其母親，完成任務(wù)會得到獎(jiǎng)勵(lì)，然而對于兒童來說，這些拼圖很難完成，并且在實(shí)際情況在，完成任務(wù)的時(shí)間被縮短，真實(shí)時(shí)間為1分45秒。親子二人在任務(wù)中可以看到計(jì)時(shí)器，以提示他們剩余時(shí)間。

恢復(fù)期：在挫折期結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)者對親子二人解釋下一階段的任務(wù)要求。在此期間，研究人員將拼圖拿走并替換成玩具，放在他們能夠觸碰得到的地方。他們有10分鐘的時(shí)間玩玩具。恢復(fù)期同樣由4個(gè)block組成，每個(gè)block是2分鐘，block之間有15秒的休息時(shí)間。只是在恢復(fù)期，實(shí)驗(yàn)任務(wù)相對簡單，并且每個(gè)block結(jié)束是，研究者都會提供一個(gè)新玩具。 

行為同步編碼

將親子行為同步定義為親子二人在每種條件下（挫折期vs恢復(fù)期），參與相互響應(yīng)和共同調(diào)節(jié)所需的時(shí)間量，使用內(nèi)部開發(fā)的方案進(jìn)行編碼。同步被定義為通過親子二人共同的注意、反映、彼此協(xié)調(diào)的相互合作。同步交流的反映為相互溝通、眼神交流和有目視的協(xié)調(diào)行為?；拥拿恳幻攵急痪幋a為同步或非同步。測量的分值會轉(zhuǎn)化為同步總分?jǐn)?shù)，即同步的時(shí)間/相互合作的總時(shí)間。

在實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行同步碼之前，親子必須進(jìn)行3次言語或者行為上的互動變化，因?yàn)榛邮墙⑼降谋匾獥l件。同步編碼會持續(xù)到互動中斷，如實(shí)驗(yàn)中親子二人超過3秒沒有進(jìn)行互動，則表明互動終止。使用相同的方式對挫折期和恢復(fù)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。

在117個(gè)有效數(shù)據(jù)中，有98個(gè)是同時(shí)具有行為編碼和神經(jīng)同步的數(shù)據(jù)。因此，在后續(xù)分析中，用來分析這兩個(gè)變量分樣本量是98。為了進(jìn)一步分析，我們匯總了在每個(gè)條件下，每個(gè)行為同步的時(shí)間。 

fNIRS 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理

使用連續(xù)波NIRScout fNIRS系統(tǒng)對fNIRS的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。該系統(tǒng)包含8個(gè)LED光源傳感器和4個(gè)探測器，波長分別為760 nm和850 nm，每個(gè)波長有10個(gè)通道。光信號分辨率為：15.625 Hz。傳感器與探測器的距離為2.9 - 3.1 cm。對fNIRS的帽子根據(jù)國際10-20坐標(biāo)系進(jìn)行定位，背內(nèi)側(cè)源在AF3/AF4上，腹內(nèi)側(cè)源在Fp1/Fp2上。探測器延伸至PFC各半球的額中回(MFG)和額下回(IFG)，并記錄在Colin27腦圖譜中。使用NIRS Brain AnalyzIR toolbox進(jìn)行預(yù)處理和激活分析。

1）將fNIRS的原始光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換為光密度信號。

2）利用時(shí)間導(dǎo)數(shù)分布修復(fù)(TDDR， temporal derivative distribution repair )方法，對運(yùn)動相關(guān)偽跡進(jìn)行光密度信號校正。

3）將校正后的光密度信號降采樣到4Hz，以減少計(jì)算量。

4）使用Butterworth濾波器進(jìn)行0.01 Hz高通濾波，以去除信號中的慢漂移。     

5）使用modified Beer–Lambert law將信號再次轉(zhuǎn)化為含氧血紅蛋白濃度(oxygenated hemoglobin)。     

小編注：Beer–Lambert law，比爾-朗伯定律，是光吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質(zhì)，包括氣體、固體、液體、分子、原子和離子。比爾-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光電比色法的定量基礎(chǔ)。光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。描述物質(zhì)對某一波長光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度及其液層厚度間的關(guān)系

神經(jīng)同步的量化

我們將神經(jīng)同步其定義為親子二人在“挫折”和“恢復(fù)”期間，同時(shí)發(fā)生的外側(cè)PFC激活之間的關(guān)聯(lián)。在計(jì)算神經(jīng)同步之前，所有參與者的時(shí)間都是標(biāo)準(zhǔn)化的。由于序列相關(guān)性是fNIRS數(shù)據(jù)中常見的噪聲源，會夸大相關(guān)性估計(jì)，因此使用自回歸模型消除時(shí)間自相關(guān)。采用貝葉斯信息準(zhǔn)則，其AR模型的階數(shù)范圍是：最小值1~最大值32。使用robust回歸方法計(jì)算參與者之間的 robust 相關(guān)系數(shù)，其中幾何平均值為從X通道回歸到Y通道所得的robust回歸系數(shù)，反之亦然，

然后使用Fisher r-to-z變換對robust相關(guān)系數(shù)絕對值轉(zhuǎn)化，以對同步進(jìn)行量化。以這種方式對所有可能的通道對（channel pairs）進(jìn)行同步評估。最后，取z值的均值。

神經(jīng)同步化的統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析通過隨機(jī)置換檢驗(yàn)進(jìn)行，以確認(rèn)同步是由于孩子主動與母親交流而不是僅僅由兩人完成相同的任務(wù)而引起。

為了確定同步值的適當(dāng)null 分布，在所有可能的被試對(subject pairs)之間計(jì)算同步。對于每個(gè)通道對，有117個(gè)concurrent[此為觀測值]親子雙向(parent–child dyads)和27144個(gè)nonconcurrent (null)[此為空值]親子雙向同步值。

   通過置換檢驗(yàn)，確定等于或大于觀測值的空對值( null pairings)的比例，計(jì)算與每個(gè)觀測同步值相關(guān)的p值，

選擇常數(shù)項(xiàng)是為了確保得到的p值在0到1之間。然后利用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的反累積密度函數(shù)從估計(jì)的p值中得到調(diào)整后的z值。其中一組數(shù)據(jù)Z值大于4個(gè)SD，不參與后續(xù)分析，使樣本減少為116對。

使用混合效果模型進(jìn)行擬合，其中任務(wù)條件建模為固定效果，dyad ID建模為隨機(jī)效果。使用單樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)每種條件下是否存在同步化。用挫折-恢復(fù)的配對T檢驗(yàn)來評估不同情況之間的差異。使用Benjamini–Hochberg FDR進(jìn)行多重比較校正。

兒童應(yīng)激性氣質(zhì)應(yīng)激性

由孩子的母親填寫兒童行為問卷(Children’s Behavior Questionnaire)。CBQ廣泛用于評估3 - 7歲兒童的 15個(gè)氣質(zhì)維度。由于我們感興趣的是父母與孩子的神經(jīng)同步和孩子應(yīng)激性之間的關(guān)系，我們把注意力集中在可以評估孩子應(yīng)激性的憤怒/挫折維度上。該子量表的信度良好(a = 0.81)，孩子的得分范圍從1.50到6.67 (M = 4.296, SD = 1.110)。   

 應(yīng)激性維度譜

孩子的母親還填寫了破壞性行為多維評估問卷(MAPDB, Multidimensional Assessment Profile of Disruptive Behavior questionnaire)的發(fā)脾氣量表(Temper Loss scale)。該問卷測量了從臨床水平到規(guī)范水平的所有維度的應(yīng)激性，并有良好的信度和效度。發(fā)脾氣分量表由22個(gè)項(xiàng)目組成，用來評估暴躁情緒和發(fā)脾氣的質(zhì)量、強(qiáng)度和環(huán)境的變化。最大可能的得分是110，我們的樣本中孩子的分?jǐn)?shù)從0到89 (M = 22.121, SD = 15.177)。本樣本中量表的信度良好(a = 0.96)。 

應(yīng)激性相關(guān)障礙

一位受過培訓(xùn)的研究人員使用兒童早期應(yīng)激障礙訪談(ECRI，Early -Childhood Irritability Impairment Interview )對父母進(jìn)行了關(guān)于他們孩子的應(yīng)激性的訪談。這個(gè)半結(jié)構(gòu)式訪談的目的是評估在不同情況下(例如:和同齡人、兄弟姐妹、沒有父母的成年人以及學(xué)校)，與暴躁情緒和發(fā)脾氣相關(guān)的障礙的有意義的變化。訪談具有良好的內(nèi)部評分、重測和縱向信度。本訪談共計(jì)包含12個(gè)分?jǐn)?shù):6個(gè)發(fā)脾氣障礙分?jǐn)?shù)(6種社會環(huán)境)和6個(gè)急躁情緒障礙分?jǐn)?shù)。使用MTMM（multimethod, multitrait modeling）生成一個(gè)完美適配的雙因素模型：發(fā)脾氣相關(guān)因素和情緒障礙相關(guān)因素(cfi > 0.999, RMSEAs = 0.015 - -0.22)。

潛在應(yīng)激性因素     

采用因子分析的方法，將應(yīng)激性氣質(zhì)、應(yīng)激性維度譜、發(fā)脾氣相關(guān)障礙、應(yīng)激性情緒相關(guān)障礙四個(gè)指標(biāo)合并為一個(gè)單獨(dú)的得分。4個(gè)變量均有顯著相關(guān)(rs > .315, p < .001)。采用主軸( principal axis)因子提取法進(jìn)行因子分析。單因素占方差的61.40%，特征值為2.456。四項(xiàng)指標(biāo)均具有良好的因子負(fù)荷:應(yīng)激性氣質(zhì)0.685應(yīng)激性維度譜0.791、發(fā)脾氣相關(guān)障礙0.761、應(yīng)激性情緒相關(guān)障0.548。

使用Barlett從因子解決方案中計(jì)算因子得分。我們之所以選擇這種方法，是因?yàn)樗谏烧鎸?shí)因子得分的無偏估計(jì)值方面具有優(yōu)勢。有兩個(gè)孩子的因子得分高于平均值4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。為了提高該變量的正態(tài)性，他們的得分被winsorized到均值以上3個(gè)SD的值(值為3.24) 

母親應(yīng)激性

母親們完成了情感反應(yīng)指數(shù)(ARI，Affective Reactivity Index)問卷來評估她們自己的應(yīng)激性程度。這份簡短的問卷包括7個(gè)項(xiàng)目:其中6個(gè)用于評估應(yīng)激性的嚴(yán)重程度，另一個(gè)用于評估損傷。六個(gè)嚴(yán)重程度項(xiàng)目的平均值用于分析，對應(yīng)到應(yīng)激性嚴(yán)重程度的三個(gè)等級(0-2)中。 

結(jié)果

條件間的行為同步差異

描述性統(tǒng)計(jì)見表1?？偟膩碚f，dyads在挫折期間的同步時(shí)間為292.36 s (SD = 127.73 s)，在恢復(fù)期間的同步時(shí)間為306.50 s (SD = 105.94 s)。配對樣本t檢驗(yàn)表明，不同條件下的行為同步性沒有差異( p =0 .251)。

表1 描述性統(tǒng)計(jì)和預(yù)測因子之間的相關(guān)性

條件間的神經(jīng)同步差異     

挫折條件下的親子個(gè)體間連通性顯著;與null分布相比，12個(gè)通道對具有顯著的神經(jīng)同步性( q = .0002)(圖1)。恢復(fù)條件下，14個(gè)通道對具有顯著的神經(jīng)同步性(q = .0001)。不同條件之間的神經(jīng)同步?jīng)]有顯著差異(q = .445)。

圖1  A.使用置換檢驗(yàn)計(jì)算挫折期和恢復(fù)期的null分布的神經(jīng)同步。B.兩個(gè)條件下的神經(jīng)同步差異。

行為和神經(jīng)同步的相關(guān)性

在挫折條件中，行為和神經(jīng)的同步性顯著相關(guān)(r(98) = .209, p = .038)(圖2)。在挫折條件下，整體同步性與行為同步性呈正相關(guān)。在恢復(fù)條件下，行為和神經(jīng)同步?jīng)]有顯著相關(guān)(r(98) = .094, p = .358)。

圖2 挫折條件下，神經(jīng)和行為同步的相關(guān)性。洋紅色的線表示預(yù)測線的95%置信區(qū)間

    兒童和母親應(yīng)激性與行為同步的相關(guān)性

母親和孩子的應(yīng)激性顯著相關(guān)(r(116) = .344, p < .001)。皮爾森相關(guān)系數(shù)表明，在挫折條件下(r(98) = .349, p < .001)和恢復(fù)條件下(r(98) = .269, p = .007)，雙向同步化與兒童的應(yīng)激程度呈負(fù)相關(guān)。母親的應(yīng)激性與行為同步無關(guān)(rs(116) < .113, ps > .268)。 

兒童和母親的應(yīng)激性和神經(jīng)同步的相關(guān)性

兒童應(yīng)激性與恢復(fù)條件下的神經(jīng)同步顯著相關(guān)（r (116) = .206, p = .027）(圖3)。母親應(yīng)激性與神經(jīng)同步無關(guān)(rs (116) < .059、ps > .531),控制母親的應(yīng)激性并沒有改變神經(jīng)同步與兒童應(yīng)激性之間相關(guān)的本質(zhì)(r(113) = .198, p = .034)。

圖3 兒童應(yīng)激性因子得分與恢復(fù)期平均神經(jīng)同步的相關(guān)性。淡藍(lán)色的線表示預(yù)測線的95%置信區(qū)。 

最后，評估在恢復(fù)期間，為探究應(yīng)激性和神經(jīng)同步之間的相關(guān)是否是偽結(jié)果(即，這一結(jié)果是否由于從挫折到恢復(fù)的神經(jīng)同步下降導(dǎo)致)，我們從神經(jīng)測量中創(chuàng)建了一個(gè)不同的分?jǐn)?shù)，并將其與兒童應(yīng)激性做相關(guān)，其相關(guān)性不顯著(r(116) = .069, p = .463)，表明兒童應(yīng)激性與從挫折到恢復(fù)的同步性顯著降低無關(guān)。

 總結(jié)

兒童的應(yīng)激性與挫折調(diào)節(jié)困難和缺乏積極教養(yǎng)有關(guān)。然而，我們對其生物學(xué)機(jī)制知之甚少。本研究使用fNIRS和DB-DOS:BioSync范式，分析兒童的應(yīng)激性與親子二人在挫折期和恢復(fù)期的行為同步和神經(jīng)同步之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)，輕度挫折和恢復(fù)情境都會導(dǎo)致神經(jīng)同步，在恢復(fù)過程中，神經(jīng)同步性與應(yīng)激性呈負(fù)相關(guān)，挫折期后的恢復(fù)對應(yīng)激性高的兒童來說特別困難。

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