注意缺陷多动障碍（ADHD）是学龄期常见的神经发育性疾病，以往研究表明，ADHD儿童在视觉搜索中表现出显著的注意选择和干扰抑制缺陷。以往研究发现，人们在线索引导的注意转移过程和目标诱发的注意选择中均表现出显著的顶枕区Alpha波调制，这表明顶枕区Alpha波活动不仅反映了主动的注意定向过程密切相关，也反映了与目标特征的加工过程有关的神经活动。有关ADHD的研究发现，ADHD儿童在空间线索引导的注意定向过程中表现出比对照组更弱的顶枕区Alpha波调制，但在目标诱发的注意选择中ADHD儿童的Alpha波的变化特征还并不清楚。此外，中央前额的Theta波振荡反映了与执行控制有关的神经活动。人们在主动将注意力集中于某些对象和特这时，中央前额Theta波与后部Alpha波会表现出显著的功能连接性，但ADHD儿童的这种连接性与对照组相比显著降低。
2022年3月12日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室宋艳课题组在杂志《Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging》在线发表题为“Abnormal reactivity of brain oscillations to visual search target in children with attention-deficit/hyperactivity disorder”的文章。研究通过一个典型的视觉搜索任务（如图1所示），研究了典型发育（n = 72）和ADHD儿童（n = 96）在选择性视觉注意过程中的脑电振荡特征，重点研究了两组儿童的偏侧呈现的目标诱发的顶枕区Alpha波调制性，中央前额Theta波时间相关同步性（ERS），以及这两种脑电特征的功能连接特征。
图1 实验刺激和行为结果
研究发现，典型发育和ADHD儿童在视觉搜索任务中均表现出显著的中央前额Theta ERS和顶枕区Alpha波调制。与典型发育儿童相比，ADHD儿童表现出更低中央前额Theta ERS和更高的顶枕区Alpha波偏侧化调制（如图2所示）。
图2 典型发育（TD）组和ADHD组的中央前额Theta ERS和顶枕区Alpha波调制示意图
本研究使用Trial水平的Spearman相关系数描述前额Theta ERS与顶枕区Alpha波调制性的连接性。结果表明，典型发育儿童在中央前额Theta ERS和顶枕区Alpha波调制之间表现为显著的正相关，而ADHD组儿童却没有表现出这一特征（如图3所示）。
图3 典型发育（TD）组和ADHD组的平均中央前额Theta ERS（250–600 ms）和顶枕区Alpha调制指数每个时间点的相关性示意图
本研究使用Trial水平的Spearman相关系数描述脑电指数（中央前额Theta ERS和顶枕区Alpha波调制指数）与被试的行为反应时和反应时变异性的间的相关性。结果表明，典型发育儿童的中央前额Theta ERS与反应时变异性表现为显著负相关，而ADHD组却没有表现出这一特征，并且典型发育组的相关系数显著低于ADHD组（如图4所示）。
图4 典型发育（TD）组和ADHD组儿童的脑电指数（中央前额Theta ERS和顶枕区Alpha波调制指数）与反应时（RT）和反应时变异性（RTV）的相关性示意图
ADHD组儿童在视觉搜索刺激诱发的中央前额Theta ERS减弱表明，在较多执行控制资源需求的条件下，执行控制能力不足可能成为视觉空间注意的一个限制因素。ADHD组儿童的中央前额Theta ERS减弱可能反映了视觉搜索过程中执行控制不足的特征，这通常被认为是ADHD的核心缺陷之一。相关性分析表明，Theta ERS的提升有效地促进了典型发育儿童的行为反应的稳定性，而ADHD组儿童则没有这一特征，这表明前额区网络在维持行为稳定性方面发挥着重要作用，中央前额Theta波活动减弱可能是影响ADHD儿童行为模式的重要因素。
本研究首次在儿童群体的视觉搜索过程中发现目标诱导的顶枕区Alpha波偏侧化调制。以往成年人研究表明，只有当目标与低相似性（颜色）干扰物同时呈现时，目标诱导的Alpha偏侧化才存在，所以此时的Alpha波调制被认为与目标特征提取和处理机制有关。但在此研究中，尽管目标和干扰的颜色相同，儿童在视觉搜索任务中仍然表现出明显的Alpha波偏侧化。作者推测，由于儿童参与视觉加工和注意力选择的神经生物学系统仍在发育中，大脑可能会自主调用额外的视觉注意资源参与到目标特征的处理过程，这一机制增强了顶枕区Alpha波调制。相对典型发育儿童，ADHD组儿童过度增强的Alpha波调制现象可能反映了注意网络对其视觉注意缺陷的功能补偿。
在本研究中，最重要的发现是典型发育儿童在目标选择期间重要前额Theta ERS和顶枕区Alpha调制之间的正相连接，而ADHD组儿童则没有表现出这一特征。这与之前ADHD患者在关线索指向阶段中央前额Theta波与后部Alpha波间的功能连接减弱的发现相一致。我们认为，典型发育儿童的跨频率连接可能反映了额区执行控制系统对顶枕区视觉感觉系统的自上而下干预，ADHD组儿童的前后连接性降低可能反映了高级皮层对目标特征的选择和加工过程的控制减弱。由此可见，前后脑网络之间的功能连接性减弱可能是ADHD患者的一个常见缺陷，这一问题不仅存在于内源性的注意定向过程，也存在于外源性的注意选择过程中。
由上述发现可知，儿童ADHD患者在视觉搜索过程中具有与线索导向的注意定向过程完全不同的脑电振荡特征。这表明在不同注意过程中ADHD患者可能具有视觉注意缺陷和功能补偿相关的两种不同的神经活动。这些发现为进一步探索ADHD的神经机制，以及研究刺激驱动的选择性视觉注意过程提供了重要参考。
本研究是宋艳课题组对儿童注意发展与ADHD视觉注意机制研究的拓展和延续（Wang et al., 2016, 2017; Sun et al., 2018; Guo et al., 2019, 2020; Luo et al., 2021）。该论文第一作者为北京师范大学博士后郭家梁，第二作者为北京大学第六医院博士生罗翔升，第三、四作者为北京师范大学博士生孔元君和李秉坤，通讯作者为北师大宋艳教授和北京大学第六医院的孙黎研究员。感谢北京师范大学斯白露教授对本研究的指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点实验室开放课题等项目的资助。
本文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451902222000684?via%3Dihub
参考文献：
Luo XS, Guo JL, Li DW, Liu L, Chen YB, Zhu Y, Johnstone SJ, Wang YF, Song Y, Sun L (2021) Atypical developmental trajectories of early perception among school-age children with attention deficit hyperactivity disorder during a visual search task. Child Development, 92: e1186–e1197.
Guo JL, Luo XS, Li BK, Chang QY, Sun L, Song Y (2020) Abnormal modulation of theta oscillations in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. NeuroImage-Clinical, 27: 102314.
Guo JL, Luo XS, Wang EC, Li BK, Chang QY, Sun L, Song Y (2019) Abnormal alpha modulation in response to human eye gaze predicts inattention severity in children with ADHD. Developmental Cognitive Neuroscience, 38: 100671.
Sun MR, Wang EC, Huang J, Zhao CG, Guo JL, Li DW, Sun L, Du BQ, Ding YL, Song Y (2018) Attentional selection and suppression in children and adults. Developmental Science: 21: e12684.
Wang EC, Sun MR, Tao Y, Gao XY, Guo JL, Zhao CG, Li H, Qian QJ, Wu ZL, Wang YF, Sun L, Song Y (2017) Attentional selection predicts rapid automatized naming ability in Chinese-speaking children with ADHD. Scientific Reports, 7: 939.
Wang EC, Sun L, Sun MR, Huang J, Tao Y, Zhao XX, Wu ZL, Ding YL, Newman DP, Bellgrove MA, Wang YF, Song Y (2016) Attentional selection and suppression in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging, 1: 372–380.
