JCCP:親子神經同步:一種闡明學齡前兒童應激性雙向相關的新方法
- 2020 年 4 月 1 日
- 筆記
研究背景：迄今為止有關應激性的研究都主要從個體內差異的角度開展。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激性的一個重要影響因素。神經成像方法的創新,使神經同步的測量能夠量化親子間雙向的同步反應，並有助於闡明兒童應激性的神經基礎。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）作為範式，探索親子神經同步能夠作為學齡前兒童心理病理學上人際交往困難的潛在生物學機制。本研究由華盛頓大學聖路易斯的研究者發表在Journal of Child Psychology and Psychiatry雜誌。
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，同時評估他們在輕度挫折(mild frustration )和恢復(recovery)期間的神經同步。兒童的應激性是用一種潛在的應激性因子來測量的，該因子是由四個發育相關指標計算。
研究結果：輕度挫折和恢復情境都會導致神經同步。然而，在恢復過程中，神經同步性與應激性呈負相關。
研究結論：挫折期後的恢復對應激性高的兒童來說可能是特別困難的，並為本研究使用DB-DOS:BioSync任務，闡明發展性精神病理學的人際神經機制。
方法
參與者
研究最初招募151名學齡前兒童及其照顧者(144名母親;從這裡開始被稱為「母親」)。排除已經尋求了臨床服務、目前或過去有任何精神疾病診斷，以及患有有神經障礙、意識喪失史或感覺障礙，如癲癇、腦癱、自閉症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任務和fNIRS中均有效的數據。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是一種行為範式，旨在探究兒童對應激性情緒和行為調節的變化，以及在不同要求的環境中雙向調控的能力，該量表能夠收集臨床資訊。我們為適應fNIRS的任務要求和其他生物指標的測量，對DB-DOS進行了修改，如使運動最少化、使用重複試次的block設計以最大化生物訊號的功率、減少整體任務時間以提高學齡前兒童的參與度。
我們將這個新版本稱為DB-DOS-生物同步(DB-DOS: BioSync)，其目的是通過整合生物測量結果，有效地提取協同調控中的變化。實驗的具體流程如下：
挫折期：10分鐘。兒童和母親分別獨坐在有漂亮玩具的桌子旁，並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，拼成後是動物的形狀。挫折期要求親子二人在每個2分鐘的block內完成5個拼圖，共有4個block，block間有15秒的休息。告知兒童及其母親，完成任務會得到獎勵，然而對於兒童來說，這些拼圖很難完成，並且在實際情況在，完成任務的時間被縮短，真實時間為1分45秒。親子二人在任務中可以看到計時器，以提示他們剩餘時間。
恢復期：在挫折期結束後，實驗者對親子二人解釋下一階段的任務要求。在此期間，研究人員將拼圖拿走並替換成玩具，放在他們能夠觸碰得到的地方。他們有10分鐘的時間玩玩具。恢復期同樣由4個block組成，每個block是2分鐘，block之間有15秒的休息時間。只是在恢復期，實驗任務相對簡單，並且每個block結束是，研究者都會提供一個新玩具。
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恢復期），參與相互響應和共同調節所需的時間量，使用內部開發的方案進行編碼。同步被定義為通過親子二人共同的注意、反映、彼此協調的相互合作。同步交流的反映為相互溝通、眼神交流和有目視的協調行為。互動的每一秒都被編碼為同步或非同步。測量的分值會轉化為同步總分數，即同步的時間/相互合作的總時間。
在實驗者進行同步碼之前，親子必須進行3次言語或者行為上的互動變化，因為互動是建立同步的必要條件。同步編碼會持續到互動中斷，如實驗中親子二人超過3秒沒有進行互動，則表明互動終止。使用相同的方式對挫折期和恢復期的數據進行編碼。
在117個有效數據中，有98個是同時具有行為編碼和神經同步的數據。因此，在後續分析中，用來分析這兩個變數分樣本量是98。為了進一步分析，我們匯總了在每個條件下，每個行為同步的時間。
fNIRS 數據採集和預處理
使用連續波NIRScout fNIRS系統對fNIRS的數據進行採集。該系統包含8個LED光源感測器和4個探測器，波長分別為760 nm和850 nm，每個波長有10個通道。光訊號解析度為：15.625 Hz。感測器與探測器的距離為2.9 – 3.1 cm。對fNIRS的帽子根據國際10-20坐標系進行定位，背內側源在AF3/AF4上，腹內側源在Fp1/Fp2上。探測器延伸至PFC各半球的額中回(MFG)和額下回(IFG)，並記錄在Colin27腦圖譜中。
使用NIRS Brain AnalyzIR toolbox進行預處理和激活分析。
1）將fNIRS的原始光強度訊號轉換為光密度訊號。
2）利用時間導數分布修復(TDDR， temporal derivative distribution repair )方法，對運動相關偽跡進行光密度訊號校正。
3）將校正後的光密度訊號降取樣到4Hz，以減少計算量。
4）使用Butterworth濾波器進行0.01 Hz高通濾波，以去除訊號中的慢漂移。
5）使用modified Beer–Lambert law將訊號再次轉化為含氧血紅蛋白濃度(oxygenated hemoglobin)。
小編註：Beer–Lambert law，比爾-朗伯定律，是光吸收的基本定律，適用於所有的電磁輻射和所有的吸光物質，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。光被吸收的量正比於光程中產生光吸收的分子數目。描述物質對某一波長光吸收的強弱與吸光物質的濃度及其液層厚度間的關係。
神經同步的量化
我們將神經同步其定義為親子二人在「挫折」和「恢復」期間，同時發生的外側PFC激活之間的關聯。在計算神經同步之前，所有參與者的時間都是標準化的。由於序列相關性是fNIRS數據中常見的雜訊源，會誇大相關性估計，因此使用自回歸模型消除時間自相關。採用貝葉斯資訊準則，其AR模型的階數範圍是：最小值1~最大值32。使用robust回歸方法計算參與者之間的 robust 相關係數，其中幾何平均值為從X通道回歸到Y通道所得的robust回歸係數，反之亦然，
然後使用Fisher r-to-z變換對robust相關係數絕對值轉化，以對同步進行量化。以這種方式對所有可能的通道對（channel pairs）進行同步評估。最後，取z值的均值。
神經同步化的統計分析
統計分析通過隨機置換檢驗進行，以確認同步是由於孩子主動與母親交流而不是僅僅由兩人完成相同的任務而引起。
為了確定同步值的適當null 分布，在所有可能的被試對(subject pairs)之間計算同步。對於每個通道對，有117個concurrent[此為觀測值]親子雙向(parent–child dyads)和27144個nonconcurrent (null)[此為空值]親子雙向同步值。
通過置換檢驗，確定等於或大於觀測值的空對值( null pairings)的比例，計算與每個觀測同步值相關的p值，
選擇常數項是為了確保得到的p值在0到1之間。然後利用標準正態分布的反累積密度函數從估計的p值中得到調整後的z值。其中一組數據Z值大於4個SD，不參與後續分析，使樣本減少為116對。
使用混合效果模型進行擬合，其中任務條件建模為固定效果，dyad ID建模為隨機效果。使用單樣本T檢驗，檢驗每種條件下是否存在同步化。用挫折-恢復的配對T檢驗來評估不同情況之間的差異。使用Benjamini–Hochberg FDR進行多重比較校正。
兒童應激性氣質應激性
由孩子的母親填寫兒童行為問卷(Children』s Behavior Questionnaire)。CBQ廣泛用於評估3 – 7歲兒童的 15個氣質維度。由於我們感興趣的是父母與孩子的神經同步和孩子應激性之間的關係，我們把注意力集中在可以評估孩子應激性的憤怒/挫折維度上。該子量表的信度良好(a = 0.81)，孩子的得分範圍從1.50到6.67 (M = 4.296, SD = 1.110)。
應激性維度譜
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)的發脾氣量表(Temper Loss scale)。該問卷測量了從臨床水平到規範水平的所有維度的應激性，並有良好的信度和效度。發脾氣分量表由22個項目組成，用來評估暴躁情緒和發脾氣的品質、強度和環境的變化。最大可能的得分是110，我們的樣本中孩子的分數從0到89 (M = 22.121, SD = 15.177)。本樣本中量表的信度良好(a = 0.96)。
應激性相關障礙
一位受過培訓的研究人員使用兒童早期應激障礙訪談(ECRI，Early Childhood Irritability Impairment Interview )對父母進行了關於他們孩子的應激性的訪談。這個半結構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校)，與暴躁情緒和發脾氣相關的障礙的有意義的變化。訪談具有良好的內部評分、重測和縱向信度。本訪談共計包含12個分數:6個發脾氣障礙分數(6種社會環境)和6個急躁情緒障礙分數。使用MTMM（multimethod, multitrait modeling）生成一個完美適配的雙因素模型：發脾氣相關因素和情緒障礙相關因素(cfi > 0.999, RMSEAs = 0.015 – -0.22)。
潛在應激性因素
採用因子分析的方法，將應激性氣質、應激性維度譜、發脾氣相關障礙、應激性情緒相關障礙四個指標合併為一個單獨的得分。4個變數均有顯著相關(rs > .315, p < .001)。採用主軸( principal axis)因子提取法進行因子分析。單因素占方差的61.40%，特徵值為2.456。四項指標均具有良好的因子負荷:應激性氣質0.685應激性維度譜0.791、發脾氣相關障礙0.761、應激性情緒相關障0.548。
使用Barlett從因子解決方案中計算因子得分。我們之所以選擇這種方法，是因為它在生成真實因子得分的無偏估計值方面具有優勢。有兩個孩子的因子得分高於平均值4個標準差。為了提高該變數的正態性，他們的得分被winsorized到均值以上3個SD的值(值為3.24)
母親應激性
母親們完成了情感反應指數(ARI，Affective Reactivity Index)問卷來評估她們自己的應激性程度。這份簡短的問卷包括7個項目:其中6個用於評估應激性的嚴重程度，另一個用於評估損傷。六個嚴重程度項目的平均值用於分析，對應到應激性嚴重程度的三個等級(0-2)中。
結果
條件間的行為同步差異
描述性統計見表1。總的來說，dyads在挫折期間的同步時間為292.36 s (SD = 127.73 s)，在恢復期間的同步時間為306.50 s (SD = 105.94 s)。配對樣本t檢驗表明，不同條件下的行為同步性沒有差異( p =0 .251)。
表1 描述性統計和預測因子之間的相關性
條件間的神經同步差異
挫折條件下的親子個體間連通性顯著;與null分布相比，12個通道對具有顯著的神經同步性( q = .0002)(圖1)。恢復條件下，14個通道對具有顯著的神經同步性(q = .0001)。不同條件之間的神經同步沒有顯著差異(q = .445)。
圖1 A.使用置換檢驗計算挫折期和恢復期的null分布的神經同步。B.兩個條件下的神經同步差異。
行為和神經同步的相關性
在挫折條件中，行為和神經的同步性顯著相關(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。在恢復條件下，行為和神經同步沒有顯著相關(r(98) = .094, p = .358)。
圖2 挫折條件下，神經和行為同步的相關性。洋紅色的線表示預測線的95%置信區間
兒童和母親應激性與行為同步的相關性
母親和孩子的應激性顯著相關(r(116) = .344, p < .001)。皮爾森相關係數表明，在挫折條件下(r(98) = .349, p < .001)和恢復條件下(r(98) = .269, p = .007)，雙向同步化與兒童的應激程度呈負相關。母親的應激性與行為同步無關(rs(116) < .113, ps > .268)。
兒童和母親的應激性和神經同步的相關性
兒童應激性與恢復條件下的神經同步顯著相關（r (116) = .206, p = .027）(圖3)。母親應激性與神經同步無關(rs (116) < .059、ps > .531),控制母親的應激性並沒有改變神經同步與兒童應激性之間相關的本質(r(113) = .198, p = .034)。
圖3 兒童應激性因子得分與恢復期平均神經同步的相關性。淡藍色的線表示預測線的95%置信區。
最後，評估在恢復期間，為探究應激性和神經同步之間的相關是否是偽結果(即，這一結果是否由於從挫折到恢復的神經同步下降導致)，我們從神經測量中創建了一個不同的分數，並將其與兒童應激性做相關，其相關性不顯著(r(116) = .069, p = .463)，表明兒童應激性與從挫折到恢復的同步性顯著降低無關。
總結
兒童的應激性與挫折調節困難和缺乏積極教養有關。然而，我們對其生物學機制知之甚少。本研究使用fNIRS和DB-DOS:BioSync範式，分析兒童的應激性與親子二人在挫折期和恢復期的行為同步和神經同步之間的關係。發現，輕度挫折和恢復情境都會導致神經同步，在恢復過程中，神經同步性與應激性呈負相關，挫折期後的恢復對應激性高的兒童來說特別困難。
