《Translational Psychiatry》：Hyperactivity is linked to elevated cortisol levels: comprehensive behavioral analysis in the prenatal valproic acid-induced marmoset model of autism
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本研究针对自闭症谱系障碍（ASD）中常见的多动症状及其与压力的关联，利用产前丙戊酸（VPA）诱导的狨猴模型，结合Actiwatch Mini?活动记录仪和样本熵（Sample Entropy）等先进分析方法，深入探究了其活动模式与皮质醇水平的关系。研究发现，VPA暴露组狨猴虽日均活动量无显著差异，但在特定时段活动增强，且日活动模式复杂性（样本熵值升高）和休息期持续性（休息期分布参数γ值升高）发生改变，并与唾液皮质醇水平呈正相关。幼年VPA狨猴在三室社交测试中表现出活动增多和社交偏好降低。该非人灵长类模型成功模拟了ASD患者的多动与压力表型，为揭示ASD症状间相互作用及开发个体化疗法提供了重要平台。
在神经发育障碍的研究版图中，自闭症谱系障碍（ASD）因其复杂的临床表现和日益增长的患病率而备受关注。除了其核心的社交沟通障碍和刻板行为，多动（Hyperactivity）是ASD个体中频繁观察到的共病症状，深刻影响着患者的日常生活和学习。然而，多动在ASD中并非简单的“过度活动”，它常与冲动、行为调节困难乃至压力反应交织在一起，使得其内在机制难以厘清。动物模型，特别是与人类亲缘关系更近、具有丰富社交行为的非人灵长类模型，为在受控条件下解析ASD各种症状间复杂的相互作用提供了独特窗口。
以往研究多依赖于主观量表报告，而随着可穿戴设备技术的发展，如今能够更客观、精细地在自然生活环境中捕捉个体的活动模式。本研究团队将目光投向了产前暴露于抗癫痫药丙戊酸（Valproic Acid, VPA）所诱导的普通狨猴ASD模型。选择该模型是因为人类孕期早期接触VPA会增加子代患ASD的风险，并且该狨猴模型能更好地复现人类特发性ASD的脑转录组特征。研究核心在于探索这种ASD模型狨猴是否表现出异常的活动模式，这些异常是否与压力激素皮质醇的水平相关，以及这些特征是否随年龄和环境 context 而变化。
为了回答这些问题，研究人员开展了一项综合性的行为分析。他们首先对成年雄性VPA暴露狨猴和未暴露（UE）对照组在自家笼内的活动进行了长达平均22天的连续监测，使用超微型活动记录仪（Actiwatch Mini?）采集数据。随后，他们超越了传统的简单活动量比较，采用了三种先进的时间序列分析方法：余弦分析法（Cosinor analysis）来评估昼夜节律，行为组织分析（Behavioral organization analysis）来量化休息-活动周期的持续特性，以及样本熵（Sample Entropy）来度量日活动模式的复杂性和不可预测性。同时，研究还采集了唾液样本以测定皮质醇水平，探寻其与活动参数的关联。为了考察多动表现的年龄和环境依赖性，研究还对处于青少年期（15-19周龄，相当于人类ASD的标准诊断期）的VPA暴露狨猴进行了三室社交偏好测试（Three-chamber test），观察它们在陌生同种成年个体存在下的活动水平和社交选择。
本研究的关键技术方法主要包括：利用Actiwatch Mini?活动记录仪对成年狨猴进行长期、无扰的家笼活动监测；应用余弦分析、行为组织分析和样本熵计算对活动时间序列数据进行深度特征提取；通过唾液采样和免疫分析法测定皮质醇水平；以及对幼年狨猴采用三室测试装置评估其社交偏好和活动性。所有实验动物均来源于日本国立精神·神经医疗研究中心（NCNP）培育和饲养的狨猴群体。
家笼活动分析揭示成年狨猴活动模式的细微差异
对成年狨猴的家笼活动分析显示，虽然VPA组与UE组的日均活动量（p=0.1603）和夜间活动量（p=0.8152）均无统计学显著差异，但按小时细分的活动模式出现了显著分组效应。VPA组在上午（T8-T10，即8点至10点）和晚上（T19-T20，即19点至20点）的活动水平显著高于UE组，呈现出时间特异性的活动增强。余弦节律分析（单余弦和双余弦模型）的各项参数（如中值、振幅、峰值相位）在两组间均无显著差异，表明基本的24小时和12小时活动节律骨架未被破坏。
行为组织与复杂性分析指向VPA组行为模式的改变
行为组织分析揭示了休息-活动模式的差异。VPA组休息期的累积概率分布在较长持续时间上低于UE组，其休息期持续时间遵循幂律分布，但尺度指数γ（γ = 1.38 ± 0.22）显著高于UE组（γ = 1.10 ± 0.1），表明VPA组狨猴一旦进入休息状态，其维持休息的持久性更短，更容易被激活。而活动期的持续时间分布（符合拉伸指数函数）参数在两组间无差异。更重要的是，样本熵分析显示，VPA组白天的活动数据样本熵值（0.94 ± 0.24）显著高于UE组（0.61 ± 0.11），意味着VPA组狨猴的日活动模式更不规则、更不可预测。
活动参数与皮质醇水平的关联
相关性分析发现，平均每小时活动量与觉醒期唾液皮质醇水平之间存在显著正相关（r=0.72, p=0.0277）。样本熵值（r=0.48, p=0.1878）和休息期分布参数γ（r=0.48, p=0.1858）与皮质醇水平也呈现中度正相关趋势，尽管后两者未达到统计显著性水平（可能与样本量较小有关）。这些结果提示，多动、行为模式的无序性以及短暂的休息间隔，均与较高的应激生理指标（皮质醇水平）存在关联。
幼年狨猴三室测试显示社交偏好降低与活动增多
在青少年狨猴的测试中，UE组狨猴在“陌生者”区域停留的时间显著长于“空”区域，表现出正常的社交偏好。而VPA组狨猴在两个侧室停留时间无差异，其社交偏好指数显著低于UE组（p=0.0426）。同时，VPA组狨猴在测试期间在不同隔间之间的移动次数显著多于UE组（p=0.0092），表明在陌生社交环境下活动性增强。进一步分析发现，移动次数与在“陌生者”区域停留时间百分比呈显著负相关（r=-0.71, p=0.0212），即多动倾向越强，社交接触时间越短。
本研究通过精细的行为表型分析，在产前VPA暴露的狨猴ASD模型中发现了与人类ASD研究相一致的多动特征，尽管这种多动并非体现为整体活动量的简单升高，而是表现为特定时段的活动增强、行为模式复杂性和不可预测性的增加以及休息持续时间的缩短。这些细微的行为改变与压力生物标志物——皮质醇水平的升高相关联，支持了ASD中多动与应激反应密切相关的假说。在青少年期，这种多动表型在陌生的社交情境下表现得更为明显，并且与社交互动缺陷相关联。
讨论部分深入探讨了这些发现的潜在意义。研究指出，ASD中的多动可能涉及前额叶皮层（PFC）的功能失调，而PFC正是对压力敏感且与行为调控相关的脑区。结合该VPA狨猴模型既往研究报道的跨脑层级错误预测编码现象（提示PFC相关功能障碍），研究者提出了一个多向互作的模型：听觉过敏等感觉处理异常可能增加应激反应，导致皮质醇升高；同时，增高的压力又可能削弱感觉过滤，加剧感觉超负荷；为了应对这种感觉超负荷，个体可能表现出多动，这又会进一步增加觉醒和压力，从而形成一个自我维持的循环。本研究在狨猴模型中观察到的活动模式改变、皮质醇水平升高以及社交行为异常的共现，为这一模型提供了支持。
该研究的优势在于使用了进化上更接近人类的非人灵长类模型，并采用了超越传统指标的高级行为分析方法，捕捉到了ASD相关多动表型的复杂性。然而，研究也存在一些局限性，如样本量相对较小（受限于非人灵长类生殖研究的伦理和实际条件）、成年队列仅包含雄性个体、成年和幼年个体使用了不同的行为测试范式等。未来研究可通过扩大样本、平衡性别、开发无标记的行为分析技术（如基于DeepLabCut）以及在更统一的行为范式下比较不同年龄组，来进一步验证和拓展当前发现。
总之，这项研究揭示了产前VPA诱导的ASD狨猴模型在活动模式和应激生理方面的显著改变，这些改变与人类ASD的临床观察具有高度的相似性。该模型成功地模拟了ASD个体在现实生活中可能经历的多动与压力交织的复杂场景，强调了在ASD中，多动并非孤立症状，而是与感觉处理、应激反应系统及社交功能障碍紧密相连的表型之一。这一模型为未来探索ASD各种症状间的相互作用机制，以及测试针对特定症状回路（如前额叶皮层）的药理学、电生理学或行为干预策略的有效性，提供了一个极具价值的临床前平台，最终有望推动针对ASD个体神经生物学特征的个性化治疗策略的发展。
