《Autism Research》：Reduced Hand Specialization and Idiosyncratic Visuomotor Strategies in Autism During Naturalistic Object Manipulation
引言
自闭症谱系障碍（ASD）表现为一系列认知、知觉和运动功能的改变，这些改变日益被认为是自闭症表型的核心方面。有观点认为，自闭症个体中观察到的差异可能源于皮层系统功能特化的减弱。根据这一观点，在非自闭症个体中观察到的典型皮层功能分离在自闭症个体中可能不那么明显，导致在知觉和动作领域中出现更广泛且特化程度较低的神经表征。这种特化程度的减弱可能产生功能性后果，例如运动效率降低和任务表现变异性增加，从而影响日常环境中的适应行为。
大脑偏侧化是人体大脑功能特化的一个显著例子。利手，作为偏侧化运动控制的直接行为标记，对于理解皮层特化尤为重要。大约90%的神经典型人群表现出强烈的右利手优势，反映了左半球在精细运动技能及相关功能（如语言处理）上的显著特化。相比之下，自闭症个体 consistently 表现出非右利手率更高和偏侧化程度降低。例如，一项荟萃分析显示，自闭症个体表现出非右利手的可能性大约是非自闭症同龄人的3.5倍，其中混合利手率特别高。此外，研究表明，即使被分类为右利手的自闭症个体也可能频繁使用其非优势手，反映出整体偏侧化程度较弱。
以往关于自闭症利手的研究采用了多种方法，包括问卷、照料者报告、观察性任务和基于表现的评估。虽然不同方法都一致报告了非典型利手率升高，但结果并不完全一致，这可能源于利手测量和分类方法上的差异。重要的是，一些研究强调了照料者报告与经验评估的利手之间存在差异，表明主观测量可能无法可靠地反映实际的运动偏侧化。这凸显了像乐高任务这样的观察性范式的价值，它能提供自我或照料者报告可能无法捕捉到的、关于手部使用的客观且细致的见解。
然而，只有少数观察性研究是连续而非分类地测量利手，这可能限制了行为表征的精细度。此外，许多现有任务，特别是那些涉及单个居中物体或需要孤立手势的任务，阻碍了对空间特征（如同侧或对侧运动）的探索。识别自闭症视动行为的差异可能具有重要的临床价值。早期出现的运动特征可能支持更及时的诊断。此外，在自然情境下评估的自闭症个体运动模式的改变，可能有助于更精确地理解该病症，并为更具个性化的指导实践提供信息。
本研究旨在通过采用标准化的乐高搭建任务，在相对较大的自闭症成人群体中表征自然主义的利手和视动模式。基于功能特化减弱假说，我们预测自闭症个体在任务表现过程中会表现出较弱的手部使用偏侧化。我们进一步假设，这种减弱的特化不仅表现在偏侧化的手部偏好上，还会表现在更广泛的视动策略方面，包括空间偏差、运动效率以及自闭症参与者中更大的特异性运动模式。
方法
本研究方案经约克大学和海法大学的人类参与者评审委员会批准。纳入标准要求参与者为右利手且视力正常或矫正至正常。分析了所有参与者的数据可在开放科学框架平台获取。视频不公开以保护参与者身份。报告了样本量确定、所有数据排除、所有操作和所有测量。使用ChatGPT和Gemini辅助分析代码起草/重构及语法/清晰度校对，所有输出均经作者审查、验证并承担责任。
分析数据包括27名自闭症和27名非自闭症参与者。样本量基于先前对自闭症个体进行的视动研究确定。所有参与者均提供知情同意。参与者在年龄和性别上进行匹配。自闭症参与者接受了自闭症诊断观察量表（ADOS-2）评估，只有确诊为自闭症的参与者被纳入研究。所有自闭症参与者均在生命早期得到诊断，并在实验室内通过重新施测ADOS确认诊断。
收集了另外七名参与者的数据但未纳入分析：五名因为他们是明显的左利手，两名非自闭症参与者因单次试验时间超过250秒而被排除。所有自闭症和两名非自闭症参与者的数据在以色列海法收集，其他参与者在加拿大多伦多完成实验。所有任务材料、设备和实施协议在不同地点完全相同。
主要任务涉及一个标准化的对称构建板，包含以固定排列分布的26块乐高积木。该设置类似于先前研究中建立的自然化搭建范式。在板中央，一个乐高底板作为模型展示的锚点。参与者被指示重现五个预先展示的、在使用积木数量和颜色上各不相同的乐高模型。使用一台摄像机记录参与者的鸟瞰动作。
参与者还完成了自闭症谱系商数（AQ）问卷、伊登伯勒利手量表（EHI）和非语言智力测试（TONI-4）。然后，他们重建五个复杂度不同的乐高模型，以评估自然化抓握模式和利手倾向。参与者可以使用双手，但被指示避免移动原始模型。他们可以重新定位自己以获得最佳模型视图。实验板在试验间重置为标准配置以确保一致的空间需求。参与者按自己的节奏完成任务。每次试验的计时从模型呈现开始到放置最后一块积木结束。所有试验均进行录像以供后续分析。
对于主要搭建任务，至少两名独立评分者审查视频录像。评分者记录了以下因变量：模型完成时间、右手使用百分比、同侧和对侧抓握次数、空间偏差以及运动轨迹变异性。评分者间差异超过设定单位则进行联合重新检查，最终评分取平均值以得出模型平均值。评分者间信度极佳。象限特定积木使用率的评分要求完全一致，差异导致联合重新评估。与先前工作一致，工作空间被划分为四个象限以评估空间偏差。评分者在视频审查时未对分组设盲，但使用客观编码标准和联合重新评估程序旨在减轻此风险。
进行了事后功效分析，估计主要比较的灵敏度。基于观察到的效应量和样本量，估计的统计功效范围表明本研究具有足够至优异的功效来检测所报告的效果。
为了检查参与者之间运动模式的相似性，我们通过记录每次试验中使用的积木坐标来生成每位参与者对每个模型完成的运动轨迹。然后使用动态时间规整（DTW）测量参与者之间运动轨迹的相似性。我们为五个模型分别计算了所有参与者配对组合的DTW距离，得到表征相异矩阵，描绘组内和组间的运动相似性结构。随后，我们平均这五个模型特定的RDM，构建一个代表跨模型一致参与者水平运动模式的整体相似性矩阵。使用该聚合RDM，我们分别计算了自闭症和非自闭症参与者的平均组内DTW距离，从而量化每组内的运动相似性。通过对每组内的平均DTW距离进行自助法分析，评估自闭症参与者是否表现出与对照组显著不同的运动一致性。
结果
为了检查利手和空间偏好，我们分析了搭建任务期间的运动模式以及伊登伯勒利手量表。与先前研究一致，我们发现尽管所有参与者都是右利手，但自闭症参与者在EHI得分和任务期间用右手完成抓握动作的比例上都表现出减弱的右利手。有趣的是，EHI得分和手部使用得分之间不相关，进一步反映了问卷和观察方法可能测量利手的不同方面。值得注意的是，对每次试验初始抓握的特定分析显示，两组中初始抓握都主要用右手完成，组间无显著差异。这表明自闭症中手部特化的减弱可能特别出现在连续任务的持续、动态需求过程中，而非初始的弹道阶段。
我们任务的自然性也允许我们检查每只手在空间不同部分的运用。总体而言，对侧抓握动作的比例较低。然而，非自闭症个体的此类动作在其右手上更为明显，而自闭症个体在其右手和左手上表现出相似的对侧运动率。这种差异产生了组别与手部的交互作用，并进一步反映了自闭症参与者利手特化和视动行为的改变。这种减弱的偏侧化可能反映了改变的半球间通信，可能影响运动计划效率并增加对称运动模式。
接下来，为了检查积木使用的空间偏差，我们分析了在板右侧使用的积木比例。两组都表现出使用板右侧物体的偏差。t检验显示无显著组间差异。这表明虽然自闭症和非自闭症参与者在抓握过程中的手部偏好可能不同，但这并未转化为整体积木分配的空间差异。
然而，当我们检查在板近处或远处使用的积木比例时，观察到了不同的模式。虽然非自闭症个体没有明显偏差，但自闭症个体表现出偏好使用离他们更近的积木。这一差异显著，指向在视动任务期间伸手空间利用的不同。
最后，为了测量整体视动效率，我们检查了模型的平均完成时间。自闭症参与者平均比非自闭症参与者花费更长时间来完成模型。这一发现复制了先前的报告，这些报告证明了自闭症个体的运动改变以及任务规划和执行方面的差异。更长的完成时间可能因此反映了在线反馈整合或预期性规划减少方面的差异。
本研究采用的复杂且连续的重建任务还允许我们跟踪每次试验中使用的积木序列。我们使用DTW测量了参与者之间运动轨迹的相似性。我们分别计算了自闭症和非自闭症参与者的平均组内DTW距离，从而量化每组内的运动相似性。为了统计评估这些组特定相似性之间的差异，我们对每组内的平均DTW距离进行了自助法分析。该分析显示自闭症组内距离更大。
自闭症参与者中运动轨迹的这种升高变异性与神经编码噪声假说一致，该假说认为自闭症个体在神经反应中表现出更大的试次间变异性。虽然我们的任务是行为性的，但运动模式的离散增加可能反映了神经处理的基础变异性，可能与非典型感觉反馈整合或执行控制有关。
最后，我们调查了利手的个体差异是否与观察到的运动模式变异性相关。我们发现右手抓握比例与平均DTW距离之间存在显著负相关。这表明行为上表现出较弱右手偏好的参与者往往也表现出更多变的运动模式。这一发现表明较弱的偏侧化可能与动作选择中更大的运动噪声或不稳定性有关。相比之下，EHI得分与平均DTW距离之间未观察到显著相关，表明自我报告的利手偏好不能预测此任务中运动序列的变异性。
讨论
本研究使用自然化乐高搭建任务调查了自闭症和非自闭症成人的利手和视动策略。尽管所有参与者根据书写偏好被分类为右利手，但研究结果揭示了手部使用和视动控制方面的深刻组间差异，为了解自闭症中运动控制和特化的改变提供了见解。首先，自闭症参与者与非自闭症参与者相比表现出减弱的右利手，无论是在自我报告的EHI还是任务期间的行为测量上。具体而言，自闭症个体表现出较低的右手抓握比例，尽管他们的初始抓握与非自闭症者类似，偏向于右手。此外，对跨中线运动的分析显示，非自闭症个体用右手进行更多对侧运动，而自闭症参与者在两只手上表现出相似的比率，进一步表明右手特化程度较低。值得注意的是，我们非自闭症组中观察到的利手模式密切复制了在类似自然化双手任务中建立的规范数据。
其次，我们观察到工作空间利用的独特模式。虽然两组都显示出使用板右侧积木的类似偏差，但自闭症参与者表现出对抓取位于更靠近他们的积木的显著偏好。这表明在空间处理或视动任务期间采用不同的安全边际方面存在潜在差异。
此外，在整体运动效率测量中也发现了组间差异。自闭症参与者花费显著更长时间完成乐高模型，这与先前关于自闭症运动规划和执行改变的研究结果一致。使用DTW对运动轨迹的分析显示，与非自闭症组相比，自闭症组内积木选择序列的变异性更大。这表明在此自然化任务期间，自闭症个体中存在更特异性的运动模式。虽然这种增加的变异性可能反映了运动效率降低或规划中断，但它也可能代表针对感觉处理或空间意识个体差异的补偿策略。未来的研究应调查这种特异性模式是否通过替代手段导致同等的任务成功，从而区分功能缺陷与适应性变异性。值得注意的是，利手程度与运动模式变异性呈负相关，使得右手偏好更强的参与者表现出更一致的抓握序列，可能将这两种现象联系起来。总之，在手部使用和视动控制不同方面观察到的这些改变表明自闭症中存在较弱的特化。
一个有趣的发现是EHI得分与任务期间手部使用的行为测量之间缺乏相关性。虽然两种测量都表明自闭症组与非自闭症组相比右利手减弱，但它们的分离凸显了仅依赖问卷来捕捉行动中手部偏好细微差别的潜在局限性。像EHI这样的问卷评估跨各种活动的一般倾向，而我们的任务在特定的、空间复杂的背景下动态测量手部选择。这种差异强调了如先前所建议的，将自然化的、基于表现的评估与传统量表一起使用的价值。
值得注意的是，与大多数关于自闭症利手的研究不同，当前研究专门关注成人参与者。这一点很重要，因为利手模式和大脑偏侧化不是天生的，并且受发育轨迹影响。因此，通过研究成人，我们可以关注这一发育过程的成熟或最终状态。因此，在我们自闭症成人参与者中观察到的右手特化减弱不能轻易归因于典型偏侧化出现的简单延迟。相反，它可能反映了参与运动控制的基础神经系统的组织和特化方面存在持续差异。
儿科研究经常报告自闭症儿童中存在不一致或发育延迟的利手模式。我们的研究结果通过显示减弱的偏侧化持续到成年期来扩展这项工作，表明这些差异是持久的特质，而非短暂的发育延迟。
手部利手减弱与视动缺陷：与脑半球特化的联系？
对我们关键发现（自闭症个体右手利手减弱和视动行为效率较低）的一个潜在解释与自闭症中非典型脑半球特化的假说相关。左半球在精细运动技能和运动行动规划中的典型优势在神经典型个体中已牢固确立，通常表现为对右手的强烈偏好。因此，如果左半球在自闭症个体中表现出较不明显的特化，这可能导致我们研究中观察到的两个相关结果。
首先，运动控制偏侧化较弱可能导致我们自闭症参与者中观察到的减弱的手部偏好，特别是较低的右手抓握比例和较少的右手对侧运动。这与先前关于自闭症中非右利手率增加和偏侧化减弱的研究结果一致。其次，特化程度较低的左半球也可能导致我们研究中发现的视动能力困难，例如对更近物体的偏好、更慢的任务完成时间和更多变的运动模式。研究表明左半球在视动控制的各个方面起着关键作用。大脑功能的非典型偏侧化已被提出作为自闭症的神经生物学标记，并且在自闭症个体中观察到视动网络中的功能连接改变。虽然我们的发现不直接测量脑半球特化，但它们提供了行为证据，与自闭症个体左半球特化程度较低可能导致利手减弱和视动控制受损的观点一致，可能反映了大脑偏侧化和特化过程典型发育轨迹的差异。与此论点一致，我们的结果还显示，行为上表现出较弱右手偏好的参与者往往也表现出更多变的运动模式。
空间策略与运动效率
自闭症参与者对更靠近他们的积木有更强偏差的发现值得注意。这可能反映了几个潜在因素。它可能代表一种通过减少伸手程度或最小化对外周视觉处理的依赖来简化任务需求的策略，从而最大化控制并减少行动规划中的不确定性。
一个合理的解释是，此行为反映了增加的“安全边际”，即偏好选择在更容易触及和视觉监控区域内的目标。虽然这一假设与对自闭症中运动谨慎增加或身体意识改变的观察和理论解释一致，但对此特定策略的直接实证支持仍然有限。然而，关于自闭症伸手运动学的研究为这一解释提供了间接支持。例如，发现自闭症儿童在伸手投放任务中靠近目标时需要更多纠正性子运动，表明更依赖反馈控制和规划-控制整合可能中断。
虽然先前使用相同基于象限工作空间的研究记录了神经典型成人中普遍的“右近”主导，但我们的数据表明自闭症个体对此空间的利用方式存在显著改变。虽然非自闭症参与者保持相对平衡的近处和远处空间使用，但自闭症参与者表现出对近处工作空间的显著偏差。这种模式可以解释为有效工作空间的空间收缩，其中舒适操作的功能区域减小。这种收缩可能反映了预期性规划减少或一种隐含策略，以最小化与伸手到远深度相关的协调成本，有效地将任务环境“缩小”到需要较少复杂视动整合的范围。
然而，重要的是要注意，对附近物体的偏好并非自闭症独有。在具有空间忽视的右半球中风患者中也观察到类似的邻近性偏差，反映了空间注意控制改变而非自闭症特定的运动规划差异。这表明这种偏差可能反映了具有运动控制改变的人群中更广泛的感觉运动适应，而非自闭症特有。
最后，虽然剩余积木的存在允许在许多情况下进行空间选择，但并非每种特定积木类型的可用性在空间上完全平衡。在某些情况下，参与者可能被迫伸手到特定象限以获取唯一需要的积木。然而，由于布局对所有参与者都是标准化的，这些约束对两组都是恒定的。未来的研究可以利用完全冗余的积木阵列进一步分离纯粹的空间偏好与可用性约束。
运动变异性
我们对乐高搭建任务期间运动轨迹的分析，使用DTW，揭示了自闭症组内与非自闭症组相比，积木选择序列的变异性更大。这一发现反映了运动多样性增加的趋势，并表明自闭症个体在自然化物体操作任务中采用了更特异性的策略。这意味着在执行此自然化物体操作任务时，自闭症个体未像非自闭症同龄人那样程度地收敛于常见、相似的运动模式。这种增加的行为变异性发现与积累的证据一致，这些证据强调异质性作为自闭症谱系障碍的一个重要方面。
这提出了运动变异性（通过DTW或相关指标量化）可能有助于识别自闭症谱系内不同亚组的可能性。未来的研究可以将无监督聚类技术应用于DTW衍生的相异性矩阵，以探索是否有意义的运动亚型出现。这样的亚组不仅可能在视动策略上不同，还可能在临床概况、认知功能或感觉敏感性上不同。将这种方法扩展到自然化任务可能提供一种更生态有效的解析自闭症异质性的方法，对根据运动表型定制干预措施具有潜在意义。
观察到的变异性是反映功能适应还是缺陷，仍然是一个悬而未决的问题。一些策略可能效率较低但仍然有效，而其他策略可能源于规划和控制整合受损。识别不同的运动概况也可以澄清哪种形式的变异性是适应性的 versus 适应不良的，特别是如果与现实世界的结果相关联。未来的研究应评估与这些多变模式相关的结果以确定其功能意义。
虽然观察到的DTW距离差异不大，但它代表了行为一致性的可靠分歧。这种观察到的行为变异性可能潜在地与基础神经差异相关。使用功能磁共振成像和脑电图的研究报告称，与匹配对照组相比，自闭症个体在视觉、听觉和体感系统中的脑反应存在过多的试次间变异性。虽然神经变异性与行为变异性之间的确切关系仍然是一个活跃的研究领域，但神经水平上增加的变异性很可能导致运动行为中观察到的更大不一致性和特异性。
认识到感觉运动行为的个体差异可能由交叉的人口因素塑造也很重要。虽然我们记录了几个人口统计细节，如测试地点、参与者年龄、性别和非语言智商，但我们未记录参与者的种族和民族认同以及收入、教育或社会经济地位的测量。未来纳入此类数据的研究将能更好地评估某些视动策略是否不仅由神经发育差异塑造，还受更广泛背景或文化因素影响。在未来调查中包括这些变量可能增强我们进一步探索参与者间差异的能力。
结论
总之，本研究证明了自闭症成人在自然化物体操作任务中手部使用的行为特化减弱和视动策略改变。自闭症参与者表现出抓握和对侧运动中右手优势减弱，偏好离自己更近的物体，花费更长时间完成任务，并表现出与非自闭症对照组相比更多变的运动模式。这些发现与非典型大脑半球偏侧化导致利手差异和视动控制挑战的假说一致，并且更广泛地支持了自闭症的特化降低说。虽然需要进一步研究来揭示潜在的神经机制，但这些结果强调了在运动行为评估中采用自然化、连续性任务的价值。
