0 前言

       孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）是以持续的沟通和社交障碍以及重复性和限制性行为为特征的神经发育障碍疾病，其发病机制十分复杂，目前尚未明确^{[1, 2, 3]}。普遍认为基因与环境因素的共同作用使患者脑发育发生异常，而神经影像学相关研究进一步揭露了ASD中异常脑区，包括额叶、顶叶、边缘系统、基底节区及小脑，其中对于小脑结构及功能异常报道相对一致，表明小脑功能障碍在ASD病因学中很重要^{[4, 5]}。小脑不仅具有感觉运动功能，而且具有高阶认知功能，小脑功能畸变引发的症状与ASD症状有广泛的重叠，小脑损伤可增加患ASD的风险^{[2,6, 7]}。研究发现小脑在ASD病理生理中发挥重要作用，如自闭症患者小脑存在氧化应激/损伤^[8]以及代谢异常^[9]，基因学发现EN2、SHANK3、SCN8A等ASD涉及的基因通常与小脑发育有关^{[10, 11, 12]}。目前，ASD诊断主要是通过各种量表对患者行为表现及症状进行主观评估，具有一定经验依赖性。而神经影像学在ASD研究中的广泛应用，为ASD诊断提供了客观影像学证据^[13]。神经影像学研究^{[5, 7, 14, 15, 16]}从脑微观结构、功能成像、神经代谢等方面阐述ASD的神经机制，发现小脑存在微观结构、功能、神经递质、物质代谢等方面异常，这些异常与ASD症状具有一定关联，这些发现有助于我们更好地了解ASD的病理机制，为ASD的诊断提供更客观、可靠的影像学证据。

1 小脑与ASD

       根据小脑表面沟和裂隙，小脑主要分为小脑前叶（小叶Ⅰ～Ⅴ）、后叶（小叶Ⅵ～Ⅸ，其中小叶Ⅶ分为Crus Ⅰ/Ⅱ、ⅦB）、绒球小结叶（小叶Ⅹ）三个主叶，表面皮质从外到里由分子层、浦肯野氏细胞层、颗粒细胞层三部分组成，其内含有星状细胞、蓝状细胞、浦肯野氏细胞、高尔基氏细胞、颗粒细胞等神经元^[12]，只有浦肯野氏细胞发出轴突离开小脑皮层，成为小脑皮层唯一的传出神经元^[7]，向小脑深部神经核团发送投射^[10]。小脑半球髓质由4个神经核团以及传出、入神经纤维组成，神经核团由内向外分别为顶核、栓状核、球状核和齿状核^[14]，传出、入神经纤维束主要分成上、中、下三对小脑脚。

       ASD小脑中的浦肯野神经元及兴奋-抑制（excitation-inhibition, E-I）调节出现异常改变。ASD尸检样本发现小脑皮层浦肯野细胞及其作用靶点减少，小脑γ-氨基丁酸（gamma　aminobutyric acid, GABA）神经元前体蛋白减少，而浦肯野细胞是小脑的主要抑制性神经元，小脑E-I平衡主要受兴奋性（谷氨酸）和抑制性（GABA）神经递质调节,故ASD生理病理机制可能与小脑半球调节信息输出改变有关。临床研究进一步发现ASD患者小脑的异常活动与核心症状之间存在关联：例如，抑制小鼠模型小脑Crus Ⅰ区浦肯野细胞活性，小鼠会产出ASD相关社交障碍、重复/僵化行为，刺激后症状缓解^{[17, 18, 19]}。ASD儿童小脑经颅直流电刺激研究^{[20, 21]}数据表示经颅直流电刺激应用于左、右小脑半球是可行的，它有增加ASD儿童静息状态大脑复杂性的调节作用，可改善ASD症状。综上，越来越多的研究表明小脑在ASD扮演着非常重要的角色，但小脑在ASD具体作用机制尚不清晰。

2 神经影像学在ASD小脑中的研究进展

       目前观点认为小脑通过不同功能亚区在感觉运动控制和认知过程中发挥作用，小脑特定功能区域与大脑不同功能区之间存在神经环路,小脑前部与感觉运动大脑皮质相互连接，参与运动行为，而小脑后外侧与非运动皮质相连，参与认知行为^[22]。为了进一步探究小脑在ASD中的作用，神经影像技术广泛应用于ASD小脑结构及功能成像等方面的研究，如结构磁共振成像（structural MRI, sMRI）、扩散张量磁共振成像（diffusion tensor imaging, DTI）、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）、血氧水平依赖功能MRI（blood oxygenation level dependent-functional MRI, BOLD-fMRI）、正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）、脑磁图（magnetoencephalography, MEG）等能够安全、客观评价ASD小脑代谢、微观结构及功能等方面改变，为临床诊断提供了客观证据^[13]。神经影像学在小脑结构与功能等方面的应用，为ASD神经病理学研究提供了新的方向。

2.1 sMRI

       sMRI常用基于体素和表层形态学分析等方式对脑体积、皮层、脑表面皱褶等进行研究^[13]。POTE等^[23]分割ASD高危婴儿脑图像获得脑容量数据，发现4～6个月的ASD高危婴儿的小脑体积较大，并与其幼儿时期（36个月）的重复行为严重程度存在显著关联，他们推测ASD高危婴儿异常小脑体积可能是幼儿时期重复行为的预测性生物标志物，但研究未对小脑进行功能分区，未能定位到小脑亚区。D'MELLO等^[24]、WANG等^[25]应用基于体素、感兴趣区（region of interest, ROI）、表层分析方法定位ASD青少年小脑不同亚区灰质、小脑体积变化，发现关联显著小脑亚区主要集中于右小脑Crus Ⅰ/Ⅱ，右小脑Crus Ⅰ/Ⅱ的灰质减少与ASD诊断相关，右小脑Crus Ⅱ皮层厚度减少与刻板行为的严重程度有关。另一篇研究^[26]发现伴有早期语言延迟ASD儿童左侧小脑Crus Ⅰ/Ⅱ的灰质也降低，提示左小脑Crus Ⅰ/Ⅱ灰质的减少可作为预测ASD早期语言延迟的标志。同时MCKINNEY等^[27]表示ASD小脑与临床症状严重程度相关分析可能具有性别特异性，他们发现右小脑Crus Ⅰ区的体积减小仅与女性限制性和重复性行为的严重程度相关，而右Crus Ⅱ区的体积减小仅与男性ASD症状的严重程度相关。综上所述，sMRI主要通过小脑形态学角度观察ASD患者小脑变化，各研究对小脑结构差异和行为异常的关联显著区主要集中在小脑Crus Ⅰ/Ⅱ的报道相对一致，定位了ASD相关的特定小脑亚区。因小脑分区维度、小脑皮层皱褶复杂，量化较困难，相关研究较少，未来需要更严谨的测量方法验证ASD小脑皮层表面积、皱褶的改变。同时，未来研究还需注意以下方面：一方面，不同形态学软件包的算法、质量控制标准不同，这些潜在影响不可忽视，未来应考虑跨仪器和不同场强的重测信度，并进行跨工具箱的比较；另一方面，不同个体脑区的空间团簇略有偏移及不同小脑区域分割方法引起的差异对结果都会产生一定影响，未来研究也应加以控制。近年，结构协变网络^[28]为功能性网络模块的形成提供新的结构信息方法，可在群体水平研究脑区结构指标之间的协同变化关系，未来可用结构协共变网络进一步探究、验证ASD小脑形态学的改变。

2.2 DTI

       DTI可以在活体内无创性定量评估脑白质纤维束的完整性及方向，已广泛应用于ASD脑白质纤维异常相关研究，而小脑脚是小脑信息主要输入和输出通路，神经纤维主要通过小脑脚与大脑进行信息传输，因此DTI主要集中于对小脑上、中、下脚三对神经纤维束的定量研究^[29]。小脑上脚是小脑主要输出通路，一项关于ASD患儿的运动功能与小脑通路微观结构的研究显示右侧小脑上脚部分各向异性（fractional anisotropy, FA）降低与运动功能评分呈正相关，他们认为小脑上脚的微观结构完整性的改变可能与ASD运动障碍有关^[30]。小脑中脚是小脑主要输入通路，由收集不同皮质信息的传入纤维组成，不仅与感觉运动控制有关，还与语言、社会认知和情绪有关，KIM等^[31]对ASD患者T1WI、DTI参数进行机械学习分类发现ASD小脑中脚平均扩散率（mean diffusion, MD）以及右侧枕下回的皮质厚度和左侧后扣带回的节点效率具有较高特异性，可作为区分低功能ASD儿童与典型发育儿童的指标。也有研究发现ASD儿童小脑中、下脚FA值呈现不对称的反向模式：ASD儿童右侧小脑中脚FA较左侧高、右侧小脑下脚的FA较左侧低，而在典型发育儿童中显示相反的模式^[5]。这些研究表明ASD小脑主要输出、入通路微观结构发生改变，小脑通路完整性破坏可能对小脑与运动和认知皮质区域之间信息调节产生影响。而以上研究存在一定局限性：（1）在DTI数据收集过程中选择的扩散方向数目不同，其结果会产生差异，方向数越多，DTI方向分辨率越高，纤维追踪结果越准确；（2）使用成人脑图谱识别、分割儿童脑区，很难保证儿童和成人脑区解剖边界的精确配准；（3）脑发育是动态的，年龄相关的差异可能会影响结果。未来研究需要进一步缩小技术上的偏差，应用于更广泛的年龄段、不同功能水平以及临床亚型的ASD患者。

2.3 MRS

       MRS是测量体内组织的代谢指标变化的一种无创方法，应用最广泛的是¹H-MRS成像，其主要检测的代谢产物包括N-乙酰天冬氨酸（N-acetyl aspartate, NAA）、肌酸（creatine, Cr）、胆碱（cholin, Cho）等。Meta分析显示ASD各年龄段小脑NAA水平显著下降^[32]，NAA是衡量神经密度、完整性及灵敏度的指标^[13]，NAA浓度的降低提示ASD小脑中枢神经元结构完整性破坏及功能的损伤。康倩倩等^[33]选取ASD儿童双侧小脑为ROI进行MRS采集，发现ASD儿童右侧小脑Cho/Cr比值与个人-社交、听力-语言、手眼协调评分呈正相关，小脑代谢物可作为临床判断ASD严重程度的指标。他们还发现左侧丘脑和左侧小脑的NAA/Cr、谷氨酸复合物/Cr值呈正相关，提示左侧小脑和丘脑间存在神经连接并相互影响。一项联合静息态fMRI和¹H-MRS研究表明ASD小脑后外侧和认知脑区（前额叶背外侧皮质）之间的功能连接与小脑后外侧E-I平衡呈正相关，他们认为ASD患者小脑E-I平衡对进一步探究小脑-大脑皮层异常连接神经病理机制具有重要意义^[34]。综上，MRS通过分析中枢神经系统代谢产物含量的变化探测ASD患者小脑神经元发育及损伤情况，但相关文献较少且存在一定局限性，如ROI的选择具有很大自主性，较大的采集体素限制了对小脑特定亚区的评估，未来需更精准的测量方法验证ASD不同小脑亚区的代谢情况与临床症状的关联。

2.4 BOLD-fMRI

       BOLD-fMRI是根据脑区活动血液中氧合血红蛋白/脱氧血红蛋白比值变化引起T2缩短效应减弱，在T2WI上反映脑区功能的一种fMRI技术，分为静息态及任务态。目前普遍认为小脑不仅与感觉运动有关，还与情感、语言、社交等认知功能相关^[16,35]，fMRI从小脑功能出发探索ASD病因学机制。

2.4.1 感觉运动方面

       在正常发育的个体中，小脑前部在简单运动任务中被强烈激活，如手指敲击。然而，年龄匹配ASD个体在运动任务中小脑前部表现为低激活状态^[5]。LEPPING等^[36]收集ASD患者视觉运动行为中fMRI数据发现非典型感觉运动行为与整个视运动网络（包括后顶叶、额叶皮质、纹状体和小脑区域）的功能激活增加和任务依赖性功能连接减少有关，小脑与前额叶功能连接改变与ASD的视觉运动障碍和核心症状严重程度有关。在另一项任务态fMRI研究表明ASD患者精准抓取行为中左壳核和左小脑小叶Ⅶb的激活程度高于对照组，这些区域的激活与ASD临床症状严重性有关，他们表示ASD感觉运动变异性与支持动作选择过程的皮质-纹状体改变以及参与反应性调节运动输出的小脑相关回路有关^[37]。SUPEKAR等^[38]强调异常的运动回路动力学（皮层和皮层下运动网络节点组成）是ASD重复刻板症状的基础，而静息态fMRI研究发现ASD患者小脑与视觉关联网络、躯体感觉、运动网络的功能连接增加^{[39, 40, 41, 42]}，提示小脑与感觉运动皮层之间功能连接异常与其异常行为表现存在一定相关性。

2.4.2 认知方面

       在典型发育个体中，小脑Crus Ⅰ/Ⅱ和小叶Ⅸ在功能上与额顶叶和默认模式网络相连，参与语言、社交过程，在社会示范中这些区域持续被激活，特别是在抽象心理化过程中^[5,43]；在ASD患者中，基于声音刺激和执行要求的任务态fMRI研究中小脑Crus Ⅰ/Ⅱ处于欠激活状态，基于静息态fMRI研究中也发现小脑后半球和大脑认知脑区之间存在异常功能连接^[44]，如Crus Ⅰ/Ⅱ和小叶Ⅸ，与D'MELLO等^[24]发现这些小脑区域灰质体积异常结果一致。社会认知相关脑区与默认模式网络（default mode network, DMN）之间存在巨大重叠，在ASD患者DMN的一些节点发现异常功能连接，如内侧前额叶皮层、楔前叶和颞顶交界处（temporoparietal junction, TPJ）^[45]。大量研究表明ASD患者小脑与DMN之间存在密切联系，如OLIVITO等^[46]发现小脑齿状核和社交大脑网络区域（如DMN、额顶网络）之间功能连接减少，IGELSTROM等^[47]表示ASD中右侧颞顶叶交界处背侧与左小脑Crus Ⅱ的连通性明显减少，他们认为小脑对认知和多模态整合关键脑区的输入干扰可能是导致ASD的社会缺陷因素。另有学者发现语言受损的ASD患者小脑Crus Ⅰ/Ⅱ区和Broca's区和Wernicke's区之间的功能连接下降，小脑和语言脑区之间功能连接异常程度与症状严重程度有关^[24,48]。

       由上可知，BOLD-fMRI可发现ASD患者小脑功能、小脑-感觉运动及认知脑区功能连接存在确切的改变，并且这些改变与运动、认知功能的改变存在一定的关联。然而，脑功能区在静息态与任务态下激活区域、激活程度不同，且不同任务条件下脑的激活区域及程度也有差别，故研究存在异质性，但目前相对一致认为ASD小脑与感觉运动皮层功能连接呈超连接，与高级认知脑区呈低连接^[41]，未来需将ASD静息态、任务态数据对比分析进一步验证结果。此外，研究着重于小脑与大脑皮层之间功能连接改变，而未涉及小脑与大脑功能区之间功能影响的因果关系，未来需进一步探讨。近年来，基于脑网络拓扑属性^[49]、小脑-大脑功能连接梯度^[50]等技术已应用于神经发育障碍疾病研究中，未来可应用新技术进一步分析、验证结论。

2.5 PET

       PET是一种通过静脉注射放射性示踪剂观察目标物质的分布的检测技术，常用于检测脑血流量、评估功能指标（葡萄糖代谢和耗氧）及量化蛋白的密度差异。近年来越来越多研究者助力于PET技术在ASD中的研究，如关于脑血流量的PET/CT研究发现小脑显示低灌注状态，且症状评分与灌注不足之间存在一定相关性^[51]。PET/ MR代谢性谷氨酸受体示踪剂[¹⁸F]-FPEB研究发现ASD小脑中放射性示踪剂结合电位发生改变，小脑中存在谷氨酸信号转导异常,并提示ASD症状可能与异常谷氨酸信号相关^[52]。结合TSPO的放射示踪剂[¹¹C] PK11195的PET/MR研究发现ASD小脑中小胶质细胞激活增强,鉴于小胶质细胞在中枢神经免疫系统、细胞凋亡、突触修剪中扮演关键角色,小脑中小胶质细胞激活增强可能对ASD的研究具有重要意义^[52]。PET在ASD研究中的应用进度相对缓慢，目前ASD小脑相关研究少且样本量少，分析原因，一方面PET价格昂贵且有较高的辐射性，患者难以接受，临床应用较少；另一方面图像采集时间过长，患者耐受能力差。而PET在中枢神经递质及代谢方面应用，为探究ASD分子机制指明方向。

2.6 MEG

       MEG是一种非侵入性的脑功能图像检测技术，是一种通过采集及分析脑部神经元活动产生的磁场变化率,从而研究脑磁信号变化、监测脑电活动的电生理工具^[53]。MEG需要组合MEG信号和结构MRI图像来评估脑内磁场发生源的位置和强度，具有较高的时间和空间分辨率。关于ASD小脑MEG研究较少，近年一篇小脑与情绪表达的非典型面部处理的研究表明^[54]，青春期ASD相关的快乐面孔处理与左侧小脑小叶Ⅵ和Ⅴ过度激活有关，愤怒面孔与小脑小叶Ⅸ过度激活有关。并且他们还发现小脑活动具有明显的时空模式，如ASD组左侧小脑半球小叶Ⅵ和Ⅴ在情绪潜伏早中期处理快乐面孔，小脑小叶Ⅸ在潜伏中期处理愤怒面孔，这个结果非常符合小脑不同小叶情绪处理的定位概念。上述MEG研究从小脑磁信号、脑电活动角度入手，探究ASD小脑活动的独特时空模式,为人类小脑的功能选择性提供了新的见解。未来可将MEG与经颅直流电刺激相结合，评估小脑神经环路的兴奋性、抑制性、可塑性、连通性等，通过MEG观察小脑活动定位特定脑区进行治疗、评价效果，这值得进一步深入探索。

3 小结与展望

       目前，小脑神经影像学研究发现了ASD小脑形态学、微观结构、功能、物质代谢等方面的异常，且结构及功能MRI一致发现小脑ＣrusⅠ/Ⅱ区结构及功能改变与ASD临床症状相关，为临床诊断寻找特异性影像标志物提供参考。但相关研究尚存在一定局限性，研究设计方面：多为单一神经影像学研究，大多数为横向研究，与临床症状相关性研究仍有不足；技术方面：不同机器、参数所收集的数据其结果会有偏差，不同软件分析方法、脑区分割方法对数据也会产生影响。因此未来应结合不同神经影像学方法，取长补短，缩小技术问题引起的数据差距，完善多中心、大样本数据研究。其次，ASD是一种早发性神经发育疾病，故未来神经影像学检查应致力于定位高风险婴幼儿，进行纵向设计探究ASD早期小脑发育轨迹，寻找小脑结构、功能改变的时间点，为早期诊断、治疗提供参考。