患有自闭症谱系障碍的儿童扫描面孔的方式与常人不同。 （存在Shutterstock）
想象一下，你的儿子汤米即将满两岁。他是个害羞又可爱的小男孩，但他的行为却难以捉摸。他会大发脾气，有时哭闹不止，持续一个小时都无法安抚。哪怕是日常生活中最小的改变，都能让他感到不安。
这是否是所谓的“可怕的两岁”的严重案例？是否应该给汤米一些时间度过这个阶段？或者，这些是自闭症谱系障碍（ASD）的迹象？ 一种影响约百分之二人口的神经发育障碍相当于一辆满载的校车上只有一两个孩子？你打算如何查明这一点？
我们滑铁卢大学应用数学系的研究小组开发了一种 新的自闭症谱系障碍检测技术能够区分不同的注视模式 帮助医生更快、更准确地检测儿童自闭症谱系障碍。
我们这样做是因为早期诊断和干预自闭症谱系障碍有很多好处。研究发现： 四岁前实施的干预措施与认知、语言和适应性行为方面的显著进步相关。同样，研究人员也发现，早期干预措施的实施与自闭症谱系障碍的改善密切相关。 日常生活技能和社交行为有所改善相反，延迟诊断是…… 这与父母压力增加和早期干预延误有关，而早期干预对于长期取得积极成果至关重要。.
目前自闭症谱系障碍干预措施
自闭症谱系障碍的症状通常在生命的前两年出现，并影响孩子的社交能力。尽管目前的治疗方法各不相同， 大多数干预措施侧重于行为管理以及提高社交和沟通技能。因为孩子年龄越小，其改变的能力就越强，所以可以 如果在生命早期进行诊断和干预，预计可获得最佳结果。.
自闭症谱系障碍的评估包括 医学和神经系统检查、关于儿童家族史、行为和发育情况的深入问卷调查或心理学家的评估.
遗憾的是，这些诊断方法对幼儿来说并不友好，而且费用昂贵。可以想象，对孩子们来说，看一些东西，比如动画里的小狗的脸，要比回答问卷或接受心理学家的评估容易得多。
数学作为新的显微镜
你可能会想：数学家与自闭症检测有什么关系？
这确实是我们团队参与的跨学科研究的一个例子。我们使用 数学作为显微镜，帮助我们理解生物学和医学。 我们建立 利用计算机模型模拟各种药物的作用 我们运用数学方法分析临床数据。
我们相信，数学可以客观地区分自闭症儿童和神经正常儿童的行为。
我们知道， 患有自闭症谱系障碍的人在视觉上探索和扫描人脸的方式与神经典型个体不同。为了开发检测眼动模式的新技术，我们评估了40名儿童，他们大多为四五岁。这些儿童中约有一半是神经发育正常的，而另一半则患有自闭症谱系障碍（ASD）。每位参与者都会在屏幕上观看44张人脸照片，这些照片被整合到一个眼动追踪系统中。
红外设备通过虹膜发射和反射的波来解释和识别每个孩子注视的刺激物上的位置。
|在观察一个人的脸时，神经发育正常的儿童更关注眼睛，而患有自闭症谱系障碍的儿童更关注嘴巴。 （存在Shutterstock）
眼球运动模式
我们将图像划分为七个关键区域（我们称之为特征），参与者需要将视线集中在这些区域：右眼下方、右眼、左眼下方、左眼、鼻子、嘴巴以及屏幕的其他部分。我们运用网络分析中的四个不同概念来评估儿童对这些特征的重视程度。
我们不仅想知道参与者在每个特征上花费了多少时间，还想知道他们是如何移动眼睛和扫描人脸的。
例如，研究人员早就知道，当观察一个人的脸时， 神经发育正常的儿童更关注眼睛。 而患有自闭症谱系障碍的儿童则更关注嘴部。此外，自闭症儿童扫描面部的方式也与正常儿童不同。例如，当他们将注意力从某人的眼睛移到下巴时，神经发育正常的孩子可能不会这样做。 他们的眼球移动速度可能更快，而且移动路径也与自闭症儿童不同。.
适合儿童的诊断流程
虽然目前还无法进入医生办公室要求进行这项检查，但我们希望这项研究最终能够减轻儿童在诊断过程中的压力。
要使用这项技术，需要一台市售的红外眼动追踪器，以及我们的网络分析技术。我们已经解释了相关算法，因此理论上任何有兴趣的软件开发人员都可以实现它们。
我们希望通过消除早期诊断的一些障碍，让更多患有自闭症谱系障碍的儿童能够得到早期干预，从而从长远来看提高他们的生活质量和独立性。
作者简介
安妮塔·莱顿，加拿大150周年数学生物学和医学研究主席；应用数学、药学和生物学教授 滑铁卢大学 以及应用数学系数学硕士候选人Mehrshad Sadria， 滑铁卢大学
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