Odhalení tajemství struktury mozku u autistických pacientů

souhrn: Výzkumníci vyvinuli průkopnický přístup využívající difúzní MRI ke zkoumání mozkových struktur u jedinců s poruchou autistického spektra (ASD). Tato technologie měří, jak se molekuly vody pohybují mozkem, a odhaluje strukturální rozdíly v nervových drahách mezi autistickými a neautistickými jedinci.

Použitím matematických modelů spojil tým tyto strukturální rozdíly s funkčními důsledky, zejména v tom, jak neurony vedou elektřinu a zpracovávají informace. Jejich zjištění, která spojují rozdíly v mikrostruktuře s výsledky diagnostiky autismu, slibují pokrok v našem chápání poruchy autistického spektra a mohly by vést k přesnějšímu léčení.

Klíčová fakta:

1. Studie UVA použila difúzní MRI k identifikaci rozdílů v mikrostrukturách mozku mezi autistickými a neautistickými jedinci a odhalila pomalejší elektrické vedení v mozcích autistů kvůli rozdílům v průměru axonu.
2. Tyto strukturální rozdíly byly přímo spojeny se skóre v dotazníku sociální komunikace, čímž se zvýšil potenciál pro přesné diagnostické a terapeutické přístupy.
3. Tento výzkum je součástí iniciativy Center of Excellence Autism National Institutes of Health, jejímž cílem je propagovat přístup přesné medicíny k porozumění a léčbě autismu.

zdroj: University of Virginia

Porucha autistického spektra dosud nebyla spojena s jedinou příčinou, vzhledem k rozmanitosti a závažnosti jejích příznaků.

Studie vědců z University of Virginia však poukazuje na slibný nový přístup k hledání odpovědí, který by mohl vést k pokroku ve studiu dalších neurologických onemocnění a poruch.

Současné přístupy k výzkumu autismu zahrnují pozorování a pochopení poruchy studiem jejích behaviorálních důsledků pomocí technik, jako je funkční magnetická rezonance, která mapuje reakce mozku na vstup a aktivitu, ale pro pochopení příčiny těchto reakcí bylo vykonáno jen málo práce.

Vědci z UVA a Graduate School of Arts and Sciences však byli schopni lépe porozumět fyziologickým rozdílům mezi mozkovými strukturami u autistických a neautistických jedinců pomocí difúzní MRI, techniky, která měří molekulární difúzi v biologické tkáni. Pozorovat, jak se voda pohybuje v mozku a jak interaguje s buněčnými membránami.

Tento přístup pomohl týmu UVA vyvinout matematické modely mozkových mikrostruktur, které pomohly identifikovat strukturální rozdíly v mozcích lidí s autismem a lidí bez něj.

„Nebylo to dobře pochopeno,“ řekl Benjamin Newman, postdoktorandský výzkumný pracovník na katedře psychologie na University of Virginia, čerstvý absolvent postgraduálního programu neurověd na University of Virginia School of Medicine a hlavní autor článku. publikováno tento měsíc v časopise UVA Jaké jsou tyto rozdíly? Jedno plus.

„Tento nový přístup zkoumá nervové rozdíly, které přispívají k etiologii poruchy autistického spektra.“

Na základě práce Alana Hodgkina a Andrewa Huxleyho, kteří v roce 1963 získali Nobelovu cenu za medicínu za popis vlastností elektrochemické vodivosti neuronů, Newman a jeho spoluautoři použili tyto koncepty, aby pochopili, jak se tato vodivost liší mezi lidmi s autismem a lidmi s autismem. bez toho. Použití nejnovějších neuroimagingových dat a výpočetních metodologií.

Výsledkem je první přístup svého druhu k výpočtu vodivosti axonů a jejich schopnosti přenášet informace přes mozek. Studie také poskytuje důkaz, že tyto mikrostrukturální rozdíly přímo souvisejí se skóre účastníků v dotazníku pro sociální komunikaci, což je běžný klinický nástroj pro diagnostiku autismu.

„Co vidíme, je rozdíl v průměru mikrostrukturálních komponent v mozku lidí s autismem, což může způsobit, že elektřinu vedou pomaleji,“ řekl Newman. „Je to struktura, která omezuje fungování mozku.“

Často se snažíme porozumět autismu prostřednictvím souboru vzorců chování, které mohou být neobvyklé nebo se mohou zdát odlišné, řekl Newmanův spoluautor John Darrell Van Horn, profesor psychologie a datové vědy na University of Virginia.

„Ale pochopení tohoto chování může být poněkud subjektivní v závislosti na tom, kdo to pozoruje,“ řekl Van Horn.

„Potřebujeme větší přesnost, pokud jde o fyziologická opatření, která máme, abychom mohli lépe porozumět zdroji tohoto chování, je to poprvé, co byl tento typ měření aplikován na klinickou populaci, a vrhá to zajímavé světlo původ ASD.“

Bylo provedeno mnoho práce s použitím fMRI při sledování signálních změn souvisejících s krevním kyslíkem u jedinců s autismem, ale tento výzkum, jak řekl, „jde trochu hlouběji,“ řekl Van Horn.

„Neptá se, zda existuje zvláštní rozdíl v kognitivní funkční aktivaci, ale ptá se, jak mozek skutečně sděluje informace o sobě prostřednictvím těchto dynamických sítí,“ řekl Van Horn.

„A myslím, že se nám podařilo ukázat, že u jedinců s diagnózou poruchy autistického spektra je něco jedinečně odlišného ve srovnání s typicky se vyvíjejícími kontrolními subjekty.“

Newman a Van Horn spolu se spoluautory Jasonem Drozgalem a Kevinem Pelfreyem z University of Virginia School of Medicine patří do NIH Autism Center of Excellence (ACE), iniciativy, která podporuje široký, multidisciplinární, multiinstitucionální výzkum. Studie o poruše autistického spektra s cílem určit příčiny poruchy a potenciální léčby.

Podle Pelfreyho, neurovědce, odborníka na vývoj mozku a hlavního řešitele studie, je zastřešujícím cílem projektu ACE být průkopníkem ve vývoji přístupu přesné medicíny k autismu.

„Tato studie poskytuje základ pro biologický cíl pro měření reakce na léčbu a umožňuje nám identifikovat způsoby rozvoje budoucí léčby,“ řekl.

Van Horn dodal, že studie může mít také důsledky pro screening, diagnostiku a léčbu dalších neurologických poruch, jako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba.

„Toto je nový nástroj pro měření vlastností neuronů, který nás obzvláště těší. Stále zkoumáme, co bychom s ním mohli objevit,“ řekl Van Horn.

O novinkách ve výzkumu autismu

autor: Ross Bahorski
zdroj: University of Virginia
sdělení: Ross Bahorski – University of Virginia
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: Otevřený přístup.
„Rychlost vedení, G poměr a extracelulární voda jako mikrostrukturální charakteristiky poruchy autistického spektra„Od Benjamina Newmana a kol. Jedno plus

shrnutí

Rychlost vedení, G poměr a extracelulární voda jako mikrostrukturální charakteristiky poruchy autistického spektra

Neurální rozdíly, které přispívají k etiologii poruchy autistického spektra (ASD), zůstávají špatně definovány. Předchozí studie ukázaly, že myelin a axony jsou během vývoje autismu narušeny.

Kombinací strukturních a difúzních technik MRI lze hodnotit myelin a axony pomocí extracelulární vody, celkového g-poměru a nového přístupu k výpočtu rychlosti axonálního vedení nazývaného celková rychlost vedení, který souvisí se schopností axonu přenášet informace. .

V této studii bylo zkombinováno několik inovativních buněčných mikrostrukturálních přístupů, měřených pomocí zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), aby charakterizovaly rozdíly mezi ASD a typicky se vyvíjejícími dospívajícími účastníky ve velké kohortě.

Nejprve zkoumáme vztah mezi každým měřením, včetně mikroskopických měření axiální a intracelulární difuzivity a poměru T1w/T2w.

Poté demonstrujeme citlivost těchto měření popisem rozdílů mezi ASD a neurologickými účastníky, najdeme rozsáhlé zvýšení extracelulární vody v kortexu a snížení celkového poměru g a celkové rychlosti vedení skrz kůru, subkortex a strukturu bílé hmoty.

Nakonec poskytujeme důkaz, že tyto mikrostrukturální rozdíly jsou spojeny s vyšším skóre v dotazníku sociální komunikace (SCQ), běžně používaném diagnostickém nástroji k posouzení poruchy autistického spektra.

Tato studie je první, která odhalila, že porucha autistického spektra zahrnuje měřitelnou MRI In vivo Rozdíly ve vývoji myelinu a axonů s důsledky pro neuronální a behaviorální funkce.

Představujeme také nový vzorec pro výpočet celkové rychlosti vedení, který je na tyto změny velmi citlivý. Došli jsme k závěru, že ASD může být charakterizována neporušenou strukturní konektivitou, ale že funkční konektivita může být narušena v důsledku síťových vlastností, které ovlivňují rychlost neurotransmise.

Tento efekt může vysvětlit domnělou závislost na místní konektivitě na rozdíl od vzdálené konektivity pozorované u ASD.