Разкриване на тайните на структурата на мозъка при пациенти с аутизъм

резюме: Изследователите са разработили новаторски подход, използвайки дифузионен ЯМР за изследване на мозъчните структури при индивиди с разстройство от аутистичния спектър (ASD). Тази технология измерва как водните молекули се движат през мозъка, разкривайки структурни разлики в невронните пътища между аутистични и неаутистични индивиди.

Чрез прилагане на математически модели екипът свърза тези структурни различия с функционални последици, особено в начина, по който невроните провеждат електричество и обработват информация. Техните открития, които свързват разликите в микроструктурата с резултатите от диагностиката на аутизма, обещават да подобрят разбирането ни за разстройството от аутистичния спектър и биха могли да доведат до по-прецизни лечения.

Ключови факти:

1. Изследването UVA използва дифузионен ЯМР за идентифициране на разликите в мозъчните микроструктури между аутистични и неаутистични индивиди, разкривайки по-бавна електрическа проводимост в мозъците на аутисти поради разликите в диаметъра на аксона.
2. Тези структурни различия са пряко свързани с резултатите от въпросника за социална комуникация, повишавайки потенциала за точни диагностични и терапевтични подходи.
3. Това изследване е част от инициативата Център за върхови постижения за аутизъм на Националния институт по здравеопазване, която има за цел да въведе прецизен медицински подход за разбиране и лечение на аутизъм.

източник: Университет на Вирджиния

Разстройството от аутистичния спектър все още не е свързано с една единствена причина, поради разнообразието и тежестта на неговите симптоми.

Въпреки това, проучване на изследователи от Университета на Вирджиния сочи към обещаващ нов подход за намиране на отговори, който може да доведе до напредък в изучаването на други неврологични заболявания и разстройства.

Настоящите подходи към изследването на аутизма включват наблюдение и разбиране на разстройството чрез изучаване на неговите поведенчески последствия, като се използват техники като функционално магнитно резонансно изображение, което картографира реакциите на мозъка към въвеждане и активност, но малко работа е направена, за да се разбере причината за тези реакции.

Въпреки това, изследователи от UVA и Висшето училище по изкуства и науки са успели да разберат по-добре физиологичните разлики между мозъчните структури при аутистични и неаутистични индивиди чрез използването на дифузионен ЯМР, техника, която измерва молекулярната дифузия в биологичната тъкан. Да наблюдава как водата се движи в мозъка и взаимодейства с клетъчните мембрани.

Този подход помогна на екипа на UVA да разработи математически модели на мозъчни микроструктури, които помогнаха да се идентифицират структурните разлики в мозъците на тези с аутизъм и тези без него.

„Не беше добре разбрано“, каза Бенджамин Нюман, постдокторант в катедрата по психология в Университета на Вирджиния, наскоро завършил магистърска програма по невронауки в Медицинския факултет на Университета на Вирджиния и водещ автор на статия публикувано този месец в списание UVA Какви са тези разлики? Един плюс.

„Този ​​нов подход изследва невронните различия, които допринасят за етиологията на разстройството от аутистичния спектър.“

Въз основа на работата на Алън Ходжкин и Андрю Хъксли, които спечелиха Нобеловата награда за медицина през 1963 г. за описание на свойствата на електрохимичната проводимост на невроните, Нюман и неговите съавтори приложиха тези концепции, за да разберат как тази проводимост се различава между хората с аутизъм и тези без него. Използване на най-новите невроизобразяващи данни и изчислителни методологии.

Резултатът е първият по рода си подход за изчисляване на проводимостта на аксоните и тяхната способност да пренасят информация в мозъка. Проучването също така предоставя доказателства, че тези микроструктурни разлики са пряко свързани с резултатите на участниците във въпросника за социална комуникация, общ клиничен инструмент за диагностициране на аутизъм.

„Това, което виждаме, е, че има разлика в диаметъра на микроструктурните компоненти в мозъците на хората с аутизъм, което може да ги накара да провеждат електричество по-бавно“, каза Нюман. „Това е структурата, която ограничава функционирането на мозъка.“

Често се опитваме да разберем аутизма чрез набор от поведенчески модели, които може да са необичайни или да изглеждат различни, каза съавторът на Нюман Джон Даръл Ван Хорн, професор по психология и наука за данни в Университета на Вирджиния.

„Но разбирането на тези поведения може да бъде донякъде субективно, в зависимост от това кой извършва наблюдението“, каза Ван Хорн.

„Нуждаем се от по-голяма точност по отношение на физиологичните мерки, които имаме, за да можем да разберем по-добре източника на тези поведения. Това е първият път, когато този тип мярка се прилага към клинична популация и хвърля интересна светлина произхода на аутизма.

Беше извършена много работа с помощта на fMRI, разглеждайки свързаните с кислорода в кръвта сигнални промени при индивиди с аутизъм, но това изследване, каза той, „стига малко по-дълбоко“, каза Ван Хорн.

„Не се пита дали има особена разлика в когнитивното функционално активиране; пита се как всъщност мозъкът предава информация за себе си чрез тези динамични мрежи“, каза Ван Хорн.

„И мисля, че успяхме да покажем, че има нещо уникално различно в индивидите, диагностицирани с разстройство от аутистичния спектър, в сравнение с обикновено развиващите се контролни субекти.“

Нюман и Ван Хорн, заедно със съавторите Джейсън Дрозгал и Кевин Пелфри от Медицинския факултет на Университета на Вирджиния, принадлежат към NIH Autism Center of Excellence (ACE), инициатива, която подкрепя широки, мултидисциплинарни, мултиинституционални изследвания. Проучвания върху разстройството от аутистичния спектър с цел определяне на причините за разстройството и потенциалните лечения.

Според Pelfrey, невролог, експерт по развитието на мозъка и главен изследовател на изследването, основната цел на проекта ACE е да поведе пътя в разработването на прецизен медицински подход към аутизма.

„Това проучване осигурява основата за биологична цел за измерване на отговора на лечението и ни позволява да идентифицираме начини за разработване на бъдещи лечения“, каза той.

Ван Хорн добави, че проучването може също така да има последици за скрининга, диагностицирането и лечението на други неврологични заболявания като болестта на Паркинсон и Алцхаймер.

„Това е нов инструмент за измерване на свойствата на невроните, от който сме особено развълнувани. Все още проучваме какво можем да открием с него“, каза Ван Хорн.

Относно новините за изследване на аутизма

автор: Рос Бахорски
източник: Университет на Вирджиния
комуникация: Рос Бахорски – Университет на Вирджиния
снимка: Изображението е кредитирано на Neuroscience News

Оригинално търсене: Свободен достъп.
„Скорост на проводимост, G съотношение и извънклетъчна вода като микроструктурни характеристики на разстройство от аутистичния спектър„От Бенджамин Нюман и др. Един плюс

резюме

Скорост на проводимост, G съотношение и извънклетъчна вода като микроструктурни характеристики на разстройство от аутистичния спектър

Невронните различия, които допринасят за етиологията на разстройството от аутистичния спектър (ASD), остават слабо дефинирани. Предишни проучвания показват, че миелинът и аксоните са нарушени по време на развитието на аутизъм.

Чрез комбиниране на структурни и дифузионни MRI техники, миелинът и аксоните могат да бъдат оценени с помощта на извънклетъчна вода, общото g-съотношение и нов подход за изчисляване на скоростта на аксонална проводимост, наречена обща скорост на проводимост, която е свързана със способността на аксона да пренася информация .

В това проучване няколко иновативни клетъчни микроструктурни подхода, измерени чрез магнитен резонанс (MRI), бяха комбинирани, за да характеризират разликите между ASD и обикновено развиващите се юноши участници в голяма кохорта.

Първо изследваме връзката между всяка мярка, включително микроскопични измервания на аксиална и вътреклетъчна дифузия и съотношението T1w/T2w.

След това демонстрираме чувствителността на тези мерки, като описваме разликите между ASD и неврологичните участници, откривайки широко разпространени увеличения на извънклетъчната вода в кората на главния мозък и намаляване на общото g-съотношение и общата скорост на проводимост в структурата на кората, подкорието и бялото вещество.

И накрая, ние предоставяме доказателства, че тези микроструктурни разлики са свързани с по-високи резултати на въпросника за социална комуникация (SCQ), често използван диагностичен инструмент за оценка на разстройство от аутистичния спектър.

Това проучване е първото, което разкрива, че разстройството от аутистичния спектър включва измерим ЯМР In vivo Разлики в развитието на миелина и аксоните с отражение върху невронната и поведенческата функция.

Ние също така представяме нова формула за изчисляване на общата скорост на проводимост, която е много чувствителна към тези промени. Ние заключаваме, че ASD може да се характеризира с непокътната структурна свързаност, но функционалната свързаност може да бъде отслабена от свойствата на мрежата, които влияят на скоростта на предаване на невроните.

Този ефект може да обясни предполагаемата зависимост от локалната свързаност за разлика от далечната свързаност, наблюдавана при ASD.