Исследование, проведенное в Центре биомедицинской визуализации Мартиноса при больнице общего профиля Массачусетса (MGH), показало, что у людей с аутизмом снижается локальная функциональная связность мозга – степень, в которой активность небольшой области мозга кажется скоординированной. расстройства спектра (РАС). Хотя в течение нескольких лет было признано, что функциональная связь между отдельными областями мозга при РАС снижена, предполагалось, что локальная функциональная связь на самом деле выше в мозге аутичных людей.
"Функциональная связность отражает связи, которые на самом деле играют роль в обработке информации в коре головного мозга," говорит Тал Кенет, доктор философии из Центра Мартинос, автор-корреспондент исследования, опубликованного в PNAS Online Early Edition. "Представьте, что мозг похож на оркестр. Когда скрипки согласованы с деревянными духовыми инструментами, а трубы – с альтами, оркестр будет играть в гармонии – это вариант связи на большие расстояния. Локальная функциональная связь похожа на сосредоточение внимания на скрипках и на том, играют ли они все вместе.
"Обычно об аутизме думают, что «оркестр» не очень хорошо скоординирован между секциями, но что «инструменты» внутри секций хорошо согласованы друг с другом, как если бы они играли свою собственную мелодию независимо от остальной части группы. оркестр. Мы обнаружили, что верно и обратное, и что даже время в разделах отключено. Как будто каждая скрипка играет независимо не только от остального оркестра, но и от всех остальных скрипок."
Поскольку расстояния, участвующие в связи между соседними нейронами или группами нейронов, находятся в масштабе от миллиметров до сантиметров, было очень трудно изучить локальную связь с помощью неинвазивных методов визуализации. В текущем исследовании использовалась активность мозга, показанная в предыдущих инвазивных исследованиях, для отражения локальной коммуникации – измерения так называемых вложенных колебаний, которые возникают, когда один аспект определенного ритма мозга влияет на другой аспект другого ритма мозга. В этом случае они сосредоточились на связи фаза-амплитуда, при которой фаза низкочастотного ритма изменяет амплитуду высокочастотного ритма, измеренную с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ), метода визуализации, который определяет местоположение, а также время. мозговой активности с высокой точностью.
Исследовательская группа использовала МЭГ для измерения как локальной фазово-амплитудной связи, так и более дальнодействующей координации ритмов мозга у 17 молодых людей с диагнозом РАС и у 20 добровольцев с типичными историями развития нервной системы. Функциональная взаимосвязь измерялась, когда участники рассматривали лица с нейтральным выражением лица, лица с эмоциональным выражением – злым или испуганным – и в качестве контроля изображения домов.
Локальная функциональная связность была измерена в области мозга, которая, как известно, важна для распознавания лиц, в то время как дальнодействующая связь была определена путем поиска координации ритмов мозга между областью распознавания лиц и другими, более удаленными областями коры. Результаты оценивались на основе двух статистических показателей: для локальной связи, была ли связь фаза-амплитуда в области распознавания лиц сильнее, когда участники смотрели лица, чем когда они смотрели дома, и для связи на больших расстояниях, была ли разница в том, как ритмы в контролируемых областях соответствовали таковым в области распознавания лиц при просмотре двух типов изображений.
Как и ожидалось, обычно развивающиеся участники обладали большей функциональной связью на большие расстояния, что отражалось в увеличении соответствия ритмов мозга между контролируемыми областями, чем участники с аутизмом. Однако, вопреки предыдущим предположениям, участники с РАС также имели пониженную локальную функциональную связность, поскольку фазо-амплитудная связь не увеличивалась в их области распознавания лиц при просмотре изображений лиц. Кроме того, локальная функциональная связь была снижена в той же степени, что и дальняя связь, и большее сокращение наблюдалось у участников, у которых симптомы, связанные с аутизмом, были более серьезными. Комбинация локальных и долгосрочных показателей функциональной связи с точностью 90% позволила отличить участников с аутизмом от тех, кто обычно развивался.
Преподаватель неврологии в Гарвардской медицинской школе, Кенет отмечает, что необходимы другие исследования для изучения локальной функциональной связи в таких контекстах, как память и язык, и что необходимо более глубокое понимание механизмов, лежащих в основе связи между фазой и амплитудой. "Такого рода работу необходимо проводить инвазивно на животных моделях," она объясняет. "Но если мы сможем найти способ нарушения связи между фазой и амплитудой у животных, имитирующий то, что мы видим при аутизме, это может стать важным ключом к пониманию того, что идет не так при расстройствах аутистического спектра. Кроме того, исследование того, возникает ли нарушение связи между фазой и амплитудой у детей с аутизмом, может привести нас к биомаркеру для ранней диагностики."