Altered functional and structural brain network organization in autism

Traduction: G.M.

Neuroimage (Amst). 2012 Nov 16;2:79-94. doi: 10.1016/j.nicl.2012.11.006.

Organisation en réseau cérébral fonctionnel et structurel modifié dans l'autisme

Rudie JD, Brown JA, Beck-Pancer D, Hernandez LM, Dennis EL, Thompson PM, Bookheimer SY, Dapretto M.

Source

Brain Mapping Center, UCLA, Los Angeles, CA, USA ; Interdepartmental Neuroscience Program, UCLA, Los Angeles, CA, USA ; David Geffen School of Medicine, UCLA, Los Angeles, CA, USA.

Abstract

Une sous connectivité structurale et fonctionnelle a été signalée dans plusieurs régions du cerveau , des systèmes fonctionnels et des faisceaux de la matière blanche chez les personnes avec des troubles du spectre autistique (TSA ) .

 

Bien que les développements récents en matière d'analyse de réseau complexe ont montré que le cerveau est un réseau modulaire présentant des propriétés de petit-monde , l'organisation de niveau de réseau n'a pas été examinée avec soin dans les TSA .

 

Ici, nous avons utilisé l'IRM fonctionnelle à l'état de repos (n = 42 TSA , n = 37 développement sans autisme ; TD ) pour montrer que les enfants et les adolescents avec TSA montrent une connectivité réduite et à long terme dans les systèmes fonctionnels (réduction de l'intégration fonctionnelle) et une forte connectivité entre les systèmes fonctionnels (c.-à- ségrégation fonctionnelle réduite) , en particulier dans les régions visuelles évoluées et en défaut.

En utilisant des méthodes théoriques de graphes, nous montrons que les différences entre les groupes par paires dans la connectivité fonctionnelle se traduisent par des réductions au niveau du réseau de la modularité et du regroupement ( efficacité locale ), mais des longueurs de trajet caractéristiques plus courtes (plus grande efficacité globale) .

 

Structural networks, generated from diffusion tensor MRI derived fiber tracts (n = 51 ASD, n = 43 TD), displayed lower levels of white matter integrity yet higher numbers of fibers. TD and ASD individuals exhibited similar levels of correlation between raw measures of structural and functional connectivity (n = 35 ASD, n = 35 TD). However, a principal component analysis combining structural and functional network properties revealed that the balance of local and global efficiency between structural and functional networks was reduced in ASD, positively correlated with age, and inversely correlated with ASD symptom severity.

 
Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que la modélisation du cerveau comme un réseau complexe sera très instructive dans le décryptage de la base biologique du TSA et d'autres troubles neuropsychiatriques .

Structural and functional underconnectivity have been reported for multiple brain regions, functional systems, and white matter tracts in individuals with autism spectrum disorders (ASD). Although recent developments in complex network analysis have established that the brain is a modular network exhibiting small-world properties, network level organization has not been carefully examined in ASD. Here we used resting-state functional MRI (n = 42 ASD, n = 37 typically developing; TD) to show that children and adolescents with ASD display reduced short and long-range connectivity within functional systems (i.e., reduced functional integration) and stronger connectivity between functional systems (i.e., reduced functional segregation), particularly in default and higher-order visual regions. Using graph theoretical methods, we show that pairwise group differences in functional connectivity are reflected in network level reductions in modularity and clustering (local efficiency), but shorter characteristic path lengths (higher global efficiency).  Overall, our findings suggest that modeling the brain as a complex network will be highly informative in unraveling the biological basis of ASD and other neuropsychiatric disorders.

PMID: 24179761