Exploration de l'activation corticale et de la connectivité chez les nourrissons avec et sans risque familial d'autisme au cours d'interactions sociales naturalistes: une étude préliminaire

Aperçu: G.M.

Les signes comportementaux du  trouble du spectre de l'autisme (TSA) sont généralement observables dès la deuxième année de vie et un diagnostic fiable de TSA est possible entre 2 et 3 ans. L'étude des nourrissons présentant un risque familial de TSA permet de rechercher les signes précoces de risque de TSA dès la première année. Des anomalies cérébrales telles qu'une hyper-connectivité au cours de la première année peuvent précéder les signes manifestes de TSA qui apparaissent plus tard dans la vie. 

Dans cette étude préliminaire, nous utilisons la spectroscopie fonctionnelle dans l’infrarouge proche (fNIRS), un outil de neuroimagerie convivial pour les nourrissons, relativement robuste contre les artefacts de mouvement, pour examiner l’activation fonctionnelle et la connectivité au cours d’interactions sociales naturalistes chez 9 enfants à haut risque (HR); avec TSA) et 6 nourrissons à faible risque (FR; pas d'antécédents familiaux de TSA) âgés de 6 à 9 mois. Nous avons obtenu deux périodes de référence de 30 secondes et une période d’interaction sociale de 5 minutes. 

Les nourissons HR  ont montré une activation réduite de l'hémispshère gauche et droit comparée aux nourrissons  FR d'après les tendances des signaux oxy (HbO2) et désoxy (HHb). 

La connectivité fonctionnelle des bébés HR était également supérieure à celle des nourrissons FR au cours des périodes pré et post-sociales et une baisse de la connectivité pendant la période sociale. 

Nos résultats concordent avec ceux de travaux antérieurs suggérant des différences précoces dans l'activation corticale associée au risque familial de TSA, et soulignent les promesses du fNIRS dans l'évaluation des marqueurs potentiels du risque de TSA dans des contextes sociaux naturalistes.

Infant Behav Dev. 2019 Aug 23;57:101337. doi: 10.1016/j.infbeh.2019.101337.

Exploring cortical activation and connectivity in infants with and without familial risk for autism during naturalistic social interactions: A preliminary study

Bhat AN¹, McDonald NM², Eilbott JE³, Pelphrey KA⁴.

Author information

1

Department of Physical Therapy, University of Delaware, 540 S College Ave., Newark, DE, USA; Department of Psychological & Brain Sciences, University of Delaware, 320 McKinly Lab, Newark, DE, USA; Biomechanics & Movement Science Program, University of Delaware, 540 S College Ave., Newark, DE, USA. Electronic address: abhat@udel.edu.

2

Department of Psychiatry and Biobehavioral Sciences, Semel Institute for Neuroscience and Human Behavior, University of California, 760 Westwood Plaza, Los Angeles, CA, USA.

3

Yale Child Study Center, Yale University, New Haven, CT, USA.

4

Department of Neurology, University of Virginia, Charlottesville, VA, USA.

Abstract

Behavioral signs of Autism Spectrum Disorder (ASD) are typically observable by the second year of life and a reliable diagnosis of ASD is possible by 2 to 3 years of age. Studying infants with familial risk for ASD allows for the investigation of early signs of ASD risk within the first year. Brain abnormalities such as hyper-connectivity within the first year may precede the overt signs of ASD that emerge later in life. In this preliminary study, we use functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), an infant-friendly neuroimaging tool that is relatively robust against motion artifacts, to examine functional activation and connectivity during naturalistic social interactions in 9 high-risk (HR; older sibling with ASD) and 6 low-risk (LR; no family history of ASD) infants from 6 to 9 months of age. We obtained two 30-second baseline periods and a 5-minute social interaction period. HR infants showed reduced right and left-hemispheric activation compared to LR infants based on oxy (HbO₂) and deoxy (HHb) signal trends. HR infants also had greater functional connectivity than LR infants during the pre- and post-social periods and showed a drop in connectivity during the social period. Our findings are consistent with previous work suggesting early differences in cortical activation associated with familial risk for ASD, and highlight the promise of fNIRS in evaluating potential markers of ASD risk during naturalistic social contexts.

Copyright © 2019 Elsevier Inc. All rights reserved.

PMID:31450025

DOI: 10.1016/j.infbeh.2019.101337

Connectivité fonctionnelle altérée chez les enfants avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme" et "faible niveau" de fonctionnement

Aperçu: G.M.

Des études de neuroimagerie ont montré que les "troubles du spectre de l'autisme" (TSA) pouvaient être associés à des anomalies des structures et des fonctions cérébrales au repos ainsi que pendant des tâches cognitives. Cependant, on ne sait pas  si la connectivité fonctionnelle (CF) de tous les réseaux neuronaux du cerveau est également modifiée chez ces sujets. 

Dans cette étude, nous avons acquis des scanners d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de 93 enfants avec un diagnostic de TSA et de 79 sujets sans TSA appariés. Une analyse des composants indépendants du groupe a été effectuée pour tous les participants afin d'estimer la CF. Des tests t à un échantillon ont ensuite été effectués pour obtenir les réseaux de chaque groupe. Les différences de groupe dans les différents réseaux cérébraux ont été testées à l'aide de tests t à deux échantillons. Enfin, les relations entre une CF anormale et des variables cliniques ont été étudiées avec l'analyse de corrélation de Pearson. 

Les résultats des tests t à un échantillon ont révélé neuf réseaux avec des configurations spatiales similaires dans ces deux groupes. Comparés aux témoins, les enfants avec un diagnostic de TSA ont montré une connectivité accrue dans le gyrus frontal supérieur droit dorsolatéral et le gyrus frontal moyen gauche (MFG) dans le réseau de pôles occipitaux. 

Les enfants avec diagnostic de TSA ont également présenté une diminution de la connectivité dans le gyrus droit gauche, le gyrus occipital moyen gauche, le gyrus droit angulaire, le MFG droit et le gyrus frontal inférieur droit (GFI), la partie orbitale du réseau visuel latéral (RVL), le GIF gauche, le GIFA gauche, le précuneus droit et le gyrus angulaire droit dans le réseau frontopariétal gauche (cognition). 

En outre, les valeurs moyennes de FC dans le RVL ont montré des corrélations positives significatives avec le score total de l'échelle d'évaluation de l'autisme chez l'enfant. 

Nos résultats indiquent que la CF anormale est très répandue dans certains réseaux chez les enfants avec un diagnostic de TSA. Ce FC anormal peut constituer un biomarqueur de TSA. Nos résultats constituent une contribution importante à l'étude des mécanismes neuropathophysiologiques chez les enfants avec un diagnostic de TSA.

Front Neurosci. 2019 Aug 2;13:806. doi: 10.3389/fnins.2019.00806. eCollection 2019.

Altered Functional Connectivity in Children With Low-Function Autism Spectrum Disorders

Xu S^1,2,3, Li M², Yang C⁴, Fang X⁵, Ye M⁵, Wei L⁶, Liu J⁶, Li B⁶, Gan Y³, Yang B⁵, Huang W⁵, Li P³, Meng X³, Wu Y^1,2, Jiang G^1,2.

Author information

1

The Second School of Clinical Medicine, Southern Medical University, Guangzhou, China.

2

Department of Medical Imaging, Guangdong Second Provincial General Hospital, Guangzhou, China.

3

Department of Radiology, Shenzhen Children's Hospital, Shenzhen, China.

4

Department of Hematology and Oncology, Shenzhen Children's Hospital, Shenzhen, China.

5

Department of Children Healthcare, Shenzhen Children's Hospital, Shenzhen, China.

6

Network Center, Air Force Medical University, Xi'an, China.

Abstract

Neuroimaging studies have shown that autism spectrum disorders (ASDs) may be associated with abnormalities in brain structures and functions at rest as well as during cognitive tasks. However, it remains unclear if functional connectivity (FC) of all brain neural networks is also changed in these subjects. In this study, we acquired functional magnetic resonance imaging scans from 93 children with ASD and 79 matched healthy subjects. Group independent component analysis was executed for all of the participants to estimate FC. One-sample t-tests were then performed to obtain the networks for each group. Group differences in the different brain networks were tested using two-sample t-tests. Finally, relationships between abnormal FC and clinical variables were investigated with Pearson's correlation analysis. The results from one-sample t-tests revealed nine networks with similar spatial patterns in these two groups. When compared with the controls, children with ASD showed increased connectivity in the right dorsolateral superior frontal gyrus and left middle frontal gyrus (MFG) within the occipital pole network. Children with ASD also showed decreased connectivity in the left gyrus rectus, left middle occipital gyrus, right angular gyrus, right MFG and right inferior frontal gyrus (IFG), orbital part within the lateral visual network (LVN), the left IFG, right precuneus, and right angular gyrus within the left frontoparietal (cognition) network. Furthermore, the mean FC values within the LVN showed significant positive correlations with total score of the Childhood Autism Rating Scale. Our findings indicate that abnormal FC extensively exists within some networks in children with ASD. This abnormal FC may constitute a biomarker of ASD. Our results are an important contribution to the study of neuropathophysiological mechanisms in children with ASD.

KEYWORDS:

Pearson’s correlation analysis; autism spectrum disorders; functional connectivity; independent component analysis; spatial patterns

PMID:31427923

PMCID:PMC6688725

DOI:10.3389/fnins.2019.00806

Le réseau linguistique dans l'autisme: connectivité fonctionnelle atypique avec mode par défaut et régions visuelles

Aperçu: G.M.

Les "troubles du spectre de l'autisme" (TSA) sont des troubles du développement neurologique associés à une connectivité cérébrale atypique. Bien que les capacités linguistiques varient considérablement, elles sont altérées ou atypiques chez la plupart des enfants avec un diagnostic de TSA. Les mécanismes cérébraux sous-jacents, cependant, ne sont pas entièrement compris. 

La présente étude a examiné la connectivité fonctionnelle intrinsèque (CFI) du réseau linguistique étendu dans une cohorte de 52 enfants et adolescents avec un diagnostic de TSA (âgés de 8 à 18 ans), en utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l'état de repos. 

Nous avons constaté que, par rapport aux pairs avec un développement typique (n = 50), les enfants avec un diagnostic de TSA montraient une connectivité accrue entre certaines régions linguistiques. En outre, les analyses de la cellule de base au cerveau entier ont révélé une connectivité accrue des régions du langage avec le cortex cingulaire postérieur (PCC) et des régions visuelles dans le groupe TSA. 

Les analyses de connectivité effectives post-hoc ont révélé un effet de médiation du CCP sur la connectivité fonctionnelle intrinsèque (CFi) entre les régions bilatérales frontale et visuelle dans un sous-groupe de TSA. Cette constatation corrobore et développe les rapports antérieurs sur le recrutement de zones visuelles dans le traitement du langage dans les TSA. 

De plus, l'augmentation de la CFi entre le CCP et les régions visuelles était liée à des scores linguistiques plus bas dans ce sous-groupe de TSA, suggérant qu'une connectivité accrue avec les cortex visuels, médiée par les régions en mode par défaut, pourrait nuire aux capacités linguistiques.

Autism Res. 2019 Jul 17. doi: 10.1002/aur.2171.

The Language Network in Autism: Atypical Functional Connectivity With Default Mode and Visual Regions

Gao Y^1,2, Linke A¹, Jao Keehn RJ¹, Punyamurthula S¹, Jahedi A^1,3, Gates K⁴, Fishman I^1,2, Müller RA^1,2.

Author information

1

Brain Development Imaging Laboratories, Department of Psychology, San Diego State University, San Diego, California.

2

San Diego State University, University of California, San Diego Joint Doctoral Program in Clinical Psychology, San Diego, California.

3

Computational Science Research Center, San Diego State University, San Diego, California.

4

Department of Psychology, University of North Carolina, Chapel Hill, North Carolina.

Abstract

Autism spectrum disorders (ASDs) are neurodevelopmental disorders associated with atypical brain connectivity. Although language abilities vary widely, they are impaired or atypical in most children with ASDs. Underlying brain mechanisms, however, are not fully understood. The present study examined intrinsic functional connectivity (iFC) of the extended language network in a cohort of 52 children and adolescents with ASDs (ages 8-18 years), using resting-state functional magnetic resonance imaging. We found that, in comparison to typically developing peers (n = 50), children with ASDs showed increased connectivity between some language regions. In addition, seed-to-whole brain analyses revealed increased connectivity of language regions with posterior cingulate cortex (PCC) and visual regions in the ASD group. Post hoc effective connectivity analyses revealed a mediation effect of PCC on the iFC between bilateral inferior frontal and visual regions in an ASD subgroup. This finding qualifies and expands on previous reports of recruitment of visual areas in language processing in ASDs. In addition, increased iFC between PCC and visual regions was linked to lower language scores in this ASD subgroup, suggesting that increased connectivity with visual cortices, mediated by default mode regions, may be detrimental to language abilities. Autism Res 2019. © 2019 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc. LAY SUMMARY: We examined the functional connectivity between regions of the language network in children with autism spectrum disorders (ASDs) compared to typically developing peers. We found connectivity to be intact between core language in the ASD group, but also showed abnormally increased connectivity between regions of an extended language network. Additionally, connectivity was increased with regions associated with brain networks responsible for self-reflection and visual processing.

© 2019 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc.

 

PMID:31317655

DOI:10.1002/aur.2171