Activation corticale atypique lors de tâches de motricité fine dans le "trouble du spectre de l'autisme"

 Aperçu: G.M 

Les personnes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) ont souvent des difficultés avec les capacités de motricité fine coordonnées, mais le degré de difficulté varie considérablement d'une personne à l'autre.
Pour élucider la cause de cette diversité, nous avons surveillé l'activité cérébrale lors de tâches de mouvement fin (nœuds de cravate) par spectroscopie proche infrarouge chez 17 adultes avec un diagnostic de TSA et chez 18 adultes avec un développement typique correspondant à l'âge, au sexe et au quotient intellectuel (QI).
Nous avons également examiné la relation entre l'activation cérébrale et les caractéristiques développementales, y compris la gravité des TSA, à l'aide du Quotient du spectre autistique et de l'échelle multidimensionnelle du trouble envahissant du développement et du trouble déficitaire de l'attention avec ou sans  hyperactivité. 

Bien que les participants du groupe TSA n'aient pas montré de maladresse significative, leur cortex préfrontal droit était relativement moins activé, en particulier chez les personnes ayant de faibles compétences sociales et l'inattention.
Notre étude indique que les personnes présentant des traits de TSA peuvent utiliser différentes stratégies lors de l'exécution de mouvements fins; c'est-à-dire qu'ils utilisent moins les zones du cerveau responsables du traitement de l'image visuelle ou de la planification des comportements.

Atypical cortical activation during fine motor tasks in autism spectrum disorder

Nao Suzumura  ¹ , Toshiki Nishida  ¹ , Nao Maki  ¹ , Hidetsugu Komeda  ² , Masahiro Kawasaki  ³ , Yasuko Funabiki  ⁴

Affiliations

• PMID: 33932550
• DOI: 10.1016/j.neures.2021.04.010

Abstract

Individuals with autism spectrum disorder (ASD) often have difficulty with coordinated fine motor skills, but the degree of difficulty significantly varies from person to person. To elucidate the cause of this diversity, we monitored brain activity during fine movement tasks (tying bowknots) by near-infrared spectroscopy in 17 adults with ASD and 18 adults with typical development matched for age, gender, and intelligence quotient (IQ). We also examined the relationship between brain activation and developmental characteristics, including ASD severity, using the Autism-Spectrum Quotient and the Multi-dimensional Scale for Pervasive Developmental Disorder and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder. Although participants in the ASD group did not show significant clumsiness, their right prefrontal cortexes were relatively less activated, particularly in individuals with poor social skills and inattention. Our study indicates that individuals with ASD traits may use different strategies when performing fine movements; that is, they less use the brain areas responsible for processing visual image or planning behaviors.

Keywords: inattention; motor skills; near-infrared spectroscopy; prefrontal cortex; social skills.

Le cortex préfrontal médial dans les maladies neurologiques

Aperçu: G.M.
Le cortex préfrontal médian (mPFC) est une région corticale cruciale qui intègre des informations provenant de nombreuses zones corticales et sous-corticales et qui converge des informations mises à jour vers les structures de sortie. Il joue un rôle essentiel dans le processus cognitif, la régulation des émotions, la motivation et la sociabilité. 

Le dysfonctionnement de la mPFC a été constaté dans divers troubles neurologiques et psychiatriques, tels que la dépression, les troubles anxieux, la schizophrénie, les "troubles du spectre de l'autisme" (TSA), la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la toxicomanie. 

Dans la présente revue, nous résumons les études précliniques et cliniques pour illustrer le rôle du mPFC dans ces maladies neurologiques.
Extraits 

Troubles du spectre de l'autisme
Les TSA constituent un groupe hétérogène et précoce de maladies neuropsychiatriques héréditaires. La combinaison de facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux induirait de multiples symptômes de TSA, notamment des déficits d'interaction sociale et de capacités de communication, ainsi que des comportements répétitifs de type rituel (66). 

Le PFC et ses projections ont été largement impliqués dans les TSA pour expliquer les déficits liés à la sociabilité, à l'émotion, à la cognition et au langage. L'altération de l'équilibre entre l'excitation neuronale et l'inhibition (équilibre E / I) dans la mPFC est impliquée dans les phénotypes liés à l'autisme. Il résulte principalement des modifications du nombre, de l'activité fonctionnelle ou de la morphologie des interneurones GABAergiques. On trouve également des interneurones dans le tissu néocortical post mortem (46) et dans de nombreux modèles de TSA, tels que les souris PV +/-, Shank1 - / - et Shank3B - / - (34), chez des rats traités par la phencyclidine (57). Cette "réduction d'interneurones PV" peut être due à la réduction du niveau d'ARNm et de protéines du PV, ou au dysfonctionnement mitochondrial qui induit un déficit énergétique plutôt qu'à la mort des cellules neuronales (34, 54). La diminution de l'excitabilité des interneurones à pointes rapides et du dysfonctionnement de l'oscillation gamma dans la mPFC se trouvent chez des souris CNTNAP2 KO (113) et des souris NL3 R451C knockin (KI) (16). 

La stimulation optogénétique ou pharmacologique des neurones PV ou l'inhibition des neurones pyramidaux dans la mPFC pourraient permettre de sauver des déficits en interaction sociale, hyperactivité et performances cognitives dans de nombreux modèles murins (16, 81, 113), ce qui indiquerait le rôle causal du dysfonctionnement de la signalisation GABAergique du mPFC dans la pathogenèse des déficits sociaux et cognitifs des TSA. 

Les altérations neuronales, la neuroinflammation dans la mPFC sont également considérées comme contribuant à la pathophysiologie des TSA. L'augmentation du niveau de tomato lectin, protéine acide fibrillaire gliale (GFAP) et de molécule d'adhésion (NCAM) dans la mPFC se produit chez les animaux traités au VPA . 
Parmi les projections liées à la mPFC, les neurones préfrontaux de couche profonde spécifiques qui se projettent vers des cibles sous-corticales, telles que MD, sont étroitement associés au comportement social. Les neurones L5 sous-corticaux présentent une résistance à l'entrée et un potentiel d'action réduits selon trois modèles distincts, notamment l'exposition in utero valproic (VPA), les souris CNTNAP2-KO et FMR1-KO.
Bien que l'hypo-fonctionnalité de la mPFC dans l'autisme soit un mécanisme répandu des TSA, comme nous l'avons décrit ci-dessus, l'hyper-connectivité et l'hypervasticité dans la mPFC sont également liées à certains symptômes autistiques, tels qu'une sociabilité altérée, des comportements d'attaques, et déficit d'attention. 
L'hyperconnectivité et la transmission synaptique lente au début du développement de la mPFC ont été observées chez des souris FMR1-KO, un modèle murin pour l'autisme et le retard mental. En outre, les projections axonales de mPFC à la BLA montrent une augmentation de la ramification axonale et de la connectivité, ce qui conduit à une activité accrue dans la BLA des souris Pten +/-, un modèle pour l'autisme et la macrocéphalie (51).


Physiol Genomics. 2019 Aug 2. doi: 10.1152/physiolgenomics.00006.2019.

The Medial Prefrontal Cortex in Neurological Diseases

Xu P¹, Chen A², Li Y¹, Xing X¹, Lu H¹.

Author information

1George Washington University, United States.2Department of Pediatric, Affiliated Hospital of Southwest Medical University, China.

Abstract

The medial prefrontal cortex (mPFC) is a crutial cortical region which integrates information from numerous cortical and subcortical areas and converges updated information to output structures. It plays essential roles in the cognitive process, regulation of emotion, motivation, and sociability. The dysfunction of the mPFC has been found in various neurological and psychiatric disorders, such as the depression, anxiety disorders, schizophrenia, autism spectrum disorders (ASDs), Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and addiction. In the present review, we summarize the preclinical and clinical studies to illustrate the role of the mPFC in these neurological diseases.
PMID:31373533DOI: 10.1152/physiolgenomics.00006.2019

Obésité/diabète maternelle, acides aminés à chaîne ramifiée plasmatiques et risque de "trouble du spectre de l'autisme" chez les enfants urbains à faible revenu: preuves de la différence entre les sexes

Aperçu: G.M.

Les conditions métaboliques maternelles sont des facteurs de risque connus du "trouble du spectre de l'autisme" (TSA) chez l'enfant . Les acides aminés à chaîne ramifiée (BCAAs) sont également associés aux TSA. Nous avons examiné les associations conjointes de conditions métaboliques maternelles et de BCAA sur le risque de TSA chez l'enfant et si les associations différaient selon le sexe de l'enfant. 

Nous avons analysé 789 couples mère-enfant, un sous-groupe de la cohorte de naissance de Boston, issus d'une population minoritaire à prédominance urbaine. Les BCAA plasmatiques maternels ont été mesurés par chromatographie en phase liquide-spectrométrie de masse en tandem dans des échantillons prélevés 24 à 72 heures après l'accouchement. Un score composite de BCAA a été créé à l'aide d'une analyse factorielle et l'obésité et le diabète (ob / DM) avant la grossesse ont été combinés en une seule variable. La régression logistique a été utilisée pour explorer le rôle des BCAA en tant que médiateurs ou cofacteurs atteints de diabète / ob et du sexe de l'enfant sur le risque de TSA. Les interactions BCAA-ob / DM et BCAA-sexe ont également été examinées. 

Les BCAA maternelles seules n'étaient pas associées aux TSA et n'intervenaient pas dans la voie entre ob / DM et TSA. En présence d'ob / DM maternelle, le score de BCAA était significativement associé à un TSA (OR ajusté 2,33, IC 95% 1,18, 4,60). Des interactions étaient présentes pour la valine avec ob / DM et pour la valine et l'isoleucine avec le sexe masculin avec un risque de TSA. 

Le rapport de cotes (OR) du risque de TSA était le plus élevé avec les trois facteurs de risque combinés: sexe masculin, score supérieur au BCAA médian et ob / DM (OR 10,79, IC 95% 4,40, 26,42). 

Des schémas similaires ont été trouvés pour d'autres troubles du développement, mais pas aussi forts que pour les TSA. 

Des études supplémentaires sont nécessaires pour clarifier le rôle des BCAA, de l'ob / DM et du sexe de l'enfant dans le traitement des TSA chez la mère. Autism Res 2019. © 2019 Société internationale de recherche sur l'autisme, Wiley Periodicals, Inc. 

Autism Res. 2019 Aug 9. doi: 10.1002/aur.2177.

Maternal Obesity/Diabetes, Plasma Branched-Chain Amino Acids, and Autism Spectrum Disorder Risk in Urban Low-Income Children: Evidence of Sex Difference

Panjwani AA¹, Ji Y², Fahey JW^1,3,4, Palmer A¹, Wang G², Hong X², Zuckerman B⁵, Wang X^2,6.

Author information

1

Center for Human Nutrition, Department of International Health, Johns Hopkins University Bloomberg School of Public Health, Baltimore, Maryland.

2

Center on the Early Life Origins of Disease, Department of Population, Family and Reproductive Health, Johns Hopkins University Bloomberg School of Public Health, Baltimore, Maryland.

3

Cullman Chemoprotection Center, Department of Pharmacology and Molecular Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland.

4

Division of Clinical Pharmacology, Department of Medicine, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland.

5

Department of Pediatrics, Boston University School of Medicine and Boston Medical Center, Boston, Massachusetts.

6

Division of General Pediatrics and Adolescent Medicine, Department of Pediatrics, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland.

Abstract

Maternal metabolic conditions are known risk factors for child autism spectrum disorder (ASD). Branched-chain amino acids (BCAAs) are also associated with ASD. We examined the joint associations of maternal metabolic conditions and BCAAs on the risk of child ASD and whether the associations differed by child's sex. We analyzed 789 mother-infant pairs, a subset of the Boston Birth Cohort, from a predominantly urban, low-income, minority population. Maternal plasma BCAAs were measured by liquid chromatography-tandem mass spectrometry in samples collected 24-72 hr postpartum. A composite BCAA score was created using factor analysis, and prepregnancy obesity and diabetes (ob/DM) were combined into one variable. Logistic regression was used to explore the role of BCAAs as mediators or cofactors with ob/DM and child's sex on ASD risk. BCAA-ob/DM and BCAA-sex interactions were also examined. Maternal BCAAs alone were not associated with ASD and did not mediate the path between ob/DM and ASD. In the presence of maternal ob/DM, BCAA score was significantly associated with ASD (adjusted OR 2.33, 95% CI 1.18, 4.60). Interactions were present for valine with ob/DM and for valine and isoleucine with male sex on ASD risk. The odds ratio (OR) for risk of ASD was the greatest with all three risk factors combined-male sex, above median BCAA score, and ob/DM (OR 10.79, 95% CI 4.40, 26.42). Similar patterns were found for other developmental disorders, though not as strong as for ASD. Additional studies are warranted to clarify the role of maternal BCAAs, ob/DM, and child's sex in ASD. Autism Res 2019. © 2019 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc. LAY SUMMARY: This study investigated whether maternal obesity/diabetes and maternal circulating branched-chain amino acids (BCAAs) can jointly affect child ASD risk and whether the associations differ by child's sex. We found that the risk of ASD was greater among mothers with obesity/diabetes who also had elevated concentrations of BCAAs and that this risk was even greater for male children. These findings provide new evidence on fetal origins of ASD and sex difference and warrant additional investigation.

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

PMID:31400063

DOI:10.1002/aur.2177

Stimulation magnétique transcrânienne intermittente thêta-burst pour le "trouble du spectre de l'autisme": une étude pilote

Aperçu: G.M.

La stimulation par stimulation thêta (TBS) module la plasticité synaptique plus efficacement que la stimulation répétitive transcrânienne répétitive standard et peut être une modalité prometteuse pour les troubles neuropsychiatriques tels que le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA). À l'heure actuelle, il existe peu d'interventions efficaces pour le dysfonctionnement du cortex préfrontal dans les TSA. 

L'étude porte sur le TBS intermittent (iTBS) pour cibler les déficits des fonctions exécutives et les comportements restrictifs et répétitifs chez les enfants et les adolescents avec un diagnostic de TSA (dTSA).Dix participants masculins droitiers âgés de 9 à 17 ans avec dTSA ont été inscrits à un essai ouvert sur le traitement par ITBS. Quinze séances d'iTBS neuronavigatées à un seuil moteur de 100% ciblant le cortex préfrontal dorsolatéral droit ont été administrées pendant 3 semaines.Les scores des parents sur l'échelle de comportement répétitif révisée et l'échelle obsessive compulsive de Yale-Brown ont démontré des améliorations avec le traitement par iTBS. Les participants ont démontré des améliorations dans les erreurs persévératives sur le test de classement des cartes Wisconsin et le temps total pour le test Stroop. Les traitements iTBS ont été bien tolérés sans effets indésirables graves.Ces résultats préliminaires suggèrent que d'autres études d'intervention contrôlées de l'iTBS pour les TSA sont justifiées.

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais 

Rev Bras Psiquiatr. 2017 Dec 11:0. doi: 10.1590/1516-4446-2017-2279. [Epub ahead of print]

Intermittent theta-burst transcranial magnetic stimulation for autism spectrum disorder: an open-label pilot study

Abujadi C¹, Croarkin PE², Bellini BB¹, Brentani H¹, Marcolin MA³.

Author information

1

Departamento de Psiquiatria, Faculdade de Medicina, Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, SP, Brazil.

2

Department of Psychiatry and Psychology, Mayo Clinic, Rochester, Minnesota, USA.

3

Departamento de Neurologia, Faculdade de Medicina, USP, São Paulo, SP, Brazil.

Abstract

OBJECTIVE:

Theta-burst stimulation (TBS) modulates synaptic plasticity more efficiently than standard repetitive transcranial magnetic stimulation delivery and may be a promising modality for neuropsychiatric disorders such as autism spectrum disorder (ASD). At present there are few effective interventions for prefrontal cortex dysfunction in ASD. We report on an open-label, pilot study of intermittent TBS (iTBS) to target executive function deficits and restricted, repetitive behaviors in male children and adolescents with ASD.

METHODS:

Ten right-handed, male participants, aged 9-17 years with ASD were enrolled in an open-label trial of iTBS treatment. Fifteen sessions of neuronavigated iTBS at 100% motor threshold targeting the right dorsolateral prefrontal cortex were delivered over 3 weeks.

RESULTS:

Parent report scores on the Repetitive Behavior Scale Revised and the Yale-Brown Obsessive Compulsive Scale demonstrated improvements with iTBS treatment. Participants demonstrated improvements in perseverative errors on the Wisconsin Card Sorting Test and total time for the Stroop test. The iTBS treatments were well tolerated with no serious adverse effects.

CONCLUSION:

These preliminary results suggest that further controlled interventional studies of iTBS for ASD are warranted.

PMID:29236921

DOI:10.1590/1516-4446-2017-2279

L'impact de la stimulation de Theta-Burst intermittente par session unique sur le cortex préfrontal dorsolatéral et le sillon temporal supérieur postérieur chez les adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

La stimulation intermittente Theta à éclatement (iTBS), une stimulation magnétique transcrânienne répétitive à motifs, a été appliquée sur le sillon temporel postérieur supérieur (pSTS) ou le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC) pour explorer son impact chez les adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme".
Parmi les 25 adultes avec un diagnostic de TSA, 19 (âge moyen: 20,8 ans) ont terminé l'essai randomisé, contrôlé. Chaque participant a reçu des iTBS sur le DLPFC bilatéral, le pSTS bilatéral et l'inion (Note: point le plus proéminent de l'os occipital, dans la partie inférieure de l'arrière du crâne)  (en tant que stimulation simulée du contrôle) dans un ordre aléatoire avec un intervalle de 1 semaine. Les fonctions neuropsychologiques ont été évaluées en utilisant différents tests Conners (CCPT), test de tri des cartes Wisconsin (WCST), échelle compulsive obsessionnelle Yale-Brown (Y-BOCS) et échelle de réactivité sociale (SRS).

Par rapport à cela dans la stimulation simulée, le temps de réaction dans le CCPT a considérablement diminué suite à une session DLPFC unique (p = 0,04, taille d'effet = 0,71) alors qu'il n'y avait pas de différences significatives dans le CCPT et WCST suite à une session de pSTS unique

Les résultats dans les tests comportementaux étaient incohérents et avaient des divergences entre les rapports des parents et des patients. 

En conclusion, une seule session d'iTBS sur la DLPFC bilatérale peut modifier la fonction neuropsychologique chez les adultes avec un diagnostic de TSA.

Les impacts des sessions multiples sur les DLPFC ou les pSTS nécessitent d'autres recherches. 

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

Front Neurosci. 2017 May 9;11:255. doi: 10.3389/fnins.2017.00255. eCollection 2017.

The Impact of Single Session Intermittent Theta-Burst Stimulation over the Dorsolateral Prefrontal Cortex and Posterior Superior Temporal Sulcus on Adults with Autism Spectrum Disorder

Ni HC^1,2, Hung J³, Wu CT⁴, Wu YY¹, Chang CJ^5,6,7, Chen RS³, Huang YZ^3,8,9.

Author information

1

Department of Psychiatry, Chang Gung Memorial Hospital at LinkouLinkou, Taiwan.

2

Graduate Institute of Clinical Medicine, National Taiwan University College of MedicineTaipei, Taiwan.

3

Department of Neurology, Neuroscience Research Center, Chang Gung Memorial Hospital at LinkouTaipei, Taiwan.

4

Department of Medical Imaging and Intervention, Chang Gung Memorial Hospital at LinkouTaipei, Taiwan.

5

Graduate Institute of Clinical Medical Science, Chang Gung UniversityTaoyuan, Taiwan.

6

Clinical Informatics and Medical Statistics Research Center, Chang Gung UniversityTaoyuan, Taiwan.

7

Research Services Center for Health Information, Chang Gung UniversityTaoyuan, Taiwan.

8

Medical School, Chang Gung UniversityTaoyuan, Taiwan.

9

Institute of Cognitive Neuroscience, National Central UniversityTaoyuan, Taiwan.

Abstract

Intermittent theta burst stimulation (iTBS), a patterned repetitive transcranial magnetic stimulation, was applied over the posterior superior temporal sulcus (pSTS) or dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) to explore its impact in adults with autism spectrum disorder (ASD). Among 25 adults with ASD, 19 (mean age: 20.8 years) completed the randomized, sham-controlled, crossover trial. Every participant received iTBS over the bilateral DLPFC, bilateral pSTS and inion (as a sham control stimulation) in a randomized order with a 1-week interval. Neuropsychological functions were assessed using the Conners' Continuous Performance Test (CCPT) and the Wisconsin Card Sorting Test (WCST). Behavioral outcomes were measured using the Yale-Brown Obsessive Compulsive Scale (Y-BOCS) and the Social Responsiveness Scale (SRS). In comparison to that in the sham stimulation, the reaction time in the CCPT significantly decreased following single DLPFC session (p = 0.04, effect size = 0.71) while there were no significant differences in the CCPT and WCST following single pSTS session. Besides, the results in behavioral outcomes were inconsistent and had discrepancy between reports of parents and patients. In conclusion, a single session of iTBS over the bilateral DLPFC may alter the neuropsychological function in adults with ASD. The impacts of multiple-sessions iTBS over the DLPFC or pSTS deserve further investigations.

PMID: 28536500

PMCID: PMC5423353

DOI: 10.3389/fnins.2017.00255

Décalage dans l'équilibre de l'inhibition cérébrale et de la connectivité du cortex préfrontal des adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Actuellement, il n'existe aucun traitement pharmacologique efficace pour les symptômes de base du "trouble du spectre de l'autisme" (TSA). Il existe néanmoins un potentiel de progrès. Par exemple, des données récentes suggèrent que les systèmes GABA excitateur (E) et inhibiteur (I) peuvent être modifiés dans les TSA. Cependant, aucune étude antérieure de TSA n'a examiné la «responsivité» du système E-I à un défi pharmacologique; Ou si la modulation E-I modifie les anomalies de la connectivité fonctionnelle des régions cérébrales impliquées dans le "trouble".  

L'équipe a donc utilisé la spectroscopie de résonance magnétique ([1H] MRS) pour mesurer le flux E-I préfrontal en réponse au glutamate et au médicament GABA agissant dans le riluzole chez les hommes adultes avec et sans diagnostic de "TSA". Elle a aussi comparé la variation de l'indice inhibiteur préfrontal - la fraction GABA dans l'ensemble glutamate plus les métabolites GABA - post riluzole ; Et l'impact du riluzole sur les différences dans la connectivité fonctionnelle à l'état de repos. 

Malgré les différences de base dans le bilan E-I, il y a eu une importante différence de groupe en réponse à un défi pharmacologique. Le riluzole a augmenté l'indice inhibiteur du cortex préfrontal chez les personnes TSA, mais l'a diminué chez les témoins. Il y avait également une importante différence de groupe dans la connectivité fonctionnelle préfrontale à la ligne de base, qui a été abolie par le riluzole dans le groupe TSA.

Les résultats montrent montrent que le flux E-I peut être «déplacé» avec un défi pharmacologique, mais cette réactivité est significativement différente des contrôles. En outre, les preuves initiales suggèrent que les anomalies de la connectivité fonctionnelle peuvent être «normalisées» en ciblant E-I, même chez les adultes. 

Transl Psychiatry. 2017 May 23;7(5):e1137. doi: 10.1038/tp.2017.104.

Shifting brain inhibitory balance and connectivity of the prefrontal cortex of adults with autism spectrum disorder

Ajram LA¹, Horder J¹, Mendez MA^1,2, Galanopoulos A^1,2, Brennan LP^1,2, Wichers RH^1,2, Robertson DM², Murphy CM^1,2, Zinkstok J², Ivin G³, Heasman M³, Meek D², Tricklebank MD⁴, Barker GJ⁴, Lythgoe DJ⁴, Edden RAE⁵, Williams SC⁴, Murphy DGM^1,2, McAlonan GM^1,2.

Author information

1

Department of Forensic and Neurodevelopmental Sciences, The Sackler Centre for Translational Neurodevelopment, Institute of Psychiatry, Psychology and Neuroscience, King's College London, London, UK.

2

Behavioural and Developmental Psychiatry Clinical Academic Group, South London and Maudsley NHS Trust, London, UK.

3

Pharmacy Department, South London and Maudsley NHS Foundation Trust, London, UK.

4

Department of Neuroimaging, Institute of Psychiatry, Psychology and Neuroscience, King's College London, London, UK.

5

Department of Radiology and Radiological Science, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA.

Abstract

Currently, there are no effective pharmacologic treatments for the core symptoms of autism spectrum disorder (ASD). There is, nevertheless, potential for progress. For example, recent evidence suggests that the excitatory (E) glutamate and inhibitory (I) GABA systems may be altered in ASD. However, no prior studies of ASD have examined the 'responsivity' of the E-I system to pharmacologic challenge; or whether E-I modulation alters abnormalities in functional connectivity of brain regions implicated in the disorder. Therefore, we used magnetic resonance spectroscopy ([1H]MRS) to measure prefrontal E-I flux in response to the glutamate and GABA acting drug riluzole in adult men with and without ASD. We compared the change in prefrontal 'Inhibitory Index'-the GABA fraction within the pool of glutamate plus GABA metabolites-post riluzole challenge; and the impact of riluzole on differences in resting-state functional connectivity. Despite no baseline differences in E-I balance, there was a significant group difference in response to pharmacologic challenge. Riluzole increased the prefrontal cortex inhibitory index in ASD but decreased it in controls. There was also a significant group difference in prefrontal functional connectivity at baseline, which was abolished by riluzole within the ASD group. Our results also show, for we believe the first time in ASD, that E-I flux can be 'shifted' with a pharmacologic challenge, but that responsivity is significantly different from controls. Further, our initial evidence suggests that abnormalities in functional connectivity can be 'normalised' by targeting E-I, even in adults.

PMID: 28534874

DOI: 10.1038/tp.2017.104

Déséquilibre entre l'excitation et l'inhibition dans la phénylcétonurie, une maladie métabolique génétique associée à l'autisme

Aperçu: G.M.

La phénylcétonurie (PKU) est la maladie métabolique génétique la plus fréquente avec une association bien documentée avec des troubles du spectre de l'autisme. Elle se caractérise par la déficience de l'activité de la phénylalanine hydroxylase, provoquant une hyperphénylalaninémie plasmatique et des déficiences neurologiques et cognitives variables.  Parmi les mécanismes pathophysiologiques potentiels impliqués dans les troubles du spectre de l'autisme , on trouve le déséquilibre d'excitation / inhibition (E / I) qui pourrait résulter d'altérations du développement de la synapse excitatrice / inhibitrice, de la transmission synaptique et de la plasticité, des voies de signalisation en aval et de l'excitabilité neuronale intrinsèque. L'équipe a étudié les altérations fonctionnelles et moléculaires dans le cortex préfrontal (pFC) des souris BTBR-Pahenu2 (ENU2), le modèle animal de PKU.

Les données montrent une fréquence plus élevée de transmissions inhibitrices et une fréquence significativement réduite de transmissions excitatrices chez les souris affectées par la PKU par rapport au type sauvage. Dans le pFC des souris ENU2, des niveaux plus élevés des protéines d'adhésion cellulaire post-synaptique neuroligine1 et 2 sont signalés.

Les données indiquent donc un déséquilibre dans la neurotransmission E / I favorisant l'inhibition dans le pFC des souris ENU2, avec des altérations des composants moléculaires impliqués dans l'organisation de la synapse corticale et fournit donc des preuves supplémentaires du déséquilibre E / I dans les modèles animaux de pathologie associés aux troubles du spectre de l'autisme.

Int J Mol Sci. 2017 Apr 29;18(5). pii: E941. doi: 10.3390/ijms18050941.

Unbalance between Excitation and Inhibition in Phenylketonuria, a Genetic Metabolic Disease Associated with Autism

De Jaco A¹, Mango D², De Angelis F³, Favaloro FL⁴, Andolina D^5,6, Nisticò R⁷, Fiori E^8,9,10, Colamartino M^11,12, Pascucci T^13,14.

Author information

1

Department of Biology and Biotechnologies "Charles Darwin", Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. antonella.dejaco@uniroma1.it.

2

EBRI-European Brain Research Institute, 00143 Rome, Italy. dalilamango@gmail.com.

3

Department of Biology and Biotechnologies "Charles Darwin", Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. federica.deangelis@uniroma1.it.

4

Department of Biology and Biotechnologies "Charles Darwin", Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. floresl@libero.it.

5

Department of Psychology, "Daniel Bovet", Neurobiology Research Center, Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. diego.andolina@uniroma1.it.

6

Foundation Santa Lucia, IRCCS, 00143 Rome, Italy. diego.andolina@uniroma1.it.

7

Department of Biology, University of Tor Vergata, 00133 Rome, Italy. robert.nistico@uniroma1.it.

8

EBRI-European Brain Research Institute, 00143 Rome, Italy. elena.fiori@uniroma1.it.

9

Department of Psychology, "Daniel Bovet", Neurobiology Research Center, Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. elena.fiori@uniroma1.it.

10

Cell Biology and Neurobiology Institute, National Research Council, 00143 Rome, Italy. elena.fiori@uniroma1.it.

11

Department of Psychology, "Daniel Bovet", Neurobiology Research Center, Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. marco.colamartino@uniroma1.it.

12

Foundation Santa Lucia, IRCCS, 00143 Rome, Italy. marco.colamartino@uniroma1.it.

13

Department of Psychology, "Daniel Bovet", Neurobiology Research Center, Sapienza University of Rome, 00185 Rome, Italy. tiziana.pascucci@uniroma1.it.

14

Foundation Santa Lucia, IRCCS, 00143 Rome, Italy. tiziana.pascucci@uniroma1.it.

Abstract

Phenylketonuria (PKU) is the most common genetic metabolic disease with a well-documented association with autism spectrum disorders. It is characterized by the deficiency of the phenylalanine hydroxylase activity, causing plasmatic hyperphenylalaninemia and variable neurological and cognitive impairments. Among the potential pathophysiological mechanisms implicated in autism spectrum disorders is the excitation/inhibition (E/I) imbalance which might result from alterations in excitatory/inhibitory synapse development, synaptic transmission and plasticity, downstream signalling pathways, and intrinsic neuronal excitability. Here, we investigated functional and molecular alterations in the prefrontal cortex (pFC) of BTBR-Pah^enu2 (ENU2) mice, the animal model of PKU. Our data show higher frequency of inhibitory transmissions and significant reduced frequency of excitatory transmissions in the PKU-affected mice in comparison to wild type. Moreover, in the pFC of ENU2 mice, we reported higher levels of the post-synaptic cell-adhesion proteins neuroligin1 and 2. Altogether, our data point toward an imbalance in the E/I neurotransmission favouring inhibition in the pFC of ENU2 mice, along with alterations of the molecular components involved in the organization of cortical synapse. In addition to being the first evidence of E/I imbalance within cortical areas of a mouse model of PKU, our study provides further evidence of E/I imbalance in animal models of pathology associated with autism spectrum disorders.

PMID: 28468253

DOI: 10.3390/ijms18050941

Études de FNIRS sur l'asymétrie hémisphérique dans la fonction neurale atypique dans les troubles du développement

Aperçu: G.M.

La latéralisation fonctionnelle est un trait hautement réplicable du système nerveux humain. Beaucoup d'études antérieures ont montré la possibilité que les personnes avec un diagnostic de déficit d'attention / trouble de l'hyperactivité (TDAH) et du trouble du spectre de l'autisme (TSA) présentent une asymétrie hémisphérique dans la fonction neurale atypique.  

Cependant, malgré l'abondance des études pertinentes, il existe toujours une controverse sur cette question. Dans la mini-évaluation actuelle, les auteurs fournissent un aperçu de l'asymétrie hémisphérique dans la fonction neurale atypique observée dans les études de FNIRS sur les personnes avec ces conditions.  

Les études existantes de FNIRS appuient l'atypie de droite-latéralisée chez les enfants avec TDAH. Dans le même temps, une latéralisation latérale claire dans une activation atypique chez les personnes avec TSA n'a pas été trouvée.  

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

Front Hum Neurosci. 2017 Apr 12;11:137. doi: 10.3389/fnhum.2017.00137. eCollection 2017.

fNIRS Studies on Hemispheric Asymmetry in Atypical Neural Function in Developmental Disorders

Doi H¹, Shinohara K¹.

Author information

1

Department of Neurobiology and Behavior, Graduate School of Biomedical Sciences, Nagasaki UniversityNagasaki, Japan.

Abstract

Functional lateralization is highly replicable trait of human neural system. Many previous studies have indicated the possibility that people with attention-deficits/hyperactivity-disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD) show hemispheric asymmetry in atypical neural function. However, despite the abundance of relevant studies, there is still ongoing controversy over this issue. In the present mini-review, we provide an overview of the hemispheric asymmetry in atypical neural function observed in fNIRS studies on people with these conditions. Atypical neural function is defined as group-difference in the task-related concentration change of oxygenated hemoglobin. The existing fNIRS studies give support to the right-lateralized atypicalty in children with ADHD. At the same time, we did not find clear leftward-lateralization in atypical activation in people with ASD. On the basis of these, we discuss the current states and limitation of the existing studies.

PMID: 28446869

PMCID: PMC5388750

DOI: 10.3389/fnhum.2017.00137

Cortex préfrontal et cognition sociale chez la souris et l'homme

Traduction: G.M.

Front Psychol. 2015 Nov 26;6:1805.

Prefrontal Cortex and Social Cognition in Mouse and Man

Bicks LK¹, Koike H¹, Akbarian S², Morishita H¹.

Author information

• ¹Department of Psychiatry, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Department of Neuroscience, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Department of Ophthalmology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Mindich Child Health and Development Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Friedman Brain Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA.
• ²Department of Psychiatry, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Department of Neuroscience, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA ; Friedman Brain Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York NY, USA.

Abstract

Social cognition is a complex process that requires the integration of a wide variety of behaviors, including salience, reward-seeking, motivation, knowledge of self and others, and flexibly adjusting behavior in social groups. Not surprisingly, social cognition represents a sensitive domain commonly disrupted in the pathology of a variety of psychiatric disorders including Autism Spectrum Disorder (ASD) and Schizophrenia (SCZ). 
La cognition sociale est un processus complexe qui nécessite l'intégration d'un large éventail de comportements, y compris la saillance, recherche de récompense, la motivation, la connaissance de soi et des autres, et le comportement d'ajustement de la flexibilité dans les groupes sociaux. Sans surprise, la cognition sociale représente un domaine sensible couramment perturbé dans la pathologie d'une variété de troubles psychiatriques, y compris les troubles du spectre de l'autisme (TSA) et la schizophrénie (SCZ). 
Here, we discuss convergent research from animal models to human disease that implicates the prefrontal cortex (PFC) as a key regulator in social cognition, suggesting that disruptions in prefrontal microcircuitry play an essential role in the pathophysiology of psychiatric disorders with shared social deficits. We take a translational perspective of social cognition, and review three key behaviors that are essential to normal social processing in rodents and humans, including social motivation, social recognition, and dominance hierarchy. A shared prefrontal circuitry may underlie these behaviors. Social cognition deficits in animal models of neurodevelopmental disorders like ASD and SCZ have been linked to an altered balance of excitation and inhibition (E/I ratio) within the cortex generally, and PFC specifically. 
Ici, nous discutons la recherche convergente de modèles animaux à la maladie humaine qui impliquent le cortex préfrontal (PFC) comme un régulateur clé de la cognition sociale, ce qui suggère que les perturbations dans les microcircuits préfrontaux jouent un rôle essentiel dans la physiopathologie des troubles psychiatriques ayant des déficits sociaux communs. Nous prenons une perspective de translation de la cognition sociale et de l'examen de trois comportements clés qui sont essentiels à la transformation sociale normale chez les rongeurs et les humains, comprenant la motivation sociale, la reconnaissance sociale, et la  hiérarchie de dominance. Un circuit préfrontal partagé peut expliquer ces comportements. Les déficits de la cognition sociale chez des modèles animaux de troubles neurodéveloppementaux comme SCZ et TSA ont été associés à une altération de l'équilibre de l'inhibition et de l'excitation (E / rapport de I) à l'intérieur du cortex généralement, et spécifiquement dans le PFC. 
A clear picture of the mechanisms by which altered E/I ratio in the PFC might lead to disruptions of social cognition across a variety of behaviors is not well understood. Future studies should explore how disrupted developmental trajectory of prefrontal microcircuitry could lead to altered E/I balance and subsequent deficits in the social domain.
Une image claire des mécanismes par lesquels le rapport E / I modifié dans le PFC pourrait entraîner des perturbations de la cognition sociale à travers une variété de comportements n'est pas bien comprise. Les études futures devraient explorer comment la trajectoire  développementale perturbée des microcircuits préfrontaux pourrait conduire à une altération de l'équilibre E / I et aux déficits ultérieurs dans le domaine social.

PMID: 26635701