Signatures électrophysiologiques des réseaux atypiques de connectivité du cerveau intrinsèque au sein de l'autisme

Aperçu: G.M.

Une connectivité anormale au niveau local et à longue distance du cerveau a été largement rapportée dans le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA), mais la nature de ces anomalies et leur pertinence fonctionnelle liée à des rythmes corticaux distincts reste inconnue. Les recherches sur les réseaux de connectivité intrinsèque (ICN) et leur cohérence dans l'ensemble des réseaux cérébraux sont prometteuses pour déterminer si les modèles d'anomalies de connectivité fonctionnelle varient selon les fréquences et les réseaux dans les TSA. Dans la présente étude, l'équipe a visé à sonder les réseaux de connectivité intrinsèque cérébrale atypiques dans le TSA à partir des données d'électroencéphalographie (EEG) à l'état de repos en caractérisant l'ensemble du réseau du cerveau.

Parmi les ICN électrophysiologiques identifiés, les personnes avec un diagnostic de TSA ont montré une hyper-connectivité dans les ICN individuels et une hypo-connectivité entre les ICN. Les altérations fonctionnelles de la connectivité dans les TSA étaient plus sévères dans le lobe frontal et le réseau de mode par défaut (DMN) et à faible fréquence. Ces mesures de connectivité fonctionnelle ont également montré des associations anormales liées à l'âge dans les ICN liées aux régions frontales, temporelles et motrices dans les TSA.Ces résultats suggèrent que le TSA se caractérise par les directions opposées des anomalies (c.-à-d. Hypo- et hyper-connectivité) dans la structure hiérarchique de l'ensemble du réseau du cerveau, avec plus d'altérations dans le lobe frontal et le DMN aux bandes de basse fréquence, qui sont critiques pour le contrôle top-down des systèmes sensoriels, ainsi que pour la cognition et les compétences sociales.

J Neural Eng. 2017 May 25;14(4):046010. doi: 10.1088/1741-2552/aa6b6b.

Electrophysiological signatures of atypical intrinsic brain connectivity networks in autism

Shou G¹, Mosconi MW, Wang J, Ethridge LE, Sweeney JA, Ding L.

Author information

1

School of Electrical and Computer Engineering, University of Oklahoma, Norman, OK, United States of America.

Abstract

OBJECTIVE:

Abnormal local and long-range brain connectivity have been widely reported in autism spectrum disorder (ASD), yet the nature of these abnormalities and their functional relevance at distinct cortical rhythms remains unknown. Investigations of intrinsic connectivity networks (ICNs) and their coherence across whole brain networks hold promise for determining whether patterns of functional connectivity abnormalities vary across frequencies and networks in ASD. In the present study, we aimed to probe atypical intrinsic brain connectivity networks in ASD from resting-state electroencephalography (EEG) data via characterizing the whole brain network.


APPROACH:

Connectivity within individual ICNs (measured by spectral power) and between ICNs (measured by coherence) were examined at four canonical frequency bands via a time-frequency independent component analysis on high-density EEG, which were recorded from 20 ASD and 20 typical developing (TD) subjects during an eyes-closed resting state.


MAIN RESULTS:

Among twelve identified electrophysiological ICNs, individuals with ASD showed hyper-connectivity in individual ICNs and hypo-connectivity between ICNs. Functional connectivity alterations in ASD were more severe in the frontal lobe and the default mode network (DMN) and at low frequency bands. These functional connectivity measures also showed abnormal age-related associations in ICNs related to frontal, temporal and motor regions in ASD.


SIGNIFICANCE:

Our findings suggest that ASD is characterized by the opposite directions of abnormalities (i.e. hypo- and hyper-connectivity) in the hierarchical structure of the whole brain network, with more impairments in the frontal lobe and the DMN at low frequency bands, which are critical for top-down control of sensory systems, as well as for both cognition and social skills.

PMID: 28540866

DOI: 10.1088/1741-2552/aa6b6b

Différences liées à l'âge dans l'autisme: le cas de la microstructure de la matière blanche

Traduction: G.M.

Hum Brain Mapp. 2016 Aug 11. doi: 10.1002/hbm.23345.

Age-related differences in autism: The case of white matter microstructure

Koolschijn PC^1,2, Caan MW³, Teeuw J^3,4, Olabarriaga SD⁵, Geurts HM^1,2,6.

Author information

• ¹Dutch Autism & ADHD Research Center, Brain and Cognition, University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands.
• ²Amsterdam Brain and Cognition (ABC), University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands.
• ³Department of Radiology, Brain Imaging Center, Academic Medical Center, University of Amsterdam, The Netherlands.
• ⁴Department of Psychiatry, Brain Center Rudolf Magnus, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands.
• ⁵Department of Epidemiology, Biostatistics and Bioinformatics, Academic Medical Center, University of Amsterdam, The Netherlands.
• ⁶Dr Leo Kannerhuis, The Netherlands.

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is typified as a brain connectivity disorder in which white matter abnormalities are already present early on in life. However, it is unknown if and to which extent these abnormalities are hard-wired in (older) adults with ASD and how this interacts with age-related white matter changes as observed in typical aging. The aim of this first cross-sectional study in mid- and late-aged adults with ASD was to characterize white matter microstructure and its relationship with age. We utilized diffusion tensor imaging with head motion control in 48 adults with ASD and 48 age-matched controls (30-74 years), who also completed a Flanker task. Intra-individual variability of reaction times (IIVRT) measures based on performance on the Flanker interference task were used to assess IIVRT-white matter microstructure associations. We observed primarily higher mean and radial diffusivity in white matter microstructure in ASD, particularly in long-range fibers, which persisted after taking head motion into account. Importantly, group-by-age interactions revealed higher age-related mean and radial diffusivity in ASD, in projection and association fiber tracts. Subtle dissociations were observed in IIVRT-white matter microstructure relations between groups, with the IIVRT-white matter association pattern in ASD resembling observations in cognitive aging. The observed white matter microstructure differences are lending support to the structural underconnectivity hypothesis in ASD. These reductions seem to have behavioral percussions given the atypical relationship with IIVRT. Taken together, the current results may indicate different age-related patterns of white matter microstructure in adults with ASD. 
Le trouble du spectre de l'autisme (TSA) se caractérise comme un trouble de la connectivité du cerveau dans lequel les anomalies de la substance blanche sont déjà présentes au début de la vie. Cependant, on ne sait pas si et dans quelle mesure ces anomalies sont câblés chez (âgés) les adultes avec TSA et comment cela interagit avec les changements de la substance blanche liés à l'âge comme observés dans le vieillissement typique. Le but de cette première étude transversale chez l'adulte d'âge moyen et tardif avec TSA était de caractériser la microstructure de la matière blanche et sa relation avec l'âge. Nous avons utilisé l'imagerie à tenseur de diffusion avec le contrôle du mouvement de la tête chez 48 adultes avec TSA et 48 adultes contrôles appariés selon l'âge (30-74 ans), qui ont terminé aussi une tâche Flanker. Les mesures de la variabilité intra-individuelle des temps de réaction (IIVRT) basées sur la performance de la tâche d'interférence Flanker ont été utilisées pour évaluer les associations de microstructure de la matière blanche IIVRT . Nous avons observé principalement l'augmentation moyenne et radiale de la diffusivité dans la microstructure de la matière blanche dans le TSA, en particulier dans les fibres à longue portée, qui ont persisté après la prise en compte du mouvement de la tête . Fait important, les interactions de groupe par âge a révélé une moyenne plus élevée liée à l'âge et de la diffusivité radiale dans le ASD, dans les fibres des voies de projections et d'associations. Des dissociations subtiles ont été observées dans les relations microstructure de la matière blanche IIVRT entre les groupes, avec le motif d'association de matière blanche IIVRT dans dans le TSA ressemblant à des observations dans le vieillissement cognitif. Les différences de microstructure de la substance blanche observées sont prêts à appuyer l'hypothèse de la sous-connectivité structurelle dans le TSA. Ces réductions semblent avoir des percussions comportementales étant donné la relation atypique avec IIVRT. Pris ensemble, les résultats actuels peuvent indiquer différents schémas liés à l'âge dans la microstructure de la matière blanche chez les adultes avec TSA.

Hum Brain Mapp, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.
© 2016 Wiley Periodicals, Inc.

PMID: 27511627    DOI: 10.1002/hbm.23345

L'hypoconnectivité fonctionnelle de l'ensemble du cerveau comme endophénotype de l'autisme chez les adolescents

Traduction: G.M.

Neuroimage Clin. 2015 Aug 7;9:140-152.

Whole-brain functional hypoconnectivity as an endophenotype of autism in adolescents

Moseley RL¹, Ypma RJ², Holt RJ³, Floris D³, Chura LR³, Spencer MD³, Baron-Cohen S⁴, Suckling J⁵, Bullmore E⁶, Rubinov M⁷.

Author information

• ¹Department of Psychiatry, Brain Mapping Unit, University of Cambridge, Cambridge, UK.
• ²Department of Psychiatry, Brain Mapping Unit, University of Cambridge, Cambridge, UK ; University of Cambridge, Hughes Hall, Cambridge, UK.
• ³Autism Research Centre, Department of Psychiatry, University of Cambridge, Cambridge, UK.
• ⁴Autism Research Centre, Department of Psychiatry, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Cambridge Lifespan Asperger Syndrome Service (CLASS) Clinic, Cambridgeshire and Peterborough National Health Service Foundation Trust, Cambridge, UK.
• ⁵Department of Psychiatry, Brain Mapping Unit, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Department of Experimental Psychology, Behavioural and Clinical Neuroscience Institute, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Cambridgeshire & Peterborough National Health Service Foundation Trust, Cambridge, UK.
• ⁶Department of Psychiatry, Brain Mapping Unit, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Department of Experimental Psychology, Behavioural and Clinical Neuroscience Institute, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Cambridgeshire & Peterborough National Health Service Foundation Trust, Cambridge, UK ; ImmunoPsychiatry, Alternative Discovery & Development, GlaxoSmithKline, Stevenage, UK.
• ⁷Department of Psychiatry, Brain Mapping Unit, University of Cambridge, Cambridge, UK ; Churchill College, University of Cambridge, Cambridge, UK.

Abstract

Endophenotypes are heritable and quantifiable markers that may assist in the identification of the complex genetic underpinnings of psychiatric conditions. Here we examined global hypoconnectivity as an endophenotype of autism spectrum conditions (ASCs). We studied well-matched groups of adolescent males with autism, genetically-related siblings of individuals with autism, and typically-developing control participants. We parcellated the brain into 258 regions and used complex-network analysis to detect a robust hypoconnectivity endophenotype in our participant group. We observed that whole-brain functional connectivity was highest in controls, intermediate in siblings, and lowest in ASC, in task and rest conditions. We identified additional, local endophenotype effects in specific networks including the visual processing and default mode networks. Our analyses are the first to show that whole-brain functional hypoconnectivity is an endophenotype of autism in adolescence, and may thus underlie the heritable similarities seen in adolescents with ASC and their relatives.
Les endophénotypes (Note de traduction: En génétique, le phénoptype est l'ensemble des caractères observables d'un individu; l'endophenotype est un terme génétique épidémiologique qui est utilisé pour séparer les symptômes comportementaux en phénotypes plus stables avec un lien génétique clair) sont des marqueurs héréditaires et quantifiables qui peuvent aider à l'identification des fondements génétiques complexes de troubles psychiatriques. Ici nous avons examiné l'hypoconnectivité globale comme un endophénotype des troubles du spectre de l'autisme (CSA). Nous avons étudié des groupes bien appariés d'adolescents avec autisme, des frères et sœurs liés génétiquement à des personnes avec autisme, et des participants contrôle au développement typique. Nous avons parcellisé le cerveau en 258 régions et utilisé l'analyse de réseau complexe pour détecter une hypoconnectivité endophénotype solide dans notre groupe de participants. Nous avons observé que la connectivité fonctionnelle du cerveau entier était plus élevée dans le groupe témoin, intermédiaire dans la fratrie, et la plus basse dans le TSA, pendant la tâche et au repos. Nous avons identifié des effets supplémentaires, d'endophénotype locaux suppémentaires dans des réseaux spécifiques, y compris les réseaux de traitement visuel et de mode par défaut. Nos analyses sont les premières à montrer que l'hypoconnectivité fonctionnelle de l'ensemble du cerveau est un endophénotype de l'autisme à l'adolescence, et peuvent donc sous-tendre les similitudes héréditaires observées chez les adolescents avec TSA et leurs parents. 

PMID: 26413477