Increased Coherence of White Matter Fiber Tract Organization in Adults with Asperger Syndrome: A Diffusion Tensor Imaging Study

Traduction partielle: G.M.

Autism Res. 2013 Oct 2. doi: 10.1002/aur.1332.

Une plus grande cohérence de l'organisation des fibres la matière blanche chez les adultes avec un syndrome d'Asperger : une étude d'imagerie du tenseur de diffusion

Roine U, Roine T, Salmi J, Nieminen-Von Wendt T, Leppämäki S, Rintahaka P, Tani P, Leemans A, Sams M.

Source

Brain and Mind Laboratory, Department of Biomedical Engineering and Computational Science, Aalto University, Espoo, Finland.

Abstract

To investigate whether there are global white matter (WM) differences between autistic and healthy adults, we performed diffusion tensor imaging (DTI) in 14 male adults with Asperger syndrome (AS) and 19 gender-, age-, and intelligence quotient-matched controls. 
We focused on individuals with high-functioning autism spectrum disorder (ASD), AS, to decrease heterogeneity caused by large variation in the cognitive profile. Previous DTI studies of ASD have mainly focused on finding local changes in fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD), two indexes used to characterize microstructural properties of WM. Although the local or voxel-based approaches may be able to provide detailed information in terms of location of the observed differences, such results are known to be highly sensitive to partial volume effects, registration errors, or placement of the regions of interest. Therefore, we performed global histogram analyses of (a) whole-brain tractography results and (b) skeletonized WM masks. In addition to the FA and MD, the planar diffusion coefficient (CP) was computed as it can provide more specific information of the complexity of the neural structure. 

Notre principale conclusion indiquait que les adultes avec de SA avaient des valeurs d'anisotropie fractionnelle moyennes plus élevées que les témoins.  
Une structure neurale moins complexe chez les adultes avec SA auraient pu expliquer les résultats, mais aucune différence significative n'a été trouvée dans le coefficient de diffusion plan ( planar diffusion coefficient :CP)

Nos résultats suggèrent qu'il existe des anomalies globales dans le tissu de matière blanche des adultes avec SA.

PMID: 24089369

Children with autism have difficulty recognizing ordinary words

New research indicates that young children with autism have a difficult time recognizing ordinary words and more of their brains are occupied with this kind of task compared to typically developing youngsters.

“Rather than becoming an expert in recognizing words, their brains slow down,” said Patricia Kuhl, co-director of the University of Washington’s Institute for Learning and Brain Sciences and an expert in how babies acquire language. “Because these children can’t distinguish what should be a familiar word their brains work too hard and they are unable to focus on new words. When they can’t understand a word, they miss everything else that follows in a sentence.”

The research is part of an effort to understand why language disorders are a characteristic of children with autism as scientists begin to peer inside the brains of some of these children to understand what’s behind their language deficits.

Kuhl will present findings that compare 19-to 30-month-old typically developing and autistic children during a keynote address Friday (May 4) at the Sixth International Meeting for Autism Research in Seattle.

She and her colleagues placed caps fitted with 20 sensors on the heads of the children and recorded brain waves that “leaked through their scalp” as the babies listened to familiar words (ball, dog, cat, book) and words that would be unfamiliar (verb, pint, bide, rate). The children also were exposed to common words that were recorded and played backwards. Backwards words produce sound patterns that are not characteristic of any language.

The brains of typically developing infants responded with a unique pattern of activation for each of these types of words. The responses for known and unknown words were markedly different. With the backward words, the children’s brains reacted as if they were hearing something totally different from the other types of words and gave a different signal, according to Kuhl, who is a professor of speech and hearing sciences. In addition, brain activity was focused in the temporal lobes of both hemispheres of the brain for each word type.

The children with autism, however, showed no difference in their responses between known and unknown words, meaning they couldn’t differentiate between them. However, their brains did react to the backwards words, and the pattern of activity was somewhat similar to that of the typically developing children. Overall brain activity in the children with autism was more diffuse and not focused in the temporal lobes, indicating more of their brains were tied up trying to understand the words.

Earlier work by Kuhl showed dramatic differences in how children 32 to 52 months of age responded to a computer-generated warbling sound and “motherese,” or baby talk, a speech form that is rich in phonemes. When given a choice by letting them turn their heads in one direction versus the other, normally developing children consistently preferred to listen to motherese, a near universal form of baby talk that is directed at infants and young children. Children with autism preferred the warble sound and chose it consistently.

Youngsters with the most serious symptoms of autism had a stronger preference for the warble than did higher functioning children with autism.

Kuhl believes there is some good news for parents from these studies because there are indications that some autistic children are achieving some learning.

“One of the puzzles of autism is the variability of children with it,” she said. “We believe the highest functioning autistic children have some recognition of phonemes (the basic sounds of a language). And this new study shows autistic toddlers can differentiate between backward words, which are not characteristic of a language, and real words. So some learning has gone on.” “To crack the speech code children must be able to distinguish phonemes, understand known words and be able to decode the word order of a sentence in English or their native language.”

Kuhl said researchers need better measures and tools such as magnetoencephalography, which is a non-invasive technology, to test and look inside the brains of children with autism.

“We’d like to know what kind of knowledge these children may have locked up in their brains. Children at the high-functioning end of the autism spectrum may have quite a bit. The first possible use of this research would be as a predictor of which children with autism might be responsive to treatment. With these tools we may be able to identify a part of the brain that is not responding, and that may suggest treatments by developing more targeted interventions.”

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The National Institute of Mental Health, the National Institute on Child Health and Human Development and the Cure Autism Now Foundation supported the research.

For more information, contact Kuhl at pkkuhl@u.washington.edu or (206) 685-1921.

Une nouvelle technique d’imagerie révèle des differences dans le cerveau des personnes autistes

Utilisant une nouvelle forme d’imagerie cérébrale appelée «diffusion tensor imaging» (DTI), des chercheurs du Centre d’Imagerie Cognitive du Cerveau de l’université Carnegie Mellon ont découvert que la fameuse matière blanche du cerveau des personnes autistes a une intégrité structurelle plus faible que celle des individus normaux. Ceci apporte une preuve supplémentaire que les différences anatomiques qui caractérisent les cerveaux des personnes avec autisme ont une relation avec la manière dont ces cerveaux traitent l’information.

Les résultats de cette dernière étude ont été publiés dans le journal NeuroReport. Les scientifiques ont utilise la DTI — qui suit le mouvement de l’eau dans le tissu cérébral— pour mesurer l’intégrité structurelle de la matière blanche qui agit comme un câblage reliant ensemble les différentes parties du cerveau. Normalement, les molécules d’eau se déplacent, ou se diffusent, dans une direction parallèle à l’orientation des fibres nerveuses de la matière blanche. Elles sont guidées par la structure cohérence des fibres et par un processus appelé myélinisation, dans lequel une gaine est formée autour des fibres ce qui accroît la vitesse de l’influx nerveux. Le mouvement de l’eau est plus disperse si l’intégrité structurelle des tissus est faible.— c’est à dire si les fibres sont moins denses, d’une organisation moins cohérente, ou moins myélinisées — comme c’était le cas avec les participants autistes de l’étude de Carnegie Mellon. Les chercheurs ont trouvé cette désorganisation tout spécialement dans les aires autour du corps calleux, la large bande de fibres nerveuses qui connecte les deux hémisphères cérébrales.

"Cette réduction de l’intégrité de la matière blanche peut être à l’origine du type de comportements observes dans l’autisme, la limitation des intérêts et la cohérence faible des différentes pensées." Dit Marcel Just, directeur du Centre d’Imagerie Cognitive du Cerveau et co-auteur de cette dernière étude. "Les nouvelles découvertes supportent également une nouvelle théorie de l’autisme qui attribue ce trouble à une mauvaise connectivité entre les aires cérébrales," a dit Just.

En 2004, Just et ses collègues ont proposé la théorie de la mauvaise connectivité en se fondant sur une étude remarquable dans laquelle ils ont découvert des anomalies de la matière blanche qui suggérait un manque de coordination entre les aires cérébrales chez les personnes avec autisme.. Cette théorie permet d’expliquer un paradoxe de l’autisme: Certaines personnes autistes on tune capacité normale ou même supérieure dans certains domaines alors que beaucoup de leurs autres modes de pensée sont désordonnés.

L’été dernier, Just a dirigé une équipe de chercheurs qui a trouvé pour la première fois que l’anomalie de synchronisation entre les aires cérébrales a une relation avec l’anomalie dans la matière blanche. L’équipe a découvert que des portions critiques du corps calleux semblent jouer un rôle dans la mauvaise synchronisation. Chez les personnes autistes, la connectivité anatomique — fonction de la taille de la matière blanche — s’est avérée corrélée positivement avec la connectivité fonctionnelle, qui constitue la synchronisation des aires cérébrales active. Elle a aussi découvert que la connectivité fonctionnelle était moindre chez les participants atteints d’un autisme plus sévère.

Ces études, ainsi que le dernier article, apportent une image détaillée du cerveau autiste, dont les composants opèrent avec une coordination inférieure à la normale, et qui se repose moins sur les composants frontaux et plus sur les composants postérieurs. Les dernières découvertes de la DTI montrent que certains faisceaux de fibres de communication entre les aires frontales et postérieures sont anormaux, ce qui est cohérent avec un degré inférieur de coordination entre les aires frontales et postérieures.

"Les composants cérébraux de l’autiste fonctionnent plutôt comme une jam-session que comme une symphonie," a dit Just.

Cette dernière étude a été cosignée par Rajesh K. Kana et Timothy A. Keller du Centre d’Imagerie Cognitive du Cerveau. Cette recherche a été financée par l’institut National de Santé Infantile.

Source: Université Carnegie Mellon