Neural mechanisms of savant calendar calculating in autism: An MEG-study of few single cases

Traduction: G.M.

Brain Cogn. 2014 Aug 7;90C:157-164. doi: 10.1016/j.bandc.2014.07.003. [Epub ahead of print]

Mécanismes neuronaux du calcul savant des dates dans l'autisme: Une étude MEG de quelques cas isolés

Dubischar-Krivec AM¹, Bölte S², Braun C³, Poustka F⁴, Birbaumer N⁵, Neumann N⁶.

Author information

• ¹Institute of Medical Psychology and Behavioral Neurobiology, University of Tübingen, Silcherstr. 5, 72076 Tübingen, Germany.
• ²Department of Women's and Children's Health, Karolinska Institute, Center of Neurodevelopmental Disorders (KIND), 17177 Stockholm, Sweden.
• ³MEG-Center, University of Tübingen, Otfried-Müller-Str. 47, 72076 Tübingen, Germany.
• ⁴Department of Child and Adolescent Psychiatry and Psychotherapy, J.W. Goethe University of Frankfurt, Deutschordenstr. 50, 60528 Frankfurt/M., Germany.
• ⁵Institute of Medical Psychology and Behavioral Neurobiology, University of Tübingen, Silcherstr. 5, 72076 Tübingen, Germany; Ospedale San Camillo, Istituto Ricovero e Cura a Carattere Scientifico (IRCCS), Via Alberoni 70, 30126 Venezia, Italy.
• ⁶Institute of Medical Psychology and Behavioral Neurobiology, University of Tübingen, Silcherstr. 5, 72076 Tübingen, Germany; Center for Diagnostic Radiology and Neuroradiology, Functional Imaging Unit, University of Greifswald, Walther-Rathenau-Str. 46, 17475 Greifswald, Germany. Electronic address: nicola.neumann@uni-greifswald.de.

Abstract

This study contrasted the neurological correlates of calendar calculating (CC) between those individuals with autism spectrum disorder (ASD) and typically developing individuals. CC is the ability to correctly and quickly state the day of the week of a given date. 

Using magnetoencephalography (MEG), we presented 126 calendar tasks with dates of the present, past, and future. 
Cette étude a comparé les corrélats neurologiques de calendrier de calcul (CC) entre les personnes atteintes de troubles du spectre autistique (TSA) et les personnes ordinaires. CC est la capacité à énoncer correctement et rapidement le jour de la semaine d'une date donnée. En utilisant la magnétoencéphalographie (MEG), nous avons présenté 126 tâches de calendrier avec les dates de la présent, le passé et l'avenir.
Event-related magnetic fields (ERF) of 3000ms duration and brain activation patterns were compared in three savant calendar calculators with ASD (ASDCC) and three typically developing calendar calculators (TYPCC). ASDCC outperformed TYPCC in correct responses, but not in answering speed. Comparing amplitudes of their ERFs, there was a main effect of group between 1000 and 3000ms, but no further effects of hemisphere or sensor location. We conducted CLARA source analysis across the entire CC period in each individual. 

Both ASDCC  and TYPCC exhibited activation maxima in prefrontal areas including the insulae and the left superior temporal gyrus. 

This is in accordance with verbal fact retrieval and working memory as well as monitoring and coordination processes. In ASDCC, additional activation sites at the right superior occipital gyrus, the right precuneus, and the right putamen point to visual-spatial strategies and are in line with the preference of autistic individuals for engaging posterior regions relatively more strongly in various reasoning and problem solving tasks.
Les deux ASDCC (calculateurs savants avec TSA) et TYPCC (calculateurs savants typiques sans  TSA) montrent une activation maximale dans les régions préfrontales y compris l'insula et le gyrus temporal supérieur gauche. 
Ceci est en accord avec la récupération d'information verbale et la mémoire de travail, ainsi que les processus de surveillance et de coordination.  
Dans l'ASDCC, des sites d'activation supplémentaires dans le gyrus supérieur occipital, le droit precuneus, et le point de putamen droit indiquent des stratégies visuo-spatiales et sont en phase avec la préférence des personnes autistes pour engager les régions postérieures relativement plus fortement dans divers raisonnements et problèmes de résolution de tâches. 


Copyright © 2014 Elsevier Inc. All rights reserved.

PMID: 25108822

Atypical resting synchrony in autism spectrum disorder

Traduction: G.M.

Hum Brain Mapp. 2014 Aug 13. doi: 10.1002/hbm.22604. [Epub ahead of print]

Synchronicité de repos atypique dans le trouble du spectre autistique

Ye AX¹, Leung RC, Schäfer CB, Taylor MJ, Doesburg SM.

Author information

• ¹Diagnostic Imaging, Hospital for Sick Children, Toronto, Ontario; Institute of Medical Science, University of Toronto, Toronto, Ontario; Neurosciences and Mental Health, Hospital for Sick Children Research Institute, Toronto, Ontario.

Abstract

Autism spectrum disorder (ASD) is increasingly understood to be associated with aberrant functional brain connectivity. Few studies, however, have described such atypical neural synchrony among specific brain regions. 
Here, we used magnetoencephalography (MEG) to characterize alterations in functional connectivity in adolescents with ASD through source space analysis of phase synchrony. Resting-state MEG data were collected from 16 adolescents with ASD and 15 age- and sex-matched typically developing (TD) adolescents. 
Le trouble du spectre autistique (TSA) est de plus en plus compris comme étant associé à connectivité cérébrale fonctionnelle aberrante. Peu d'études ont toutefois décrit une telle synchronie neurale atypique dans les régions spécifiques du cerveau. 
Ici, nous avons utilisé la magnéto-encéphalographie (MEG) pour caractériser les modifications de la connectivité fonctionnelle chez les adolescents avec TSA par l'analyse de l'espace source de la phase synchronie. 
Les données de la MEG à l'état ​​de repos ont été recueillies auprès de 16 adolescents autistes et 15 (TD) adolescents appariés en âge et en sexe se développent typiquement. 

Atlas-guided reconstruction of neural activity at various cortical and subcortical regions was performed and inter-regional phase synchrony was calculated in physiologically relevant frequency bands. Using a multilevel approach, we characterized atypical resting-state synchrony within specific anatomically defined networks as well as altered network topologies at both regional and whole-network scales. 

Adolescents with ASD demonstrated frequency-dependent alterations in inter-regional functional connectivity. Hyperconnectivity was observed among the frontal, temporal, and subcortical regions in beta and gamma frequency ranges. In contrast, parietal and occipital regions were hypoconnected to widespread brain regions in theta and alpha bands in ASD. Furthermore, we isolated a hyperconnected network in the gamma band in adolescents with ASD which encompassed orbitofrontal, subcortical, and temporal regions implicated in social cognition. 
Les adolescents avec TSA montrent des altérations dépendant de la fréquence de la connectivité fonctionnelle inter-régionale. L'hyperconnectivité a été observée dans les régions frontales, temporales et sous-corticales dans des fréquences bêta et gamma.
En revanche, les régions pariétale et occipitale ont été hypo connectée des régions générales du cerveau dans les bandes thêta et alpha dans les TSA. En outre, nous avons isolé un réseau hyperconnecté dans la bande gamma chez les adolescents avec TSA qui englobaient les régions orbitofrontale, sous-corticale, et les régions temporale impliquées dans la cognition sociale.

Results from graph analyses confirmed that frequency-dependent alterations of network topologies exist at both global and local levels. We present the first source-space investigation of oscillatory phase synchrony in resting-state MEG in ASD. This work provides evidence of atypical connectivity at physiologically relevant time scales and indicates that alterations of functional connectivity in adolescents with ASD are frequency dependent and region dependent.
Les résultats des analyse de graphiques ont confirmé que des modifications dépendant de la fréquence de topologies de réseau existent à la fois au niveau global et local.  
Nous présentons la première enquête espace-source (?) de la synchronie oscillatoire de phase à l'état-repos avec la MEG dans les TSA.  
Ce travail apporte la preuve de la connectivité atypique à des échelles de temps physiologiquement pertinents et indique que des modifications de la connectivité fonctionnelle chez les adolescents avec TSA sont dépendents de la fréquence et de la localisation.

PMID: 25116896

Altered brain connectivity in 3-to 7-year-old children with autism spectrum disorder

Traduction: G.M.

 

Neuroimage (Amst). 2013 Mar 19;2:394-401. doi: 10.1016/j.nicl.2013.03.003.

Connectivité cérébrale altérée chez des enfants de 3 à 7 ans, avec des troubles du spectre autistique

Kikuchi M, Shitamichi K, Yoshimura Y, Ueno S, Hiraishi H, Hirosawa T, Munesue T, Nakatani H, Tsubokawa T, Haruta Y, Oi M, Niida Y, Remijn GB, Takahashi T, Suzuki M, Higashida H, Minabe Y.

Source

Research Center for Child Mental Development, Kanazawa University, Kanazawa, Japan ; Department of Psychiatry and Neurobiology, Graduate School of Medical Science, Kanazawa University, Kanazawa, Japan ; Higher Brain Functions & Autism Research, Department of Child Development, United Graduate School of Child Development, Osaka University, Kanazawa University and Hamamatsu University School of Medicine, Osaka University, Osaka, Japan.

Abstract

Le trouble du spectre autistique ( TSA ) est souvent décrit comme un trouble de la connectivité neuronale anormale et/ou de la latéralisation hémisphérique aberrant .

 

Bien qu'il soit important d'étudier la physiopathologie du développement du cortex avec TSA, la connectivité physiologique du cerveau chez les jeunes enfants avec TSA dans des conditions de conscience n'a pas encore été décrite .

La magnétoencéphalographie (MEG ) est une technique d'imagerie cérébrale non invasive qui est pratique pour une utilisation chez les jeunes enfants . La MEG produit un signal de référence libre et est donc un outil idéal pour le calcul de la cohérence entre deux rythmes corticaux éloignés.

 

Using a custom child-sized MEG, we recently reported that 5- to 7-year-old children with ASD (n = 26) have inherently different neural pathways than typically developing (TD) children that contribute to their relatively preserved performance of visual tasks. In this study, we performed non-invasive measurements of the brain activity of 70 young children (3-7 years old, of which 18 were aged 3-4 years), a sample consisting of 35 ASD children and 35 TD children. Physiological connectivity and the laterality of physiological connectivity were assessed using intrahemispheric coherence for 9 frequency bands.

 

En conséquence , la connectivité significative vers la droite entre les zones parietotemporal , via les oscillations de la bande gamma , a été retrouvées dans le groupe TSA.

Comme nous avons obtenu les mesures non invasives en utilisant un MEG à la taille des enfants, cette étude est la première à démontrer un réseau neurophysiologique latéralisée à  droite chez les jeunes enfants conscients ( y compris les enfants âgés de 3-4 ans) avec TSA.

 

 

PMID: 24179793

A custom magnetoencephalography device reveals brain connectivity and high reading/decoding ability in children with autism

Traduction: G.M.

Sci Rep. 2013;3:1139. Epub 2013 Jan 25.

Un dispositif de mesure magnétoencéphalographie révèle la connectivité du cerveau et la grande capacité de codage/décodage des enfants avec autisme

Kikuchi M, Yoshimura Y, Shitamichi K, Ueno S, Hirosawa T, Munesue T, Ono Y, Tsubokawa T, Haruta Y, Oi M, Niida Y, Remijn GB, Takahashi T, Suzuki M,Higashida H, Minabe Y.

Source

Source

Research Centre for Child Mental Development, Kanazawa University , Kanazawa 920-8640, Japan ; Departments of Psychiatry and Neurobiology, Graduate School of Medical Science, Kanazawa University , Kanazawa 920-8640, Japan ; Higher Brain Functions & Autism Research, Department of Child Development, Osaka University United Graduate School of Child Development, Osaka University, Kanazawa University, Hamamatsu University School of Medicine, Chiba University, and Fukui University , Kanazawa 920-8640, Japan.

Accès au texte intégral en anglais

Résumé

Un sous-ensemble d'individus ayant des troubles du spectre autistique (TSA) effectue avec plus de compétences certaines tâches visuelles que peuvent être prédites par leurs performances cognitives générales. 

Cependant, chez les jeunes enfants atteints de TSA (âgés de 5 à 7), la capacité conservée dans ces tâches et les corrélats neurophysiologiques de leur capacité ne sont pas bien documentés. 

Dans la présente étude, nous avons utilisé un système de magnétoencéphalographie et démontré que la capacité conservée dans la tâche de raisonnement visuel a été associée à la latéralisation droite de la connectivité neurophysiologique entre les régions pariétale et temporale chez les enfants atteints de TSA. 

En outre, nous avons démontré que plus la capacité de lecture/décodage a également été associée à la même latéralisation chez les enfants avec TSA. 

Ces corrélats neurophysiologiques de tâches visuelles sont considérablement différents de ceux qui sont observés chez les enfants qui se développent sans autisme. 

Ces résultats indiquent que les enfants atteints de TSA ont des voies nerveuses fondamentalement différentes qui contribuent à leur capacité relativement préservée dans les tâches visuelles. 

Children With Autism Show Reduced Somatosensory Response: An MEG Study

Traduction: G.M.

Les enfants ayant l'autisme montrent une diminution de la réponse sensitive: Une étude de MEG

Marco EJ, Khatibi K, Hill SS, Siegel B, Arroyo MS, Dowling AF, Neuhaus JM, Sherr EH, Hinkley LN, Nagarajan SS.

Source

Department of Neurology, Pediatrics, and Psychiatry, University of California, San Francisco, CA, USA.

Résumé

Les fondements neuraux des différences de traitement sensoriel dans l'autisme sont encore mal compris.

Cette étude prospective par magnétoencéphalographie (MEG) examine si les enfants atteints d'autisme montrent une activité corticale atypique dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) par rapport à des témoins appariés. 

Les stimuli tactiles sont clairement détectables, et des tapes indolores ont été appliquées à la phalange distale du deuxième (D2) et troisième (D3) doigt de la main droite et gauche. 

Trois paradigmes tactiles ont été administrés: 

• un paradigme excentique (tapes standards sur D3 à un intervalle interstimulus (ISI) de 0,33 et tapes déviantes sur D2 avec un ISI allant de 1,32 s à 1,64 s), 
• un paradigme lent (D2) avec un ISI correspondant à des prises déviantes dans le paradigme excentrique, et
• un paradigme rapide (D2) avec un ISI correspondant aux prises normales dans l'excentrique.

Les sujets de l'étude étaient des garçons (âge 7-11 ans) avec ou sans trouble autistique.

Le comportement sensoriel a été quantifié en utilisant le questionnaire Profil sensoriel. Les garçons atteints d'autisme présentaient une réponse de plus petite amplitude de l'hémisphère gauche S1 à des stimuli déviants et lents pendant les paradigmes sur la main droite. 

En analyse post-hoc, le comportement tactile est directement corrélé à l'amplitude de la réponse corticale. Par conséquent, les enfants ont été reclassés en fonction du degré de sensibilité tactile rapporté par les parents.

Ce regroupement a créé une distinction plus robuste entre les groupes avec une diminution d'amplitude dans les hémisphères gauche et droit et la prolongation de latence dans l'hémisphère droit dans les paradigmes déviants et lents pour les enfants avec autisme.

Cette étude suggère que les enfants atteints d'autisme présentent des différences précoces dans le traitement somatosensoriel, ce qui a probablement une influence ultérieure sur les stades de l'activité corticale de l'intégration de la réponse motrice.