Modèles de synchronie neurale altérée dans le réseau de mode par défaut dans le "trouble du spectre de l'autisme" révélé par magnétoencéphalographie (MEG): Relation avec la symptomatologie clinique

Aperçu: G.M.

La communication entre les différentes zones du cerveau a été observée chez les enfants avec un diagnostic de TSA (dTSA) et d'enfants neurotypiques pendant qu'ils étaient éveillés, mais ne travaillant pas sur une tâche. La magnétoencéphalographie a été utilisée pour mesurer de minuscules champs magnétiques générés naturellement par l'activité cérébrale. Le cerveau des enfants avec dTSA a montré moins de communication entre les zones qui sont importantes pour le traitement de l'information sociale par rapport au cerveau des enfants neurotypiques. La quantité de communication entre ces zones était associée à des difficultés de communication sociales et sociales.

Autism Res. 2017 Dec 18. doi: 10.1002/aur.1908

Patterns of altered neural synchrony in the default mode network in autism spectrum disorder revealed with magnetoencephalography (MEG): Relationship to clinical symptomatology

Lajiness-O'Neill R^1,2, Brennan JR³, Moran JE⁴, Richard AE¹, Flores AM¹, Swick C¹, Goodcase R¹, Andersen T¹, McFarlane K¹, Rusiniak K¹, Kovelman I^2,5, Wagley N^2,5, Ugolini M⁶, Albright J¹, Bowyer SM^6,7,8.

Author information

1

Eastern Michigan University, Ypsilanti, Michigan.

2

Center for Human Growth and Development, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan.

3

Department of Linguistics, Ann Arbor, Michigan.

4

Henry Ford Hospital, Detroit, Michigan.

5

Department of Psychology, Ann Arbor, Michigan.

6

University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts.

7

Wayne State University, Detroit, Michigan.

8

Oakland University, Rochester, Michigan.

Abstract

Disrupted neural synchrony may be a primary electrophysiological abnormality in autism spectrum disorders (ASD), altering communication between discrete brain regions and contributing to abnormalities in patterns of connectivity within identified neural networks. Studies exploring brain dynamics to comprehensively characterize and link connectivity to large-scale cortical networks and clinical symptoms are lagging considerably. Patterns of neural coherence within the Default Mode Network (DMN) and Salience Network (SN) during resting state were investigated in 12 children with ASD (M_Age  = 9.2) and 13 age and gender-matched neurotypicals (NT) (M_Age  = 9.3) with magnetoencephalography. Coherence between 231 brain region pairs within four frequency bands (theta (4-7 Hz), alpha, (8-12 Hz), beta (13-30 Hz), and gamma (30-80 Hz)) was calculated. Relationships between neural coherence and social functioning were examined. ASD was characterized by lower synchronization across all frequencies, reaching clinical significance in the gamma band. Lower gamma synchrony between fronto-temporo-parietal regions was observed, partially consistent with diminished default mode network (DMN) connectivity. Lower gamma coherence in ASD was evident in cross-hemispheric connections between: angular with inferior/middle frontal; middle temporal with middle/inferior frontal; and within right-hemispheric connections between angular, middle temporal, and inferior/middle frontal cortices. Lower gamma coherence between left angular and left superior frontal, right inferior/middle frontal, and right precuneus and between right angular and inferior/middle frontal cortices was related to lower social/social-communication functioning. Results suggest a pattern of lower gamma band coherence in a subset of regions within the DMN in ASD (angular and middle temporal cortical areas) related to lower social/social-communicative functioning. Autism Res 2017. © 2017 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc.

LAY SUMMARY:

Communication between different areas of the brain was observed in children with ASD and neurotypical children while awake, but not working on a task. Magnetoencephalography was used to measure tiny magnetic fields naturally generated via brain activity. The brains of children with ASD showed less communication between areas that are important for social information processing compared to the brains of neurotypical children. The amount of communication between these areas was associated with social and social communication difficulties.

© 2017 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc.

PMID:29251830

DOI:10.1002/aur.1908

L'organisation du réseau est globalement atypique dans l'autisme: une étude de la théorie graphique de la connectivité fonctionnelle intrinsèque

Aperçu: G.M.

En dépit de nombreuses preuves d'anomalies du réseau cérébral dans le "trouble du spectre de l'autisme" (TSA), les résultats ont varié d'une large sous-activité fonctionnelle à une large surconnexion.  Plutôt que de chercher à simplifier trop les hypothèses générales («sous» contre «plus»), L'équipe a testé l'hypothèse d'une distribution de réseau atypique dans les TSA (c'est-à-dire la participation de loci inhabituels dans les réseaux fonctionnels distribués).

Selon l'hypothèse, l'indice Rand (reflétant la façon dont l'organisation du réseau était similaire à un ensemble normatif de réseaux) était significativement plus faible chez les TSA que chez les TD. Cela s'explique par une cohésion et une densité réduites à l'échelle globale, mais une dispersion accrue des réseaux. 

Biol Psychiatry Cogn Neurosci Neuroimaging. 2017 Jan;2(1):66-75. doi: 10.1016/j.bpsc.2016.07.008.

Network organization is globally atypical in autism: A graph theory study of intrinsic functional connectivity

Keown CL^1,2, Datko MC^1,2, Chen CP^1,3, Maximo JO¹, Jahedi A^1,4, Müller RA¹.

Author information

1

Brain Development Imaging Laboratory, Department of Psychology, San Diego State University, San Diego, CA, United States.

2

Department of Cognitive Science, University of California, San Diego, CA.

3

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

4

Department of Mathematics and Statistics, San Diego State University, San Diego, CA, United States.

Abstract

BACKGROUND:

Despite abundant evidence of brain network anomalies in autism spectrum disorder (ASD), findings have varied from broad functional underconnectivity to broad overconnectivity. Rather than pursuing overly simplifying general hypotheses ('under' vs. 'over'), we tested the hypothesis of atypical network distribution in ASD (i.e., participation of unusual loci in distributed functional networks).

METHODS:

We used a selective high-quality data subset from the ABIDE datashare (including 111 ASD and 174 typically developing [TD] participants) and several graph theory metrics. Resting state functional MRI data were preprocessed and analyzed for detection of low-frequency intrinsic signal correlations. Groups were tightly matched for available demographics and head motion.

RESULTS:

As hypothesized, the Rand Index (reflecting how similar network organization was to a normative set of networks) was significantly lower in ASD than TD participants. This was accounted for by globally reduced cohesion and density, but increased dispersion of networks. While differences in hub architecture did not survive correction, rich club connectivity (among the hubs) was increased in the ASD group

CONCLUSIONS:

Our findings support the model of reduced network integration (connectivity with networks) and differentiation (or segregation; based on connectivity outside network boundaries) in ASD. While the findings applied at the global level, they were not equally robust across all networks and in one case (greater cohesion within ventral attention network in ASD) even reversed.

PMID:28944305

PMCID:PMC5607014[Available on 2018-01-01]

DOI:10.1016/j.bpsc.2016.07.008

L'analyse des composantes du réseau révèle des trajectoires de développement de la connectivité structurelle et des altérations spécifiques dans le "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.
L'organisation structurelle du cerveau peut être caractérisée comme un ensemble hiérarchique de modules séparés reliés par des zones concentriques fortement interconnectées qui facilitent les interactions fonctionnelles distribuées.Les perturbations de ce réseau peuvent constituer un marqueur important du développement anormal. 

Récemment, plusieurs troubles du développement neurologique, y compris le "trouble du spectre de l'autisme " (TSA), ont été présentés comme des troubles de la connectivité, mais la nature complète et le moment de ces perturbations restent peu claire.

Le but de cette étude est de modéliser l'architecture du réseau structurel du cerveau en tant qu'ensemble de sous-réseaux superposés ou composants de réseau.

Dans un ensemble de données ouvertement disponible de 196 sujets scannés entre 5 et 85 ans, l'équipe a identifié un ensemble de sous-réseaux robustes et fiables qui se développent en tandem avec l'âge et qui reflètent les connexions de réseau anatomiquement locales et à longue distance. Dans une deuxième expérience, les composantes du réseau ont été comparées entre une cohorte de 51 adolescents avec un TSA à haut niveau de fonctionnement cognitif et un groupe de témoins appariés selon l'âge. Les chercheurs ont identifié un sous-réseau spécifique représentant une augmentation de la force de connexion locale dans le cortex cingulaire dans le TSA (t = 3,44, P <0,001). 

Ce travail souligne les implications possibles à long terme des altérations des trajectoires de développement de sous-réseaux corticaux spécifiques.  

 

Hum Brain Mapp. 2017 May 31. doi: 10.1002/hbm.23656.

Network component analysis reveals developmental trajectories of structural connectivity and specific alterations in autism spectrum disorder

Ball G¹, Beare R¹, Seal ML^1,2.

Author information

1

Developmental Imaging, Murdoch Children's Research Institute, Melbourne, Victoria, Australia.

2

Department of Paediatrics, University of Melbourne, Melbourne, Victoria, Australia.

Abstract

The structural organization of the brain can be characterized as a hierarchical ensemble of segregated modules linked by densely interconnected hub regions that facilitate distributed functional interactions. Disturbances to this network may be an important marker of abnormal development. Recently, several neurodevelopmental disorders, including autism spectrum disorder (ASD), have been framed as disorders of connectivity but the full nature and timing of these disturbances remain unclear. In this study, we use non-negative matrix factorization, a data-driven, multivariate approach, to model the structural network architecture of the brain as a set of superposed subnetworks, or network components. In an openly available dataset of 196 subjects scanned between 5 and 85 years we identify a set of robust and reliable subnetworks that develop in tandem with age and reflect both anatomically local and long-range, network hub connections. In a second experiment, we compare network components in a cohort of 51 high-functioning ASD adolescents to a group of age-matched controls. We identify a specific subnetwork representing an increase in local connection strength in the cingulate cortex in ASD (t = 3.44, P < 0.001). This work highlights possible long-term implications of alterations to the developmental trajectories of specific cortical subnetworks. Hum Brain Mapp, 2017. © 2017 Wiley Periodicals, Inc.

© 2017 Wiley Periodicals, Inc.

PMID: 28560746

DOI: 10.1002/hbm.23656