Analyser l'hétérogénéité des perturbations métaboliques du cerveau dans le '"trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

CONTEXTE:

Malgré la prévalence croissante des troubles du spectre de l'autisme (TSA), ses bases cérébrales restent incertaines. Des taux anormaux de composés N-acétyle, de glutamate + glutamine, de créatine + phosphocréatine ou de composés de choline mesurés par spectroscopie à résonance magnétique proton suggèrent que la densité neuronale ou gliale, le métabolisme énergétique mitochondrial et / ou l’inflammation contribuent à la neuropathologie des TSA. La distribution neuroanatomique de ces métabolites pourrait aider à évaluer les théories principales du TSA. Cependant, la plupart des études antérieures de spectroscopie par résonance magnétique avaient de petits échantillons (tous <60, la plupart <20), n’interrogeaient qu’une petite fraction du cerveau et évitaient d’évaluer les effets de l’âge, du sexe et du QI.

METHODES:

Nous avons acquis la spectroscopie par résonance magnétique presque complète du cerveau de composés N-acétyle, glutamate + glutamine, créatine + phosphocréatine et choline chez 78 enfants et adultes avec un TSA et 96 enfants et adultes au développement typique, en évaluant de manière rigoureuse les effets du diagnostic et de la gravité métabolites, modérés par l'âge, le sexe et le QI.

RÉSULTATS:

Les effets des TSA et leur gravité incluaient une réduction des taux de multiples métabolites dans la substance blanche et le cortex périsylvien et des taux élevés dans le cingulaire postérieur, conformes aux théories de la substance blanche et du socio-cerveau du TSA. Au niveau local, des diminutions plus lentes et plus rapides des métabolites avec l’âge ont été observées entre TSA et TD. Les différences de métabolites entre les hommes et les femmes étaient considérablement plus faibles chez les TSA que les enfants et les adultes au développement typique. Des diminutions des métabolites avec diminution du QI spécifiques au TSA sont survenues dans plusieurs régions du cerveau.

CONCLUSIONS:

Les résultats corroborent la densité neuronale ou gliale anormale multifocale, l'énergétique mitochondriale ou la neuroinflammation chez les TSA, ainsi que les effets modérateurs extrêmement atypiques et généralisés de l'âge, du sexe et du QI. 

Ces résultats aident à analyser la signature neurométabolique des TSA par hétérogénéité phénotypique.

Biol Psychiatry. 2019 Jun 21. pii: S0006-3223(19)31449-0. doi: 10.1016/j.biopsych.2019.06.010.

Parsing the Heterogeneity of Brain Metabolic Disturbances in Autism Spectrum Disorder

O'Neill J¹, Bansal R², Goh S³, Rodie M⁴, Sawardekar S², Peterson BS⁵.

Author information

1

Division of Child and Adolescent Psychiatry, Jane and Terry Semel Institute for Neuroscience, University of California, Los Angeles, California. Electronic address: joneill@mednet.ucla.edu.

2

Institute for the Developing Mind, the Saban Research Institute, Children's Hospital Los Angeles, Los Angeles, California; Department of Pediatrics, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, California.

3

Division of Child Neurology, Rady Children's Hospital, University of California, San Diego, San Diego, California.

4

School of Medicine, Dentistry and Nursing, University of Glasgow, Glasgow, United Kingdom.

5

Institute for the Developing Mind, the Saban Research Institute, Children's Hospital Los Angeles, Los Angeles, California; Department of Pediatrics, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, California; Department of Psychiatry, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, California. Electronic address: bpeterson@chla.usc.edu.

Abstract

BACKGROUND:

Despite rising prevalence of autism spectrum disorder (ASD), its brain bases remain uncertain. Abnormal levels of N-acetyl compounds, glutamate+glutamine, creatine+phosphocreatine, or choline compounds measured by proton magnetic resonance spectroscopy suggest that neuron or glial density, mitochondrial energetic metabolism, and/or inflammation contribute to ASD neuropathology. The neuroanatomic distribution of these metabolites could help evaluate leading theories of ASD. However, most prior magnetic resonance spectroscopy studies had small samples (all <60, most <20), interrogated only a small fraction of the brain, and avoided assessing effects of age, sex, and IQ.

METHODS:

We acquired near-whole-brain magnetic resonance spectroscopy of N-acetyl compounds, glutamate+glutamine, creatine+phosphocreatine, and choline compounds in 78 children and adults with ASD and 96 typically developing children and adults, rigorously evaluating effects of diagnosis and severity on metabolites, as moderated by age, sex, and IQ.

RESULTS:

Effects of ASD and its severity included reduced levels of multiple metabolites in white matter and the perisylvian cortex and elevated levels in the posterior cingulate, consistent with white matter and social-brain theories of ASD. Regionally, both slower and faster decreases of metabolites with age were observed in ASD versus TD. Male-female metabolite differences were widely smaller in ASD than typically developing children and adults. ASD-specific decreases in metabolites with decreasing IQ occurred in several brain areas.

CONCLUSIONS:

Results support multifocal abnormal neuron or glial density, mitochondrial energetics, or neuroinflammation in ASD, alongside widespread starkly atypical moderating effects of age, sex, and IQ. These findings help parse the neurometabolic signature for ASD by phenotypic heterogeneity.

Copyright © 2019 Society of Biological Psychiatry. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

KEYWORDS:

Age; Autism; Intelligence; Magnetic resonance spectroscopy; Sex; Symptom domains

PMID:31427037

DOI:10.1016/j.biopsych.2019.06.010

Les déficits psychosociaux à travers les spectres schématique et autistique sont modulés de manière interactive par neurotransmission excitatrice et inhibitrice

Aperçu: G.M.

La recherche continue sur l'homme et les animaux a renforcé les preuves des processus neuronaux aberrants inhibiteurs excitateurs sous-jacents de la psychopathologie des troubles du spectre de la schizophrénie, en particulier du fonctionnement psychosocial, dans les populations cliniques et non cliniques. Nous avons étudié la mesure dans laquelle les caractéristiques autistiques et les dimensions schizotypiques étaient modulées par la relation internationale entre les concentrations de glutamate excitateur et de neurotransmetteur GABA inhibiteur dans la zone de traitement social du cortex temporal supérieur au moyen de la spectroscopie à résonance magnétique proton. 

Au total, 38 participants non cliniques (20 femmes; tranche d'âge = 18-35 ans, moyenne (écart type) = 23,22 (5,52) ont rempli le questionnaire du quotient du spectre autistique et de la personnalité schizotypique et ont subi une spectroscopie à résonance magnétique du proton pour quantifier le glutamate et les concentrations de GABA dans les cortex temporaux supérieurs droit et gauche. 

Les analyses de régression ont révélé que le glutamate et le GABA modulaient de manière interactive les compétences sociales autistiques et les caractéristiques interpersonnelles schizotypiques (pcorr <0,05), de sorte que les personnes présentant un glutamate de cortex temporal supérieur droit mais de faibles concentrations de GABA présentaient des compétences sociales et interpersonnelles plus faibles. 

Ces résultats démontrent un déséquilibre excitation-inhibition spécifique aux caractéristiques psychosociales des spectres de l’autisme et de la schizophrénie.

Autism. 2019 Jul 24:1362361319866030. doi: 10.1177/1362361319866030.

Psychosocial deficits across autism and schizotypal spectra are interactively modulated by excitatory and inhibitory neurotransmission

Ford TC^1,2, Crewther DP², Abu-Akel A².

Author information

1

1 Deakin University, Australia.

2

2 Swinburne University of Technology, Australia.

Abstract

Continued human and animal research has strengthened evidence for aberrant excitatory-inhibitory neural processes underlying autism and schizophrenia spectrum disorder psychopathology, particularly psychosocial functioning, in clinical and nonclinical populations. We investigated the extent to which autistic traits and schizotypal dimensions were modulated by the interactive relationship between excitatory glutamate and inhibitory GABA neurotransmitter concentrations in the social processing area of the superior temporal cortex using proton magnetic resonance spectroscopy. In total, 38 non-clinical participants (20 females; age range = 18-35 years, mean (standard deviation) = 23.22 (5.52)) completed the autism spectrum quotient and schizotypal personality questionnaire, and underwent proton magnetic resonance spectroscopy to quantify glutamate and GABA concentrations in the right and left superior temporal cortex. Regression analyses revealed that glutamate and GABA interactively modulated autistic social skills and schizotypal interpersonal features (p_corr < 0.05), such that those with high right superior temporal cortex glutamate but low GABA concentrations exhibited poorer social and interpersonal skills. These findings evidence an excitation-inhibition imbalance that is specific to psychosocial features across the autism and schizophrenia spectra.

PMID:31339349

DOI:10.1177/1362361319866030

Metabolic mapping of deep brain structures and associations with symptomatology in autism spectrum disorders

Traduction: G.M.

Accès à l'intégralité de l'article en anglais

Res Autism Spectr Disord. 2014 Jan;8(1):44-51.

Cartographie métabolique des structures cérébrales profondes et des associations avec la symptomatologie des troubles du spectre autistique

Doyle-Thomas KA¹, Card D², Soorya LV³, Wang AT³, Fan J⁴, Anagnostou E¹.

Author information

Résumé

Les études de neuroimagerie structurelles dans l'autisme mettent en évidence un volume atypique dans les structures profondes du cerveau qui sont liées à la symptomatologie .  
On sait peu de choses sur les changements métaboliques dans ces régions , et comment ils varient selon l'âge et le sexe, et / ou se rapportent à des comportements cliniques .  
En utilisant la spectroscopie par résonance magnétique , nous avons mesuré la N- acétylaspartate , la choline , la créatine , le myo-inositol et le glutamate dans le noyau caudé , le putamen , et le thalamus de 20 enfants avec autisme et de 16 enfants contrôles au développement non autistique ( 7-18 ans).
Par rapport aux témoins , les personnes avec autisme avaient des taux élevés de glutamate/créatine dans le putamen .  
En outre , les deux groupes ont montré des augmentations liées à l'âge en glutamate dans cette région.
Les garçons , par rapport aux filles avaient une augmentation de la choline/créatine dans le thalamus.
Enfin , il y avait des corrélations entre le glutamate , la choline , et le myo-inositol dans les trois régions , et les résultats comportementaux dans le groupe TSA. 

Ces résultats suggèrent des changements dans la neurochimie de la matière grise profonde , qui sont sensibles au diagnostic , l'âge et le sexe, et sont associées à des différences de comportement .

 

Abstract

Structural neuroimaging studies in autism report atypical volume in deep brain structures which are related to symptomatology. Little is known about metabolic changes in these regions, and how they vary with age and sex, and/or relate to clinical behaviors. Using magnetic resonance spectroscopy we measured N-acetylaspartate, choline, creatine, myoinositol and glutamate in the caudate, putamen, and thalamus of 20 children with autism and 16 typically developing controls (7-18 years). Relative to controls, individuals with autism had elevated glutamate/creatine in the putamen. In addition, both groups showed age-related increases in glutamate in this region. Boys, relative to girls had increased choline/creatine in the thalamus. Lastly, there were correlations between glutamate, choline, and myoinositol in all three regions, and behavioral scores in the ASD group. These findings suggest changes in deep gray matter neurochemistry, which are sensitive to diagnosis, age and sex, and are associated with behavioral differences.

KEYWORDS:

Autism spectrum disorders, Caudate nucleus, Deep gray matter, Magnetic resonance spectroscopy, Putamen, Thalamus and social cognition

PMID: 24459534

Prefrontal activation during inhibitory control measured by near-infrared spectroscopy for differentiating between autism spectrum disorders and attention deficit hyperactivity disorder in adults

Traduction: G.M.

Neuroimage Clin. 2013 Oct 26;4:53-63.

Activation préfrontale lors de contrôle inhibiteur mesurée par spectroscopie proche infrarouge pour différencier les troubles du spectre autistique et les troubles du déficit d'attention avec hyperactivité chez les adultes

Ishii-Takahashi A, Takizawa R, Nishimura Y, Kawakubo Y, Kuwabara H, Matsubayashi J, Hamada K, Okuhata S, Yahata N, Igarashi T, Kawasaki S, Yamasue H, Kato N, Kasai K, Kano Y.

Source

Department of Neuropsychiatry Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, Tokyo, Japan.

Résumé

Le diagnostic différentiel des troubles du spectre autistique (TSA) et du déficit de l'attention avec hyperactivité ( TDAH ) basée uniquement sur ​​des évaluations symptomatiques et comportementales peut être difficile , même pour les experts . Ainsi, le développement d'un marqueur de la neuro-imagerie qui différencie le TSA du TDAH serait une contribution importante à ce domaine .  

Nous avons évalué les différences dans l'activation préfrontal entre adultes avec TSA et le TDAH à l'aide d'un outil de neuro-imagerie entièrement non invasive et portable , la spectroscopie proche infrarouge .  
Cette étude a inclus 21 adultes jamais médicamentés avec TSA , 19 adultes jamais médicamentaés avec TDAH , et 21 sujets sans TSA et TDAH appariés pour l'âge , le sexe , et le QI . 
Les changements de concentration d'oxygène dans l'hémoglobine dans le cortex préfrontal ont été évalués au cours d'une tâche de signal d'arrêt et une tâche de fluence verbale . Au cours de la tâche de signal d'arrêt , par rapport au groupe témoin, le groupe TSA présentait une sous activation plus faible  dans une large région préfrontale , tandis que le groupe de TDAH a montré une sous activation de la zone prémotrice droite , l'aire motrice pré supplementaire droite, et le cortex préfrontal dorsolatéral bilatéral .  
Des différences significatives ont été observées dans le cortex préfrontal ventro-latéral gauche entre les groupes TSA et les groupes de TDAH pendant la tâche de signal d'arrêt . La méthode de validation croisée leave one out en utilisant les variations moyennes de l'hémoglobine oxygénée a donné une précision de classification de 81,4 % au cours du contrôle inhibiteur . 
Ces résultats ont été spécifiques à la tâche , comme le modèle de l'activation cérébrale observée au cours de la tâche de fluence verbale n'a pas différencier les TSA et les groupes de TDAH de manière significative.  
Cette étude fournit donc la preuve d'une différence dans l'activation préfrontal ventro-latéral gauche pendant le contrôle inhibiteur entre adultes avec TSA et TDAH . 
Ainsi , la spectroscopie infrarouge proche peut être utile comme un outil auxiliaire pour le diagnostic différentiel de ces troubles du développement .

 

Abstract

The differential diagnosis of autism spectrum disorders (ASDs) and attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) based solely on symptomatic and behavioral assessments can be difficult, even for experts. Thus, the development of a neuroimaging marker that differentiates ASDs from ADHD would be an important contribution to this field. We assessed the differences in prefrontal activation between adults with ASDs and ADHD using an entirely non-invasive and portable neuroimaging tool, near-infrared spectroscopy. This study included 21 drug-naïve adults with ASDs, 19 drug-naïve adults with ADHD, and 21 healthy subjects matched for age, sex, and IQ. Oxygenated hemoglobin concentration changes in the prefrontal cortex were assessed during a stop signal task and a verbal fluency task. During the stop signal task, compared to the control group, the ASDs group exhibited lower activation in a broad prefrontal area, whereas the ADHD group showed underactivation of the right premotor area, right presupplementary motor area, and bilateral dorsolateral prefrontal cortices. Significant differences were observed in the left ventrolateral prefrontal cortex between the ASDs and ADHD groups during the stop signal task. The leave-one-out cross-validation method using mean oxygenated hemoglobin changes yielded a classification accuracy of 81.4% during inhibitory control. These results were task specific, as the brain activation pattern observed during the verbal fluency task did not differentiate the ASDs and ADHD groups significantly. This study therefore provides evidence of a difference in left ventrolateral prefrontal activation during inhibitory control between adults with ASDs and ADHD. Thus, near-infrared spectroscopy may be useful as an auxiliary tool for the differential diagnosis of such developmental disorders.

KEYWORDS:

Attention deficit hyperactivity disorder, Autism spectrum disorders, Inhibitory control, Near-infrared spectroscopy, Stop signal task

PMID: 24298446

fNIRS detects temporal lobe response to affective touch

Traduction: G.M.

Soc Cogn Affect Neurosci. 2013 Jan 17. 

fNIRS détecte la réaction du lobe temporal au toucher affectif

Bennett RH, Bolling DZ, Anderson LC, Pelphrey KA, Kaiser MD.

Source

Source

*Corresponding author: Martha D. Kaiser, Yale University, 230 South Frontage Road, New Haven, CT06520 USA, e: martha.kaiser@yale.edu , t: (203) 500-8343.

Résumé

Le toucher joue un rôle crucial dans le développement socio-émotionnel.

Le contact lent, doux appliqué sur le cuir chevelu est traité  par des  fibres nerveuses tactiles - C (CT). 

En outre, les régions du «cerveau social» tel que le sillon temporal postérieur supérieur (pSTS) ont été désigné comme montré pour traiter les cellules nerveuses tactiles cibles CT.

La recherche sur le développement de ces mécanismes neuronaux sont rares, mais une telle connaissance peut éclairer notre compréhension du rôle critique du toucher dans le développement et de son dysfonctionnement dans les troubles impliquant des problèmes sensoriels tel que l'autisme.

Le but de cette étude était de valider la capacité de la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS), une technique d'imagerie bien adaptée pour une utilisation avec les nourrissons, pour mesurer les réponses du lobe temporal des CT-cibles au toucher.

Des adultes sans troubles ont reçu des caresses sur l'avant-bras droit (CT) et sur la paume de la main (non-CT) séparément, dans une procédure en bloc. 

Nous avons constaté une activation significative du sillon temporal postéro supérieur droit et du cortex préfrontal dorsolatéral  plus importante pour le toucher du bras que pour la paume.

En outre, les différences individuelles dans les traits autistiques sont liées à l'importance de l'activation maximale dans le PST. 

Ces résultats démontrent que la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle peut détecter les réponses du cerveau au toucher CT-cible et jeter les bases pour les travaux futurs avec des populations de nourrissons qui caractériseront le développement des mécanismes du cerveau pour traiter les cellules tactiles cibles des populations typiques et atypiques.