Évaluation pré-et post-thérapeutique des résultats cliniques et de l'intégrité de la substance blanche dans le "trouble du spectre de l'autisme": étude pilote

Aperçu: G.M.

Objectif: 

Cette étude pilote vise à identifier les anomalies du tractus de la matière blanche chez les enfants en bas âge et les enfants d'âge préscolaire avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme" (dTSA), et à mettre en corrélation les résultats de l'imagerie avec une amélioration clinique après une intervention précoce et une thérapie par analyse comportementale appliquée (ABA) par le programme d'évaluation du placement et des étapes jalons du comportement verbal (VB-MAPP). 

Méthodes: 

Des scanners par imagerie par tenseur de diffusion IDT ont été effectuées sur 17 enfants en bas âge / enfants d'âge préscolaire et 7 témoins appariés selon l'âge. Neuf patients avec un dTSA ont eu une IRM de suivi 12 mois après une intervention précoce et un traitement ABA. VB-MAPP a été évalué et comparé au moment du diagnostic, 6 et 12 mois après le traitement. Les statistiques spatiales par zone (TBSS) ont été utilisées pour mesurer l'anisotropie fractionnelle (AF), la diffusivité moyenne (DM), la diffusivité axiale (AD) et la diffusivité radiale (DR). 

Résultats: 

Les scores VB-MAPP se sont améliorés 6 et 12 mois après l'intervention précoce et le traitement par ABA par rapport aux scores de départ. L’analyse TBSS a montré une diminution significative de l'AF et / ou une augmentation de la RD chez les patients avec un dTSA avant le traitement par rapport aux témoins, dans les  fascicules fronto-occipitaux inférieurs, les fascicules non disposés, le fascicule supérieur gauche avant, les forceps mineurs, le  fascicule fronto-occipital supérieur gauche, le fascicule longitudinal supérieur droit , la couronne rayonnent bilatéralement et la capsule externe gauche. Une augmentation significative de l'AF dans 21 secteurs et ROI est rapportée dans l'analyse DTI post-traitement avant le traitement.  

Conclusion: 

Les résultats de DTI ont mis en évidence les anomalies de la MB chez les patients avec un dTSA au moment du diagnostic et ont confirmé les avantages d'une intervention précoce de 12 mois et d'un traitement de l'ABA sur les résultats cliniques et d'imagerie neuro.

Cliquer ICI pour accéder à l'intégralité de l'article en anglais

Front Neurol. 2019 Aug 13;10:877. doi: 10.3389/fneur.2019.00877. eCollection 2019.

Pre- and Post-therapy Assessment of Clinical Outcomes and White Matter Integrity in Autism Spectrum Disorder: Pilot Study

Saaybi S^1,2, AlArab N³, Hannoun S^4,5, Saade M⁶, Tutunji R^3,7, Zeeni C⁸, Shbarou R¹, Hourani R³, Boustany RM^1,6.

Author information

1

Division of Pediatric Neurology, Departments of Pediatrics and Adolescent Medicine/Biochemistry and Molecular Genetics, American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

2

Department of Pediatrics and Adolescent Medicine, MedStar Georgetown University Hospital, Washington, DC, United States.

3

Division of Neuroradiology, Department of Diagnostic Radiology, American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

4

Faculty of Medicine, Nehme and Therese Tohme Multiple Sclerosis Center, American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

5

Faculty of Medicine, Abu-Haidar Neuroscience Institute, American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

6

AUBMC Special Kids Clinic (ASKC), American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

7

Cognition and Behaviour, Department of Cognitive Neuroscience, Donders Institute for Brain, Radboud University Medical Centre, Nijmegen, Netherlands.

8

Division of Neuro-Anesthesia, Department of Anesthesia, American University of Beirut Medical Center, Beirut, Lebanon.

Abstract

Objective: This pilot study aims to identify white matter (WM) tract abnormalities in Autism Spectrum Disorders (ASD) toddlers and pre-schoolers by Diffusion Tensor Imaging (DTI), and to correlate imaging findings with clinical improvement after early interventional and Applied Behavior Analysis (ABA) therapies by Verbal Behavior Milestones Assessment and Placement Program (VB-MAPP). Methods: DTI scans were performed on 17 ASD toddlers/pre-schoolers and seven age-matched controls. Nine ASD patients had follow-up MRI 12 months following early intervention and ABA therapy. VB-MAPP was assessed and compared at diagnosis, 6 and 12 months after therapies. Tract-Based Spatial Statistics (TBSS) was used to measure fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD), axial diffusivity (AD), and radial (RD) diffusivity. Results: VB-MAPP scores improved at 6 and 12 months after early intervention and ABA therapy compared to scores at baseline. TBSS analysis showed significant FA decrease and/or RD increase in ASD patients before therapy vs. controls in inferior fronto-occipital fasciculi, uncinate fasciculi, left superior fronto-occipital fasciculus, forceps minor, left superior fronto-occipital fasciculus, right superior longitudinal fasciculus, corona radiate bilaterally, and left external capsule. A significantly FA increase in 21 tracts and ROIs is reported in post- vs. pre-therapy DTI analysis. Conclusion: DTI findings highlighted ASD patient WM abnormalities at diagnosis and confirmed the benefits of 12 months of early intervention and ABA therapy on clinical and neuro imaging outcomes.

PMID:31456741

PMCID:PMC6701406

DOI:10.3389/fneur.2019.00877

Altérations structurelles de la substance blanche chez les hommes adultes avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme" à haut fonctionnement et des symptômes dépressifs concomitants; une étude d'imagerie tenseur de diffusion

Aperçu: G.M.

CONTEXTE:

Le trouble du spectre de l'autisme (TSA), une affection développementale répandue, est associé à des troubles de l'humeur comorbides, en particulier la dépression. Ici, nous avons exploré l’association sous-jacente entre l’intégrité microstructurale de la substance blanche du cerveau, évaluée par l’imagerie par tenseur de diffusion (DIT), et les symptômes dépressifs, chez les hommes adultes avec un TSA et un haut niveau de fonctionnement cognitif 

MÉTHODE:
Pour évaluer notre objectif principal, le jeu de données Data Exchange II d'Imagerie cérébrale autistique a été utilisé pour acquérir une imagerie de diffusion cérébrale chez 26 patients adultes avec un TSA âgés de 18 à 62 ans et chez 26 sujets témoins au développement typique, appariés selon l'âge et le sexe. Les participants ont été évalués pour la manifestation des symptômes dépressifs par l'indice de dépression de Beck (BDI). Les images DWI ont été prétraitées et analysées pour les scalers DTI dans la boîte à outils "ExploreDTI". Des modèles de régression linéaire ajustés ont été utilisés. L'association entre le score BDI normalisé et son interaction avec le diagnostic, en tant que prédicteurs, et les mesures d'anisotropie fractionnelle (AF) et de diffusivité moyenne (DM) des régions d'intérêt selon l'atlas de Mori a été évaluée.

RÉSULTAT:

Une intégrité microstructurale plus faible de la substance blanche a été observée en association avec des scores de BDI plus élevés dans le groupe TSA, principalement dans les régions du membre antérieur de la capsule interne (ALIC) et de la corona radiata. En outre, une interaction positive statistiquement significative entre le BDI et le TSA a été observée dans l'AF de l'ALIC gauche.

DISCUSSION:

En considérant une implication similaire de la substance blanche régionale du cerveau dans les études d'imagerie de la dépression dans la population généralement développée, nous proposons que ces altérations du tractus de la substance blanche dans les symptômes dépressifs des sujets adultes avec un TSA puissent être, du moins, similaires à la dépression dans une population généralement développée.

J Affect Disord. 2019 Aug 13;259:40-46. doi: 10.1016/j.jad.2019.08.010.

Structural white matter alterations in male adults with high functioning autism spectrum disorder and concurrent depressive symptoms; a diffusion tensor imaging study

Mohajer B¹, Masoudi M², Ashrafi A³, Mohammadi E¹, Bayani Ershadi AS⁴, Aarabi MH⁵, Uban KA⁶.

Author information

1

Non-Communicable Diseases Research Center, Endocrinology and Metabolism Population Sciences Institute, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran.

2

Faculty of medicine, Tehran university of medical science, Tehran, Iran.

3

Department of Psychiatry, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran.

4

Department of Pharmacology and Toxicology, School of Pharmacy, Zanjan University of Medical Sciences, Zanjan, Iran.

5

Faculty of medicine, Tehran university of medical science, Tehran, Iran. Electronic address: Mohammadhadiarabi@gmail.com.

6

Program in Public Health, University of California Irvine, Irvine, USA.

Abstract

BACKGROUND:

Autism spectrum disorder (ASD), a prevalent developmental condition, is associated with comorbid mood disorders, most importantly depression. Here, we explored the underlying association between brain white matter microstructural integrity, assessed by diffusion tensor imaging (DTI), and depressive symptoms, in male adults with high-functioning ASD.

METHOD:

To assess our main purpose, Autism Brain Imaging Data Exchange II dataset was used to acquire brain diffusion imaging from 26 adult male patients with ASD ranging from 18 to 62 years of age, and 26 age and gender-matched typically developed control subjects. Participants were evaluated for depressive symptoms manifestation by the Beck Depression Index (BDI). DWI images were preprocessed and analyzed for DTI scalers in the "ExploreDTI" toolbox. Adjusted linear regression models were used. Association between normalized BDI score and its interaction with diagnosis, as predictors, and measures of fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) of regions of interest according to Mori atlas was assessed.

RESULT:

Significant lower microstructural integrity of white matter was found in association with higher BDI scores in ASD group, mainly in regions of anterior limb of internal capsule (ALIC) and corona radiata. Also, a statistically significant positive interaction between BDI and ASD was seen in FA of left ALIC.

DISCUSSION:

Considering similar regional brain white matter involvement with the imaging studies of depression in the typically developed population, we propose that these alterations of white matter tracts in depressive symptoms of adult ASD subjects might be, at least, similar to depression in typically developed population.

Copyright © 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.

PMID:31437700

DOI:10.1016/j.jad.2019.08.010

Structure cérébrale anormale chez les enfants d'âge préscolaire et scolaire avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

OBJECTIFS

Étudier la prévalence et le type de structure cérébrale anormale chez les enfants d'âge préscolaire et scolaire avec un diagnostic de "trouble du spectre de l'autisme" (dTSA).

METHODES:

Un total de 74 252 enfants d'âge préscolaire et d'âge scolaire âgés de 3 à 12 ans à Shanghai étaient inscrits comme sujets. Une enquête par questionnaire a été réalisée pour collecter des informations de base, et leurs parents et leurs enseignants ont rempli le questionnaire de communication sociale (SCQ) en fonction des conditions des enfants. Le TSA a été diagnostiqué par des médecins spécialistes selon les critères du DSM-5. L'imagerie par résonance magnétique cérébrale (IRM) a été réalisée selon les souhaits de leurs parents.

RÉSULTATS:

Le taux de prévalence global des TSA était de 2,59 (192/74 252) chez les enfants d’âge préscolaire et scolaire. Des données d'IRM cérébrale ont été recueillies chez 73 enfants avec un dTSA et 185 enfants sans TSA. Parmi les 73 enfants avec un dTSA, 40 (55%) avaient une structure cérébrale anormale et les types les plus courants étaient la ventriculomégalie unilatérale ou bilatérale chez 32 enfants (80%) et les sulci fronto-temporaux profonds unilatéraux ou bilatéraux chez 12 enfants (30%). Les enfants avec un dTSA présentaient un signal de matière blanche plus faible dans les sulques fronto-temporaux profonds bilatéraux ventriculaires et unilatéraux ou bilatéraux, par rapport à leurs pairs normaux (p <0,05).

CONCLUSIONS:

Il existe un taux de prévalence élevé de structure cérébrale anormale chez les enfants d'âge préscolaire et scolaire avec un dTSA, avec les principaux types de ventriculomégalie unilatérale ou bilatérale et les sulci fronto-temporaux profonds unilatéraux ou bilatéraux. On suppose qu'une structure cérébrale anormale pourrait être associée à la pathogenèse des TSA, et des études supplémentaires sont nécessaires pour clarifier le lien entre la structure cérébrale anormale et les symptômes chez les enfants avec un dTSA

Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi. 2019 Aug;21(8):749-753.

[Abnormal brain structure in preschool and school-aged children with autism spectrum disorder]

[Article in Chinese]

Zhang AY¹, Jin XM, Ma J.

Author information

1

Shanghai Children's Medical Center Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200127, China. majun@shsmu.edu.cn.

Abstract

OBJECTIVE:

To investigate the prevalence and type of abnormal brain structure in preschool and school-aged children with autism spectrum disorder (ASD).

METHODS:

A total of 74 252 preschool and school-aged children aged 3-12 years in Shanghai were enrolled as subjects. A questionnaire survey was performed to collect basic information, and their parents and teachers completed the Social Communication Questionnaire (SCQ) based on the children's conditions. ASD was diagnosed by specialist physicians according to the DSM-5 criteria. Brain magnetic resonance imaging (MRI) was performed according to their parents' desires.

RESULTS:

The overall prevalence rate of ASD was 2.59‰ (192/74 252) in the preschool and school-aged children. Brain MRI data were collected from 73 children with ASD and 185 healthy children. Among the 73 children with ASD, 40 (55%) had abnormal brain structure, and the most common types were unilateral or bilateral ventriculomegaly in 32 children (80%) and unilateral or bilateral deep frontotemporal sulci in 12 children (30%). Children with ASD showed lower white matter signal in bilateral ventricular and unilateral or bilateral deep frontotemporal sulci, compared to their normal peers (P<0.05).

CONCLUSIONS:

There is a high prevalence rate of abnormal brain structure in preschool and school-aged children with ASD, with major types of unilateral or bilateral ventriculomegaly and unilateral or bilateral deep frontotemporal sulci. It is speculated that abnormal brain structure might be associated with the pathogenesis of ASD, and further studies are needed to clarify the association between abnormal brain structure and symptoms in children with ASD.

PMID:

31416497

Les populations de microbiome intestinal sont associées à des changements propres à la structure de l'architecture de la substance blanche.

Aperçu: G.M.

Les populations altérées de microbiome intestinal sont associées à un large éventail de troubles neurodéveloppementaux, y compris le "trouble du spectre de l'autisme" et les troubles de l'humeur. Dans les modèles animaux, la modulation des populations du microbiome intestinal par manipulation diététique influence la fonction et le comportement du cerveau et a démontré une amélioration des symptômes comportementaux. Avec des différences frappantes dans le comportement axé sur le microbiome, les chercheurs ont investigué pour savoir si ces changements de comportement s'accompagnaient également de changements correspondants dans la microstructure du tissu neural. En utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion, ils ont identifié des changements globaux dans l'intégrité structurelle de la substance blanche se produisant d'une manière dépendante de l'alimentation. 

L'analyse du séquençage de l'ARN ribosomique 16S des bactéries intestinales a également montré des changements dans les populations bactériennes en fonction du régime alimentaire. 

Des modifications de la structure cérébrale ont été associées à des modifications du régime alimentaire dans les populations de microbiome intestinal, à l'aide d'un classificateur automatique pour l'évaluation quantitative de la force des associations région microbiome-cerveau.  

Ces associations permettent de tester notre compréhension de l'axe intestin-cerveau-microbiote en révélant les liens possibles entre les populations modifiées et dysbiotiques du microbiote intestinal et les changements dans la structure cérébrale, soulignant l'impact potentiel du régime et des effets métagénomiques en neuro-imagerie.

Transl Psychiatry. 2018 Jan 10;8(1):6. doi: 10.1038/s41398-017-0022-5.

Gut microbiome populations are associated with structure-specific changes in white matter architecture

Ong IM^1,2, Gonzalez JG³, McIlwain SJ^1,2, Sawin EA⁴, Schoen AJ⁵, Adluru N⁶, Alexander AL^3,6,7, Yu JJ^8,9,10,11.

Author information

1

Department of Biostatistics and Medical Informatics, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA.

2

Carbone Cancer Center, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

3

Department of Medical Physics, Wisconsin Institutes for Medical Research, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

4

Department of Radiology, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, E3/366 Clinical Science Center, 600 Highland Avenue, M/C 3252, Madison, WI, 53792-3252, USA.

5

Department of Computer Sciences, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53706, USA.

6

Waisman Laboratory for Brain Imaging and Behavior, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA.

7

Department of Psychiatry, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

8

Department of Radiology, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, E3/366 Clinical Science Center, 600 Highland Avenue, M/C 3252, Madison, WI, 53792-3252, USA. jpyu@uwhealth.org.

9

Department of Psychiatry, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA. jpyu@uwhealth.org.

10

Department of Biomedical Engineering, College of Engineering, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53706, USA. jpyu@uwhealth.org.

11

Neuroscience Training Program, Wisconsin Institutes for Medical Research, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA. jpyu@uwhealth.org.

Abstract

Altered gut microbiome populations are associated with a broad range of neurodevelopmental disorders including autism spectrum disorder and mood disorders. In animal models, modulation of gut microbiome populations via dietary manipulation influences brain function and behavior and has been shown to ameliorate behavioral symptoms. With striking differences in microbiome-driven behavior, we explored whether these behavioral changes are also accompanied by corresponding changes in neural tissue microstructure. Utilizing diffusion tensor imaging, we identified global changes in white matter structural integrity occurring in a diet-dependent manner. Analysis of 16S ribosomal RNA sequencing of gut bacteria also showed changes in bacterial populations as a function of diet. Changes in brain structure were found to be associated with diet-dependent changes in gut microbiome populations using a machine learning classifier for quantitative assessment of the strength of microbiome-brain region associations. These associations allow us to further test our understanding of the gut-brain-microbiota axis by revealing possible links between altered and dysbiotic gut microbiome populations and changes in brain structure, highlighting the potential impact of diet and metagenomic effects in neuroimaging.

PMID:29317592

DOI:10.1038/s41398-017-0022-5

Développement longitudinal de la microstructure de la capsule thalamique et interne dans les "troubles du spectre de l'autisme"

Aperçu: G.M.

Le thalamus est une région clé du relais sensorimoteur qui est impliquée dans les "troubles du spectre de l'autisme "(TSA). Cependant, on ne sait pas comment les structures de thalamus et de la matière blanche qui contiennent des connexions de fibres thalamo-corticales (par exemple, la capsule interne) se développent depuis l'enfance jusqu'à l'âge adulte et si cette microstructure est liée aux difficultés motrices de base des TSA.  

L'équipe a utilisé l'imagerie pondérée en diffusion dans un plan séquentiel de cohorte pour évaluer le développement longitudinal du thalamus, et les branches postérieures et antérieures de la capsule interne (PLIC et ALIC, respectivement) chez 89 hommes avec un diagnostic de TSA et 56 hommes ayant un développement typique (3 -41 ans, tous verbaux).  

Les résultats ont montré que le groupe avec TSA présentait différentes trajectoires de développement de la microstructure dans toutes les régions, démontrant des différences de groupes à l'enfance qui semblaient approcher et, dans certains cas, surpasser le groupe au développement typique à l'adolescence et à l'âge adulte. 

Le PLIC (mais pas l'ALIC ni le thalamus) a influencé la relation entre l'âge et la vitesse de tapotement dans les deux groupes. Pourtant, l'écart dans la vitesse des écoutes semble se creuser en même temps que l'écart entre les groupes dans le PLIC semble se réduire.  

Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que les différences de microstructure du thalamus et du PLIC chez les groupes d'enfants deviennent moins robustes à l'adolescence et à l'âge adulte. En outre, les différences de vitesse motrice qui s'accroissent à l'adolescence et à l'âge adulte suggèrent que des facteurs au-delà de la microstructure du thalamus et de la capsule interne peuvent contribuer à des profils moteurs atypiques chez les TSA. 

Autism Res. 2017 Dec 18. doi: 10.1002/aur.1909.

Longitudinal development of thalamic and internal capsule microstructure in autism spectrum disorder

McLaughlin K¹, Travers BG^1,2, Dadalko OI¹, Dean DC 3rd¹, Tromp D¹, Adluru N¹, Destiche D¹, Freeman A¹, Prigge MD^1,3, Froehlich A³, Duffield TC⁴, Zielinski BA³, Bigler ED⁴, Lange N⁵, Anderson JS⁶, Alexander AL^1,7, Lainhart JE^1,7.

Author information

1

Waisman Center, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin.

2

Occupational Therapy Program in Kinesiology, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin.

3

Pediatrics, University of Utah, Salt Lake City, Utah.

4

Psychology/Neuroscience Center, Brigham Young University, Provo, Utah.

5

Harvard Psychiatry & McLean Hospital, Belmont, Massachusetts.

6

Radiology, University of Utah, Salt Lake City, Utah.

7

Psychiatry, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin.

Abstract

The thalamus is a key sensorimotor relay area that is implicated in autism spectrum disorder (ASD). However, it is unknown how the thalamus and white-matter structures that contain thalamo-cortical fiber connections (e.g., the internal capsule) develop from childhood into adulthood and whether this microstructure relates to basic motor challenges in ASD. We used diffusion weighted imaging in a cohort-sequential design to assess longitudinal development of the thalamus, and posterior- and anterior-limbs of the internal capsule (PLIC and ALIC, respectively) in 89 males with ASD and 56 males with typical development (3-41 years; all verbal). Our results showed that the group with ASD exhibited different developmental trajectories of microstructure in all regions, demonstrating childhood group differences that appeared to approach and, in some cases, surpass the typically developing group in adolescence and adulthood. The PLIC (but not ALIC nor thalamus) mediated the relation between age and finger-tapping speed in both groups. Yet, the gap in finger-tapping speed appeared to widen at the same time that the between-group gap in the PLIC appeared to narrow. Overall, these results suggest that childhood group differences in microstructure of the thalamus and PLIC become less robust in adolescence and adulthood. Further, finger-tapping speed appears to be mediated by the PLIC in both groups, but group differences in motor speed that widen during adolescence and adulthood suggest that factors beyond the microstructure of the thalamus and internal capsule may contribute to atypical motor profiles in ASD. Autism Res 2017. © 2017 International Society for Autism Research, Wiley Periodicals, Inc.

LAY SUMMARY:

Microstructure of the thalamus, a key sensory and motor brain area, appears to develop differently in individuals with autism spectrum disorder (ASD). Microstructure is important because it informs us of the density and organization of different brain tissues. During childhood, thalamic microstructure was distinct in the ASD group compared to the typically developing group. However, these group differences appeared to narrow with age, suggesting that the thalamus continues to dynamically change in ASD into adulthood.

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

PMID:29251836

DOI:10.1002/aur.1909

Augmentation des taux métaboliques de la substance blanche dans les troubles du spectre de l'autisme et la schizophrénie

Aperçu: G.M.

Les troubles du spectre autistique et la schizophrénie sont associés à une activité métabolique accrue dans l'ensemble de la substance blanche. Contrairement à la substance grise, le vecteur des anomalies métaboliques de la substance blanche semble être similaire dans les TSA et la schizophrénie, peut refléter une connectivité fonctionnelle inefficace avec un hypermétabolisme compensatoire, et peut être une caractéristique commune des troubles neurodéveloppementaux.

Brain Imaging Behav. 2017 Nov 22. doi: 10.1007/s11682-017-9785-9.

Increased white matter metabolic rates in autism spectrum disorder and schizophrenia

Mitelman SA^1,2, Buchsbaum MS³, Young DS⁴, Haznedar MM^5,6, Hollander E⁷, Shihabuddin L⁵, Hazlett EA^5,8, Bralet MC^9,10,11.

Author information

1

Departments of Psychiatry and Neuroscience, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, One Gustave L. Levy Place, New York, NY, 10029, USA. serge.mitelman@mssm.edu

2

Department of Psychiatry, Division of Child and Adolescent Psychiatry, Elmhurst Hospital Center, 79-01 Broadway, Elmhurst, NY, 11373, USA. serge.mitelman@mssm.edu.

3

Departments of Psychiatry and Radiology, San Diego School of Medicine, NeuroPET Center, University of California, 11388 Sorrento Valley Road, Suite #100, San Diego, CA, 92121, USA.

4

Department of Statistics, University of Kentucky, 725 Rose Street, 323 Multidisciplinary Science Building, Lexington, KY, 40536, USA.

5

Departments of Psychiatry and Neuroscience, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, One Gustave L. Levy Place, New York, NY, 10029, USA.

6

Outpatient Psychiatry Care Center, James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY, 10468, USA.

7

Autism and Obsessive-Compulsive Spectrum Program, Anxiety and Depression Program, Department of Psychiatry and Behavioral Science, Albert Einstein College of Medicine and Montefiore Medical Center, Bronx, NY, 10467, USA.

8

Research and Development and VISN 2 Mental Illness Research, Education, and Clinical Center, James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY, 10468, USA.

9

Crisalid Unit (FJ5), CHI Clermont de l'Oise, 2 rue des Finets, 60607, Clermont, France.

10

Inserm Unit U669, Maison de Solenn, Universities Paris 5-11, 75014, Paris, France.

11

GDR 3557 Recherche Psychiatrie, Paris, France.

Abstract

Both autism spectrum disorder (ASD) and schizophrenia are often characterized as disorders of white matter integrity. Multimodal investigations have reported elevated metabolic rates, cerebral perfusion and basal activity in various white matter regions in schizophrenia, but none of these functions has previously been studied in ASD. We used ¹⁸fluorodeoxyglucose positron emission tomography to compare white matter metabolic rates in subjects with ASD (n = 25) to those with schizophrenia (n = 41) and healthy controls (n = 55) across a wide range of stereotaxically placed regions-of-interest. Both subjects with ASD and schizophrenia showed increased metabolic rates across the white matter regions assessed, including internal capsule, corpus callosum, and white matter in the frontal and temporal lobes. These increases were more pronounced, more widespread and more asymmetrical in subjects with ASD than in those with schizophrenia. The highest metabolic increases in both disorders were seen in the prefrontal white matter and anterior limb of the internal capsule. Compared to normal controls, differences in gray matter metabolism were less prominent and differences in adjacent white matter metabolism were more prominent in subjects with ASD than in those with schizophrenia. Autism spectrum disorder and schizophrenia are associated with heightened metabolic activity throughout the white matter. Unlike in the gray matter, the vector of white matter metabolic abnormalities appears to be similar in ASD and schizophrenia, may reflect inefficient functional connectivity with compensatory hypermetabolism, and may be a common feature of neurodevelopmental disorders.

PMID:29168086

DOI:10.1007/s11682-017-9785-9

Dépendance à l'âge atypique de la fonction exécutive et de la microstructure de la matière blanche chez les enfants et les adolescents atteints de troubles du spectre de l'autisme

Aperçu: G.M.

La performance de la fonction exécutive (FE) est associée aux mesures de la microstructure de la matière blanche (WMS) chez les individus typiques. La FE déficitaire est un symptôme caractéristique des troubles du spectre de l'autisme (TSA), mais il est difficile de savoir si les problèmes de FE se rapportent à la variabilité du WMS.  

Les variations de la performance de l'EF et les mesures WMS étaient dépendantes de l'âge chez les personnes  au développement typique (DT) mais de façon atténuée dans le groupe TSA.  

Eur Child Adolesc Psychiatry. 2017 Apr 26. doi: 10.1007/s00787-017-0990-2. [Epub ahead of print]

Atypical age-dependency of executive function and white matter microstructure in children and adolescents with autism spectrum disorders

Martínez K^1,2,3,4,5, Merchán-Naranjo J^6,7,8, Pina-Camacho L^6,7,8,9, Alemán-Gómez Y^7,8, Boada L^6,7,8, Fraguas D^6,7,8, Moreno C^6,7,8, Arango C^6,7,8,10, Janssen J^6,7,8,11, Parellada M^6,7,8,10.

Author information

1

Department of Child and Adolescent Psychiatry, Hospital General Universitario Gregorio Marañón, Madrid, Spain. kenia.martinez.r@gmail.com

2

Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón (IISGM), Madrid, Spain. kenia.martinez.r@gmail.com.

3

Ciber del área de Salud Mental (CIBERSAM), Madrid, Spain. kenia.martinez.r@gmail.com.

4

Universidad Europea de Madrid, Madrid, Spain. kenia.martinez.r@gmail.com

5

Hospital Gregorio Marañón, Edificio prefabricado, entrada por Máiquez 9, 28009, Madrid, Spain. kenia.martinez.r@gmail.com.

6

Department of Child and Adolescent Psychiatry, Hospital General Universitario Gregorio Marañón, Madrid, Spain.

7

Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón (IISGM), Madrid, Spain.

8

Ciber del área de Salud Mental (CIBERSAM), Madrid, Spain.

9

Department of Child and Adolescent Psychiatry, Institute of Psychiatry, Psychology and Neuroscience, King's College London, London, United Kingdom.

10

Universidad Complutense de Madrid, Madrid, Spain.

11

Department of Psychiatry, Brain Center Rudolf Magnus, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands.

Abstract

Executive function (EF) performance is associated with measurements of white matter microstructure (WMS) in typical individuals. Impaired EF is a hallmark symptom of autism spectrum disorders (ASD) but it is unclear how impaired EF relates to variability in WMS. Twenty-one male youth (8-18 years) with ASD and without intellectual disability and twenty-one typical male participants (TP) matched for age, intelligence quotient, handedness, race and parental socioeconomic status were recruited. Five EF domains were assessed and several DTI-based measurements of WMS [fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD) and radial diffusivity (RD)] were estimated for eighteen white matter tracts. The ASD group had lower scores for attention (F = 8.37, p = 0.006) and response inhibition (F = 13.09, p = 0.001). Age-dependent changes of EF performance and WMS measurements were present in TP but attenuated in the ASD group. The strongest diagnosis-by-age effect was found for forceps minor, left anterior thalamic radiation and left cingulum angular bundle (all p's ≤ 0.002). In these tracts subjects with ASD tended to have equal or increased FA and/or reduced MD and/or RD at younger ages while controls had increased FA and/or reduced MD and/or RD thereafter. Only for TP individuals, increased FA in the left anterior thalamic radiation was associated with better response inhibition, while reduced RD in forceps minor and left cingulum angular bundle was related to better problem solving and working memory performance respectively. These findings provide novel insight into the age-dependency of EF performance and WMS in ASD, which can be instructive to cognitive training programs.

PMID: 28447268

DOI: 10.1007/s00787-017-0990-2

L'intégrité de la matière blanche et le changement de traitement basé sur le traitement dans les performance langagières chez les enfants peu verbaux avec un diagnostic de trouble du spectre de l'autisme minima mentaux avec trouble du spectre de l'autisme

Aperçu: G.M.

Les chercheurs ont étudié la relation entre les variables d'imagerie pour les deux voies langage/élocution et les variables de la maîtrise de la parole chez 10 enfants autistes peu verbaux (MV).

Plus précisément, les chercheurs ont cherché à vérifier si les mesures de l'intégrité de la substance blanche - l'anisotropie fractionnée (FA) du fasciculus arqué (FA) et le tractus d'asphalte frontal (FAT) - étaient liées à un changement de pourcentage de syllabe - consonnes initiales correctes, pourcentage d'éléments répondu et pourcentage d'rreurs d'insertion de syllabes (de la meilleure ligne de base à la publication de 25 séances de traitement). Vingt-trois enfants MV ayant un diagnostic de trouble du spectre de l'autisme (TSA) ont reçu une formation de cartographie auditive-motrice (AMMT), un traitement basé sur l'intonation pour améliorer la fluidité de la parole, et sept personnes contrôle appariées ont reçu le traitement. 

Les analyses de régression ont montré que les valeurs de FA dans la FAT gauche ont prédit de manière significative la variation du pourcentage de syllabes-consonnes initiales correctes, aucune variable de FA n'a prédit de manière significative le changement dans le pourcentage d'éléments répondu et la FA de FAT droit prédit de façon significative le changement de pourcentage d'erreurs d'insertion de syllabes. Les résultats sont cohérents avec les rôles précédemment identifiés pour l'AF dans la médiation du cartographie bidirectionnelle entre l'articulation et l'acoustique, et le FAT dans sa relation avec l'initiation et la fluidité de la parole. Ils suggèrent en outre une division du travail entre les hémisphères, impliquant l'hémisphère gauche dans l'exactitude de la production de la parole et l'hémisphère droit dans la fluidité de cette population.

Front Hum Neurosci. 2017 Apr 5;11:175. doi: 10.3389/fnhum.2017.00175. eCollection 2017.

White Matter Integrity and Treatment-Based Change in Speech Performance in Minimally Verbal Children with Autism Spectrum Disorder

Chenausky K^1,2, Kernbach J^1,3, Norton A¹, Schlaug G^1,2.

Author information

1

Department of Neurology, Music, Neuroimaging, and Stroke Recovery Laboratory, Beth Israel Deaconess Medical CenterBoston, MA, USA.

2

Department of Neurology, Harvard Medical SchoolBoston, MA, USA.

3

Department of Nuclear Medicine, University Hospital, RWTH Aachen UniversityAachen, Germany.

Abstract

We investigated the relationship between imaging variables for two language/speech-motor tracts and speech fluency variables in 10 minimally verbal (MV) children with autism. Specifically, we tested whether measures of white matter integrity-fractional anisotropy (FA) of the arcuate fasciculus (AF) and frontal aslant tract (FAT)-were related to change in percent syllable-initial consonants correct, percent items responded to, and percent syllable insertion errors (from best baseline to post 25 treatment sessions). Twenty-three MV children with autism spectrum disorder (ASD) received Auditory-Motor Mapping Training (AMMT), an intonation-based treatment to improve fluency in spoken output, and we report on seven who received a matched control treatment. Ten of the AMMT participants were able to undergo a magnetic resonance imaging study at baseline; their performance on baseline speech production measures is compared to that of the other two groups. No baseline differences were found between groups. A canonical correlation analysis (CCA) relating FA values for left- and right-hemisphere AF and FAT to speech production measures showed that FA of the left AF and right FAT were the largest contributors to the synthetic independent imaging-related variable. Change in percent syllable-initial consonants correct and percent syllable-insertion errors were the largest contributors to the synthetic dependent fluency-related variable. Regression analyses showed that FA values in left AF significantly predicted change in percent syllable-initial consonants correct, no FA variables significantly predicted change in percent items responded to, and FA of right FAT significantly predicted change in percent syllable-insertion errors. Results are consistent with previously identified roles for the AF in mediating bidirectional mapping between articulation and acoustics, and the FAT in its relationship to speech initiation and fluency. They further suggest a division of labor between the hemispheres, implicating the left hemisphere in accuracy of speech production and the right hemisphere in fluency in this population. Changes in response rate are interpreted as stemming from factors other than the integrity of these two fiber tracts. This study is the first to document the existence of a subgroup of MV children who experience increases in syllable- insertion errors as their speech develops in response to therapy.

PMID: 28424605

PMCID: PMC5380725

DOI: 10.3389/fnhum.2017.00175

Altération de l'intégrité de la matière blanche chez les adultes avec un diagnostic de trouble du spectre de l'autisme et un QI > 100: une étude d'imagerie par tenseur de diffusion

Aperçu: G.M.

Des altérations de la matière blanche (WM) ont été rapportées chez les enfants et les adultes avec un diagnostic de trouble du spectre de l'autisme (TSA). En particulier, la connectivité déficiente des structures limbiques peut être liée aux déficits sociaux. Les résultats hétérogènes pourraient être expliqués en fonction des différences dans les caractéristiques et la méthodologie de l'échantillon. Dans ce contexte, les formes non syndromiques peuvent différer considérablement de structure WM par rapport aux formes secondaires du TSA.

l'intégrité de WM a été évaluée grâce aux marqueurs d'imagerie : l'anisotropie fractionnée (FA) et la diffusivité moyenne (MD).

L'étude a mis en évidence une réduction significative de la FA dans le groupe TSA dans le genou et le corps du corps calleux (CC). Une augmentation du MD a été détectée dans le cortex cingulaire antérieur sugénual (sACC). Les modifications apportées au sACC pourraient être associées à des déficits de «théorie de l'esprit».

 

Acta Psychiatr Scand. 2017 Apr 13. doi: 10.1111/acps.12731.

Altered white matter integrity in adults with autism spectrum disorder and an IQ >100: a diffusion tensor imaging study

Nickel K¹, Tebartz van Elst L¹, Perlov E^1,2, Endres D¹, Müller GT¹, Riedel A¹, Fangmeier T¹, Maier S¹.

Author information

1

Section for Experimental Neuropsychiatry, Department for Psychiatry & Psychotherapy, Medical Center - University of Freiburg, Freiburg, Germany.

2

Luzerner Psychiatrie, Hospital St. Urban, St. Urban, Switzerland.

Abstract

OBJECTIVE:

White matter (WM) alterations have been reported in children and adults with autism spectrum disorder (ASD). In particular, impaired connectivity of limbic structures may be related to social deficits. Heterogeneous findings could be explained in terms of differences in sample characteristics and methodology. In this context, non-syndromic forms might differ substantially in WM structure from secondary ASD forms.

METHOD:

In an attempt to recruit a homogeneous study sample, we included adults with high-functioning ASD and an IQ > 100 to decrease the influence of syndromic forms being often associated with cognitive deficits. Diffusion tensor imaging (DTI) was performed in 30 participants with ASD and 30 pairwise-matched controls. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) as surrogate imaging markers for WM integrity were calculated.

RESULTS:

We found a significant FA decrease in the ASD group in the genu and body of the corpus callosum (CC). Increased MD was detected in the subgenual anterior cingulate cortex (sACC).

CONCLUSION:

The finding of decreased WM integrity in the genu of the CC is in line with earlier studies reporting a decreased number of interhemispheric fibers in the frontal lobe of ASD. Alterations in the sACC might be associated with 'Theory of mind' deficits.

© 2017 John Wiley & Sons A/S. Published by John Wiley & Sons Ltd.

PMID: 28407202

DOI: 10.1111/acps.12731