Przełomowe badanie z wykorzystaniem skanów PET ujawniło, że osoby z autyzmem mają mniej synaps mózgowych, co bezpośrednio koreluje z bardziej wyraźnymi cechami autyzmu, takimi jak wyzwania społeczne i komunikacyjne.
To odkrycie, ilustrujące wyraźne powiązania między strukturą mózgu a ekspresją behawioralną, może zrewolucjonizować podejścia diagnostyczne i ulepszyć mechanizmy wsparcia, potencjalnie prowadząc do bardziej ukierunkowanych interwencji i poprawy jakości życia osób ze spektrum autyzmu.
Badania synaptyczne w autyzmie
Przez dziesięciolecia naukowcy badali modele zwierzęce i pośmiertną tkankę mózgową, aby zbadać różnice społeczne i komunikacyjne, które definiują autyzm. Teraz przełomowe badanie zidentyfikowało różnicę molekularną w mózgach żyjących osób z autyzmem, powiązaną z podstawowymi cechami tej choroby. Jest to pierwszy przypadek pomiaru gęstości synaptycznej u żywych osób z autyzmem.
Przełom w analizie mózgu na żywo
Korzystając ze skanów pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), naukowcy odkryli, że dorośli z autyzmem mają mniej synaps – niezbędnych połączeń, w których komórki nerwowe przekazują sygnały – w porównaniu z osobami neurotypowymi. Zaobserwowali również, że jest niższy[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>synapse counts correlated with more pronounced autistic traits. The team recently published their findings in Molecular Psychiatry.
“As simple as our findings sound, this is something that has eluded our field for the past 80 years,” says James McPartland, PhD, Harris Professor in the Yale Child Study Center and the study’s principal investigator. “And this is truly remarkable—because it’s very unusual to see correlations between brain differences and behavior this strong in a condition as complex and heterogenous as autism.”
There are several different theories about brain differences in autistic individuals, and atypical connectivity has been at the root of a number of these hypotheses. This has made synapses a prime area to investigate. “Synapses are the way neurons communicate,” says Adam Naples, PhD, assistant professor in the Child Study Center and co-investigator on the study. “They’re the fundamental mechanism for how information moves around the brain and is computed.”
Previous studies have measured synaptic connectivity in indirect ways such as through animal models or post-mortem studies. “It’s like trying to figure out what something is by looking at the shadow it casts on the wall,” says McPartland. But the introduction of a new element in the PET scanning protocol permitted McPartland and his team to see connectivity directly—in living human beings—for the very first time.
PET Scans Reveal Fewer Synapses in Autistic Brains
Before the study, all of the subjects participated in a clinician interview. Given the complexity of autism, clinicians used the Autism Diagnostic Observation Schedule (ADOS)—the gold standard for diagnosing autism—to evaluate participants for the condition. Participants also filled out self-report questionnaires about their own experiences living with autism, such as difficulty with social interactions or sensory issues. The researchers ruled out any potential subjects with medical conditions or neuropsychiatric disabilities that could influence the study’s findings. In total, 12 autistic adults and 20 neurotypical adults participated in the research.
“As simple as our findings sound, this is something that has eluded our field for the past 80 years.”
James McPartland, PhD
Then, each participant underwent a brain scan using both magnetic resonance imaging (MRI) and PET technology. The MRI scan allowed researchers to visualize each participant’s brain anatomy in great detail. Before the PET scan, researchers injected a novel radiotracer known as 11C‑UCB‑J, which was developed with the Yale PET Center, and which enabled them to measure synaptic density in the brain.
The researchers found that autistic people had 17% lower synaptic density across the whole brain compared to neurotypical individuals. Furthermore, they found that lower synaptic density was significantly correlated to the number of social-communication differences, such as reduced eye contact, repetitive behaviors, and difficulty understanding social cues, in these individuals. In other words, the fewer synapses a person had, the greater number of autistic traits they showed.
New Insights Into Autism Diagnosis and Treatment
A major limiting factor in clinicians’ ability to understand and offer support for autistic people, says McPartland, is the lack of a mechanistic understanding of the condition. “Today’s diagnostic criteria [which predate this new study] obejmują opisy zachowań, które są szerokie i dość niejasne” – wyjaśnia. „Bylibyśmy o wiele bardziej skuteczni w ustalaniu, czy i jakie wsparcie jest potrzebne, gdybyśmy mogli wspomagać nasze decyzje kliniczne zrozumieniem biologii autyzmu”.
Badanie podstawowych mechanizmów autyzmu może również pomóc badaczom w lepszym zdefiniowaniu podgrup w obrębie tego schorzenia. „W przeszłości mieliśmy czelność sądzić, że bez tego zrozumienia uda nam się stworzyć podgrupy” – mówi McPartland. Podręcznik diagnostyczno-statystyczny zaburzeń psychicznych, 4t wydanie (DSM-IV), opublikowane w 1994 r., podzieliło zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD) na zespół Aspergera, całościowe zaburzenie rozwojowe nieokreślone inaczej (PDD-NOS) i zaburzenie autystyczne. „Potem w DSM-5 musieliśmy przełknąć naszą dumę i odrzucić te kategorie, ponieważ nie działały”.
Obecnie DSM-5 domyślnie definiuje jedną szeroką, niespecyficzną kategorię ASD. McPartland ma nadzieję, że jego praca pomoże utorować drogę do podziału autyzmu na lepiej zdefiniowane podgrupy, co z kolei pomoże klinicystom lepiej zrozumieć szeroki zakres cech, jakie mogą prezentować osoby autystyczne.
Nadal nie jest jasne, czy osoby autystyczne rodzą się z mniejszą liczbą synaps, czy też różnica ta wynika z życia z autyzmem. Jednak pewnego dnia skany PET mogą potencjalnie pomóc klinicystom przewidzieć rokowania dla dziecka i umożliwić zespołowi opiekuńczemu wcześniejsze zastosowanie odpowiednich interwencji. „To jest marzenie — móc dać biologiczne potwierdzenie pacjentom i ich rodzinom” — mówi David Matuskey, lekarz medycyny, profesor nadzwyczajny radiologii i obrazowania biomedycznego oraz pierwszy autor badania. „To by zmieniło wszystko”.
Postępy i cele przyszłych badań nad autyzmem
W przyszłych badaniach zespół zbada możliwość zastosowania metod nieradioaktywnych, tańszych niż skany PET, do bezpośredniego badania mózgu osoby autystycznej. Interesuje ich także pomiar synaps w mózgach nastolatków, aby lepiej zrozumieć, jak mogą one ewoluować wraz z wiekiem. Na koniec zespół planuje zbadać, w jaki sposób ich ustalenia odnoszą się do innych wyników związanych z autyzmem. Na przykład osoby z autyzmem są bardziej narażone na problemy psychiczne, takie jak depresja lub stany lękowe, niż osoby neurotypowe. „Zbadanie tego zagadnienia jest dla nas naprawdę ważne, aby służyć naszemu nadrzędnemu celowi, jakim jest uzyskanie informacji, które mogą zmaksymalizować jakość życia osób z autyzmem” – mówi McPartland.
Odniesienie: „11Obrazowanie PET C-UCB-J jest zgodne z niższą gęstością synaptyczną u dorosłych z autyzmem” autorstwa Davida Matuskeya, Yanghong Yang, Miki Naganawy, Sheidy Koohsari, Takuyi Toyonagi, Paula Gravela, Briana Pittmana, Kristen Torres, Lauren Pisani, Caroline Finn, Sophie Cramer -Benjamin, Nicole Herman, Lindsey H. Rosenthal, Cassandra J. Franke, Bridget M. Walicki, Irina Esterlis, Patrick Skosnik, Rajiv Radhakrishnan, Julie M. Wolf, Nabeel Nabulsi, Jim Ropchan, Yiyun Huang, Richard E. Carson, Adam J. Naples i James C. McPartland, 4 października 2024 r., Psychiatria molekularna.
DOI: 10.1038/s41380-024-02776-2
