Onderzoek naar de hersenen bij autisme Met behulp van fMRI en Diffusion Tensor Imaging
12 september 2011
Neuroimaging technieken, zoals functionele MRI en Diffusion Tensor Imaging worden steeds nuttig in het karakteriseren van de cognitieve en neurale stoornissen bij autisme. Een onderzoek van de hersenen connectiviteit bij autisme op een netwerk niveau, samen met aanpassingen voor het scannen van kinderen met ontwikkelingsstoornissen wordt gepresenteerd.
Het algemene doel van het volgende experiment is om de verbindingen tussen hersengebieden te onderzoeken die belangrijk zijn voor sociale cognitie bij autisme. Met behulp van functionele MRI en diffusie tensor beeldvorming van de hersenen bij zowel kinderen als volwassenen met autisme, wordt dit bereikt door geschikte FMRI-experimenten te ontwerpen en vervolgens autistische deelnemers te rekruteren. De deelnemers moeten goed worden voorbereid op de procedure om kwalitatieve, functionele en structurele hersenbeelden te verkrijgen.
De functionele experimenten worden aan de deelnemer gepresenteerd in de MRI-scanner tijdens het uitvoeren van een vooraf gedefinieerde taak. De verkregen MR-beelden resulteren in een relatief grote hoeveelheid gegevens voor elk experiment. De verkregen neuroimaginggegevens worden overgebracht naar de computerserver van het laboratorium, vervolgens voorverwerkt en onderworpen aan statistische analyse door modellen te maken.
Naast de basisanalyse van hersenaктивatie wordt de functionele en anatomische connectiviteit onderzocht bij autistische deelnemers en controlepersonen. FMRI. Er worden resultaten verkregen die verminderde activatie en zwakkere functionele connectiviteit tijdens sociale cognitie bij autistische proefpersonen aantonen. Bovendien geeft DTI-gegevensanalyse abnormale witte stofintegriteit in autisme aan.
Deze methode kan belangrijke vragen beantwoorden over de hersenorganisatie en hersenfunctie bij autismespectrumstoornissen en mogelijk op een dag. Dit kan leiden tot het identificeren van een neurologisch kenmerk voor autisme. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar therapie voor autisme omdat het identificeren van veranderde connectiviteit tussen hersengebieden kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe therapieën die die verbindingen herstellen.
Hoewel deze methode kan worden gebruikt om de autistische hersenen te beoordelen, kan deze ook worden gebruikt in andere technieken, zoals het onderzoeken van andere neurodevelopmentele stoornissen, evenals hoe de typische hersenen zich ontwikkelen Omdat het moeilijk is om de MRI-scanner te introduceren bij kinderen met autisme omdat het een lawaaierige omgeving is waar ze gevoelig voor zijn. Het is een compacte en mogelijk claustrofobische ruimte, en dat is een nieuwe omgeving. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang bij het voorbereiden van een kind met autisme.
FMRI-scannen kan moeilijk zijn en veel mensen met autisme zijn over het algemeen visuele denkers. Het demonstreren van deze procedure zal door mijn afstudeerstudenten uit mijn lab worden gedaan, Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick en Heather Wadsworth. Voorafgaand aan de inschrijving in de studie moeten de potentiële deelnemers en het gezin in het geval van kinderonderwerpen eerst telefonisch worden geïnformeerd over de studie.
Dit moet ook een screening omvatten om ervoor te zorgen dat de deelnemer aan de inclusiecriteria voor de studie voldoet. Als de potentiële deelnemer in aanmerking komt, moet deze vervolgens worden gerekruteerd Voor een MRI-scan op een dag en tijd die geschikt is voor de deelnemer, evenals voor de onderzoekers en het beeldvormingscentrum. Stuur het onderwerp een kopie van de sociale verhaal over de MRI-scanprocedure en een cd-opname van het scannergeluid.
Deze moeten worden besproken met ouders in het geval van kinderen om de studieprocedures beter te begrijpen vóór de scandag en om het onderwerp comfortabeler te maken met de MRI-omgeving. Wanneer de deelnemer en het gezin aankomen bij het beeldvormingscentrum, begroet u ze en beantwoordt u alle vragen die ze mogelijk hebben over de studie en het experimentele proces. Beoordeel vervolgens de IRB-documenten voordat u een geïnformeerde toestemming verkrijgt.
Ga vervolgens met de deelnemer naar een rustige kamer voor neuropsychologisch testen, inclusief IQ, taalvaardigheid en handigheid. Laat de deelnemer vervolgens korte versies van de studieparadigma's oefenen op een laptopcomputer om vertrouwd te raken met de experimenten. Zodra alle tests en oefeningen zijn voltooid, brengt u de deelnemer naar een nep-MRI-scanner en biedt u een gesimuleerde ervaring van de MRI-scanprocedure.
Een andere voorbereidende stap is om de MRI-scanner in het beeldvormingscentrum te versieren met gemakkelijk verwijderbare stickers en afbeeldingen van dieren en stripfiguren om de scanomgeving kindvriendelijker te maken. Wanneer de deelnemer terugkeert naar het beeldvormingscentrum, sta voor een korte pauze toe, laat hem vervolgens een MR-veiligheidsvragenlijst invullen. Voordat u de scankamer binnengaat, doet u alle bezittingen in een kluis en screent u op metalen op het lichaam.
Zodra de screening is voltooid, neemt u de deelnemer mee naar de scankamer en laat hem op de scannerbed zitten, biedt u oordopjes en koptelefoons aan voordat u het onderwerp op het scannerbed laat liggen. Vervolgens moet een MRI-technoloog de meerkanaals hoofdspoel over het hoofd van de deelnemer plaatsen en de bevestigde spiegel zo aanpassen dat de afbeeldingen op het computerscherm te zien zijn. Bedek vervolgens de deelnemer met een deken en voorzie de linker- en rechterhand van antwoordvakken die tijdens de FMRI-taken zullen worden gebruikt.
Plaats ook de noodknop binnen handbereik zodat het onderwerp kan signaleren als hij of zij uit de scanner wil komen. Ten slotte zal de MRI-technoloog het scannerbed in de scannerbal brengen en ervoor zorgen dat het onderwerp comfortabel is voordat de scans beginnen. De technoloog begint de scan sessie door Localizers te verwerven om ervoor te zorgen dat het hoofd van de deelnemer correct is gepositioneerd.
Vervolgens wordt een hoogwaardige structurele scan verkregen, die wordt gebruikt voor co-registratie en normalisatie. In de volgende analyses om het onderwerp te vermaken, kan de onderzoeker een filmclip presenteren aan de deelnemer tijdens deze scan. Stel vervolgens de beeldvormingsparameters in die geschikt zijn voor de gebruikte scanner en pulssequentie.
De onderzoeker moet de technoloog helpen met het voorschrijven van de plakjes voor functioneel beeldvorming. Hier worden 17 vijf millimeter plakjes voorgeschreven in het schuine axiale vlak om maximale dekking van de hele hersenen mogelijk te maken. Spreek nu door de microfoon om het onderwerp te laten weten dat het experiment op het punt staat te beginnen en geef instructies voor de taak die zal worden uitgevoerd.
Open ook de experimentele taak op de computer, die gesynchron
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie maakt gebruik van neuroimagingtechnieken, specifiek functionele MRI en diffusietensorbeeldvorming, om de hersenconnectiviteit gerelateerd aan sociale cognitie bij autisme te onderzoeken. Het onderzoek richt zich op zowel kinderen als volwassenen met autisme, waarbij de nadruk ligt op het belang van een correcte voorbereiding van de participanten voor kwalitatieve beeldvorming.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschap
- Neuroimaging
- Autismeonderzoek
Achtergrond
- Neuroimagingtechnieken zijn essentieel voor het begrijpen van cognitieve en neurale tekortkomingen bij autisme.
- Functionele MRI en diffusie-tensorbeeldvorming bieden inzicht in de connectiviteit van de hersenen.
- Het aanpassen van scanprotocollen voor kinderen met ontwikkelingsstoornissen is cruciaal.
- Sociale cognitie is een belangrijk interessegebied binnen autismeonderzoek.
Doel van de studie
- Om verbindingen te onderzoeken tussen hersengebieden die belangrijk zijn voor sociale cognitie bij autisme.
- Om neuro-imaging te gebruiken voor het identificeren van structurele en functionele hersenkenmerken.
- Om het begrip van autisme te vergroten door middel van geavanceerde imagingtechnieken.
Gebruikte methoden
- Functionele MRI-experimenten ontworpen voor deelnemers.
- Werving van autistische deelnemers, waaronder kinderen en volwassenen.
- Voorbereiding van deelnemers op MRI-procedures om kwalitatieve beeldvorming te waarborgen.
- Statistische analyse van neuroimaging-gegevens na acquisitie.
Belangrijkste resultaten
- Identificatie van significante connectiviteitspatronen in de hersenen bij autisme.
- Succesvolle acquisitie van functionele en structurele hersenbeelden.
- Data-analyse leverde inzichten op in netwerken voor sociale cognitie.
- Bevindingen dragen bij aan het begrip van neurale tekorten bij autisme.
Conclusies
- Neuroimaging is een krachtig instrument voor het bestuderen van autisme.
- Een correcte voorbereiding van de deelnemer is essentieel voor kwaliteitsresultaten.
- De studie vergroot de kennis over hersenconnectiviteit in relatie tot sociale cognitie.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Managers
Inzicht in de connectiviteit van de hersenen bij autisme biedt een mechanistisch kader voor targetvalidatie in het onderzoek naar neuro-ontwikkelingsstoornissen. De integratie van functionele en structurele beeldvorming ondersteunt het voorspellend vertrouwen bij het identificeren van biologische substraten die ten grond liggen aan complexe gedragsfenotypes. Deze benadering maakt het mogelijk om therapeutische hypothesen te ontrisken door disfunctie op circuitniveau te koppelen aan klinische symptomatologie.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt therapeutische hypothesen door de coördinatie tussen hersengebieden tijdens sociale cognitieve taken te bestuderen.
- Operationele waarde: Maakt biologische risicoreductie mogelijk door de meting van functionele connectiviteit als correlaat van de functie van integratieve circuits.
- Predictieve waarde: Ondersteunt portefeuilletriage door onderconnectiviteit in frontaal-posterieure netwerken te koppelen aan domeinspecifieke tekortkomingen bij autisme.
Screening en assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream-workflows door fMRI- en DTI-protocollen te standaardiseren over pediatrische en volwassen cohorten.
- Kwantitatieve outputs: Levert reproduceerbare metingen van activatiesynchronisatie en de integriteit van de witte stof voor de evaluatie van verbindingen.
- Schaalbaarheid van het platform: Ondersteunt hergebruik bij het bestuderen van andere neuro-ontwikkelingsstoornissen en typische trajecten van hersenontwikkeling.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor de ziekte: Onderzoekt anatomische verbindingen die functionele connectiviteit bij autisme mediëren, in overeenstemming met de theorie van corticale onderconnectiviteit.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug van ontdekking naar preklinische validatie door bevindingen uit DTI-tractografie te koppelen aan functionele netwerken die betrokken zijn bij sociale cognitie.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Ondersteunt besluitvorming door veranderingen in vezelbundels van de witte stof van de temporale kwab naar de pariëtale junctie te identificeren als potentiële biomarkers.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm, van hypotheseonderzoek tot lead-identificatie, door read-outs op circuitniveau te leveren die relevant zijn voor netwerken van sociale cognitie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking door het meten van verminderde activatie en zwakkere functionele connectiviteit tijdens sociale cognitie bij autisme.
- Screening: Beschrijft de gereedheid van de assay via co-registratie van structurele en functionele gegevens, wat betrouwbare vergelijkingen tussen condities mogelijk maakt.
- Analytics: Benadrukt statistische analyse van ROI-tijdreeksen en DTI-afgeleide witte stof tractografie als cruciale resultaten voor het vergelijken van groepen.
- Translational Research: Verbindt preklinische continuïteit door gewijzigde connectiviteit tussen hersenregio's te koppelen aan potentiële therapeutische targets.
- Enterprise Reuse: Presenteert neuroimaging als een herbruikbare capaciteit voor het bestuderen van ontwikkelingsstoornissen buiten autisme, inclusief typische ontwikkeling.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid, targetvalidatie, vermindering van mechanistische ambiguïteit in netwerken voor sociale cognitie.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van fMRI- en DTI-protocollen over verschillende ontwikkelingsstadia.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie en vermindering van biologische risico's in een laat stadium door vroege identificatie van biomarkers.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van connectiviteitsgebaseerde neurale markers.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neurowetenschappen, neuro-imaging en fenotypering van ontwikkelingsstoornissen.
- Afhankelijk van toegang tot een MRI-scanner, expertise in fMRI-pulssequenties en DTI-tractografie-software zoals FSL.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de voorbereiding van deelnemers, inclusief training in een mock-scanner en sensorische aanpassingen.
- Omvat overwegingen voor adaptatie tussen modelsystemen, met name bij het vertalen van pediatrische protocollen naar volwassen cohorten.
- Omvat praktische beperkingen zoals bewegingsgevoeligheid, gevoeligheid voor scannergeluid bij autisme en de noodzaak van aanpassingen voor visueel denken.
