Sondering hjärnan i Autism Med fMRI och diffusion tensor imaging

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Neuroradiologiska tekniker, såsom funktionell MRI och diffusion tensor imaging har blivit allt mer användbar i karakterisera den kognitiva och neurala underskott i autism. En undersökning av hjärnan anslutning i autism på nätverksnivå tillsammans med anpassningar för skanning barn med utvecklingsstörning presenteras.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Kana, R. K., Murdaugh, D. L., Libero, L. E., Pennick, M. R., Wadsworth, H. M., Deshpande, R., Hu, C. P. Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging. J. Vis. Exp. (55), e3178, doi:10.3791/3178 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Nya framväxande teorier tyder på att hjärnan inte fungerar som en sammanhållen enhet i autism, och denna obalans speglas i beteendemässiga symtom som visas av personer med autism. Även strukturella neuroradiologiska fynd har gett en del inblickar i hjärnan avvikelser i autism, är konsekvensen av sådana fynd ifrågasättas. Funktionell neuroradiologiska, å andra sidan, har varit mer givande i detta avseende, eftersom autism är en störning av dynamiska bearbetning och möjliggör undersökning av kommunikation mellan kortikala nätverk, som verkar vara där det underliggande problemet uppstår i autism. Funktionell anslutning definieras som tidsmässig korrelation av rumsligt skilda neurologiska events1. Fynd från ett antal av de senaste fMRI-studier har stött tanken att det finns svagare samordning mellan olika delar av hjärnan som borde arbeta tillsammans för att utföra komplexa sociala eller språkliga problem 2,3,4,5,6. En av de mysterier av autism är samexistensen av underskott på flera områden tillsammans med relativt intakt, ibland bättre, förmågor. Sådana komplexa manifestation av autism kräver ett globalt och omfattande undersökning av sjukdomen på neurala nivå. En övertygande senaste hänsyn hjärnan fungerar i autism, ger kortikala underconnectivity teori, 2,7 en integrerande ram för neurobiologiska grunden för autism. Den kortikala underconnectivity teorin om autism tyder på att något språk, social eller psykologisk funktion som är beroende av integration av flera områden i hjärnan är känslig för störningar som ökar bearbetning efterfrågan. I autism kan underfunktion i integrativ kretsar i hjärnan orsakar utbrett underconnectivity. Med andra ord, kan personer med autism tolka information på ett splittrat sätt på bekostnad av helheten. Sedan kortikala underconnectivity mellan hjärnregioner, särskilt frontala cortex och bakre områdena 3,6, har nu varit relativt väl etablerade, kan vi börja att ytterligare förstå hjärnan anslutning som en kritisk komponent av autism symtom.

Ett logiskt nästa steg i denna riktning är att undersöka de anatomiska anslutningar som kan medla den funktionella anslutningar som nämns ovan. Diffusion Tensor Imaging (DTI) är en relativt ny neuroimaging teknik som hjälper till att söka av diffusion av vatten i hjärnan att sluta sig till integritet vita substansen fibrer. Med den här tekniken är vatten diffusion i hjärnan undersöks i flera riktningar med hjälp av diffusion gradienter. Medan funktionell uppkoppling ger information om synkronisering av hjärnans aktivering inom olika områden i hjärnan under en uppgift eller vid vila, hjälper DTI att förstå de bakomliggande axonal organisation som kan underlätta cross-talk mellan områden i hjärnan. Denna uppsats kommer att beskriva dessa tekniker som värdefulla verktyg för att förstå hjärnan vid autism och de utmaningar som denna forskningsinriktning.

Protocol

1. Speciella tekniker för scanning Personer med utvecklingsstörning:

Medan neuroimaging sig är en komplex teknik med användning av MRT för att skanna av barn och personer med utvecklingsstörningar kan vara extremt challenging.The största problemen är: 1) Chef rörelse: människor med sjukdomar, särskilt barn, kan ha svårt att hålla kvar i den fMRI skanner under en skanning session. Detta kan resultera i huvudet rörelse som i sin tur kan påverka kvaliteten på de uppgifter, 2) Barn med autism har extrem sensorisk känslighet och kan bli störd av faktorer såsom skanner buller, att vara i slutet utrymme, temperatur och så vidare, och 3 ) Ångest och få anpassas till en ny miljö kan det vara svårt för personer med autism. En förändring i deras rutin kan medföra problem om inte väl förberedda. Därför är innovativa förfaranden med noggranna förberedelser krävs för att uppnå god avkastning, och för att förbättra kvaliteten på de insamlade data. Vi ingår värdefulla insikter från teori och praktik för att förbereda en deltagare för en MR-undersökning, för att göra experiment och skanningen njutbar för deltagaren och att bearbeta insamlade data, av vilka några är:

  1. Sociala berättelser. Sociala berättelser är korta, direkta berättelser som ofta används för att förklara nya och förvirrande situationer till barn med autism8. Vi använder oss av sociala berättelser, skrivna ur den enskilda med autism, för att illustrera och verbalt beskriva varje steg i vår studie process. Vid varje punkt i berättelsen, förutsatt att både verbala och bildmässiga descriptionsare. Titeln "om min MRI session", ger vi berättelsen till deltagaren före sina skanna dag så att de kan bli bekant med skanningen. Målet för berättelsen är att öka individens förståelse av förfarandet och att göra honom / henne mer bekväm i en ny situation.
  2. CD-inspelning av scanner Sounds. Under en scanning session producerar magnetkamera höga ljud hela tiden och detta kan vara aversiva till vissa personer med autism. För att acklimatisera den participantsto skannern bullret, skickar vi deltagarna (före skanningen dagen) en inspelning av ljud från skannern.
  3. Mock magnetkamera. Vi simulerar en MRI-skanning session med deltagaren med hjälp av en mock skanner, konstruerat av en kasserad Phillips magnetkamera. Detta ger en realistisk approximation av det verkliga skanning sessionen. Användning av denna mock scanner, som ligger vid Institutionen för Optometri, UAB tillåter deltagaren att vänja sig vid scannern miljö.
  4. Visning av MR Scanner före scanning. Före början MRI, är deltagaren ges tillfälle att se scanner och även få på skannern sängen en kort stund. Oftast hjälper detta till att lindra rädsla och ångest samt ge forskare med beteendevetenskaplig information avseende deltagaren reaktion på skannern. Sådana reaktioner ofta ge värdefull, men intuitivt och kvalitativ, information om deltagaren får sannolikt fullfölja hela scan.Before deltagaren går in i scannern, han / hon lämnar alla sina tillhörigheter i ett omklädningsrum och är också kontrolleras för metall med en metalldetektor.
  5. Att göra i magnetkameran barnvänliga. För alla våra sökningar, använder vi Siemens 3,0 Tesla Allegra MR Scanner ligger vid UAB Civitan International Research Center. Detta är ett huvud som bara skanner gör det mindre skrämmande för deltagarna. För att skannern miljön som barnvänliga som möjligt (för barn), kan skannern vara dekorerad med lätt avtagbara klistermärken av djur, seriefigurer, etc. Dessutom erbjuder vi färgglada filtar till deltagarna att hålla dem varmt i skannern. För barn med autism som ofta har särskilda intressen (t.ex. tåg), kan dessa intressen beaktas, medan dekorera skannern.
  6. Användning av filmer eller tecknade serier: Den anatomiska och DTI bild förvärv kräver inte deltagaren att utföra en uppgift i skannern. Under dessa genomsökningar, är deltagare ges möjlighet att titta på ett par minuter av deras favorit film eller tecknade serier. Förutom att ge ett välkommet avbrott från de uppgifter, bidrar detta att göra skanningen roligare för deltagaren.

2. Användning av stimulans presentationsprogram och knapp enheter Response för att kommunicera med Scanner:

  1. Den experimentella uppgifter programmeras med E-Prime (Psykologi Mjukvaruverktyg, Pittsburgh, PA) stimulans presentationsprogram. Innan du skannar session praxis deltagaren kortare versioner av uppgifter på en bärbar dator så att de är bekanta med vad de kommer att se i skannern och vilka knappar de kommer att krävas för att trycka på.
  2. Tfrågar lastas på det integrerade Functional Imaging System (IFI, Invivo Corporation, Orlando, FL), och är synkroniserade med skanning paradigm. De internationella finansinstitutionerna Systemet hjälper projektet visuella stimuli på en skärm bakom deltagaren medan den i scannern, som deltagaren synpunkter genom en spegel som finns på huvudet spolen.
  3. Dubbla skärmar i kontrollrummet tillåta forskare att välja experimentella uppgifter eller filmer presenterades under genomsökningen och övervaka deltagare svar (inklusive svarstider och prestanda noggrannhet).
  4. Deltagarna bär MRI kompatibla hörlurar som ger dem möjlighet att höra ljud, lyssna på forskarnas instruktioner, samt minska påträngande ljud av skannern. Förutom hörlurarna finns öronproppar ges för att ytterligare minska bullret av skannern.
  5. En fiberoptisk knappen svar enhet ansluten till varje hand kan deltagaren att svara på uppgiften frågor. De internationella finansinstitutionerna Systemet registrerar dessa svar, liksom tidpunkten för varje svar i samband med skanning timing.
  6. En nödsituation "squeeze boll" ges till deltagaren om han / hon inte vill fortsätta sökningen. Trycker på denna bollen kommer iväg ett larm i kontrollrummet föranledde forskarna att komma till deltagaren omedelbart.

3. Användning av statiska och dynamiska visuella stimuli för att framkalla Brain svar i Deltagare med autism:

Medan en utmärkt experimentell design är avgörande för någon vetenskaplig studie kan slå ett ackord med deltagarna har en betydande inverkan på data som samlats in, speciellt i neuroimaging. De stimuli bör vara i nivå med förståelse av deltagaren, och experimentet ska vara kort, exakt och underhållande. Om tillräcklig uppmärksamhet inte ges till dessa element, kan kvaliteten på uppgifterna påverkas negativt. Särskild försiktighet vidtas för att försöka göra den experimentella uppgifter utmanande och roligt genom att skapa innovativa stimuli.

  1. Dynamisk visuella stimuli, t.ex. filmer som skildrar social interaktion används för att framkalla deltagaren svar på mentala tillstånd tilldelning. Förutom att vara kort och rolig, dessa stimuli är skivor av den verkliga sociala världen och tillhandahålla en lämplig arena för att undersöka hjärnan svaren är förknippade med social kognition.
  2. Statisk visuella stimuli, som bokstäver streckfigur visa olika kroppsställningar används också för att studera social kognition. Dessa stimuli är till hjälp för att studera känslor genom att uppmuntra deltagarna att härleda känslor från kroppsspråk.
  3. Statisk visuella stimuli som tecknad serie vinjetter som omfattar flera karaktärer som skildrar sociala situationer används också. Dessa stimuli innebär attributioner baserat på folk fysik och folk psykologi.
  4. För studier som undersökt språkbehandling, använder vi främst uppdrag som innebär meningen förståelse, lexikala beslutsfattandet och diskurs bearbetning.
  5. Även längden på varje experiment skiljer sig från varandra, försöker vi hålla alla experimentera mindre än 10 minuter. Dessutom försöker vi också att smörgås våra DTI skanna och Anatomiska skannar mellan experiment för att ge deltagaren en ledig / vilotid. Vi fann rimlig framgång med denna strategi. I en scanning session, försöker vi att ta med 2-3 uppdrag att ta den totala tid i magneten på ca 30-40 minuter. Se figur 1 för ett flödesschema som visar studien protokollet.

4. Datainsamling, lagring, analys, och kvalitetskontroll:

Datainsamling:

  1. Funktionell MRI och DTI uppgifterna samlas i en enda session per deltagare med hjälp av en Siemens 3,0 Tesla Allegra enbart huvudet Scanner (Siemens Medical Inc., Erlangen, Tyskland) inrymt i Civitan International Research Center, University of Alabama i Birmingham.
  2. Skanningen sessionen startar med hög upplösning T1-viktad MR för strukturell avbildning. Dessa förvärvas med hjälp av en 160-bit MPRAGE 3D (Magnetisering Förberedd Snabb Gradient Echo) volym skanna med TR (Repetition Time) = 200 ms, TE (Echo Time) = 3,34 ms, vända vinkel = 12 grader, FOV (Field of View) = 25,6 cm, 256 x 256 matris storlek, och 1 mm skiva tjocklek. Detta förvärv tar cirka 8 minuter och de förvärvade uppgifter ger anatomisk information om varje deltagares hjärna.
  3. Den anatomiska skannar följs av funktionella genomsökningar. Att skaffa sig funktionella bilder använder vi en enkel-shot gradient-erinrade eko-planar pulssekvens med TR = 1000 ms, TE = 30 ms, vända vinkel = 60 grader, FOV = 24 cm, och matris = 64 x 64. Vi förvärvar sjutton angränsande snedställda axiell skivor i en interfolierade sekvens med 5 mm skiva tjocklek, 1 mm skiva gap, en 24 cm FOV, och en 64 x 64 matris, vilket resulterar i en i-planet upplösning på 3,75 x 3,75 x 5 mm.
  4. Beroende på längden av en funktionell MRI experiment är två eller tre försök som ingår i en 60-75 minnuter skanning session.
  5. DTI bilder förvärvas med hjälp av ett enda skott, spin-eko, EPI (Echoplanar Imaging) sekvens med 46 ortogonala riktningar. En spridning viktade, är singel-shot-, spin-eko, eko-plan avbildning sekvens användas med TR = 7000 ms, TE = 90 ms, bandbredd = 2790 Hz / Voxel, FOV = 220mm, och matris size = 128x 128. Tjugosju 3-mm tjocka skivor är avbildade (ingen skiva gap) utan diffusion-viktning (b = 0s/mm2) och med diffusion-viktning (b = 1000s/mm2) gradienter tillämpas i 46 ortogonala riktningar.

Datalagring och dataanalys:

  1. Den förvärvade neuroimaging data från en MR-session överförs till ett pass vägg skyddat datanät på Universitetssjukhuset i linje med Health Insurance Bärbarhet och Accountability Act (HIPAA).
  2. MR och DTI data från denna server överförs till labbet centraliserade dator server (neuron) och anonyma innan den görs tillgänglig för data analyser. Neuron servern husen alla program bildanalys, liksom den egna skript genererade att göra beräkningar som är specifika för vårt experiment.
  3. Datorn klustret sysselsätter 3 noder, alla med en quad-core processor, vilket möjliggör snabbare och parallell bearbetning av flera datamängder. Dessutom, eftersom data från olika studier bor på en gemensam plats, det gör det enklare att organisera data för meta-analyser och för att göra övergripande slutsatser.
  4. Den fMRI data före och efter-bearbetas, och statistiskt analyseras med hjälp SPM8 (Statistiska Parametrisk Mapping, Wellcome Institutionen för Kognitiv neurologi, London, Storbritannien). Dessutom, andra program, såsom analys av funktionella NeuroImages (AFNI) är fMRIB Software Library (FSL) och MRICron även användas för andra analyser.
  5. DTI bilderna före och efter-bearbetas, och statistiskt analyseras med hjälp av FSL.

Kvalitetskontroll:

  1. Tidsmässiga och rumsliga justeringar görs för att med fMRI-data med hjälp av förbehandling åtgärder, t.ex. skiva timing korrigering, rörelse korrigering, omläggning, rumslig normalisering, och rumsliga utjämning.
  2. Signal till brus-förhållande (SNR) beräknas genom att ta kvoten mellan uppgiftsrelaterade variabilitet och den icke-uppgift relaterad variabilitet. Buller (icke-aktivitet relaterad variation) kan innehålla allt från termiskt brus att head rörelse effekter. Genom att både beräkna SNR för att få en relativt högre andel (> 0,8) och genom att kontrollera för artefakter, kan vi se till att bilderna uppfyller stränga kvalitetskrav.
  3. Temporal signal-brus-förhållande (TSNR) är SNR hela loppet av experimentet och är matematiskt definieras av kvoten mellan medelvärdet signalstyrka till variationen av signalen över tiden. Medelvärde och standardavvikelse vid varje Voxel och om procenttalet i hjärnan är på en acceptabel gräns, kan bilderna användas för vidare analyser.
  4. Det är alltid en bra idé att undersöka data för artefakter vid varje förbehandling och analys steg. Till exempel undersöker RAW-bilder för Radio Frequency (RF) artefakter eller bedöma artefakterna i prefabricerade data. En förebyggande åtgärd för att styra för artefakter är att skärmen ämnen för metall i eller runt huvudet, som hängslen eller ett permanent hållare, att begränsa mängden av signal hoppar av.
  5. Om en uppsättning data har för mycket brus, även efter rutiner rörelse korrigering, och uppfyller inte våra data kvalitetskrav, är att datasetet oftast uteslutas från vidare analyser.

5. Undersöka hjärnan i Autism på nätverksnivå: fMRI-baserade Utredning av funktionella Connectivity och DTI-baserad undersökning av anatomiska Anslutningar:

Funktionell Anslutningar:

Funktionell anslutning hänvisar till synkronisering av hjärnans aktivering mellan olika regioner i hjärnan. Korrelationen av tiden under aktiveringen över områden i hjärnan tas som bevis för kommunikation eller anslutningar mellan dessa regioner. Stegen i denna analys är följande:

  1. Regioner av intresse (ROI) identifierats, antingen funktionellt (baserat på aktivering svar på uppgifter) eller anatomiskt (baserat på standardiserade hjärnan atlaser). Dessa ROI definieras antingen sfäriskt med en radie som skulle omfatta aktivering eller de definieras i sin ursprungliga form.
  2. Den angivna radien eller faktiska form, tillsammans med MNI koordinater, ingår att skapa ett ROI-fil för alla ROI med hjälp av en in-house script.The närvaro av överlappning mellan de platser där dessa ROI utreds och rättas till.
  3. För varje ROI, är signalen ur tiden under försöket från varje enskild deltagares data.
  4. För varje deltagare är den genomsnittliga signalen tidsförloppet för varje ROI korrelerade med alla andra ROI resulterar i en korrelationsmatris. Korrelationenvärdena konverteras sedan till Fishers z 'poäng för ytterligare statistiska analyser för att göra individ, grupp och mellan grupper drar slutsatser.

Anatomiska Anslutningar (DTI):

För att undersöka den vita substansen integritet över hela hjärnan, är diffusion tensor bilderna analyseras med hjälp fMRIB Software Library (FSL) 9. Nedan är de viktigaste inblandade steg:

  1. Det första steget i denna analys omfattar förbehandling, inklusive skallen strippa och virvelströmsbromsar korrigering. Skull strippning görs med Tool Brain Extraction (BET) för att ta bort alla icke-parenkymvävnaden. Vid hög intensitet spridning lutningar snabbt slås, är skjuvning och stretch artefakter som produceras som är olika för varje lutning riktning. Dessa snedvridningar åtgärdas med hjälp av FSL: s virvelströmmar korrigering som registrerar spridningen bilder till en referens bild utan tillämpas diffusion lutning.
  2. Diffusion tensorer och fraktionerad anisotropi (FA) värden, ett index över vatten diffusion längs axoner, då beräknas på Voxel nivå med hjälp av FSL: s Diffusion Toolbox.
  3. Grupp skillnader på ett Voxel-för-Voxel nivå undersöks med hjälp av Tract-Based spatial statistik (TBSS) 10. Med denna teknik är alla diffusion bilder först anpassats till en gemensam rymden med hjälp av olinjära registrering.
  4. En FA skelett av alla de stora vita substansen skrifter från alla deltagare skapas. Individuell spridning bilder av alla deltagare då registrerad på denna FA-tarmkanalen skelett.
  5. Områden längs detta skelett från bilderna av deltagare med autism jämförs Voxel-för-Voxel till samma områden från kontroll deltagarna med hjälp av t-tester. Voxlar med varierande FA värden så isolerade som en stor avkastning och medelvärdet för FA beräknade värden.

6. Representativa resultat:

Den primära resultat från våra studier avser försvagats neurala svar i deltagare med autism (i form av aktivering, ändring i signalstyrka, och funktionella konnektivitet) och eventuell användning av förändrade kortikala rutten utföra kognitiva och sociala uppgifter. Till exempel fann kärnan regionerna ska förmedla en funktion (för t ex bakre superior temporal sulcus vid temporoparietal korsningen i dra slutsatsen andras avsikter, se figur 2) verkar under-svara i autism, i förhållande till typiska styra deltagarna. Dessutom verkar den centrala regionen underconnected funktionellt med andra noder, särskilt rumsligt avlägsna dem (figur 3). Med DTI, finner vi också några anatomiska grunden till dessa resultat (se Figur 4), vilket ger en heltäckande, nät-nivå bild av hjärnans organisation i autism.

Figur 1
Figur 1. Flödesschema som beskriver de metoder och förfaranden.

Figur 2
Figur 2: a) ökad aktivering i en typisk språk uppgift, såsom meningen förståelse (vänster sämre frontal gyrus, och vänster bakre superior temporal sulcus), b) Ökad bilaterala posterior superior temporal sulci aktivering i neurotypiska deltagarna under tillskriva mentala tillstånd till andra (FWE korrigerade tröskeln till p <0,05).

Figur 3
Figur 3. Avsevärt minskad funktionell anslutning (synkronisering av hjärnans aktivering) mellan frontal-och temporala regioner i en social kognition uppgift deltagare med autism (p <0,05). LSTG: vänster superior temporal gyrus, RSTG: höger superior temporal gyrus, RIFG: höger sämre frontal gyrus, ROI: Region of Interest, Konkurrensverket: funktionell anslutning.

Figur 4
Figur 4. DTI Tractography resultat som visar en vit bunt oavsett fiber som utgår från tinningloben till temporoparietal korsningen. Den ursprungliga utgångspunkten för tractography var en ROI identifierats av TBSS ha en betydligt mindre FA värde i unga vuxna med autism jämfört med åldersmatchade typiska kontroll deltagare.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De metoder och förfaranden som beskrivs i detta dokument är förankrade i grundläggande principerna för kognitiv neurovetenskap och hjärnavbildning. Sammantaget ger dessa metoder ger en övertygande ram för att bedöma hjärnans funktion på systemnivå hos barn, vuxna och hos personer med sjukdomar. Studier grundad i dessa metoder har varit särskilt inflytelserika i kännetecknar disharmoniska hjärnans funktion hos personer med autism.

Även om de tekniker som presenteras här är överföras till andra populationer att behandla relaterade teoretiska frågor 11,12,13,14, är noggrann uppmärksamhet krävs för pediatriska neuroradiologiska, liksom för neuroradiologiska hos personer med störningar i utvecklingen: 1) Trots att antalet försiktighets-och förberedande åtgärder vi vidtar för skanning, innebär huvud rörelse fortfarande ett stort problem i neuroimaging. Scannern är extremt känslig för huvudet rörelse, med en roterande rörelse på bara 0,5 mm orsakar betydande artefakterna. Även om vi presenterade ett antal tekniker för att minska ångest och i sin tur minskar rörelsen, som hånar skannern och dekorera skannern rummet kan varje ansträngning i dessa rader vara värt. För närvarande försöker vi anpassa en återkoppling paradigm med hjälp av filmer för utbildning för att hålla huvudet rörelsen till ett minimum, 2) En annan fråga avser deltagaren bortfall, särskilt hos barn. Många barn vägrar att gå in i skannern eller panik efter att sökningen är igång, 3) Ytterligare en fråga är förknippad med den inneboende heterogenitet i en manifestation av utvecklingsstörningar. Forskare av utvecklingsstörningar måste vara försiktig i hanteringen av variationen i deras urval som annars kan vara begravda under de ofta rapporterade gruppnivå slutsatser, och 4) Även mindre utrustning frågor kan ha en betydande inverkan på den forskning protokoll och använder utredare. Till exempel behöver den stimulansen presentationsprogram E-Prime inte möjlighet att spela upp video stimuli. Även om den senaste versionen av denna programvara spelar videor, är den versionen oförenlig med de internationella finansinstituten systemet. I sådana fall använder vi Inquisit mjukvara för att spela våra animationer och video, men med ytterligare ett steg för att manuellt synkronisera videon med skannern datorn. Trots vissa av de begränsningar som nämns ovan har funktionell MRI flera fördelar gör den till en av de bästa neuroradiologiska tekniker för att studera hjärnans funktion: 1) Till skillnad från tekniker som Positron Emission Tomography (PET), kräver fMRI inte injicera radioaktiva isotoper i människokroppen; 2) den rumsliga upplösningen i fMRI är bättre än tekniker som elektroencefalografi (EEG), och 3) förvärv tiden kan vara kort beroende på paradigm, som kan vara till hjälp i arbetet med människor med sjukdomar som autism.

För att karakterisera neurobiologi komplexa, mångdimensionella sjukdomar som autism, omfattande neurovetenskap metoder, som omfattar nya och olika metoder och tekniker, är needed.Current teorier om autism ståndpunkten att underconnectivity av hjärnan, speciellt mellan frontala cortex och mer posteriora områden, kan vara avgörande för att förklara viktiga underskott i autism. Nästa möjliga logiska steg i denna riktning är att hantera sådana problem genom translationell inflygningar med en målsättning att förbättra ändrade anslutningar i den autistiska hjärnan. En longitudinell studie om hjärnan plasticitet att bedöma hjärnans reaktioner före och efter intensiv kognitiv ingripande kunde visa eventuella effekter ingripande kan ha på beteendemässiga, kognitiva och neurala reaktioner hos personer med autism. Genom att fortsätta att utveckla och förfina våra tekniker, såsom funktionell, effektiv, och anatomiska anslutningsmöjligheter kan vi få en bättre förståelse av denna genomgripande störning i utvecklingen och översätta den kunskapen för att ingripa.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Inga intressekonflikter deklareras.

Acknowledgments

Författarna vill tacka hösten Alexander, Jeff Killen, Charles Wells, Kathy Pearson och Vaibhav Paneri för deras hjälp med projektet i olika skeden. Detta arbete stöds av UAB Psykologiska institutionen fakulteten start fonder, McNulty-Civitan Scientist Award & the CCTS Pilot Research Grant (5UL1RR025777) till RK.

References

  1. Friston, K. J. Functional and effective connectivity in neuroimaging: A synthesis. Human Brain Mapping. 2, 56-78 (1994).
  2. Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Minshew, N. J. Cortical activation and synchronization during sentence comprehension in high-functioning autism: evidence of underconnectivity. Brain: a journal of neurology. 127, 1811-1821 (2004).
  3. Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. A., Minshew, N. J., Just, M. A. Sentence comprehension in autism: thinking in pictures with decreased functional connectivity. Brain: a journal of neurology. 129, 2484-2493 (2006).
  4. Koshino, H., Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. L., Minshew, N. J., Just, M. A. fMRI Investigation of Working Memory for Faces in Autism: Visual Coding and Underconnectivity with Frontal Areas. Cerebral Cortex. 18, 289-300 (2007).
  5. Kana, R. K., Keller, T. A., Minshew, N. J., Just, M. A. Inhibitory control in high-functioning autism: decreased activation and underconnectivity in inhibition networks. Biological Psychiatry. 62, 196-208 (2007).
  6. Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Kana, R. K., Minshew, N. J. Functional and Anatomical Cortical Underconnectivity in Autism: Evidence from an fMRI Study of an Executive Function Task and Corpus Callosum Morphometry. Cerebral Cortex. 17, 951-961 (2007).
  7. Castelli, F., Frith, C., Happe, F., Frith, U. Autism, Asperger syndrome and brain mechanisms for the attribution of mental states to animated shapes. Brain. 125, 1839-1849 (2002).
  8. Gray, C. A., Garand, J. D. Social stories: Improving responses of students with autism with accurate social information. Focus on Autistic Behavior. 8, 1-10 (1993).
  9. Smith, S. M., Jenkinson, M., Woolrich, M. W., Beckmann, C. F., Behrens, T. E. J., Johansen-Berg, H. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23, 208-219 (2004).
  10. Smith, S. M., Jenkinson, M., Johansen-Berg, H., Rueckert, D., Nichols, T. E., Mackay, C. E., Watkins, K. E., Ciccarelli, O., Cader, M. Z., Matthews, P. M. Tract-based spatial statistics: Voxelwise analysis of multi-subject diffusion data. NeuroImage. 31, 1487-1505 (2006).
  11. Li, Q., Sun, J., Guo, L., Zang, Y., Feng, Z., Huang, X., Yang, H., Lv, Y., Huang, M., Gong, Q. Increased fractional anisotropy in white matter of the right frontal region in children with attention-deficit/hyperactivity disorder: a diffusion tensor imaging study. Neuro Endocrinol Lett. 31, 747-753 (2010).
  12. Jeong, J. W., Sundaram, S. K., Kumar, A., Chugani, D. C., Chugani, H. T. Aberrant diffusion and geometric properties in the left arcuate fasciculus of developmentally delayed children: a diffusion tensor imaging study. AJNR Am J Neuroradiol. 32, 323-330 (2011).
  13. Mulder, M. J., van Belle, J., van Engeland, H., Durston, S. Functional connectivity between cognitive control regions is sensitive to familial risk for ADHD. Human Brain Mapping. (2010).
  14. Vourkas, M., Micheloyanni, S., Simos, P. G., Rezaie, R., Fletcher, J. M., Cirino, P. T., Papanicolaou, A. C. Dynamic task-specific brain network connectivity in children with severe reading difficulties. Neurosci Lett. 488, 123-128 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics