چهار زیرگروه مختلف اوتیسم در مطالعه مغز شناسایی شد

بر اساس مطالعه ای از محققان پزشکی Weill Cornell، افراد مبتلا به اختلال طیف اوتیسم را می توان بر اساس فعالیت و رفتار مغزشان به چهار زیر گروه مجزا طبقه بندی کرد.

این مطالعه در 9 مارس منتشر شد علوم اعصاب طبیعت، از یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل داده های تصویربرداری عصبی جدید از 299 فرد مبتلا به اوتیسم و ​​907 فرد عصبی استفاده کرد. آنها الگوهایی از ارتباطات مغزی مرتبط با ویژگی های رفتاری در افراد مبتلا به اوتیسم، مانند توانایی کلامی، عاطفه اجتماعی، و رفتارهای تکراری یا کلیشه ای را یافتند. آنها تأیید کردند که چهار زیر گروه اوتیسم همچنین می توانند در یک مجموعه داده جداگانه تکرار شوند و نشان دادند که تفاوت در بیان ژن منطقه ای و تعاملات پروتئین-پروتئین، تفاوت های مغز و رفتاری را توضیح می دهد.

مانند بسیاری از تشخیص‌های عصبی روانپزشکی، افراد مبتلا به اختلال طیف اوتیسم انواع مختلفی از مشکلات را در تعاملات اجتماعی، ارتباطی و رفتارهای تکراری تجربه می‌کنند. چگونه آنها را تعریف کنیم.” کار ما رویکرد جدیدی را برای کشف زیرشاخه‌های اوتیسم نشان می‌دهد که ممکن است روزی به رویکردهای جدیدی برای تشخیص و درمان منجر شود.»

مطالعه قبلی که توسط دکتر لیستون و همکارانش در طب طبیعت در سال 2017 از روش‌های یادگیری ماشینی مشابه برای شناسایی چهار نوع فرعی بیولوژیکی متمایز افسردگی استفاده کرد و کار بعدی نشان داد که این زیرگروه‌ها به درمان‌های مختلف افسردگی واکنش متفاوتی نشان می‌دهند.

دکتر آماندا بوخ، نویسنده ارشد این مقاله، دانشیار فوق دکتری علوم اعصاب در روانپزشکی در پزشکی ویل کورنل، می گوید: «اگر افراد مبتلا به افسردگی را در گروه مناسب قرار دهید، می توانید بهترین درمان را به آنها اختصاص دهید.

با تکیه بر این موفقیت، تیم تصمیم گرفت تا تعیین کند که آیا زیرگروه‌های مشابهی در میان افراد مبتلا به اوتیسم وجود دارد یا خیر، و آیا مسیرهای ژنی مختلف زیربنای آنهاست. او توضیح داد که اوتیسم یک بیماری بسیار ارثی است که با صدها ژن مرتبط است که تظاهرات متنوع و گزینه های درمانی محدودی دارد. برای بررسی این موضوع، دکتر بوخ پیشگام تحلیل‌های جدیدی برای ادغام داده‌های تصویربرداری عصبی با داده‌های بیان ژن و پروتئومیکس، معرفی آن‌ها به آزمایشگاه و امکان آزمایش و توسعه فرضیه‌هایی در مورد نحوه تعامل انواع خطر در زیرگروه‌های اوتیسم بود.

دکتر بوخ گفت: «یکی از موانع توسعه درمان‌های اوتیسم این است که معیارهای تشخیصی گسترده هستند و بنابراین برای گروه بزرگ و از نظر فنوتیپی متنوع از افراد با مکانیسم‌های بیولوژیکی مختلف اعمال می‌شود. برای شخصی‌سازی درمان‌ها برای افراد مبتلا به اوتیسم، درک و هدف قرار دادن این تنوع زیستی بسیار مهم است. شناسایی درمان بهینه زمانی که با همه افراد یکسان رفتار می‌شود، زمانی که هر یک منحصربه‌فرد هستند، دشوار است.

دکتر بوچ خاطرنشان کرد که تا همین اواخر، مجموعه‌ای از داده‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی افراد مبتلا به اوتیسم برای انجام مطالعات یادگیری ماشینی در مقیاس بزرگ وجود نداشت. اما مجموعه داده بزرگی که توسط دکتر آدریانا دی مارتینو، مدیر تحقیقات مرکز اوتیسم در موسسه ذهن کودک و همچنین سایر همکاران در سراسر کشور ایجاد و به اشتراک گذاشته شده است، مجموعه داده بزرگ مورد نیاز برای این مطالعه را فراهم کرد.

دکتر لوگان گروسنیک، یکی از نویسندگان ارشد، استادیار علوم اعصاب در روانپزشکی در پزشکی ویل کورنل، گفت: روش‌های جدید یادگیری ماشینی که می‌تواند با هزاران ژن، تفاوت‌های فعالیت مغز و تغییرات رفتاری متعدد مقابله کند، این مطالعه را ممکن کرد. تکنیک‌های یادگیری ماشینی پیشگام که برای زیرگروه‌بندی بیولوژیکی در مطالعات اوتیسم و ​​افسردگی استفاده می‌شوند.

این پیشرفت ها به تیم اجازه داد تا چهار گروه بالینی متمایز از افراد مبتلا به اوتیسم را شناسایی کند. دو نفر از گروه ها هوش کلامی بالاتر از حد متوسط ​​داشتند. یک گروه همچنین دارای نقص شدید در ارتباطات اجتماعی اما رفتارهای تکراری کمتر بودند، در حالی که گروه دیگر رفتارهای تکراری بیشتر و آسیب اجتماعی کمتری داشتند. ارتباطات بین بخش‌هایی از مغز که اطلاعات بصری را پردازش می‌کند و به مغز کمک می‌کند برجسته‌ترین اطلاعات دریافتی را شناسایی کند، در زیرگروه با آسیب‌های اجتماعی بیشتر بیش فعال بود. همین ارتباطات در گروهی با رفتارهای تکراری تر ضعیف بود.

دکتر بوچ که دکترای خود را از دانشکده تحصیلات تکمیلی ویل کورنل به پایان رساند، گفت: «در سطح مدار مغز جالب بود که شبکه‌های مغزی مشابهی در هر دو زیرگروه دخیل بودند، اما اتصالات در همین شبکه‌ها در جهت‌های مخالف غیر معمول بود. علوم پزشکی در آزمایشگاه دکتر لیستون و اکنون در آزمایشگاه دکتر گروزنیک مشغول به کار است.

دو گروه دیگر دارای آسیب‌های اجتماعی شدید و رفتارهای تکراری بودند اما توانایی‌های کلامی در انتهای طیف داشتند. با وجود برخی شباهت‌های رفتاری، محققان الگوهای ارتباط مغزی کاملاً متمایز را در این دو زیر گروه کشف کردند.

این تیم بیان ژنی را تجزیه و تحلیل کردند که اتصالات غیر معمول مغز موجود در هر زیرگروه را برای درک بهتر علت این تفاوت ها توضیح می داد و دریافتند بسیاری از آنها ژن هایی بودند که قبلا با اوتیسم مرتبط بودند. آنها همچنین تعاملات شبکه ای بین پروتئین های مرتبط با اتصالات غیر معمول مغز را تجزیه و تحلیل کردند و به دنبال پروتئین هایی بودند که ممکن است به عنوان یک هاب عمل کنند. اکسی توسین، پروتئینی که قبلاً با تعاملات اجتماعی مثبت مرتبط بود، یک پروتئین قطبی در زیر گروه افراد با آسیب اجتماعی بیشتر اما رفتارهای تکراری نسبتاً محدود بود. دکتر بوچ گفت که مطالعات استفاده از اکسی توسین داخل بینی را به عنوان درمانی برای افراد مبتلا به اوتیسم با نتایج متفاوت مورد بررسی قرار داده است. او گفت که بررسی اینکه آیا اکسی توسین درمانی در این زیرگروه مؤثرتر است یا خیر، جالب خواهد بود.

دکتر گروسنیک گفت: «شما می‌توانید درمانی داشته باشید که در زیرگروهی از افراد مبتلا به اوتیسم مؤثر باشد، اما این مزیت در کارآزمایی بزرگ‌تر از بین می‌رود، زیرا به زیرگروه‌ها توجه نمی‌کنید.»

این تیم نتایج خود را بر روی مجموعه داده های انسانی دوم تایید کرد و همان چهار زیر گروه را پیدا کرد. به عنوان تأیید نهایی نتایج تیم، دکتر بوخ یک تحلیل متن کاوی بی‌طرفانه از ادبیات زیست‌پزشکی انجام داد که نشان داد مطالعات دیگر به طور مستقل ژن‌های مرتبط با اوتیسم را با همان ویژگی‌های رفتاری مرتبط با زیرگروه‌ها مرتبط کرده بودند.

این تیم در مرحله بعدی این زیر گروه ها و درمان های بالقوه هدفمند زیر گروهی را در موش ها مورد مطالعه قرار خواهد داد. همکاری با چندین تیم تحقیقاتی دیگر که مجموعه داده های انسانی بزرگی دارند نیز در حال انجام است. این تیم همچنین در تلاش است تا تکنیک های یادگیری ماشینی خود را بیشتر اصلاح کند.

دکتر گروسنیک گفت: «ما در تلاش هستیم تا یادگیری ماشینی خود را به‌خوبی خوشه‌ای آگاه کنیم.

در همین حال، دکتر بوخ گفت که آنها بازخورد دلگرم کننده ای از افراد مبتلا به اوتیسم در مورد کار خود دریافت کرده اند. یکی از دانشمندان علوم اعصاب مبتلا به اوتیسم پس از ارائه با دکتر بوخ صحبت کرد و گفت که تشخیص او گیج کننده بود زیرا اوتیسم او بسیار متفاوت از دیگران بود اما داده های او به توضیح تجربه او کمک کرد.

دکتر بوخ گفت: «تشخیص یک زیرگروه اوتیسم می توانست برای او مفید باشد.