Los investigadores desarrollaron un enfoque innovador utilizando resonancia magnética de difusión para explorar las estructuras cerebrales de personas con trastorno del espectro autista (TEA). Esta técnica mide cómo se mueven las moléculas de agua a través del cerebro, revelando diferencias estructurales en las vías neuronales de individuos autistas y no autistas.
Mediante la aplicación de modelos matemáticos, el equipo vinculó estas variaciones estructurales con impactos funcionales, en particular en la forma en que las neuronas conducen la electricidad y procesan la información. Sus hallazgos, que correlacionan las diferencias microestructurales con las puntuaciones de diagnóstico del autismo, prometen mejorar nuestra comprensión del TEA y podrían conducir a tratamientos más precisos.
El estudio UVA utilizó resonancia magnética de difusión para identificar diferencias en las microestructuras cerebrales entre individuos autistas y no autistas, revelando una conductividad eléctrica más lenta en los cerebros autistas debido a variaciones en el diámetro de los axones.
Estas diferencias estructurales se han relacionado directamente con las puntuaciones del Cuestionario de Comunicación Social, lo que aumenta el potencial para enfoques diagnósticos y terapéuticos precisos.
La investigación es parte de la iniciativa del Centro de Excelencia en Autismo de los NIH, cuyo objetivo es ser pionero en un enfoque de medicina de precisión para comprender y tratar el autismo.
El trastorno del espectro autista aún no se ha relacionado con una sola causa, debido a la amplia gama de síntomas y gravedad.
Sin embargo, un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Virginia sugiere un nuevo enfoque prometedor para encontrar respuestas, uno que podría conducir a avances en el estudio de otras enfermedades y trastornos neurológicos.
Los enfoques actuales para la investigación del autismo implican observar y comprender el trastorno a través del estudio de sus consecuencias conductuales, utilizando técnicas como imágenes de resonancia magnética funcional que mapean las respuestas del cerebro a los estímulos y la actividad, pero se ha trabajado poco para comprender qué está causando esas respuestas.
Sin embargo, investigadores de la Facultad y la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias de la UVA han podido comprender mejor las diferencias fisiológicas entre las estructuras cerebrales de individuos autistas y no autistas mediante el uso de resonancia magnética por difusión, una técnica que mide la difusión molecular en el tejido biológico. observar cómo el agua se mueve por el cerebro e interactúa con las membranas celulares.
El enfoque ha ayudado al equipo de la UVA a desarrollar modelos matemáticos de microestructuras cerebrales que han ayudado a identificar diferencias estructurales en los cerebros de personas con y sin autismo.
"No se ha entendido bien cuáles podrían ser esas diferencias", dijo Benjamin Newman, investigador postdoctoral del Departamento de Psicología de la UVA, recién graduado del programa de posgrado en neurociencia de la Facultad de Medicina de la UVA y autor principal de un artículo publicado este mes en PLOS: Uno.
"Este nuevo enfoque analiza las diferencias neuronales que contribuyen a la etiología del trastorno del espectro autista".
Basándose en el trabajo de Alan Hodgkin y Andrew Huxley, que ganaron el Premio Nobel de Medicina en 1963 por describir las características de conductividad electroquímica de las neuronas, Newman y sus coautores aplicaron esos conceptos para comprender cómo esa conductividad difiere en personas con autismo y en personas sin autismo. utilizando los últimos datos de neuroimagen y metodologías computacionales.
El resultado es un enfoque único en su tipo para calcular la conductividad de los axones neuronales y su capacidad para transportar información a través del cerebro. El estudio también ofrece evidencia de que esas diferencias microestructurales están directamente relacionadas con las puntuaciones de los participantes en el Cuestionario de Comunicación Social, una herramienta clínica común para diagnosticar el autismo.
"Lo que estamos viendo es que hay una diferencia en el diámetro de los componentes microestructurales en el cerebro de las personas autistas que puede hacer que conduzcan la electricidad más lentamente", dijo Newman. "Es la estructura la que limita el funcionamiento del cerebro".
Uno de los coautores de Newman, John Darrell Van Horn, profesor de psicología y ciencia de datos en la UVA, dijo que muy a menudo intentamos comprender el autismo a través de una colección de patrones de comportamiento que pueden ser inusuales o parecer diferentes.
"Pero comprender esos comportamientos puede ser un poco subjetivo, dependiendo de quién esté observando", dijo Van Horn.
"Necesitamos una mayor fidelidad en términos de las métricas fisiológicas que tenemos para que podamos comprender mejor de dónde provienen esos comportamientos. Esta es la primera vez que se aplica este tipo de métrica en una población clínica y arroja una luz interesante sobre los orígenes del TEA".
Van Horn dijo que se ha trabajado mucho con imágenes de resonancia magnética funcional, analizando los cambios de señal relacionados con el oxígeno en la sangre en individuos autistas, pero esta investigación, dijo, "va un poco más allá".
"No se trata de preguntar si existe una diferencia particular en la activación funcional cognitiva; se trata de preguntar cómo el cerebro conduce realmente la información a su alrededor a través de estas redes dinámicas", dijo Van Horn.
"Y creo que hemos tenido éxito al demostrar que hay algo que es singularmente diferente entre los individuos diagnosticados con un trastorno del espectro autista en comparación con los sujetos de control que de otro modo tendrían un desarrollo típico".
Newman y Van Horn, junto con los coautores Jason Druzgal y Kevin Pelphrey de la Facultad de Medicina de la UVA, están afiliados al Centro de Excelencia en Autismo (ACE) del Instituto Nacional de Salud, una iniciativa que apoya proyectos multidisciplinarios y multiinstitucionales a gran escala. estudios sobre TEA con el objetivo de determinar las causas del trastorno y sus posibles tratamientos.
Según Pelphrey, neurocientífico y experto en desarrollo cerebral e investigador principal del estudio, el objetivo general del proyecto ACE es liderar el camino en el desarrollo de un enfoque de medicina de precisión para el autismo.
"Este estudio proporciona la base para un objetivo biológico para medir la respuesta al tratamiento y nos permite identificar vías para el desarrollo de tratamientos futuros", dijo.
Van Horn añadió que el estudio también puede tener implicaciones para el examen, diagnóstico y tratamiento de otros trastornos neurológicos como el Parkinson y el Alzheimer.
"Esta es una nueva herramienta para medir las propiedades de las neuronas que nos entusiasma especialmente. Todavía estamos explorando qué podríamos detectar con él", dijo Van Horn.
Las diferencias neuronales que contribuyen a la etiología del trastorno del espectro autista (TEA) aún no están bien definidas. Estudios anteriores han sugerido que la mielina y los axones se alteran durante el desarrollo en el TEA.
Al combinar técnicas de resonancia magnética estructural y de difusión, la mielina y los axones se pueden evaluar utilizando agua extracelular, relación g agregada y un nuevo enfoque para calcular la velocidad de conducción axonal denominada velocidad de conducción agregada, que está relacionada con la capacidad del axón para transportar información.
En este estudio, se combinan varios métodos microestructurales celulares innovadores, medidos a partir de imágenes por resonancia magnética (MRI), para caracterizar las diferencias entre los participantes con TEA y los adolescentes con desarrollo típico en una cohorte grande.
Primero examinamos la relación entre cada métrica, incluidas las mediciones microestructurales de la difusión axonal e intracelular y la relación T1w/T2w.
Luego demostramos la sensibilidad de estas métricas al caracterizar las diferencias entre los participantes con TEA y neurotípicos, encontrando aumentos generalizados en el agua extracelular en la corteza y disminuciones en la relación g agregada y la velocidad de conducción agregada en toda la corteza, la subcorteza y el esqueleto de la materia blanca.
Finalmente proporcionamos evidencia de que estas diferencias microestructurales están asociadas con puntuaciones más altas en el Cuestionario de Comunicación Social (SCQ), una herramienta de diagnóstico comúnmente utilizada para evaluar el TEA.
Este estudio es el primero en revelar que el TEA implica diferencias in vivo medibles por resonancia magnética de mielina y desarrollo axonal con implicaciones para la función neuronal y conductual.
También introducimos una formulación novedosa para calcular la velocidad de conducción agregada, que es altamente sensible a estos cambios. Concluimos que el TEA puede caracterizarse por una conectividad estructural intacta, pero que la conectividad funcional puede verse atenuada por propiedades de la red que afectan la velocidad de transmisión neuronal.
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