Un nou studiu aduce dovezi pentru o relație cauzală între dinamica cerebrală și simptomele clinice în autism

Un studiu publicat în Nature Human Behaviour de cercetători japonezi explorează o direcție inovatoare în înțelegerea și intervenția asupra autismului: legătura cauzală dintre rigiditatea dinamicii neuronale globale și comportamentele caracteristice tulburării de spectru autist (TSA). Utilizând o tehnică sofisticată de stimulare magnetică transcraniană (TMS) dependentă de starea cerebrală (brain-state-driven neural stimulation – BDNS), studiul demonstrează că reducerea acestei rigidități neuronale poate atenua unele trăsături comportamentale asociate autismului.
În ultimele decenii, autismul a fost conceptualizat drept o manifestare a integrării atipice a informației neuronale. Această ipoteză a condus la o serie de cercetări asupra dinamicii cerebrale la scară largă – modul în care activitatea întregului creier evoluează între diferite stări funcționale. Studii anterioare au arătat că indivizii cu autism prezintă o rigiditate crescută a tranzițiilor între stări cerebrale – adică o probabilitate mai mică de a comuta între stări funcționale cerebrale distincte. Totuși, până acum nu era clar dacă această rigiditate are un rol cauzal în comportamentele autiste sau este doar un fenomen asociat.

Despre studiu

Obiectiv și metodologie

Cercetătorii au urmărit două întrebări esențiale:

• Este rigiditatea dinamicii cerebrale o cauză directă a comportamentelor autiste?
• Poate o intervenție noninvazivă care reduce această rigiditate să modifice comportamentele asociate TSA?

Pentru a răspunde, au dezvoltat un protocol de stimulare magnetică transcraniană (TMS) administrată în timp real doar atunci când activitatea cerebrală globală se află într-o anumită stare. Această tehnică, BDNS, permite influențarea selectivă a tranzițiilor între stări cerebrale, crescând flexibilitatea neuronală.

Au fost evaluate trei trăsături comportamentale fundamentale pentru autism:

• Inflexibilitate cognitivă, printr-un test de schimbare spontană a sarcinii.
• Suprastabilitate perceptivă, printr-un test de percepție vizuală bistabilă.
• Procesare atipică a informației nonverbale, printr-un test social de recunoaștere a expresiilor incongruente.

Studiul a inclus 50 de participanți adulți cu TSA și 50 de indivizi tipici (grup de control), în șase experimente principale și o simulare numerică.

Măsurarea rigidității cerebrale

Rigiditatea a fost cuantificată prin analiza peisajului energetic al creierului (energy landscape analysis), o metodă care reprezintă tranzițiile cerebrale ca mișcări între „văi” și „vârfuri” energetice – adică stări cerebrale stabile și instabile. Un semn al rigidității este frecvența scăzută a tranzițiilor indirecte între stări majore prin stări intermediare.

Rezultate

Rigiditatea cerebrală este mai mare în autism și corelează cu severitatea comportamentelor

Comparativ cu grupul control, persoanele cu TSA au prezentat:

• Tranziții indirecte semnificativ mai rare (t98 = 12.2, P < 10⁻⁵).
• Asocieri negative semnificative între frecvența tranzițiilor și scorurile ADOS pentru severitatea autismului, inflexibilitate cognitivă și suprastabilitate perceptivă.
• Judecăți nonverbale (NVJ) mai puțin frecvente, corelate cu scoruri mai slabe în procesarea informațiilor sociale.

Validarea EEG a măsurărilor din fMRI

Analiza EEG offline a reprodus structura energetică obținută prin fMRI (similaritate > 80%), confirmând utilitatea EEG în monitorizarea în timp real a stărilor cerebrale pentru TMS.

Protocolul optim de BDNS: stimularea cortexului parietal superior drept în starea cerebrală majoră 1

Simularea numerică a arătat că doar stimularea excitatorie a rețelei frontoparietale (FPN), în special a lobului parietal superior drept (SPL), a crescut semnificativ frecvența tranzițiilor indirecte. Aceste efecte au fost validate experimental.

Efectele comportamentale ale BDNS

Un singur BDNS: efect asupra inflexibilității cognitive

După o singură sesiune BDNS:

• Inflexibilitatea cognitivă a scăzut semnificativ (t49 = 10.3, P < 10⁻⁵).
• Schimbarea comportamentală s-a corelat cu flexibilitatea neuronală crescută (r = 0.45).

BDNS săptămânal timp de 12 săptămâni: efecte cumulative asupra tuturor trăsăturilor

• Inflexibilitatea cognitivă: reducere semnificativă din săptămâna 1.
• Suprastabilitatea perceptivă: ameliorare semnificativă din săptămâna 7.
• Procesarea nonverbală atipică: îmbunătățire semnificativă din săptămâna 9.

Aceste modificări au fost corelate cu:

• Stabilizarea stărilor minore cerebrale.
• Creșterea coactivării între rețeaua frontoparietală și rețelele senzoriale sau sociale relevante.
  

  Mecanisme neuronale latente

  Pentru suprastabilitatea perceptivă

  BDNS a stabilizat starea minoră 2, asociată cu:
  • Creșterea coactivării FPN–rețea vizuală (VN).
  • Această coactivare a mediat reducerea suprastabilității perceptive.

  Pentru procesarea nonverbală

  BDNS a stabilizat starea minoră 1, crescând coactivarea între FPN, rețeaua modului implicit (DMN) și rețeaua de saliență (SAN). Aceste rețele sunt implicate în recunoașterea semnalelor sociale subtile. FPN–DMN–SAN a mediat ameliorarea procesării nonverbale.
  
  

  Experimente suplimentare de control activ

  Pentru a exclude efectul placebo: trei experimente adiționale cu TMS aplicat aleator au arătat că efectele comportamentale și neuronale sunt specifice BDNS și nu apar doar datorită stimulării în sine.
  
  

  Concluzii

  Acest studiu oferă dovezi convingătoare pentru o relație cauzală între rigiditatea dinamicii neuronale și comportamentele autiste. Intervenția noninvazivă BDNS:
  • Are efecte rapide asupra inflexibilității cognitive.
  • Necesită sesiuni repetate pentru a influența percepția și procesarea socială.
  • Acționează prin stabilizarea stărilor cerebrale minore și restabilirea coactivării între rețele cerebrale funcționale.
  
  

  Implicații clinice

  Această abordare oferă o nouă direcție terapeutică noninvazivă pentru persoanele cu TSA, cu potențial de personalizare în funcție de rețeaua cerebrală țintă și trăsăturile clinice dominante. Cu toate acestea, aplicabilitatea largă necesită:
  • Validări pe cohorte mai diverse (copii, autism sever).
  • Optimizarea protocolului pentru efecte de durată.
  • Studii comparative cu alte forme de neuromodulare.
  
  

  Perspective

  Aceste rezultate deschid calea pentru intervenții personalizate în TSA bazate pe dinamica cerebrală și oferă un model de explorare a relațiilor cauzale între activitatea neuronală și comportamente în alte tulburări neuropsihiatrice.