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Spectrum:自闭症研究新闻

新闻 孤独症研究的最新进展。
插图:James Lambert

大脑的感觉开关与自闭症有着复杂的联系

通过 / 2021年11月15日

自2013年感觉差异成为自闭症诊断标准的一部分以来,越来越多的自闭症研究人员被丘脑吸引,丘脑是位于大脑深处的蛋形感觉中继站。这一系列的兴趣为丘脑作为一个重要的感觉过滤器建立了一个案例,它在自闭症患者中可能具有不同的功能,这有助于解释为什么一些自闭症患者对感觉刺激异常敏感(或有时被吸引)。

但它也表明,丘脑在自闭症中的作用超出了感觉世界。新的研究表明,丘脑影响睡眠、社会认知、注意力和学习等多种功能。

“丘脑在许多与自闭症有关的认知功能中发挥着作用,所以这就是为什么研究它是无需动脑的,”他说安东尼奥Hardan他是加州斯坦福大学精神病学和行为科学教授。

对丘脑在自闭症中的作用的研究也扩展了对该区域结构的了解,将不同的功能分配给各个子区域,并阐明了它是如何与大脑的其他部分协作的。丘脑与自闭症基因和特征之间的联系“让我们更加深入地思考丘脑的作用,”他说独到的冯他是剑桥麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)大脑和认知科学教授。

漏水的过滤器:

长期以来,人们一直认为丘脑的工作是将眼睛、耳朵和其他感觉器官的信号传递到大脑皮层,即大脑的外层,在那里对信息进行处理。到2000年代中期,研究人员已经确定,来自丘脑的信号有助于确定发育中的小鼠大脑皮层的部分如何适应特定的感官刺激,这强调了该结构在大脑发育过程中的作用。

“这确实表明,丘脑可能在自闭症患者大脑皮层的非典型发育和非典型功能特化中发挥着某些作用,”他说ralph axel穆勒他是加州圣地亚哥州立大学的心理学教授。

不久,科学家们记录了自闭症患者丘脑和大脑皮层之间的非典型交流。2006年,Müller和他的团队报告说,自闭症患者有异常强的功能连通性测量两个大脑区域在丘脑和部分大脑皮层之间活动的同步程度。其他研究也证明了这一点改变连接之间的丘脑和皮层在自闭症。

研究人员已经积累了足够的证据,证明丘脑对自闭症患者不寻常的感觉反应有贡献。例如,丘脑和听觉皮层之间的联系越强,就会越多对声音敏感Müller的团队在2018年报告称,自闭症患者往往是这样。一项对38名儿童的研究,其中一半患有自闭症,显示丘脑之间不寻常的交流以及自闭症儿童的大脑皮层,当他们暴露在嘈杂的交通噪音和一块粗糙的织物摩擦他们的手臂时。

大脑化学物质的改变为丘脑在自闭症中的核心作用提供了更多的支持。自闭症患者的丘脑中含有低n -乙酰天冬氨酸水平哈丹和他的同事在2018年报告称,这是神经元完整性的标志,并显示出与对照组的其他化学差异。两年后,研究人员报告了一个潜在的赤字γ -氨基丁酸浓度GABA是一种抑制大脑活动的信号分子,存在于成年自闭症患者的丘脑和前额叶皮层中。在连接丘脑和大脑皮层的神经回路中,低水平的GABA也与此有关感觉的敏感性在自闭症患者中,典型的感官刺激变得令人烦恼或难以承受。

伽马氨基丁酸的缺乏不仅使丘脑对刺激反应更灵敏,而且使其传递的信息选择性更低,他说迈克尔Halassa他是麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)大脑与认知科学教授。也就是说,丘脑不仅是一个中继站,也是一个过滤器,负责放大重要的感觉信息,剔除不重要的信息。Halassa说,一个“漏的”丘脑过滤器可能有助于解释一些自闭症患者在聚会上难以集中注意力于某一特定的对话,或者无法察觉时钟的滴答声。

这个过滤功能也有帮助调节睡眠这在一定程度上是通过在人们睡觉时压制感官输入。如果丘脑没有过滤掉睡眠时的刺激,可能会引发失眠或其他睡眠问题,这在自闭症患者中很常见。为了支持这一观点,年幼的自闭症儿童在丘脑和大脑皮层之间也有非典型的强连接往往有更多的睡眠问题一名研究助理教授发表的研究结果显示,社交能力较弱的人的社交能力更强Inna Fishman以及她在加州圣地亚哥州立大学的同事。

这是一个滑稽的卡通头像,上面有许多彩色线条,表明大脑对外界刺激的反应。

社会:

心理学家Aarti Nair2010年代初,她还是Müller实验室的一名研究生时,就开始研究自闭症患者丘脑和大脑皮层之间的功能连接。她的研究表明,丘脑和大脑皮层的感觉区域之间存在过度连接,而与社会认知、记忆和计划相关的区域(如前额叶皮层)之间的连接不足。越来越多的证据表明,丘脑在自闭症中的作用延伸到情绪、认知和社会行为的调节,这项工作只是其中的一部分。

宝贝妹妹如果孩子的哥哥或姐姐患有自闭症,他们的丘脑和大脑皮层之间的连接就会发生改变6周大的时候奈尔和她的同事在9月报告说。Nair和Müller对年龄较大的儿童(7至17岁)的早期研究存在关联这改变了连接自闭症患者的社交困难以及他们的一些问题执行功能这包括平稳的社会互动所必需的冲动控制和认知灵活性。奈尔现在是加州洛玛林达大学的心理学助理教授,他说:“社会因素确实有点突出。”

对小鼠孤独症模型的研究也支持丘脑在社会行为中的作用。研究人员在2017年报告称,连接前额皮质和丘脑内侧丘脑部分的回路的活动比正常情况下要弱三个自闭症小鼠模型并与其中一个老鼠模型的社会行为变化有关(其他两个模型的社会行为尚未测试)。但令人惊讶的是,抑制回路——而不是增强它的活动——缓解了这些社会问题。

“这让我想,‘天哪,也许我在皮质层看到的这些变化真的是代偿性的变化,’”他说奥黛丽Brumback她是德克萨斯大学奥斯汀分校神经学和儿科学的助理教授。换句话说,皮质功能的改变可能弥补了大脑深处的非典型活动。这一想法也提出了一种新的治疗策略:也许在某些情况下,“我们并不是想逆转大脑正在做的事情。事实上,我们可能想要推动这些东西,”她说。

Brumback后来发现了一些参与这些效应的特定神经元。她和她的同事们发现,一组发送信号的神经元活动减弱来自丘脑的信号一个自闭症小鼠模型的前额叶皮层。在野生型小鼠的其他实验中,研究人员表明,激活这些神经元连接mediodorsal丘脑内侧前额叶皮层使动物的社交性降低;他们花在研究其他老鼠上的时间更少。综上所述,这些结果表明丘脑的输入对前额叶皮质调节社会行为是必要的。

丘脑与前额叶皮层的对话也可能是有限兴趣的基础重复的行为其他研究人员推测,在自闭症中。哈丹说,当需要继续前进的时候,一个失灵的丘脑可能无法帮助抑制重复某一行为或专注于某件事的冲动。他正在研究这一假说,寻找重复性行为与丘脑和其他大脑区域的大脑化学变化之间的联系。

分而治之:

Brumback和其他人也在研究丘脑的解剖学,丘脑是由许多亚基或核组成的。每个细胞核都与大脑的特定部位有联系,并且可能有不同的功能,这些功能可能会影响特定的自闭症特征。Müller说:“这是一个相对较小的结构,但其功能组织非常复杂。”

Brumback的研究指出了丘脑内侧在社会行为中的作用,而其他核似乎控制着学习、注意力和其他认知功能的各个方面。在2016年的一项研究中,冯、哈拉萨和他们的同事展示了缺乏自闭症相关基因的老鼠PTCHD1在丘脑有网状核极度活跃和漫不经心,暗示该分区域可能在注意方面发挥作用。在另一个核,前背丘脑中敲除PTCHD1会引起学习和记忆问题冯和他的同事在8月份报告了小鼠的实验结果。破坏丘脑前背侧的其他几个自闭症基因会产生类似的结果,进一步指出这部分结构具有认知功能。

在这两个实验中,研究小组都发现了可以逆转老鼠注意力或记忆问题的药物。研究人员说,最终,对丘脑核功能更精确的理解可以帮助研究人员治疗自闭症患者的特定困难。例如,一种针对丘脑网状核神经元的药物可以解决焦点问题,或者大脑深部刺激可能会调节丘脑内侧的活动,以提高社交技能。

考虑到丘脑的许多功能和与大脑几乎每个部分的联系,可能的策略清单很长。“我在想:有没有什么事情是丘脑不做的,它不参与的?”Brumback说。“我什么也想不出来。”

引用这篇文章:https://doi.org/10.53053/HNKB4296

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