Ljudi sa poremećajem autističnog spektra mogu se klasifikovati u četiri različita podtipa na osnovu njihove moždane aktivnosti i ponašanja, prema studiji istraživača Veill Cornell Medicine.
Studija, objavljena 9. marta u časopisu Nature Neuroscience, koristila je mašinsko učenje kako bi analizirala novodostupne podatke neuroimadžinga od 299 osoba sa autizmom i 907 neurotipičnih osoba. Pronašli su obrasce moždanih veza povezanih sa osobinama ponašanja kod osoba sa autizmom, kao što su verbalne sposobnosti, društveni uticaj i ponavljajuća ili stereotipna ponašanja. Oni su potvrdili da se četiri podgrupe autizma takođe mogu replicirati u zasebnom skupu podataka i pokazali su da razlike u regionalnoj ekspresiji gena i interakcijama protein-protein objašnjavaju razlike u mozgu i ponašanju.
„Kao i mnoge neuropsihijatrijske dijagnoze, osobe sa poremećajem autističnog spektra doživljavaju mnogo različitih vrsta poteškoća sa socijalnom interakcijom, komunikacijom i ponavljajućim ponašanjem. Naučnici veruju da verovatno postoji mnogo različitih tipova poremećaja iz autističnog spektra koji mogu zahtevati različite tretmane, ali ne postoji konsenzus o tome. kako ih definisati“, rekao je ko-stariji autor dr Konor Liston, vanredni profesor psihijatrije i neuronauke u Feil porodičnom institutu za istraživanje mozga i uma u Veill Cornell Medicine. „Naš rad naglašava novi pristup otkrivanju podtipova autizma koji bi jednog dana mogao dovesti do novih pristupa dijagnostici i lečenju.“
Prethodna studija koju su objavili dr Liston i kolege u Nature Medicine 2017. koristila je slične metode mašinskog učenja da identifikuje četiri biološki različita podtipa depresije, a kasniji rad je pokazao da te podgrupe različito reaguju na različite terapije depresije.
„Ako ljude sa depresijom stavite u pravu grupu, možete im dodeliti najbolju terapiju“, rekla je vodeći autor dr Amanda Buch, postdoktorski saradnik neuronauke u psihijatriji na Veill Cornell Medicine.
Nadovezujući se na taj uspeh, tim je krenuo da utvrdi da li postoje slične podgrupe među osobama sa autizmom i da li su različiti genski putevi u njihovoj osnovi. Ona je objasnila da je autizam veoma nasledno stanje povezano sa stotinama gena koje ima raznoliku prezentaciju i ograničene terapijske mogućnosti. Da bi istražio ovo, dr Buh je bio pionir u novim analizama za integraciju podataka neuroslika sa podacima o ekspresiji gena i proteomikom, uvodeći ih u laboratoriju i omogućavajući testiranje i razvoj hipoteza o tome kako varijante rizika interaguju u podgrupama autizma.
„Jedna od prepreka razvoju terapija za autizam je da su dijagnostički kriterijumi široki i da se stoga primenjuju na veliku i fenotipski raznoliku grupu ljudi sa različitim osnovnim biološkim mehanizmima“, rekao je dr Buh. „Da bismo personalizovali terapije za osobe sa autizmom, biće važno razumeti i ciljati ovu biološku raznolikost. Teško je identifikovati optimalnu terapiju kada se svi tretiraju kao isti, kada su svi jedinstveni.“
Do nedavno, nije bilo dovoljno velikih kolekcija funkcionalnih podataka magnetne rezonance osoba sa autizmom da bi se sprovele velike studije mašinskog učenja, primetio je dr Buh. Ali veliki skup podataka koji je kreirala i podelila dr Adriana Di Martino, direktorka istraživanja Centra za autizam pri Institutu za um deteta, kao i druge kolege širom zemlje, obezbedio je veliki skup podataka potreban za studiju.
„Nove metode mašinskog učenja koje se mogu nositi sa hiljadama gena, razlikama u moždanoj aktivnosti i višestrukim varijacijama u ponašanju omogućile su studiju“, rekao je ko-stariji autor dr Logan Grosenick, docent neuronauke u psihijatriji na Veill Cornell Medicine, koji pionirske tehnike mašinskog učenja koje se koriste za biološku podtipizaciju u studijama autizma i depresije.
Taj napredak je omogućio timu da identifikuje četiri klinički različite grupe ljudi sa autizmom. Dve grupe su imale natprosečnu verbalnu inteligenciju. Jedna grupa je takođe imala ozbiljne deficite u socijalnoj komunikaciji, ali manje ponavljajuće ponašanje, dok je druga imala više ponavljanja i manje društvenih oštećenja. Veze između delova mozga koji obrađuju vizuelne informacije i pomažu mozgu da identifikuje najistaknutije dolazne informacije bile su hiperaktivne u podgrupi sa više društvenih oštećenja. Ove iste veze su bile slabe u grupi sa više ponavljajućih ponašanja.
„Bilo je zanimljivo na nivou moždanog kola da postoje slične moždane mreže uključene u oba ova podtipa, ali veze u tim istim mrežama su bile netipične u suprotnim smerovima“, rekla je dr Buch, koja je doktorirala na Veill Cornell Graduate School medicinskih nauka u laboratoriji dr Listona i sada radi u laboratoriji dr Grosenik.
Druge dve grupe su imale ozbiljna socijalna oštećenja i ponavljajuća ponašanja, ali su imale verbalne sposobnosti na suprotnim krajevima spektra. Uprkos nekim sličnostima u ponašanju, istraživači su otkrili potpuno različite obrasce moždanih veza u ove dve podgrupe.
Tim je analizirao ekspresiju gena koji je objasnio atipične moždane veze prisutne u svakoj podgrupi kako bi bolje razumeo šta uzrokuje razlike i otkrio je da su mnogi geni koji su ranije bili povezani sa autizmom. Takođe su analizirali mrežne interakcije između proteina povezanih sa atipičnim moždanim vezama i tražili proteine koji bi mogli poslužiti kao čvorište. Oksitocin, protein koji je ranije bio povezan sa pozitivnim društvenim interakcijama, bio je glavni protein u podgrupi pojedinaca sa više društvenih oštećenja, ali relativno ograničenim repetitivnim ponašanjem. Studije su posmatrale upotrebu intranazalnog oksitocina kao terapije za osobe sa autizmom sa različitim rezultatima, rekao je dr Buh. Ona je rekla da bi bilo zanimljivo testirati da li je terapija oksitocinom efikasnija u ovoj podgrupi.
„Mogli biste imati tretman koji funkcioniše u podgrupi ljudi sa autizmom, ali ta korist se ispire u većem ispitivanju jer ne obraćate pažnju na podgrupe“, rekao je dr Grosenik.
Tim je potvrdio svoje rezultate na drugom skupu podataka o ljudima, pronalazeći iste četiri podgrupe. Kao konačnu verifikaciju rezultata tima, dr Buh je sprovela nepristrasnu analizu biomedicinske literature koju je razvila i koja je pokazala da su druge studije nezavisno povezale gene povezane sa autizmom sa istim osobinama ponašanja koje su povezane sa podgrupama.
Tim će sledeće proučiti ove podgrupe i potencijalne tretmane ciljane na podgrupe kod miševa. U toku je i saradnja sa nekoliko drugih istraživačkih timova koji imaju velike skupove podataka o ljudima. Tim takođe radi na daljem usavršavanju svojih tehnika mašinskog učenja.
„Pokušavamo da naše mašinsko učenje učinimo svesnijim klasterima“, rekao je dr Grosenik.
U međuvremenu, dr Buch je rekao da su dobili ohrabrujuće povratne informacije od osoba sa autizmom o njihovom radu. Jedan neuronaučnik sa autizmom razgovarao je sa dr Buhom nakon prezentacije i rekao da je njegova dijagnoza zbunjujuća jer je njegov autizam bio toliko drugačiji od drugih, ali da su njeni podaci pomogli da se objasni njegovo iskustvo.
„To što mu je dijagnostikovan podtip autizma moglo bi mu biti od pomoći“, rekao je dr Buh.
