Мозг по-разному слышит мир: у аутичных детей нашли пять сенсорных профилей

Исследователи обнаружили, что разные особенности восприятия у аутичных детей связаны с различиями в функциональных связях между областями мозга. По рисунку этих связей компьютерная модель смогла предсказать сенсорный профиль ребёнка. Работа опубликована в журнале Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging.

Особенности сенсорной обработки встречаются, по оценкам исследователей, у 87% аутичных людей. Обычные звуки, свет, запахи, вкусы и прикосновения могут ощущаться необычно интенсивно или, напротив, почти не замечаться. Некоторые люди ищут сильные ощущения, другие стараются избегать повседневных стимулов. Это влияет на то, как человек взаимодействует с окружающей средой, и может отражаться на его развитии и повседневной жизни.

Такие реакции индивидуальны, но исследователи выделяют среди них повторяющиеся сочетания — сенсорные фенотипы, то есть группы похожих особенностей. В предыдущей крупной работе у аутичных детей и подростков описали пять профилей. «Сенсорно адаптивный» — минимальные отличия от сверстников без аутизма. «Обобщённые сенсорные различия» — выраженная чувствительность сразу в нескольких сенсорных сферах.

Ещё три профиля более специализированы. В одном преобладает избирательная чувствительность к вкусам и запахам. В другом ребёнок слабо реагирует на окружающее, но активно ищет сильные ощущения. Пятый сочетает трудности с движением и низкий уровень физической энергии. До нового исследования оставалось неясным, связаны ли эти поведенческие группы с разными схемами взаимодействия мозговых областей.

Команда под руководством исследователя Western University Мэттью Колисныка и старшего автора работы Райана Стивенсона проверила, можно ли распознать сенсорные профили по функциональным связям мозга. В исследование вошли 146 аутичных детей и подростков от 3 до 21 года. Их родители или опекуны заполнили стандартизированный клинический опросник о реакции участников на разные сенсорные стимулы; по его результатам исследователи распределили детей по пяти группам.

Затем участникам провели фМРТ в состоянии покоя. Этот метод отслеживает изменения уровня кислорода в крови и позволяет оценивать, какие области мозга активируются согласованно, когда человек спокойно лежит и не выполняет заданий. Согласованная активность служит показателем функциональной связности — того, как области мозга обмениваются информацией.

Учёные разделили кору больших полушарий на 200 участков, а также включили в анализ 32 подкорковые области, расположенные глубже в мозге. С помощью теории графов — математического подхода к изучению сетей — они оценили связи между участками и эффективность передачи информации. В частности, рассчитали центральность посредничества: показывает ли область себя как узел, через который проходят дальние связи. Коэффициент кластеризации оценивал, насколько тесно связаны между собой ближайшие «соседи» области. Так для каждого участника получили сотни показателей мозговой сети.

Эти данные загрузили в алгоритм машинного обучения и проверили, способен ли он различать пять профилей. Всего сравнивали десять возможных пар групп. По показателям связности модель успешно разделила семь пар из десяти. Лучше всего она справилась с наиболее различающимися профилями — сенсорно адаптивным и группой с обобщёнными сенсорными различиями.

У детей из сенсорно адаптивной группы сильнее были общие связи в префронтальной коре, участвующей в принятии решений и исполнительных функциях. Высокую связность обнаружили также в орбитофронтальной коре — области над глазами, которая помогает связывать сенсорные сигналы с эмоциональной оценкой и вознаграждением.

В группе с обобщёнными сенсорными различиями сильнее оказались локальные связи внутри соматомоторной сети, отвечающей за осязание и произвольные движения. Участки первичной сенсорной обработки были тесно связаны друг с другом, но слабее взаимодействовали с префронтальной корой. Это может указывать на различия в том, как управляющие функции мозга регулируют поступающие извне сигналы.

Для профиля с избирательной чувствительностью к вкусам и запахам важными признаками оказались изменённая активность узлов задней теменной коры, участвующей в пространственном мышлении и направлении внимания. Различия в широких сетях внимания и сети пассивного режима работы мозга — системы, активной, например, во время внутренних размышлений, — также помогали отделять некоторые профили друг от друга.

Значимыми оказались и подкорковые структуры, включая таламус и прилежащее ядро. Они участвуют в обработке и передаче сенсорной информации до её поступления в кору. Особенно отличались подкорковые связи у детей с обобщёнными сенсорными различиями и у группы с чувствительностью к вкусам и запахам.

У результатов есть ограничения. Для трёх из десяти сравнений модель не показала статистически значимого различия — в том числе при сопоставлении группы с низкой реактивностью и поиском сильных ощущений с группой, у которой есть двигательные трудности. Возможно, у этих профилей частично совпадают нейронные механизмы либо для выявления тонких различий нужна более крупная выборка.

Классификация опиралась на ответы родителей и опекунов. Такие опросники применяются в клинической практике, но не всегда точно передают внутренние ощущения самого ребёнка. Кроме того, исследователи не учитывали выраженность других проявлений аутизма, коэффициент интеллекта и сопутствующие состояния, которые тоже могут влиять на связность мозга.

На результаты фМРТ могут влиять даже небольшие движения головы. Команда исключала снимки с чрезмерными движениями и применяла математические поправки, однако группы могли различаться по тому, насколько участникам было комфортно лежать неподвижно в сканере. Чтобы проверить надёжность метода, его предстоит испытать на независимых группах аутичных людей.

Исследование «Decoding the Neural Basis of Sensory Phenotypes in Autism» провели Мэттью Колиснык, Кэтлин Лайонс, Ын Джон Чхве, Марли М. Вандевоу, Бобби Стояноски, Евдокия Анагносту, Азаде Кушки, Роб Николсон, Элизабет Келли, Стелиос Георгиадис, Джейсон Лёрч, Дженнифер Кросби, Рассел Шахар, Мухаммад Аюб, Джессика Джонс, Пол Арнольд, Сюдун Лю и Райан Стивенсон.