Izpratne par autismu

Astoņdesmito gadu beigās neirozinātnieks Marks Bears nolēma izpētīt šūnu receptoru, kam, šķiet, bija nozīme savienojumu veidošanā starp smadzeņu neironiem. Viņu interesēja plastiskums – smadzeņu savienojumu veidošanās, stiprināšana un vājināšana, kas ļauj mums apgūt lietas un veidot jaunas atmiņas. Vistālāk no viņa prāta bija atrast potenciālos līdzekļus trauslā X sindromam, ģenētiskam traucējumam, kas var izraisīt autismu. Man nebija ne jausmas, kas ir Fragile X, viņš saka. Nav. Taču 20 gadus vēlāk Lāča pētījumi noveda pie ārkārtēja atklājuma, ka receptora izslēgšana var mainīt Fragile X simptomus pelēm. Pašlaik tiek veikti pētījumi par zālēm, kas bloķē receptorus cilvēkiem.

Marks Lācis

Tā bija klasiska fundamentālo pētījumu peļņa, saka Lācis, Pikovera Mācību un atmiņas institūta neirozinātņu profesors.

Lācis neticami beidza pētīt autismu, taču arvien vairāk citu MIT zinātnieku pēdējos gados ir pievērsuši uzmanību šim stāvoklim, jo ​​viņi ir uzzinājuši, cik tas ir nopietns un plaši izplatīts. Pirms piecpadsmit gadiem tika uzskatīts, ka autisms ir reta slimība, saka neirozinātnieks Džons Gabrieli, PhD ‘87. Cilvēki daudz vairāk saprot, cik tas ir izplatīts un cik grūti tas ir.

Apmēram vienam no 110 amerikāņu bērniem ir autisma spektra traucējumi, kas svārstās no vieglākām saskarsmes un sociālās mijiedarbības grūtībām līdz daudz smagākiem traucējumiem, ko var pavadīt garīga atpalicība. Bērni nepāraug autismu, bet simptomi var uzlaboties ar ārstēšanu, kas parasti ietver uzvedības, runas un fizikālās terapijas kombināciju. Ārsti var arī izrakstīt zāles konkrētu simptomu ārstēšanai.

MIT 2009. gadā uzsāktās Simonsa iniciatīvas par autismu un smadzenēm ietvaros pētnieki cīnās ar autismu visos līmeņos — no gēniem līdz smadzeņu anatomijai un beidzot ar uzvedību. Viņu darbs līdz šim ir devis daudzsološas zāles trauslā X un autisma veida, ko sauc par Reta sindromu, kā arī jaunas ierīces, kas varētu palīdzēt autisma bērniem iemācīties labāk tikt galā ar sociālo mijiedarbību.

Ģenētiskā ietekme

Šķiet, ka bērni ar autismu attīstās normāli līdz aptuveni divu gadu vecumam, kad viņi sāk zaudēt interesi par citiem cilvēkiem, tostarp saviem vecākiem. Viņiem ir grūti nodibināt acu kontaktu, lasīt sociālos signālus un mijiedarboties ar citiem, un viņiem ir tendence izpausties valodas spēju kavēšanās, atkārtotas uzvedības, piemēram, šūpošanās, un obsesīvas koncentrēšanās uz kārtību un rutīnu.

Pētnieki gadiem ilgi ir zinājuši, ka autismam var būt ģenētisks pamats, un pēdējo desmit gadu laikā viņi ir identificējuši desmitiem gēnu, kas varētu būt iesaistīti. Daudzi no šiem gēniem spēlē sinapses, savienojumus starp neironiem, kas ļauj tiem apmainīties ar informāciju. Autisma bērniem smadzeņu spēja radīt šīs sinapses šķiet traucēta agrīnā dzīves posmā - iespējams, pat pirms autisma simptomu parādīšanās. Pirmie divi līdz trīs dzīves gadi ir ļoti svarīgi, lai smadzenēs izveidotu savienojumus, un tieši tad uzbrūk autisms, saka Mriganka Sur, MIT Smadzeņu un kognitīvo zinātņu nodaļas vadītāja.

Sur, Bear un citi molekulārie neirozinātnieki pievēršas autismam kā plastiskuma darbības traucējumiem - parādībai, kas ļauj smadzenēm mainīties, reaģējot uz pieredzi vai vidi. Attīstības traucējumi ir smadzeņu darbības traucējumi, saka Sur. Tāpēc autisms man ir tik aizraujošs, jo tas ir tik tieši saistīts ar plastiskumu.

Apmēram pirms trim gadiem Sur sāka pētīt Reta sindromu, retu stāvokli, kas 1999. gadā tika saistīts ar mutācijām X-hromosomas gēnā, kas kodē proteīnu, ko sauc par MeCP2. Ja neironiem nav pietiekami daudz MeCP2, kas ir nepieciešams nervu šūnu nobriešanai, tie nevar izaudzēt sīkās zaru formas izvirzījumus, kas nepieciešami sinapšu veidošanai. Rezultāts ir sirdsdarbības traucējumi, krampji, smagi runas traucējumi, samazināts galvas izmērs un tipiski autisma simptomi, tostarp atkārtotas roku kustības. Lielākā daļa pacientu ir sievietes; zēni ar šo stāvokli parasti mirst pirms vai neilgi pēc dzimšanas.

Tās ir fMRI smadzeņu aktivācijas tipiskiem cilvēkiem (neirotipiskiem, NT) un Aspergera pacientiem (AS), domājot par to, kā vārdi, kas raksturo īpašības (piemēram, laipns, gudrs vai slinks), attiecas uz viņiem pašiem un vai vārdi kopumā ir pozitīvi vai negatīvi. Kontroles subjekti iesaista smadzeņu sistēmu, kas, kā zināms, ir iesaistīta pašrefleksijā spēcīgāk nekā AS cilvēki. Apakšējā attēlu rinda nosaka šo atšķirību, tieši salīdzinot NT un AS dalībnieku aktivizācijas. Siltās krāsas šajā attēlā norāda uz smadzeņu apgabaliem, ko vairāk aktivizē pašreflektējošie NT cilvēki, nevis pašreflektējošie AS pacienti.

Tā kā Reta sindromu izraisa viena gēna mutācijas, pētnieki cer to izārstēt, pārvarot šīs mutācijas sekas. Šķiet, ka Sur ir atradis daudzsološu taktiku: 2009. gada februārī viņš ziņoja, ka proteīns, ko sauc par IGF-1, insulīnam līdzīgs augšanas faktors, kas regulē nervu šūnu attīstību, veicina sinapses nobriešanu, mainot Reta simptomus zīdaiņiem. Pēc tam, kad viņa agrākais darbs laboratorijā parādīja, ka tas palīdz veicināt sinapses augšanu, viņš izmantoja IGF-1 kā potenciālu ārstēšanu. Paredzams, ka šogad sāksies klīniskie pētījumi pacientiem vecumā no 2 līdz 12 gadiem. Viņš saka, ka agrāk ir labāk, taču mēs uzskatām, ka pusaudžu un pat pieaugušo smadzenēm ir potenciāls atjaunot funkciju noteiktu smadzeņu attīstības traucējumu gadījumā.

Šie izmēģinājumi pievienosies dažiem, kas jau tiek veikti, lai varētu izmantot iespējamo Fragile X ārstēšanu, ko atklājis Bear. Trauslais X, kas izraisa mācīšanās traucējumus, kā arī autisma simptomus, ir visizplatītākais iedzimtais garīgo traucējumu cēlonis, kas skar aptuveni vienu no 8000 meitenēm un vienu no 4000 zēniem.

Bērniem ar Fragile X ir mutācija gēnā, kas kodē FMRP (Fragile X garīgās atpalicības proteīns), proteīnu, kas nepieciešams normālai smadzeņu attīstībai. Starptautiska pētnieku komanda atklāja mutāciju 1991. gadā, taču viņi nebija pārliecināti par trūkstošā proteīna lomu smadzenēs. Vēlāk šajā desmitgadē viņi atklāja, ka tas bieži ir saistīts ar molekulu, kuru Lācis bija pētījis gadiem ilgi: metabotropo glutamāta receptoru 5 (mGluR5).

Lācis (toreiz Brauna universitātes profesors) zināja, ka mGluR5 ir iesaistīts neirofizioloģiskā fenomenā, kas pazīstams kā ilgstoša depresija (LTD), sinapses nomākums, kas ir daļa no sistēmas, ko smadzenes izmanto savienojumu precizēšanai, tos vājinot vai stiprinot. kā nepieciešams. Sākumā viņš izvirzīja hipotēzi, ka trauslais X proteīns ir nepieciešams LTD: mGLuR5 aktivizēšana, viņaprāt, stimulēs proteīna ražošanu un apslāpēs nevēlamu sinapses augšanu. Viņš pārbaudīja teoriju, pētot ģenētiski modificētas peles, kuras nespēj ražot FMRP un tādējādi uzrāda tādus simptomus kā Trauslā X, tostarp traucētas mācīšanās spējas, palielināti sēklinieki, paaugstināta jutība pret maņu stimuliem un paaugstināta uzņēmība pret krampjiem. Viņam par pārsteigumu, peles parādīja pārspīlēti LTD — pretēji tam, ko viņš gaidīja.

Rezultāti bija tik dīvaini, ka viņa komanda aizkavēja publicēšanu, lai veiktu eksperimentus atkal un atkal, saka Lācis, kurš ieradās MIT 2003. gadā. Mēs tikko saņēmām šo nezināmo rezultātu, kas būtībā kādu laiku tika atlikts, viņš atceras. Pēkšņi viņam ienāca prātā, ka varbūt mGluR5 aktivizē LTD nepieciešamo procesu un FMRP to ierobežo, neļaujot pārāk daudz nomākt sinapses attīstību. Tas lika Lācim aizdomāties, vai mGluR5 bloķēšana varētu kompensēt FMRP deficītu, efektīvi atjaunojot līdzsvaru sinapses attīstībā un apvēršot Fragile X.

Lācis atzīst, ka bija diezgan nervozs, kad 2000. gadā pirmo reizi devās uz Fragile X pētnieku konferenci, lai iepazīstinātu ar teoriju. Atklāti sakot, šķita absurdi domāt, ka ar šo vienu mehānismu var labot tik daudzveidīgu traucējumu kā Fragile X, viņš saka. Es atceros, ka jutos atvieglots, kad par mani nesmējās. Bet 2007. gadā Lācis un viņa kolēģi parādīja, ka, uz pusi samazinot metabotropo glutamāta receptoru skaitu pelēm ar trausliem X simptomiem, šie simptomi patiešām tiek mainīti.

Lai gan pētījumi, piemēram, Bear's un Sur, ir vērsti uz autisma veidiem, ko izraisa viena gēna defekti, galvenais ir tas, ka sinaptiskā disfunkcija ir diezgan izplatīta vairākos autisma veidos, saka Sur. Viņš cer, ka zāles, ko pētnieki izstrādā, lai mērķētu uz specifiskām ģenētiskām problēmām ar smadzeņu signalizāciju, var arī ārstēt citus autisma veidus, kas saistīti ar līdzīgiem šūnu darbības traucējumiem.

Redzot lielo attēlu

Kamēr Bērs un Surs ķeras pie autisma molekulārajiem pamatiem, Ērls Millers vēlas uzzināt, kā liela mēroga smadzeņu tīkli rada autisma uzvedību.

Viens no traucējumu simptomiem ir tendence koncentrēties uz detaļām. Bērns ar autismu var pierast tīrīt zobus ar noteiktu zobu birsti, taču, ja vecāks kādu dienu pārnāk mājās ar jaunu zobu birsti un tā ir zila, nevis sarkana, bērns sabrūk, saka Millers, MIT Pikovera institūta neirozinātņu profesors. .

Grūtības redzēt kopējo attēlu ir saistītas ar nespēju klasificēt, saka Millers, kura pētījumi koncentrējas uz augsta līmeņa smadzeņu funkcijām, piemēram, uzmanības pievēršanu, atmiņu atsaukšanu un plānošanu, lai sasniegtu sarežģītus mērķus. Lielākajai daļai cilvēku kategorizēšana prasa nelielu apzinātu piepūli. Piemēram, var šķist pašsaprotami, ka gan pūdelis, gan pitbuls ir suņi. Tomēr autisma pacientiem ir grūti uztvert, ka divu šķirņu suņi vai divu krāsu zobu birstes ir vienas un tās pašas lietas dažādi piemēri.

Millers uzskata, ka kategorizēšana ir atkarīga no attiecībām starp prefrontālo garozu — daudzu augsta līmeņa smadzeņu funkciju vietu — un bazālo gangliju, primitīvāku smadzeņu reģionu, kas saistīts ar motora kontroli, mācīšanos un redzes apstrādi. Vizuālā informācija, pēc viņa teorijas, plūst no bazālajiem ganglijiem uz prefrontālo garozu, kas saliek kopā svarīgāko informāciju un izfiltrē nevajadzīgas detaļas; visu procesu kontrolē smadzeņu ķīmiskās dopamīna pieplūdums. Tomēr autisma gadījumā līdzsvars tiek izmests. Šķiet, ka paaugstināts dopamīna līmenis bazālajos ganglijos ir saistīts ar nedabiski spēcīgiem mācīšanās mehānismiem. Detaļu apgūšana pārspēj prefrontālās garozas spēju tās apvienot kategorijās, kā rezultātā dominē detaļas.

Millers tagad pārbauda šo ideju ar pērtiķiem, kurus var iemācīt klasificēt objektus. Viņš cer parādīt, ka dopamīna līmenis ir augstāks bazālajos ganglijos, pirms tiek apgūta klasifikācija, un augstāks prefrontālajā garozā pēc tā apguves. Pēc tam viņš plāno izpētīt, vai bazālo gangliju pārmērīga stimulēšana ar dopamīnu pasliktina pērtiķu spēju klasificēt. Bioloģija ir saistīta ar līdzsvaru, saka Millers. Ja izrādās, ka cilvēkiem ar autismu ir nelīdzsvarotība starp mācībām bazālajos ganglijos un prefrontālajā garozā, piemēram, varētu izstrādāt zāles, lai atjaunotu pareizo līdzsvaru un novērstu dažas kognitīvās problēmas.

Emociju komunikācija

Tādiem pētījumiem kā Millera, iespējams, būs nepieciešami gadi, lai iegūtu ārstēšanu, taču MIT Media Lab komanda strādā pie projektiem, kuriem varētu būt tūlītēja ietekme: palīdzot cilvēkiem ar autismu pārvaldīt traucējumu uzvedības aspektus. Izmantojot Autisma un komunikācijas tehnoloģiju iniciatīvu, piemēram, Metjū Gudvins, Mediju laboratorijas klīnisko pētījumu direktors, un Rozalinda Pikarda, SM '86, ScD '91, Media Lab profesore, atrod veidu, kā apiet grūtības, ar kurām saskaras autisma bērni. spēja atpazīt un paziņot savas emocijas.

Gudvins, kurš divas dienas nedēļā pavada Groden Center, skolā autisma bērniem Providence, RI, saka, ka bērns, kurš klasē šķiet mierīgs, patiesībā var būt uz uzliesmojuma robežas. Skolotājs, kurš mēģina iesaistīt bērnu kādā darbībā, var netīši izraisīt agresīvu uzvedību, kas, šķiet, nāk no nekurienes.

Šos uzliesmojumus bieži izraisa stress, ko izraisa jauni cilvēki vai situācijas, pāreja no vienas situācijas vai paaugstināta jutība pret stimuliem, ko citi var nepamanīt, piemēram, mirgojošas gaismas vai zemi dūkojoši trokšņi. Gudvins saka, ka autisma bērniem ir pastāvīga maņu informācijas straume, ko viņi nevar saprast. Viņi nevar jums pateikt: 'Man šobrīd ir grūti izveidot acu kontaktu, jo es redzu šīs mirgojošās gaismas.'

Goodwin un Picard izstrādā ierīces, kas mēra uzticamus nervu sistēmas uzbudinājuma rādītājus, piemēram, temperatūru un svīšanu. Jaunākais prototips ir sviedru lente ar diviem elektrodiem, kas pieskaras plaukstas iekšpusei. Viegla elektriskā strāva, kas lietotājam nav jūtama, plūst starp elektrodiem, ceļojot pa ādu. Kad āda kļūst svīta, tā labāk vada elektrību, un rezultātā radušās sprieguma izmaiņas var izmērīt un bezvadu režīmā pārsūtīt uz portatīvo datoru, plaukstdatoru vai mobilo tālruni.

Galu galā Gudvins cer izveidot valkājamu indikatoru, piemēram, tapu, kas mainītu krāsu, reaģējot uz šiem mērījumiem, atklājot, vai bērns ir pārāk vai nepietiekami stimulēts. Skolotāji un vecāki tad zinātu, vai bērns ir jānomierina (viena pieeja ir piedāvāt aukstu ūdeni) vai jāstimulē ar enerģisku darbību. Ierīce varētu arī palīdzēt bērniem iemācīties atpazīt savas emocijas.

Izpratne par citiem

Simonsa iniciatīva, ko finansē Džims Saimonss ‘58 un Merilina Saimonsa, Institūtā atbalsta apmēram duci projektu. Ir ļoti maz fundamentālo zinātņu nodaļu, kurās tik daudz cilvēku ir vērsti uz autismu kā MIT, saka Džons Gabrieli, kura darbs ir saistīts ar autisma pacientu smadzeņu attēlveidošanu, veicot uzdevumus. Autisms ir tik izplatīts attīstības traucējums. Jūs varat to darīt dažādos veidos.

Gabrieli un MIT neirozinātniece Rebeka Sakse (PhD ‘03) pēta īpašu kognitīvo prasmi: spēju izdarīt secinājumus par citu cilvēku prāta stāvokli. Lielākajai daļai bērnu prāta teorija attīstās aptuveni četru gadu vecumā, bet autisma bērniem parasti ir ievērojamas grūtības interpretēt citu cilvēku garīgos stāvokļus.

Gabrieli un Saxe to ir pierādījuši pētījumā, kurā piedalījās pusaudži ar Aspergera sindromu un bez Aspergera sindroma, kas ir autisma spektra vieglā galā. (Bērni ar smagu autismu parasti nevar tikt galā ar MRI procesu, kas ietver nekustīgu gulēšanu lielā mēģenē skenēšanas laikā.) Pētnieki izstrādāja morāles scenārijus un lūdza subjektus novērtēt iesaistītos varoņus. Vienā persona A padod personai B cukuru, bet B ieliek to savā kafijā. Izrādās, ka cukurtraukā ir arsēns, un B nomirst.

Visi, kas saskaras ar šo scenāriju, piekrīt, ka, ja A zināja par arsēnu cukurtraukā, viņš ir izdarījis kaut ko morāli nepareizi. Ja A neapzināti izlaida arsēnu, kontroles subjekti nesaka, ka A rīkojās amorāli, bet Aspergera pacienti to dara.

Lielākajai daļai cilvēku nodomi ir svarīgāki par rezultātu, saka Gabrieli. Taču šķiet, ka Aspergera pacientiem ir grūtības abus atšķirt. Viņš un Sakss izmanto funkcionālās magnētiskās rezonanses attēlveidošanu, lai meklētu šī traucējuma neironu pamatu. (Dažus attēlu paraugus skatiet vietnē technologyreview.com/asperger.) Iepriekšējos pētījumos Sakss ir parādījis, ka prāta teorija, šķiet, atrodas smadzeņu reģionā, ko sauc par temporoparietālo savienojumu.

Tikmēr MIT neirozinātnieks Tomaso Podžo meklē jaunu veidu, kā klasificēt autisma simptomus: viņš programmē datorredzes sistēmas, kas var analizēt uzvedību, palīdzot precizēt diagnozes un, iespējams, ļaujot ārstiem pielāgot turpmāko zāļu ārstēšanu pacientiem. Podžo, skaitļošanas neirozinātnieks, saka, ka ir nepieciešama labāka diagnostika, jo autisms katrā bērnā izpaužas savādāk. Ar garīgām slimībām diagnozes ir ļoti kvalitatīvas un nav ļoti skaidras, viņš saka.

Podžo laboratorija ir izstrādājusi sistēmu, kas reģistrē un kvantitatīvi analizē peles uzvedību, taču tās pielāgošana cilvēka uzvedībai, visticamāk, prasīs vairākus gadus. Izmantojot šādu sistēmu, pētnieki varētu apkopot datus no liela skaita pacientu un korelēt runas modeļu, motora koordinācijas, acu kustību un reakcijas laika atšķirības ar specifiskām ģenētiskām mutācijām.

Tas var šķist milzīgs pasākums, taču šādi centieni ir būtiski, lai atrisinātu autisma mīklu, saka Podžo, kurš autisma izpēti salīdzina ar karu pret vēzi, ko prezidents Ričards Niksons pasludināja 1971. gadā.

Sākumā cilvēki domāja, ka pēc dažiem gadiem tas būs atrisināts. Tas izrādījās daudz sarežģītāk, viņš saka. Taču šajā procesā ir daudz uzzināts ne tikai par vēzi, bet arī par molekulāro bioloģiju kopumā. Mēģinājums atšķetināt autismu varētu būt līdzīgs, viņš saka: Es uzskatu, ka problēmu var atrisināt vismaz zināmā mērā, tāpēc es domāju, ka mums ir jāmēģina.

paslēpties