Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru

21 maja 2021

NR 43 (Maj 2021)

Mózg dziecka z autyzmem

116

Autorka charakteryzuje nietypowy rozwój mózgu dzieci z autyzmem oraz strukturalne i funkcjonalne podłoże głównych symptomów występujących w autyzmie. Omawia też ograniczenia dotąd przeprowadzonych badań ASD oraz wskazuje kierunki dalszych.

W ciągu ostatniej dekady badania prowadzone z wykorzystaniem metod neuroobrazowych1 dostarczyły wielu cennych informacji na temat mózgowego podłoża zaburzeń ze spektrum autyzmu (ang. autism spectrum disorder, ASD). W ASD zachodzą nieprawidłowe procesy neurorozwojowe, które skutkują nietypową budową mózgu, nietypową jego aktywnością oraz zmianami na poziomie połączeń strukturalnych i funkcjonalnych. Jednym z najczęściej powtarzanych wyników dotyczących struktury jest zwiększona objętość mózgu, szczególnie płatów czołowych i skroniowych, obserwowana pomiędzy 2. a 4. r.ż. dziecka. Zaobserwowano, że wczesny wzrost objętości mózgu w ASD jest spowodowany głównie nadmiarem nietypowych połączeń aksonalnych, co wskazuje na zaburzenia rozwoju mózgu, tj. w okresie prenatalnym. Z kolei badania adolescentów z diagnozą autyzmu wskazują na odmienny obraz mózgu, tj. zwykle zmniejszenie objętości oraz zmniejszenie aktywności wybranych struktur, co koresponduje z nasileniem objawów ASD. Bazując na tych charakterystycznych cechach budowy oraz aktywności mózgu, badacze starają się opracować nowe podejście do diagnozy i terapii autyzmu.

POLECAMY

Wprowadzenie

Pojawienie się nowoczesnych technik neuroobrazowania mózgu, takich jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), zrewolucjonizowało badania nad mózgowym podłożem autyzmu. Współczesne metody neuroobrazowe pozwalają badaczom zobrazować nie tylko strukturę mózgu (MRI), ale także jego aktywność w czasie rzeczywistym (fMRI) oraz wzajemne strukturalne i funkcjonalne połączenia (DTI)2. Co więcej, wyniki tych badań można również powiązać (korelować) z profilem behawioralnym dziecka, tj. nasileniem symptomów w ASD. Przeprowadzone dotąd badania neuroobrazowe dostarczyły wielu dowodów na nieprawidłowości tak strukturalne, jak i funkcjonalne w mózgu osób z autyzmem (Williams, Minshew 2007). Taki obraz danych neuroobrazowych zaowocował przejęciem jednoznacznego stanowiska naukowego, że ASD jest zaburzeniem neurorozwojowym mającym swoje źródło w nieprawidłowym rozwoju mózgu, prawdopodobnie już w okresie prenatalnym. Warto także podkreślić, że badania neuroobrazowe odegrały ważną rolę w eliminowaniu spekulatywnych psychoanalitycznych opisów autyzmu i błędnych przekonań na temat tego zaburzenia.

Metody obrazowania mózgu

W badaniach dzieci z autyzmem najczęściej wykorzystywany jest rezonans magnetyczny (MRI), który pozwala zobrazować poszczególne struktury mózgu, a także określić ich objętość (VBM)3. Wskaźniki objętości, zarówno całego mózgu, jak i wybranych jego struktur, oparte są na pomiarach grubości istoty szarej4. Mając do dyspozycji funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), badacze mogli także się przyjrzeć się aktywności mózgu dziecka „na bieżąco”, podczas wykonywania określonych zadań5. W przypadku 6-miesięcznych dzieci z prawdopodobną diagnozą autyzmu6 badania prowadzone są zwykle podczas snu, kiedy dziecku są prezentowane np. bodźce słuchowe, m.in. dźwięki mowy vs dźwięki mowy wstecz. W przypadku starszych dzieci, tj. ok. 3. r.ż., jeżeli stan dziecka na to pozwala, badania aktywności mózgu prowadzone są w stanie czuwania, także w warunkach biernej percepcji. Natomiast dzieci 5-letnie mogą już wykonać określone zadanie, np. odpowiedzieć, czy dane słowa się rymują.
Do zobrazowania połączeń strukturalnych badacze wykorzystują metodę znaną jako obrazowanie tensorowe dyfuzji (ang. diffusion tensor imaging, DTI). DTI umożliwia zobrazowanie istoty białej na podstawie stopnia i kierunku dyfuzji cząsteczek wody we włóknach aksonalnych (anizotropia frakcyjna, FA). Niski współczynnik FA odzwierciedla niższą integralność istoty białej i prawdopodobnie mniej wydajne przekazywanie informacji.

Nietypowy rozwój mózgu w ASD

Pomiary objętości mózgu
W momencie narodzin mózg dziecka z autyzmem nie różni się pod względem objętości od mózgu dzieci zdrowych. Jednak już ok. 4. m.ż. zauważalny jest intensywny przyrost tkanki mózgowej. Ta cecha budowy mózgu nie jest jednak już zauważalna w wieku 6-8 lat (Courchesne i in. 2001), a więc w okresie, kiedy rozwojowo mózg dziecka pod względem wielkości przypomina już mózg osoby dorosłej (Zatorre, Belin 2001). Odkrycie to potwierdza założenie, że w ASD zaburzeniu ulega proces rozwoju mózgu: po wczesnym okresie nadmiernego przyrostu objętości następuje zatrzymanie jego wzrostu i prawdopodobnie zmniejszenie ok. 10.–15. r.ż. Co więcej, zmienione tempo rozwoju mózgu osób z ASD wydaje się zróżnicowane ze względu na obszar. I tak szybki wzrost objętości stwierdzono w obrębie płatów czołowych i skroniowych, ale już nie w okolicach ciemieniowych i potylicznych (za: Wan, Schlaug 2010). Wynik ten wskazuje na zaburzenie kolejności dojrzewania struktur korowych w ASD. W typowym rozwoju dojrzewanie7 przebiega od okolic tylnych (płaty potyliczne) do okolic przednich (płaty przedczołowe).
W tym miejscu należy postawić pytanie: co kryje się pod zwiększoną objętością mózgu osób z autyzmem? Czy jest to zwiększona objętość istoty szarej, czy też objętość istoty białej? Chociaż dostępne wyniki nie dają jednoznacznej odpowiedzi, to jednak często wskazują na nadmiar istoty białej. Badacze są zgodni, że obserwowane zmiany, pojawiające się przed 2. r.ż., mają związek z zaburzonym procesem tworzenia i migracji neuronów. Tym samym przyjmuje się dziś, że nieprawidłowości anatomiczne zachodzą na bardzo wczesnym etapie rozwoju mózgu, tj. nawet przed 3. m.ż. płodowego (Pontious i in. 2008).
Jednocześnie badacze zwracają uwagę, że dokonując oceny obwodu głowy (objętości mózgu) małych dzieci, które są zagrożone diagnozą autyzmu, należy uwzględniać szerszy kontekst podczas interpretacji wyników, np. rozwój fizyczny dziecka. Wykazano bowiem, że wzrost objętości mózgu u osób z ASD towarzyszy także wczesnemu rozwojowi fizycznemu, zwłaszcza chłopców (Campbell, Chang, Chawarska 2014). Podsumowując, obwód głowy może stanowić wskaźnik ryzyka ASD, ale tylko wtedy, gdy uwzględni się normy populacyjne i płeć badanych dzieci.

Zmiany strukturalne a symptomy w ASD
Poza wskazanymi powyżej różnicami w zakresie objętości mózgu wyniki badań strukturalnych (MRI) wskazują na nieprawidłowości w obrębie kilku rejonów mózgu. Wymienione w wielu publikacjach zmiany dotyczą zwiększenia objętości takich struktur jak płaty czołowe i skroniowe, móżdżek, spoidło wielkie, ciało migdałowate oraz układ limbiczny (praca przeglądowa: Stanfield i in. 2008). Warto podkreślić, że obraz tych zmian może być zróżnicowany ze względu na wiek i płeć badanych osób. 
 

Tabela 1. Nietypowa objętość struktur mózgu a symptomy w ASD
Obszar mózgu Deficyt w ASD
Zwiększona objętość okolicy Broki Zaburzenia ekspresji mowy
Zwiększona objętość okolicy Wernickego Zaburzenia rozumienia mowy
Zwiększona objętość okolic czołowo-skroniowych Zaburzenia zachowań społecznych
Zwiększona objętość ciała migdałowatego Zaburzenia przetwarzania i regulacji emocji
Zwiększona objętość kory oczodołowej i jąder podstawy
oraz móżdżku
Powtarzające się, stereotypowe zachowania
Zwiększona objętość spoidła wielkiego mózgu Niski iloraz inteligencji


Przyjmuje się, że w przypadku małych dzieci powiększenie objętości poszczególnych struktur może leżeć u podłoża charakterystycznych dla autyzmu symptomów (tab. 1).
Należy jednak zauważyć, że chociaż wskazane zmiany strukturalne mózgu wydają się powszechne w ASD, to nie są one specyficzne dla tego zaburzenia. Przykładowo powiększone jądra podstawy, a w szczególności jądro ogoniaste, związane z nasileniem powtarzających się i stereotypowych zachowań w ASD (Langen i in. 2007), występuje także u osób z zaburzeniami obsesyjno-kompulsyjnymi8 bez współistniejącej diagnozy ASD. Podobnie powiększone ciało migdałowate u dzieci z ASD jest charakterystyczną cechą dzieci z ogólnymi zaburzeniami lękowymi bez ASD. Wreszcie, nieprawidłowości w płatach czołowych, które są cechą charakterystyczną dla ASD, stwierdzono również w innych zaburzeniach neurorozwojowych, takich jak schizofrenia. Jak dotąd nie udało się jednak ustalić, czy u podłoża wspólnej zmienności neuroanatomicznej leżą te same, czy odrębne uwarunkowania genetyczne.

Zmiany funkcjonalne a symptomy w ASD
Aktywność mózgu pozyskiwana w badaniach fMRI w dużym stopniu zależy od charakteru stosowanych zadań. Prawdopodobnie stąd obraz uzyskiwanych wyników, w tym wyników badań osób z autyzmem, nie zawsze jest spójny. Poniżej przedstawiono struktury mózgu, w których obrębie najczęściej stwierdzono zmiany aktywacji, podczas wykonywania określonych zadań eksperymentalnych przez osoby z ASD (tab. 2). Oprócz zmniejszonej aktywności, badacze wskazują także na nietypową nadaktywność obszarów ciemieniowo-potylicznych, głównie w przypadku zadań angażujących pamięć wzrokową i zdolności przestrzenne (np. Damarla i in. 2010). Taki obraz pobudzenia sugeruje nienaruszone i (lub) wzmocnione wizualnie, zorientowane na szczegóły umiejętności osób z ASD.
 

Tabela 2. Nietypowa aktywność mózgu a symptomy w ASD
Aktywność mózgu Deficyt/funkcja w ASD
Niska aktywność zakrętu wrzecionowatego Zaburzenia rozpoznawania twarzy
Niska aktywność górnej bruzdy skroniowej Zaburzenia percepcji ruchu biologicznego;
zaburzenia przetwarzanie bodźców społecznych
Niska aktywność okolicy Broki Zaburzenia ekspresji mowy
Niska aktywność okolicy Wernickego Zaburzenia rozumienia mowy
Wysoka aktywność obszarów ciemieniowo-potylicznych Zachowane zdolności wzrokowo-przestrzenne


Aby lepiej zrozumieć zaburzenia neurorozwojowe takie jak ASD, niezwykle ważne jest, aby wyniki badań nad mózgiem, w tym aktywności mózgu, korelować z poziomem funkcji behawioralnych i poznawczych dziecka. W kilku badaniach stwierdzono, że wyższa aktywność w dolnej korze czołowej9, wyspie i układzie limbicznym podczas zadania naśladowania była związana z lepszym funkcjonowaniem społecznym, ocenianym za pomocą skali ADOS10 (Lord i in. 2010). W innym badaniu wykazano, że wyższa aktywność m.in. w zakręcie skroniowym środkowym lewym była pozytywnie skorelowana z lepszym rozumieniem mowy u 2–3-letnich dzieci (Redcay, Courchesne 2008). Wreszcie stwierdzono, że zwiększona aktywacja w górnej bruździe skroniowej koreluje pozytywnie z lepszym funkcjonowaniem społecznym dziecka (Constantino i in. 2003).
 

Tabela 3. Nietypowa łączność funkcjonalna mózgu a symptomy w ASD
Połączenia funkcjonalne Deficyt w ASD
Zmniejszona integralność istoty białej w korze przedczołowej Nasilenie objawów autyzmu
Zmniejszona integralność istoty białej  w móżdżku Nasilona powtarzalność zachowań
Zmniejszona integralność spoidła wielkiego mózgu Niski iloraz inteligencji
Zmniejszona integralność pęczka podłużnego (łukowatego), łączącego okolicę Broki i Wernickiego Nasilenie objawów autyzmu


Zmiany połączeń funkcjonalnych a symptomy ASD
Niezwykle interesujących danych dostarczyły także badania funkcjonalne włókien aksonalnych (DTI) (tab. 3).
Stwierdzono, że zmniejszona anizotropia (FA)11 włókien w korze czołowej wiąże się ze zwiększonym nasileniem objawów ASD (Noriuchi i in. 2010). Z kolei zmniejszona anizotropia w móżdżku była powiązana ze zwiększoną stereotypią zachowań (Catani i in. 2008). Ponadto niższe wskaźniki FA w spoidle wielkim mózgu korespondowały z niższym, w porównaniu do zdrowych rówieśników, ilorazem inteligencji u badanych osób z autyzmem (np. Alexander i in. 2007).
Chociaż w większości przypadków u dzieci z autyzmem występują trudności z porozumiewaniem się językowym, to obowiązujące klasyfikacje diagnostyczne (DSM V, ICD 11) nie wskazują ich jako głównych symptomów zaburzenia. Badacze sugerują, że w ASD ma miejsce raczej opóźniony, a nie zaburzony rozwój mowy, tak języka ekspresyjnego jak i recepcyjnego. Tym niemniej w badaniach neuroobrazowych wykazano zarówno zwiększoną objętość (tab. 1), jak i niższą aktywność (tab. 2) obszarów kluczowych dla mowy, tj. okolicy Broki, odpowiedzialnej za ekspresję mowy, oraz okolicy Wernickiego, odpowiedzialnej za rozumienie mowy. Badania DTI wskazały także na słabą siłę połączeń (wskaźnik FA) pomiędzy tymi obszarami mózgu, co z kolei korespondowało z nasileniem objawów ASD (ADI-R i ADOS) (Poustka i in. 2012).
Podsumowując, badanie relacji mózg – zachowanie przy użyciu metod neuroobrazowych doprowadziło do identyfikowania wielu powiązań między aktywnością mózgu a nasileniem objawów i stopniem funkcjonowania społecznego osób z autyzmem, co ma ogromne znaczenie dla podejmowanych oddziaływań terapeutycznych.

Neuroobrazowanie a diagnoza i terapia autyzmu

Jednym z głównych ograniczeń w diagnozowaniu ASD jest to, że obecne kliniczne metody diagnostyczne pozwalają na rozpoznanie zaburzenia średnio ok. 4,5 r.ż.dziecka. Ponieważ wczesna diagnoza jest niezwykle istotna w kontekście planowanej terapii, istnieje potrzeba opracowania mózgowych wskaźników autyzmu. Takie próby są już wdrażane na podstawie wyników badań fMRI i DTI. Oczywiście, nie jest to prosta identyfikacja zmian w mózgu dziecka, lecz złożona analiza, przeprowadzana z wykorzystaniem technik tzw. maszynowego uczenia się, które pozwala na określenie prawdopodobieństwa wystąpienia autyzmu u danego dziecka. Badania te, wykorzystujące różne zadania i procedury badawcze, donoszą nawet o 93-procentowej dokładności w stawianych diagnozach.
Oprócz wspomnianej wyżej wartości predykcyjnej neuroobrazowanie pozwala także na ocenę skuteczności stosowanych terapii ASD. Wykazano np., że zastosowanie farmakologii, tj. selektywnego inhibitora wychwytu zwrotnego serotoniny12, prowadziło do zmniejszenia natężenia stereotypii, czemu towarzyszył wzrost aktywności kory przedczołowej, w porównaniu do okresu bez stosowania leków u osób badanych z ASD (Dichter i in. 2010). W innym badaniu uzyskano wzrost aktywności zakrętu wrzecionowatego, odpowiedzialnego za rozpoznawanie twarzy, po wdrożeniu ćwiczeń komputerowych w zakresie identyfikacji emocji z twarzy (Voos i in. 2013). Te obiecujące wyniki wskazują, że mózg dziecka z autyzmem podlega takim samym mechanizmom plastyczności neuronalnej co mózg dziecka zdrowego.
Badania neuroobrazowe pozwalają także zidentyfikować, które obszary mózgu wymagają stymulacji, tym samym wyniki tych badań pomagają wyznaczyć rodzaj leczenia u danego dziecka. Już dziś w grupie osób z autyzmem stosowane są treningi z wykorzystaniem informacji zwrotnych na temat aktywności mózgu, np. neurofeedback. Technika neurofeedbacku, oparta na bieżących pomiarach EEG, pozwala osobie badanej na modulowanie (hamowanie lub wzmacnianie) aktywności mózgu, tj. częstotliwości fal mózgowych. Zwykle uczestnicy treningu są proszeni o zagranie w grę komputerową, podczas której otrzymują informację zwrotną, czy wymagana jest z ich strony większa, czy mniejsza aktywność mózgu. Tak np. trening neurofeedbacku został wykorzystany do modyfikacji rytmu (fali) μ, której zaburzenie wiąże się z niemożnością naśladowania ruchów innych przez osoby z ASD (np. Pineda i in. 2008)13.

Podsumowanie

Rozwój metod neuroobrazowych ogromnie przyczynił się do lepszego zrozumienia zaburzeń neurorozwojowych, a zwłaszcza autyzmu. Badania strukturalne, badania aktywności mózgu, ale także prowadzone w ostatnich latach badania połączeń strukturalnych i funkcjonalnych wskazały, że w autyzmie nie można mówić o dysfunkcji pojedynczych, niezależnych od siebie obszarów mózgu. Wręcz przeciwnie, mamy tu do czynienia z zaburzeniem na poziomie systemowym, gdzie dysfunkcja jednego obszaru może prowadzić do dysfunkcji innych obszarów, powiązanych zarówno strukturalnie, jak i funkcjonalnie. Z drugiej strony możliwy jest też związek przeciwny, tj. obniżenie aktywności jednych obszarów towarzyszy wzrostowi aktywności innych. Takie podejście systemowe pozwala zrozumieć, dlaczego autyzm, rozumiany dziś jako zaburzenie ze spektrum, wiąże się z szerokim zakresem objawów i różnorodnym stopniem ich nasilenia u poszczególnych osób, ale także w niektórych przypadkach, z niezwykłymi zdolnościami, np. matematycznymi czy artystycznymi14.
Badania fMRI i DTI pozwoliły na opracowanie wskaźników mózgowych, które już dziś wykorzystywane są we wczesnej diagnozie autyzmu, istotnej dla jak najszybszego wdrożenia oddziaływań terapeutycznych. Neuroobrazowanie może okazać się także cenne w różnicowaniu podtypów autyzmu, co będzie miało kluczowe znaczenie w opracowywaniu specjalistycznych, celowanych metod leczenia. Na koniec warto dodać, że już dziś badacze szukają związku pomiędzy strukturą i aktywnością mózgu osób z autyzmem a uwarunkowaniami genetycznymi i środowiskowymi. Wydaje się, że to właśnie zrozumienie mechanizmów genetycznych i epigenetycznych, które pośredniczą w rozwoju mózgu, może okazać się kluczowe dla zrozumienia etiologii i symptomatologii autyzmu.


Literatura:

  • Al...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Logopedy"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Możliwość pobrania materiałów dodatkowych
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy