Integrering af hjernescanningsresultater til bedre forståelse af autisme

Store videnskabelige spørgsmål kræver mange forskeres arbejde

Videnskabelig forskning er et kapløb om viden. Som forskere stiller vi vigtige spørgsmål, som vi tror vil hjælpe mennesker, hvis vi kan finde svarene. Hver dag vågner tusindvis af forskere over hele verden op og forsker for at besvare disse store spørgsmål. Forskere offentliggør resultaterne af deres undersøgelser i videnskabelige tidsskrifter, så andre forskere kan forstå, hvad de har opdaget. På grund af den store mængde af offentliggjorte studier kan det være svært at holde styr på alle de videnskabelige opdagelser om et givent emne. Det er utroligt vigtigt for forskere at holde sig ajour med videnskabelige opdagelser og den seneste udvikling inden for viden. Ved at forstå, hvad der allerede er kendt, kan vi blive inspireret til at stille nye spørgsmål, skabe nye løsninger på eksisterende problemer og besvare de større og mere vanskelige forskningsspørgsmål.

Når et forskningsspørgsmål er komplekst, kræver det et team af forskere, der gennemfører mange forskningsstudier for at nå frem til et svar. Hvordan drager vi konklusioner ud fra data fra et stort antal videnskabelige grupper, der udfører lignende forskningsstudier? En måde er at kombinere alle resultaterne fra de enkelte undersøgelser til ét stort svar ved hjælp af en metode, der kaldes meta-analyse. Forestil dig, at du forsøger at løfte noget tungt. Er det lettere at gøre det med én person eller en gruppe mennesker? Det er lettere at løfte med et team af mennesker! På samme måde kan det at samle mange forskeres arbejde i en metaanalyse øge mængden af data, der er til rådighed for at besvare spørgsmålet, betydeligt, hvilket gør svaret mere pålideligt og anvendeligt for flere mennesker. Dette er især vigtigt for neuroimaging-undersøgelser. I vores undersøgelse kombinerede vi mange forskeres arbejde for at hjælpe med at gøre det „tunge arbejde‟ med at besvare et stort spørgsmål om, hvad der foregår i hjernen hos mennesker med autisme, når de udfører EF-opgaver.

Autisme og hjernen

Du ved måske allerede, at autismespektrumforstyrrelse, også kaldet autisme, er en forskel i, hvordan et barns hjerne udvikler sig, som ofte påvirker, hvordan en person interagerer socialt [1]. Mens symptomerne på autisme varierer, har mange børn med denne forstyrrelse problemer med at bruge det, der kaldes hjernens eksekutive funktioner[2, 3], som er et sæt af kognitive processer, der er vigtige for kontrol af adfærd og tankeprocesser. Hjernen har et netværk af områder, der arbejder sammen for at hjælpe os med at udføre disse funktioner. Du kan tænke på hjernens EF-netværk som rektor på en skole. EF-netværket fortæller andre hjernesystemer (lærerne) om deres pligter og opgaver og overvåger deres præstationer for at hjælpe hjernen med at udføre en opgave eller en adfærd ved at fortælle hjernesystemerne, hvornår de skal arbejde, stoppe eller sætte farten ned. EF hjælper skolen med at køre ordentligt, så hver elev klarer sig godt, og skolen som helhed er en succes. Forskelle i EF-netværkets funktion er blevet foreslået som en årsag til de vanskeligheder, nogle autister oplever med at træffe beslutninger, planlægge, skifte opgaver og stoppe en igangværende aktivitet.

Men ikke alle med autisme har problemer med EF, og nogle gange har folk problemer med nogle EF-færdigheder, som planlægning, men klarer sig godt i andre, som at skifte fra en aktivitet til en anden. For at gøre tingene endnu mere komplicerede, er ikke alle forskere enige om, hvad der sker i hjernen på autistiske børn, når de udfører EF-opgaver. For eksempel viser nogle undersøgelser, at den forreste del af hjernen, kaldet prefrontal cortex(PFC), er for aktiv hos autistiske børn under EF-opgaver. Andre mener, at den ikke er aktiv nok! Som du kan se, er dette et stort spørgsmål. De blandede resultater gør det svært at vide, om EF-forskelle virkelig er en vigtig komponent i autisme.

Hvordan undersøger vi hjernen hos autister?

For at studere hjernens aktivitet (affyring af neuroner) i levende mennesker bruger forskere en teknik kaldet funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI). En MRI er en kæmpemagnet, der tager billeder af hjernen og kortlægger hjerneaktiviteten under forskellige forhold [4]. Funktionel MR registrerer ændringer i blodgennemstrømningen til specifikke områder af hjernen for at bestemme, hvilke hjerneområder der aktiveres under en bestemt mental tilstand (for eksempel i hvile eller uden at udføre en opgave) eller under aktive opgaver, der involverer behandling af ny information, som kaldes kognitive opgaver. Mange forskere bruger fMRI til at se på, hvad hjernen gør under kognitive opgaver, så der er hundredvis af publicerede fMRI-undersøgelser. Da MRI er en dyr procedure, har hvert studie normalt kun få deltagere (måske 15-30 pr. studie). Nogle gange gør et lille antal deltagere det vanskeligt at drage pålidelige konklusioner, der gælder for de fleste mennesker. Derudover er fMRI-undersøgelser meget forskellige med hensyn til de typer MRI-scannere, der bruges, hvor stærke scannerne er, og de opgaver, deltagerne udfører under undersøgelsen. Disse forskelle gør det svært at identificere mønstre i dataene og nå frem til meningsfulde konklusioner. Det er her, metaanalysen kommer ind i billedet! Ved hjælp af en metaanalyse af mange fMRI-undersøgelser har vi skabt en oversigt over, hvad forskerne i øjeblikket ved om, hvad der foregår i hjernen hos autister, når de udfører EF-opgaver.

Vores store sammenfattende undersøgelse

Vi foretog en omfattende onlinesøgning og fandt 16 fMRI-undersøgelser af EF ved autisme. Vi brugte en særlig type meta-analyse til at bestemme de mest almindelige hjerneområder, der viste sig at være aktive på tværs af disse studier. Denne særlige metaanalyse kaldes en Activation Likelihood Estimation. (ALE). Ved at bruge ALE kunne vi finde overordnede mønstre i placeringen af hjerneaktivitet, når deltagerne udførte EF-opgaver. Den fælles placering af hjerneaktivitet blev estimeret hos 739 personer (et stort antal!) mellem 7 og 52 år. 356 deltagere var autister, og 383 var ikke autister.

Vi kiggede på, hvilke hjerneområder der var aktive hos autistiske og ikke-autistiske forsøgsdeltagere, mens de udførte EF-opgaver (figur 1). Ved første øjekast så aktiveringen af PFC, som er kendt for at være ekstremt vigtig for EF-funktioner, ens ud i begge grupper. Men et nærmere kig viste, at PFC-aktiveringen i den autistiske gruppe fandt sted på lidt andre steder end hos personerne uden autisme. Vi fandt også, at de autistiske deltageres PFC-aktivering var begrænset til et begrænset område sammenlignet med den mere udbredte PFC-aktivering, som vi så hos de ikke-autistiske deltagere. Hos ikke-autistiske voksne er forbindelserne mellem PFC og et andet hjerneområde kaldet posterior parietal cortex (bagerst i hjernen) afgørende for at kunne udføre EF-opgaver. Det kan være, at manglen på udbredt PFC-aktivering hos de autistiske deltagere afspejler problemer med at få flere hjerneområder til at arbejde ordentligt sammen om at udføre EF-opgaver. Med andre ord kan hjerneområder ved autisme være dårligt forbundne og ikke kommunikere effektivt med hinanden.