A big-world network in ASD: dynamic connectivity analysis reflects a deficit in long-range connections and an excess of short-range connections

In den letzten Jahren hat sich die Hypothese erhärtet, dass Autismus-Spektrum-Störung (ASD) ein Zustand veränderter funktioneller Konnektivität im Gehirn ist. Die große Mehrheit dieser empirischen Studien stützt sich auf die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), die eine relativ schlechte zeitliche Auflösung hat. Nur eine Handvoll Studien hat Netzwerke untersucht, die sich aus der dynamischen Kohärenz bei einer Auflösung von Millisekunden ergeben, und es gibt keine Untersuchungen der Kohärenz bei den niedrigsten Frequenzen im Leistungsspektrum, von denen kürzlich gezeigt wurde, dass sie weitreichende kortiko-kortikale Verbindungen widerspiegeln. Hier haben wir die Elektroenzephalographie (EEG) eingesetzt, um die dynamische Konnektivität des Gehirns bei ASD mit Schwerpunkt auf dem niederfrequenten Bereich (Delta) zu untersuchen. Wir fanden heraus, dass die Konnektivitätsmuster bei ASD und Kontrollpopulationen unterschiedlich waren und eine doppelte Dissoziation widerspiegelten: ASD-Personen fehlten weitreichende Verbindungen, wobei das Defizit bei den fronto-occipitalen Verbindungen am deutlichsten war. Umgekehrt zeigten Personen mit ASD vermehrt Verbindungen mit kurzer Reichweite in lateral-frontalen Elektroden. Dieser Effekt zwischen den Kategorien zeigte eine konsistente parametrische Abhängigkeit: Mit zunehmendem Schweregrad der ASD war die Kurzstreckenkohärenz stärker ausgeprägt und die Langstreckenkohärenz nahm ab. Es wurden theoretische Argumente vorgebracht, die besagen, dass unterschiedliche Muster der Konnektivität zu Netzwerken mit unterschiedlicher Effizienz bei der Informationsübertragung führen können. Wir zeigen, dass die Netzwerke von ASD-Teilnehmern einen geringeren Clustering-Koeffizienten, eine größere charakteristische Pfadlänge als bei Kontrollpersonen – was darauf hindeutet, dass die Topologie des Netzwerks vom Small-World-Verhalten abweicht – und eine größere Modularität aufweisen. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die Delta-Band-Kohärenz qualitative und quantitative Aspekte offenbart, die mit der ASD-Pathologie verbunden sind.