威尔康奈尔医学院的研究人员通过对神经影像数据的机器学习分析，确定了自闭症谱系障碍的四种不同亚型，可能为更多的个性化治疗铺平道路。根据威尔康奈尔医学院研究人员的一项研究，自闭症谱系障碍患者可以根据他们的大脑活动和行为被分为四个不同的亚型。

这项研究于3月9日发表在《自然-神经科学》杂志上，利用机器学习分析了299名自闭症患者和907名神经典型患者的新的神经影像数据。他们发现了与自闭症患者的行为特征相关的大脑连接模式，如语言能力、社会情感和重复或刻板行为。他们证实，四个自闭症亚群也可以在一个单独的数据集中复制，并表明区域基因表达和蛋白质-蛋白质相互作用的差异解释了大脑和行为的差异。

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"像许多神经精神诊断一样，自闭症谱系障碍患者在社会交往、沟通和重复行为方面会遇到许多不同类型的困难。科学家们认为可能有许多不同类型的自闭症谱系障碍，可能需要不同的治疗方法，但对于如何定义它们并没有达成共识，"共同第一作者、威尔康奈尔医学院费尔家庭大脑和心灵研究所的精神病学和神经科学副教授Conor Liston博士说。"我们的工作突出了一种发现自闭症亚型的新方法，有一天可能会带来新的诊断和治疗方法。"

利斯顿博士及其同事在2017年发表在《自然医学》上的一项研究使用了类似的机器学习方法来识别四种生物学上不同的抑郁症亚型，随后的工作表明，这些亚群对各种抑郁症疗法的反应不同。

"如果你把抑郁症患者放在正确的组别中，就可以给他们分配最好的疗法，"主要作者、威尔康奈尔医学院精神病学的神经科学博士后Amanda Buch博士说。

在这一成功的基础上，该团队着手确定自闭症患者中是否存在类似的亚群，以及不同的基因途径是否是其基础。她解释说，自闭症是一种与数百个基因相关的高度遗传性疾病，表现形式多样，治疗方案有限。为了调查这一点，布赫博士开创了将神经影像数据与基因表达数据和蛋白质组学相结合的新分析方法，将其引入实验室，并能够测试和开发关于风险变异体在自闭症亚群中如何互动的假设。

布赫博士说："开发自闭症疗法的障碍之一是诊断标准很宽泛，因此适用于具有不同潜在生物机制的大型和表型多样的人群。为了对自闭症患者进行个性化治疗，了解并针对这种生物多样性将是非常重要的。当每个人都被视为相同时，很难确定最佳疗法，而他们每个人都是独一无二的。"

直到最近，还没有足够大的自闭症患者功能磁共振成像数据集来进行大规模的机器学习研究。但儿童心理研究所自闭症中心的研究主任Adriana Di Martino博士以及全国各地的其他同事创建和分享的一个大型数据集，提供了研究所需的大型数据集。

共同第一作者、威尔康奈尔医学院精神病学的神经科学助理教授洛根-格罗森尼克博士说："能够处理数千个基因、大脑活动差异和多种行为变异的机器学习新方法使这项研究成为可能，他开创了自闭症和抑郁症研究中用于生物分型的机器学习技术。"

这些进展使研究小组能够确定四个临床上不同的自闭症患者群体。其中两组具有高于平均水平的言语智能。其中一组在社会交流方面也有严重的缺陷，但重复行为较少，而另一组则有更多的重复行为，社会障碍较少。大脑中处理视觉信息和帮助大脑识别最突出的传入信息的部分之间的联系在有更多社交障碍的亚组中过度活跃。在有更多重复性行为的群体中，这些连接也很弱。

布赫博士说："在脑回路层面上很有趣，这两种亚型都有类似的大脑网络，但这些相同的网络中的连接在相反的方向上是不典型的，"她在威尔康奈尔医学院研究生院利斯顿博士的实验室完成了她的博士学位，现在在格罗森尼克博士的实验室工作。

另外两组人有严重的社交障碍和重复行为，但他们的语言能力处于光谱的两端。尽管有一些行为上的相似之处，调查人员在这两个亚组中发现了完全不同的大脑连接模式。

研究小组分析了解释每个亚组中存在的非典型大脑连接的基因表达，以更好地理解是什么导致了这些差异，并发现许多是以前与自闭症有关的基因。他们还分析了与非典型大脑连接相关的蛋白质之间的网络互动，并寻找可能作为枢纽的蛋白质。催产素是一种以前与积极的社会互动有关的蛋白质，在有更多社会障碍但重复性行为相对有限的亚组中是一个枢纽蛋白质。研究表明，使用鼻内催产素作为自闭症患者的治疗方法结果不一，测试催产素疗法是否对这一亚群更有效将是有趣的。

该团队在第二个人类数据集上确认了他们的结果，发现了同样的四个亚群。作为对该团队结果的最后验证，布赫博士对她开发的生物医学文献进行了无偏见的文本挖掘分析，显示其他研究将自闭症相关基因与与亚群相关的相同行为特征独立联系起来。

该团队接下来将研究这些亚群和潜在的亚群靶向治疗小鼠。与其他几个拥有大型人类数据集的研究团队的合作也正在进行中。该团队还在努力进一步完善他们的机器学习技术。

研究人员正试图使我们的机器学习更具有集群意识。同时，布赫博士说，他们已经收到了来自自闭症患者对他们工作的令人鼓舞的反馈。一位患有自闭症的神经科学家在一次演讲后对布赫博士说，他的诊断令人困惑，因为他的自闭症与其他人有很大不同，但她的数据有助于解释他的经历。被诊断为自闭症的一个亚型可能对他有帮助。

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