Pembelajaran mesin dari dimensi perilaku otak mengungkapkan empat subtipe gangguan spektrum autisme yang terkait dengan jalur molekuler yang berbeda. Di sini, kubus prisma 3D mewakili pembelajaran mesin dari tiga dimensi perilaku otak, yang terukir di kaca prisma. Cahaya putih atau “data” masuk ke dalam prisma atau “algoritme pembelajaran mesin”, yang terbagi menjadi empat jalur cahaya berwarna yang mewakili spektrum orang autis dalam empat subtipe autisme. Latar belakang yang dicat dari rangkaian pengurutan mewakili asosiasi molekuler dari subtipe autisme. Kredit: Kedokteran Weill Cornell; dr. Amanda Buch
Orang dengan gangguan spektrum autisme dapat diklasifikasikan menjadi empat subtipe berbeda berdasarkan aktivitas dan perilaku otak mereka, menurut sebuah studi dari peneliti Weill Cornell Medicine.
Studi yang diterbitkan 9 Maret di Nature Neuroscience, memanfaatkan pembelajaran mesin untuk menganalisis data neuroimaging yang baru tersedia dari 299 orang dengan autisme dan 907 orang neurotipikal. Mereka menemukan pola koneksi otak yang terkait dengan sifat perilaku pada orang dengan autisme, seperti kemampuan verbal, pengaruh sosial, dan perilaku berulang atau stereotip. Mereka mengkonfirmasi bahwa empat subkelompok autisme juga dapat direplikasi dalam kumpulan data terpisah dan menunjukkan bahwa perbedaan ekspresi gen regional dan interaksi protein-protein menjelaskan perbedaan otak dan perilaku.
“Seperti banyak diagnosis neuropsikiatri, individu dengan gangguan spektrum autisme mengalami berbagai jenis kesulitan dengan interaksi sosial, komunikasi, dan perilaku berulang. Ilmuwan percaya mungkin ada banyak jenis gangguan spektrum autisme yang mungkin memerlukan perawatan berbeda, tetapi tidak ada konsensus mengenai bagaimana mendefinisikannya,” kata rekan penulis senior Dr. Conor Liston, seorang profesor psikiatri dan ilmu saraf di Feil Family Brain and Mind Research Institute di Weill Cornell Medicine. “Pekerjaan kami menyoroti pendekatan baru untuk menemukan subtipe autisme yang suatu hari nanti dapat mengarah pada pendekatan baru untuk diagnosis dan pengobatan.”
Sebuah studi sebelumnya yang diterbitkan oleh Dr. Liston dan rekannya di Nature Medicine pada tahun 2017 menggunakan metode pembelajaran mesin yang serupa untuk mengidentifikasi empat subtipe depresi yang berbeda secara biologis, dan pekerjaan selanjutnya menunjukkan bahwa subkelompok tersebut merespons secara berbeda terhadap berbagai terapi depresi.
“Jika Anda menempatkan orang dengan depresi pada kelompok yang tepat, Anda dapat memberi mereka terapi terbaik,” kata penulis utama Dr. Amanda Buch, rekan pascadoktoral ilmu saraf dalam psikiatri di Weill Cornell Medicine.
Membangun kesuksesan itu, tim menetapkan untuk menentukan apakah ada subkelompok serupa di antara individu dengan autisme, dan apakah jalur gen yang berbeda mendasarinya. Dia menjelaskan bahwa autisme adalah kondisi yang sangat diwariskan terkait dengan ratusan gen yang memiliki presentasi beragam dan pilihan terapi yang terbatas. Untuk menyelidiki hal ini, Dr. Buch memelopori analisis baru untuk mengintegrasikan data neuroimaging dengan data ekspresi gen dan proteomik, memperkenalkannya ke lab dan memungkinkan pengujian dan pengembangan hipotesis tentang bagaimana varian risiko berinteraksi dalam subkelompok autisme.
“Salah satu hambatan untuk mengembangkan terapi untuk autisme adalah bahwa kriteria diagnostiknya luas, dan dengan demikian berlaku untuk kelompok orang yang besar dan beragam secara fenotip dengan mekanisme biologis mendasar yang berbeda,” kata Dr. Buch. “Untuk mempersonalisasikan terapi bagi individu dengan autisme, penting untuk memahami dan menargetkan keanekaragaman hayati ini. Sulit untuk mengidentifikasi terapi yang optimal ketika setiap orang diperlakukan sama, ketika mereka masing-masing unik.”
Sampai saat ini, tidak ada cukup banyak koleksi data pencitraan resonansi magnetik fungsional dari orang dengan autisme untuk melakukan studi pembelajaran mesin skala besar, kata Dr. Buch. Tetapi kumpulan data besar yang dibuat dan dibagikan oleh Dr. Adriana Di Martino, direktur penelitian Pusat Autisme di Child Mind Institute, serta rekan lainnya di seluruh negeri, menyediakan kumpulan data besar yang diperlukan untuk penelitian ini.
“Metode baru pembelajaran mesin yang dapat menangani ribuan gen, perbedaan aktivitas otak, dan berbagai variasi perilaku memungkinkan penelitian ini,” kata rekan penulis senior Dr. Logan Grosenick, asisten profesor ilmu saraf dalam psikiatri di Weill Cornell Medicine, yang memelopori teknik pembelajaran mesin yang digunakan untuk subtipe biologis dalam studi autisme dan depresi.
Kemajuan tersebut memungkinkan tim untuk mengidentifikasi empat kelompok orang dengan autisme yang berbeda secara klinis. Dua kelompok memiliki kecerdasan verbal di atas rata-rata. Satu kelompok juga memiliki kekurangan yang parah dalam komunikasi sosial tetapi perilaku yang kurang berulang, sementara yang lain memiliki perilaku yang lebih berulang dan gangguan sosial yang lebih sedikit. Hubungan antara bagian otak yang memproses informasi visual dan membantu otak mengidentifikasi informasi masuk yang paling menonjol adalah hiperaktif pada subkelompok dengan gangguan sosial yang lebih banyak. Koneksi yang sama ini lemah pada kelompok dengan perilaku yang lebih berulang.
“Menarik pada tingkat sirkuit otak bahwa ada jaringan otak serupa yang terlibat dalam kedua subtipe ini, tetapi koneksi dalam jaringan yang sama ini tidak lazim dalam arah yang berlawanan,” kata Dr. Buch, yang menyelesaikan gelar doktornya dari Sekolah Pascasarjana Weill Cornell. Ilmu Kedokteran di lab Dr. Liston dan sekarang bekerja di lab Dr. Grosenick.
Dua kelompok lainnya memiliki gangguan sosial yang parah dan perilaku berulang tetapi memiliki kemampuan verbal di ujung spektrum yang berlawanan. Terlepas dari beberapa kesamaan perilaku, para peneliti menemukan pola koneksi otak yang sangat berbeda dalam dua subkelompok ini.
Tim menganalisis ekspresi gen yang menjelaskan koneksi otak atipikal yang ada di setiap subkelompok untuk lebih memahami apa yang menyebabkan perbedaan dan menemukan banyak gen yang sebelumnya terkait dengan autisme. Mereka juga menganalisis interaksi jaringan antara protein yang terkait dengan koneksi otak atipikal, dan mencari protein yang mungkin berfungsi sebagai hub. Oksitosin, sebuah protein yang sebelumnya dikaitkan dengan interaksi sosial yang positif, adalah protein penghubung dalam subkelompok individu dengan gangguan sosial yang lebih banyak tetapi perilaku repetitif yang relatif terbatas. Studi telah melihat penggunaan oksitosin intranasal sebagai terapi untuk orang dengan autisme dengan hasil yang beragam, kata Dr. Buch. Dia mengatakan akan menarik untuk menguji apakah terapi oksitosin lebih efektif pada subkelompok ini.
“Anda dapat memperoleh pengobatan yang bekerja pada subkelompok orang dengan autisme, tetapi manfaat itu hilang dalam uji coba yang lebih besar karena Anda tidak memperhatikan subkelompok,” kata Dr. Grosenick.
Tim mengonfirmasi hasil mereka pada kumpulan data manusia kedua, menemukan empat subkelompok yang sama. Sebagai verifikasi akhir dari hasil tim, Dr. Buch melakukan analisis penambangan teks yang tidak bias yang dia kembangkan dari literatur biomedis yang menunjukkan penelitian lain telah secara independen menghubungkan gen terkait autisme dengan sifat perilaku yang sama yang terkait dengan subkelompok.
Tim selanjutnya akan mempelajari subkelompok ini dan perawatan bertarget subkelompok potensial pada tikus. Kolaborasi dengan beberapa tim peneliti lain yang memiliki kumpulan data manusia yang besar juga sedang dilakukan. Tim ini juga bekerja untuk menyempurnakan teknik pembelajaran mesin mereka lebih lanjut.
“Kami mencoba membuat pembelajaran mesin kami lebih sadar akan klaster,” kata Dr. Grosenick.
Sementara itu, Dr. Buch mengatakan mereka telah menerima umpan balik yang menggembirakan dari individu dengan autisme tentang pekerjaan mereka. Seorang ahli saraf dengan autisme berbicara dengan Dr. Buch setelah presentasi dan mengatakan diagnosisnya membingungkan karena autismenya sangat berbeda dari yang lain tetapi datanya membantu menjelaskan pengalamannya.
“Didiagnosis dengan subtipe autisme bisa sangat membantunya,” kata Dr. Buch.
Informasi lebih lanjut: Amanda M. Buch et al, Mekanisme molekuler dan tingkat jaringan menjelaskan perbedaan individu dalam gangguan spektrum autisme, Nature Neuroscience (2023). DOI: 10.1038/s41593-023-01259-x
Disediakan oleh Weill Cornell Medical College
Kutipan: Empat subtipe autisme berbeda yang diidentifikasi dalam studi otak (2023, 7 April) diambil 7 April 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-04-autism-subtypes-brain.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.