经颅磁刺激干预儿童孤独症的多模态影像学神经机制研究

Autism is a well-recognized neurodevelopmental disorder severely affecting the health of children. The neurobiological basis of autism is unclear, in addition, autism lacks effective therapies and it has a very poor prognosis. A rising non-invasive treatment for autism is transcranial magnetic stimulation (TMS) therapy, its unique advantages and development potential have been detected with clinical trials. However, the pathophysiological mechanisms underlying the TMS therapy remains incompletely understood. The current project aims to explore the neuromechanism of autism core symptoms and cognitive function with TMS therapy using multimodal MRI technique and provide scientific guidelines for the TMS treatment of autism. We first performed a randomized, double blind controlled TMS trial to explore the impacts of structure and function of autism brain with TMS therapy. In addition, we compared the changes of autism clinical symptom, structure and function of brain among traditional positioning method and individual target location method with amygdala mediated, thus providing theory and image basis for choosing the best TMS stimulation target. Finally, we proposed a prediction model based on multimodal multivariate pattern analysis methods to evaluate the effect of TMS therapy objectively and systematically. Furthermore, we expect to map the state-of-the-art biomarkers on multi-modal networks to provide a new interpretation of pathophysiological mechanisms of autism.

孤独症是一种严重影响儿童健康的神经发育性障碍。孤独症病因至今未明，临床上缺乏特效治疗手段，预后极差。经颅磁刺激（TMS）是一种新兴的非侵入性治疗孤独症的手段，临床试验已经显示出其独特优势和发展潜能。然而TMS治疗孤独症的神经机制远远未明。本项目拟通过多模态脑成像手段，探讨TMS治疗对孤独症患儿核心症状及认知功能作用的神经机制，为孤独症TMS治疗提供科学指导。主要内容包括：（1）采用随机双盲对照的TMS试验，探究TMS对孤独症脑结构与功能产生的影响；（2）比较传统定位方法与杏仁核介导的个体化靶点定位方法所引起的患者临床症状、脑功能与结构的改变，为选择最佳的TMS刺激靶点提供理论和影像依据；（3）提出基于多模态脑影像模式识别的疗效预测方法，用于客观、系统地评估TMS疗效。并在此基础上建立描述该疾病的多模态脑网络影像学标记，从而深入理解孤独症的病因及其神经病理生理学机制。

孤独症是一种严重影响儿童健康的神经发育性障碍。孤独症病因至今未明，临床上缺乏特效治疗手段，预后极差。经颅磁刺激（TMS）是一种新兴的非侵入性治疗孤独症的手段，临床试验已经显示出其独特优势和发展潜能。然而TMS治疗孤独症的神经机制远远未明。本项目通过多模态脑成像手段，探讨TMS治疗对孤独症患儿核心症状及认知功能作用的神经机制，为孤独症TMS治疗提供科学指导。主要内容包括：（1）采用随机双盲对照的TMS试验，探究TMS对孤独症脑结构与功能产生的影响；（2）比较传统定位方法与杏仁核介导的个体化靶点定位方法所引起的患者临床症状、脑功能与结构的改变，为选择最佳的TMS刺激靶点提供理论和影像依据；（3）提出基于多模态脑影像模式识别的疗效预测方法，用于客观、系统地评估TMS疗效。.在该项目的资助下主要取得了以下成果：（1）发展了孤独症多模态脑影像分析技术，构建孤独症脑结构发育偏差模型，并根据孤独症脑发育偏差实现了疾病影像学亚型划分；发展“多尺度动态网络”成像分析方法，揭示了孤独症社交障碍神经环路机制；（2）建立了孤独症与健康发育儿童的脑影像数据库，建设了“干预-评估-预测”的孤独症脑可塑性成像平台。数据库收集了近300例2-8岁中国汉语孤独症儿童与健康发育儿童的行为、生理生化及多模态的脑影像数据；（3）提出“一种基于杏仁核功能环路介导的经颅磁刺激影像导航的方法”，已获得国家发明专利。该方法通过构建孤独症患儿个体脑影像模型，精准地将TMS刺激脉冲作用于杏仁核介导的“社会脑”环路个体靶点上，对孤独症患儿社交、语言、睡眠等有较为显著的改善。疗效得到四川省残联及成都市残联的高度关注和报道。同时，通过观测TMS治疗前后脑功能与结构的改变及其与孤独症患者认知功能及核心症状改善的关系，建立了全面的跨模态影像学指标用于客观、系统地评估TMS疗效，在成都及周边地区医疗机构建立了5个孤独症精准神经调控示范点，服务了近200名孤独症儿童。以上成果发表在PNAS，Biological Psychiatry，NeuroImage，Human Brain Mapping等国际顶级综合期刊、脑影像及精神病学期刊。申请人因其在孤独症精准神经调控方面的应用推广成果，获2022“成都榜样∙成都最美科技工作者”提名奖。