自闭症共情障碍神经环路的基因影像学研究

Empathy has important implications for social survival. Neural circuit of empathy is always a focus of neuroscience. We hypothesized that the amygdala, ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) and anterior insular cortex (AIC) are the key areas in neural circuit of empathy, which involves two pathways, one top-down pathway (vmPFC-AIC) and the other bottom-up pathway (amygdala-AIC). AIC integrates the information of both pathways, and then feedbacks to vmPFC or amygdala. It is very difficult to define the neural circuit of empathy with the nowadays techniques of neuroimaging. The research will set up a new technique of fMRI with high temporal and spatial resolution, to define the hypothesized neural circuit of empathy and find the temporal and spatial changes of that circuit in autism and autistic trait. Based on the genetics findings in large samples of autism and autistic trait, we associate the tagSNP of susceptibility gene with the temporal and spatial changes of that circuit. The research also explores the neural circuit mechanism of the rTMS and oxytocin treatments for empathy deficit in autism. The high resolution fMRI would provide powerful technology to explore the temporal and spatial features of neural circuits. We aim to study the neural circuit of empathy in autism and its gene-brain-behavior linkages. The study would fully disclose the neurobiological mechanism of empathy deficit and provide evidences for clinical diagnosis and treatment.

共情具有显著社会意义，共情神经环路研究是脑科学的热点。基于研究结果，我们提出了共情神经环路假设：杏仁核、vmPFC、前脑岛（AIC）等是共情神经环路关键脑区，AIC对来自于vmPFC的认知信息（top-down）和杏仁核的情绪信息（bottom-up）进行整合、反馈。现有fMRI的时空分辨有限，难以解析共情神经环路中关键脑区的精细划分以及top-down/bottom-up加工的时间进程。研究首先建立高时空分辨率fMRI方法，以自闭症作为疾病模型，揭示自闭症共情神经环路异常的时间空间特征；筛选风险基因，研究不同tagSNP基因型与其共情神经环路异常的相关；探究rTMS和催产素对自闭症共情神经环路的功能重塑机制。高时空分辨率fMRI方法为神经环路在时间进程、空间特征方面的研究提供了基础；从基因-脑-行为多层面研究自闭症的共情神经环路，全面揭示共情障碍的神经生物学机制，为其临床诊治提供依据。

自闭症谱系障碍（ASD）主要表现为社会功能受损，其神经基础及遗传学机制尚不明确；ASD目前尚无有效的治疗方法，神经调控技术为其临床康复提供了新的途径。本项目主要是建立快速高时空分辨率的MRI成像方法，研究共情等社会功能神经环路的空间特征和时间进程，了解相关社会功能神经环路的遗传学基础，明确神经调控技术对社会功能神经环路的影响及其遗传学机制。. 本课题组首先建立了不同的快速高时空分辨率的磁共振扫描序列，主要包括PS-CS、GSTVNR、扩展钥孔、GPML等方法，为解析自闭症社会功能障碍神经环路奠定了基础。同时开发了自闭症社会功能障碍相关的研究工具（自闭特质问卷、疼痛共情范式、二维度共情范式、情绪面孔加工眼动范式、决策功能范式），并进行了自闭症患者及自闭特质个体的社会功能相关的行为学研究，主要包括注意网络测试、决策、道德判断等。在此基础上建立了基因—影像—行为数据库，对640例被试进行了多模态的磁共振扫描，对602例被试进行了106个与精神疾病及认知功能相关的SNP位点等位基因分析。主要以CNTNAP2、NOTCH4等与自闭症发病相关的基因为关注点，发现了rs2710102、rs2071287等与自闭特质相关的SNP位点，使用静息态功能连接方法描述了与自闭特质相关神经环路的结构与功能，分析相关基因型与社会功能神经环路的关系。以眼动及ERP为研究指标，发现经颅磁刺激（TMS）、直流电刺激（tDCS）、催产素等神经调控技术可以改善自闭特质个体的社会认知（情绪面孔加工、共情能力），并详细阐述了其神经机制及遗传学基础。同时，课题组进行了神经调控技术对抑郁症、痴呆、帕金森病、精神分裂症等重大脑疾病相关认知功能的调节及神经机制研究。. 本课题关注ASD患者的社会功能，主要以自闭特质个体为研究对象，研究ASD发病的神经基础及遗传学机制；同时研究神经调控技术对自闭特质个体社会功能的影响，为自闭症的临床康复提供了参考。