威爾康奈爾醫學院的研究人員通過對神經影像數據的機器學習分析，確定了自閉症譜系障礙的四種不同亞型，可能為更多的個性化治療鋪平道路。根據威爾康奈爾醫學院研究人員的一項研究，自閉症譜系障礙患者可以根據他們的大腦活動和行為被分為四個不同的亞型。

這項研究於3月9日發表在《自然-神經科學》雜誌上，利用機器學習分析了299名自閉症患者和907名神經典型患者的新的神經影像數據。他們發現了與自閉症患者的行為特徵相關的大腦連接模式，如語言能力、社會情感和重複或刻板行為。他們證實，四個自閉症亞群也可以在一個單獨的數據集中復制，並表明區域基因表達和蛋白質-蛋白質相互作用的差異解釋了大腦和行為的差異。

“像許多神經精神診斷一樣，自閉症譜系障礙患者在社會交往、溝通和重複行為方面會遇到許多不同類型的困難。科學家們認為可能有許多不同類型的自閉症譜系障礙，可能需要不同的治療方法，但對於如何定義它們並沒有達成共識，”共同第一作者、威爾康奈爾醫學院費爾家庭大腦和心靈研究所的精神病學和神經科學副教授Conor Liston博士說。”我們的工作突出了一種發現自閉症亞型的新方法，有一天可能會帶來新的診斷和治療方法。”

利斯頓博士及其同事在2017年發表在《自然醫學》上的一項研究使用了類似的機器學習方法來識別四種生物學上不同的抑鬱症亞型，隨後的工作表明，這些亞群對各種抑鬱症療法的反應不同。

“如果你把抑鬱症患者放在正確的組別中，就可以給他們分配最好的療法，”主要作者、威爾康奈爾醫學院精神病學的神經科學博士後Amanda Buch博士說。

在這一成功的基礎上，該團隊著手確定自閉症患者中是否存在類似的亞群，以及不同的基因途徑是否是其基礎。她解釋說，自閉症是一種與數百個基因相關的高度遺傳性疾病，表現形式多樣，治療方案有限。為了調查這一點，布赫博士開創了將神經影像數據與基因表達數據和蛋白質組學相結合的新分析方法，將其引入實驗室，並能夠測試和開發關於風險變異體在自閉症亞群中如何互動的假設。

布赫博士說：”開發自閉症療法的障礙之一是診斷標準很寬泛，因此適用於具有不同潛在生物機制的大型和表型多樣的人群。為了對自閉症患者進行個性化治療，了解並針對這種生物多樣性將是非常重要的。當每個人都被視為相同時，很難確定最佳療法，而他們每個人都是獨一無二的。”

直到最近，還沒有足夠大的自閉症患者功能磁共振成像數據集來進行大規模的機器學習研究。但兒童心理研究所自閉症中心的研究主任Adriana Di Martino博士以及全國各地的其他同事創建和分享的一個大型數據集，提供了研究所需的大型數據集。

共同第一作者、威爾康奈爾醫學院精神病學的神經科學助理教授洛根-格羅森尼克博士說：”能夠處理數千個基因、大腦活動差異和多種行為變異的機器學習新方法使這項研究成為可能，他開創了自閉症和抑鬱症研究中用於生物分型的機器學習技術。”

這些進展使研究小組能夠確定四個臨床上不同的自閉症患者群體。其中兩組具有高於平均水平的言語智能。其中一組在社會交流方面也有嚴重的缺陷，但重複行為較少，而另一組則有更多的重複行為，社會障礙較少。大腦中處理視覺信息和幫助大腦識別最突出的傳入信息的部分之間的聯繫在有更多社交障礙的亞組中過度活躍。在有更多重複性行為的群體中，這些連接也很弱。

布赫博士說：”在腦迴路層面上很有趣，這兩種亞型都有類似的大腦網絡，但這些相同的網絡中的連接在相反的方向上是不典型的，”她在威爾康奈爾醫學院研究生院利斯頓博士的實驗室完成了她的博士學位，現在在格羅森尼克博士的實驗室工作。

另外兩組人有嚴重的社交障礙和重複行為，但他們的語言能力處於光譜的兩端。儘管有一些行為上的相似之處，調查人員在這兩個亞組中發現了完全不同的大腦連接模式。

研究小組分析了解釋每個亞組中存在的非典型大腦連接的基因表達，以更好地理解是什麼導致了這些差異，並發現許多是以前與自閉症有關的基因。他們還分析了與非典型大腦連接相關的蛋白質之間的網絡互動，並尋找可能作為樞紐的蛋白質。催產素是一種以前與積極的社會互動有關的蛋白質，在有更多社會障礙但重複性行為相對有限的亞組中是一個樞紐蛋白質。研究表明，使用鼻內催產素作為自閉症患者的治療方法結果不一，測試催產素療法是否對這一亞群更有效將是有趣的。

該團隊在第二個人類數據集上確認了他們的結果，發現了同樣的四個亞群。作為對該團隊結果的最後驗證，布赫博士對她開發的生物醫學文獻進行了無偏見的文本挖掘分析，顯示其他研究將自閉症相關基因與與亞群相關的相同行為特徵獨立聯繫起來。

該團隊接下來將研究這些亞群和潛在的亞群靶向治療小鼠。與其他幾個擁有大型人類數據集的研究團隊的合作也正在進行中。該團隊還在努力進一步完善他們的機器學習技術。

研究人員正試圖使我們的機器學習更具有集群意識。同時，布赫博士說，他們已經收到了來自自閉症患者對他們工作的令人鼓舞的反饋。一位患有自閉症的神經科學家在一次演講後對布赫博士說，他的診斷令人困惑，因為他的自閉症與其他人有很大不同，但她的數據有助於解釋他的經歷。被診斷為自閉症的一個亞型可能對他有幫助。