Sebuah tim ilmuwan internasional telah menemukan bahwa autisme mungkin mencakup setidaknya dua subtipe biologis berbeda, yang masing-masing ditentukan oleh pola komunikasi berbeda di seluruh otak. Satu subtipe ditandai dengan tingkat konektivitas yang sangat tinggi antar wilayah otak, sementara subtipe lainnya menunjukkan berkurangnya konektivitas. Penemuan ini dapat membuka jalan bagi pendekatan yang lebih personal terhadap diagnosis, perawatan dan pengobatan autisme.
Studi ini dilakukan oleh para peneliti dari Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Italian Institute of Technology) di Rovereto, Italia, dan Child Mind Institute di New York, dengan kontribusi tambahan dari University of Trento. Temuan mereka dipublikasikan di Ilmu saraf alami.
Konektivitas otak mengungkap subtipe autisme yang tersembunyi
Penelitian ini dikoordinasikan oleh Alessandro Gozzi, PhD, direktur Center for Neuroscience and Cognitive Systems (CNCS) di IIT, dan Adriana Di Martino, MD, direktur pendiri Autism Center di Child Mind Institute.
Menurut para peneliti, ini adalah upaya skala besar pertama yang secara sistematis menghubungkan pola yang diamati pada pencitraan otak manusia (melalui fMRI) dengan penyebab biologis yang mendasarinya menggunakan model tikus. Dengan menghubungkan pola spesifik konektivitas otak dengan proses molekuler yang berbeda, penelitian ini memberikan landasan bagi strategi pengobatan autisme di masa depan.
Untuk melakukan penelitian, tim memeriksa konektivitas fungsional otak pada 20 model tikus yang berbeda dan menganalisis pemindaian otak 940 anak-anak autis dan dewasa muda. Hasil ini dibandingkan dengan analisis terhadap lebih dari 1.000 individu neurotipikal.
Analisis tersebut mengungkapkan dua subtipe autisme yang konsisten. Salah satunya menunjukkan berkurangnya komunikasi antar wilayah otak, yang dikenal sebagai hipokonektivitas, dan dikaitkan dengan jalur sinaptik. Yang kedua menunjukkan peningkatan komunikasi antar wilayah otak, yang dikenal sebagai hiperkonektivitas, dan dikaitkan dengan sistem biologis yang terkait dengan sistem kekebalan. Bersama-sama, kedua kelompok ini mencakup sekitar 25% orang autis yang dilibatkan dalam penelitian ini.
“Selama beberapa dekade kami telah mengamati variabilitas yang sangat besar dalam cara autisme bermanifestasi, namun kami tidak memiliki bukti langsung bahwa perbedaan ini mencerminkan biologi yang mendasarinya,” kata Dr Alessandro Gozzi, dari Institut Teknologi Italia. “Pendekatan kami memungkinkan kami mengisolasi faktor genetik dan kekebalan tertentu dan kemudian menerjemahkan tanda-tanda ini ke dalam pemindaian otak manusia, menunjukkan bahwa pola konektivitas yang berbeda mengkodekan jalur mekanistik berbeda yang mendasari autisme.”
Model tikus memberikan petunjuk biologis
Para peneliti menggabungkan data pencitraan otak dengan analisis genetik dan biokimia pada tikus. Hal ini memungkinkan mereka untuk menghubungkan pola spesifik konektivitas otak dengan perubahan yang terjadi pada tingkat sel.
Pekerjaan mereka menunjukkan bagaimana mekanisme molekuler yang melibatkan sinapsis dan sistem kekebalan tubuh dapat menghasilkan pola konektivitas berbeda yang dapat dideteksi menggunakan fMRI. Hasil ini memungkinkan tim untuk menetapkan tanda referensi biologis pada tikus dan kemudian mencari pola yang sesuai dalam pemindaian otak manusia.
“Model tikus telah memberi kita ‘Batu Rosetta’ biologis,” kata Dr. Adriana Di Martino dari Child Mind Institute. “Kita bisa melihat jalur biologis mana yang menentukan ciri-ciri konektivitas, dan kemudian mencari pola yang sama pada manusia.”
Pencitraan otak manusia mengkonfirmasi temuan tersebut
Data pencitraan manusia berasal dari Autism Brain Imaging Data Exchange (ABIDE), sebuah inisiatif neuroimaging internasional besar yang didirikan bersama oleh Dr. Di Martino yang menggabungkan kumpulan data dari pusat penelitian di seluruh dunia, serta Child Mind Institute.
Ketika para peneliti menganalisis data manusia, mereka menemukan pola hiperkonektivitas dan hipokonektivitas yang sama seperti yang diidentifikasi pada model tikus.
Analisis ekspresi gen tambahan memperkuat hasilnya. Wilayah otak yang terkait dengan hipokonektivitas menunjukkan pengayaan gen sinaptik, sementara wilayah hiperkoneksi diperkaya dengan gen terkait kekebalan. Hasil ini sangat cocok dengan mekanisme biologis yang diamati pada penelitian pada tikus.
Yang penting, subtipe yang sama muncul secara konsisten di beberapa kumpulan data independen, yang menunjukkan bahwa hasilnya dapat direproduksi.
“Menemukan subtipe yang sama dan dapat direproduksi di lusinan lokasi penelitian independen merupakan validasi yang penting,” tambah Dr. Gozzi.
Menuju perawatan yang lebih personal untuk autisme
Kedua subtipe tersebut juga memiliki perbedaan dalam organisasi otak secara keseluruhan dan sedikit perbedaan dalam penilaian autisme standar. Individu dalam kelompok hiperkonektivitas cenderung mendapat skor sedikit lebih tinggi dalam mengukur tingkat keparahan autisme.
“Biomarker otak mengungkapkan perbedaan yang tidak sepenuhnya ditangkap oleh penilaian perilaku saat ini,” Dr. Di Martino mencatat.
Para peneliti mengingatkan bahwa kedua pola konektivitas ini kemungkinan hanya mewakili sebagian dari keanekaragaman biologis autisme. Mereka percaya bahwa subtipe lain mungkin muncul ketika kumpulan data yang lebih besar tersedia dan metode analisis terus meningkat.
Penelitian ini didukung oleh kolaborasi internasional yang dikoordinasikan oleh Institut Teknologi Italia dan Child Mind Institute. Pendanaan disediakan oleh Inisiatif Penelitian Autisme Yayasan Simons, Dewan Penelitian Eropa melalui proyek #DISCONN dan #BRAINAMICS, Yayasan Otak dan Perilaku, Fondazione Telethon, dan Institut Kesehatan Mental Nasional AS.
