AIによって分析された瞳孔拡張と心拍数が自閉症の早期発見に役立つ可能性

自閉症やその他の神経発達障害は、子供が数歳になるまで診断されないことがよくあり、行動的介入、および言語療法や作業療法があまり効果的でない場合があります。

しかし、今週、米国科学アカデミー紀要（PNAS）で発表された新たな研究では、瞳孔拡張、または心拍数の自発的変動といった2つの単純で定量化が可能な値の測定により、レット症候群、および、おそらく自閉症のような特徴を持つ他の疾患の診断を可能にします。

この研究は、ボストン小児病院の神経科学者である、ミケラ・ファジオリーニ博士、および研究員であるピエトロ・アルトーニ博士が率いており、マウスモデルにおける自閉症スペクトラム障害（ASD）を予測する瞳孔拡張の異常を発見できる機械学習のアルゴリズムを明らかにしました。

さらに、このアルゴリズムは、自閉症のような行動特性と同様に、少女のレット症候群という、月齢6か月〜18ヶ月で始まる認知、感覚、運動、自律神経機能を損なう遺伝性疾患があるかどうかについても、正確に検出します。

ファジオリーニ博士らは、このシステムがレット症候群だけでなくASD全般においても早期に警告を発することができるようになると期待しています。

研究者らは将来的には、治療に対する患者の反応を監視するためにも使用できると考えています。

現在、臨床試験ではレット症候群の治療のための薬剤であるケタミンをテストしており、遺伝子治療試験が計画されています。

現在、臨床試験でレット症候群に対する薬物ケタミンのテストが行われており、遺伝子治療試験が計画されています。

「微妙な変化に敏感な脳内で、定量的、客観的に何が起こっているのかを読みとりたいと思います。」とファジオリーニ博士は言います。

「もっと広く言えば、脳活動を反映し、定量化が容易で、偏りのないバイオマーカーが不足している状況です。機械は患者の健康状態に関する主観的な解釈の影響を受けないバイオマーカーを測定できます。」

ファジオリーニ博士とアルトーニ博士は、ボストンチルドレンズ病院のタカオ・ヘンシュ博士とチャールズ・ネルソン博士との共同で、自閉症スペクトラムの人々の行動状態を変えたという考えから始めました。

以前の証拠は、覚醒に関与している脳のコリン作動性回路が特に混乱していること、および覚醒の変化が自発的な瞳孔拡張や狭窄、および心拍数の両方に影響を及ぼすことが示されています。

ファジオリーニ博士のチームは、レット症候群またはCDKL5障害を引き起こす突然変異を有するマウス、およびBTBRマウスなど、ASDのいくつかのマウスモデルにおける瞳孔変動を測定することを目的としました。

自発的な瞳孔の拡張と狭窄は、マウスがASDのような症状を示し始める前でも変更されたことを研究チームは発見しました。

さらに、MeCP2が欠損したマウスでは、レット症候群で突然変異した遺伝子はコリン作動性脳回路のみ正常なコピーを回復し、瞳孔異常ならびに行動症状の発症を予防しました。

観察された覚醒の変化をコリン作動系に系統的に関連付けるために、研究チームはヘンシュ博士による以前の発見、LYNX1タンパク質を欠くマウスはコリン作動性シグナル伝達の増強を示すということを利用しました。

これらのマウスでの約60時間の観察に基づいて、研究者達は異常な瞳孔パターンを認識するための深い学習アルゴリズムを「訓練」しました。

同じアルゴリズムは、BTBR、CDKL5、およびMeCP2が欠損したマウスにおけるコリン作動性機能障害を正確に推定しました。

その後、チームはこのアルゴリズムをレット症候群の35人の女児と40人の一般的な発達観察中の女児に使用しました。

動揺する可能性があるので女児の瞳孔を測定する代わりに、彼らは心拍数の変動を覚醒の尺度として使用しました。

それにもかかわらず、このアルゴリズムはレット症候群を持つ女児を首尾よく識別し、1歳児、2歳児では、80％の精度でした。

「これら2つのバイオマーカーは、自律神経系覚醒の活動のプロキシであるため、同様に変動します。」とアルトーニ博士は言います。

「それはいわゆる「闘争・逃走反応」です。」

ファジオリーニ博士とアルトーニ博士は、自律神経の覚醒は、異なる種に渡って強く保存されている脳の特性であり、発達の軌跡が変化したことを示す強力な指標であることを突き止めました。

ネルソン博士と行った以前の研究を用いて、ファジオリーニ博士は、視覚誘発電位（脳内の視覚処理のEEG測定値）も、レット症候群の潜在的なバイオマーカーとして役立つ可能性があることを示しました。

彼女は、それと共に、こういったバイオマーカーは、強固でありながらしかも手頃な価格のスクリーニングツールを乳幼児へ提供し、差し迫った神経発達の問題への警告と、彼らの発達への介入または治療の進行を助けることができると信じています。

「非侵襲的で簡単に評価できるバイオマーカーがあれば、生まれたばかりの乳児や言葉を話さない患者についても、複数の時点で経過を監視することができます。」

とファジオリーニ博士は述べています。

【以下のウェブサイトより引用】