Funtional brain connectivity underlying perceptual decision in ASD: an EEG study

Abstract

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurodevelopmental condition that affects nearly one per cent of the world population. People with this condition usually deal with communication and interaction challenges. Understanding and interpreting social cues, such as body language, tone of voice, and facial expressions, can be difficult for people with ASD. Establishing and maintaining connections, understanding social norms, and acting according to the intricacies of social interactions can thus be critical in their day-to-day routines. Researchers have been studying the brain mechanisms underlying autistic behaviour in an effort to uncover crucial information that will help them better understand this condition. However, the majority of these studies do not take brain connectivity metrics. Instead, they concentrate on neural mapping methods that focus on localizing brain function. Trying to address this question, our project settles into study the neuronal mechanisms of perceptual decision based on social clues at the functional brain connectivity level, by testing the possibility of different patterns in brain connectivity for this clinical group. Hypo and hyperconnectivity patterns are also a topic of interest for this condition.In this project, a dataset including 34 healthy participants and 18 participants with autism was analyzed. From this dataset, a balanced study with 18 participants from each groups (autism and control), 36 in total, was conducted. The data were acquired during abstract Mooney images visualization. Participants were enrolled in a visual task focused on the detection of faces during electroencephalography (EEG) recording. We then mapped the perceptual decision related brain responses using this task-based brain data in the time and time-frequency domain, as well as the functional connectivity of the brain at the sensor and source levels.The outcomes at the time domain, Event-Related Potentials (ERP) revealed differences between groups at the P100 component. At time-frequency analysis it was possible to identify differences in two frequency ranges (theta and alpha/low beta) from which connectivity studies were conducted. When comparing face versus no face recognition there was a tendency for higher brain connectivity in both groups. However, patterns of higher functional brain connectivity were observed for the clinical group in both conditions and levels of analysis (sensor and source level).Our results suggest recruitment of differential brain mechanisms during visual identification of social cues in autistic adolescents. Higher central theta power modulation during face/no face identification and increased patterns of functional brain connectivity at the whole-brain level were particularly evident. This might reveal higher attentional and conflict monitoring recruitment to solve social cues and is in agreement with hyper-connectivity theories related to social deficits in children with autism.

O Transtorno do Espectro do Autismo (TEA) é uma condição do neurodesenvolvimento que afeta cerca de um por cento da população mundial. Pessoas com esta condição geralmente lidam com desafios de comunicação e interação. Compreender e interpretar sinais sociais, como linguagem corporal, tom de voz e expressões faciais, pode ser difícil para pessoas com TEA. Estabelecer e manter conexões, compreender normas sociais e agir de acordo com as intricadas complexidades das interações sociais pode, portanto, ser um fator crítico nas suas rotinas diárias. Os mecanismos cerebrais subjacentes ao comportamento autista na esperança de descobrir informações cruciais que ajudem a entender melhor esta condição têm sido estudados por investigadores. No entanto, a maioria desses estudos não tem em consideração métricas de conectividade cerebral. Ao invés disso, têm-se concentrado em métodos de mapeamento neural focados na localização da função cerebral. Tentando abordar essa questão, o nosso projeto propõe-se a estudar os mecanismos neuronais da decisão perceptual baseada em pistas sociais ao nível da conectividade funcional do cérebro, testando a possibilidade de neste grupo clínico existirem padr ões de conetividade diferentes. Padrões de hipo e hiperconectividade também são foco de interesse para esta condição.Neste projeto, um conjunto de dados que inclui 34 participantes saudáveis e 18 participantes com autismo foi analisado. A partir deste conjunto de dados, foi conduzido um estudo equilibrado com 18 participantes de cada grupo (autismo e controlo), totalizando 36 participantes. Os dados foram adquiridos durante a visualização de imagens abstratas Mooney. Os participantes realizaram uma tarefa visual focada na detecção de rostos durante registo electroencefalográfico (EEG). Mapeamos assim as respostas cerebrais relacionadas com a decisão perceptual no domínio de tempo e do tempo-frequência, bem como a conectividade funcional do cérebro ao nível do sensor e da fonte.Os resultados no domínio temporal, Potenciais Relacionados a Eventos (ERP), revelaram diferenças entre os grupos no componente P100. Na análise de frequência no domínio temporal, foi possível identificar diferenças em duas faixas de frequência (theta e alfa/baixa beta), a partir das quais foram conduzidos estudos de conectividade. Ao comparar o reconhecimento de rostos versus a não identificação de rostos, houve uma tendência para uma maior conectividade cerebral em ambos os grupos. No entanto, foram observados padrões de maior conectividade funcional do cérebro para o grupo clínico em ambas as condições e níveis de análise (nível do sensor e da fonte).Os nossos resultados sugerem recrutamento diferencial de mecanismos cerebrais durante a identificação visual de pistas sociais em adolescentes autistas. A modulação mais elevada da potência teta central durante a identificação de rostos e os padrões aumentados de conectividade funcional do cérebro foram particularmente evidentes. Isto pode revelar um maior recrutamento de atenção e de mecanismos de monitorização de conflito para solucionar pistas sociais e está de acordo com as teorias de hiperconectividade relacionadas aos déficits sociais em crianças com autismo.