Fagiolini e Artoni, in stretta collaborazione con Takao Hensch e Charles Nelson presso Boston Children, hanno proposto l’ipotesi secondo cui le persone con disturbi dello spettro autistico (ASD) presentano un’alterazione degli stati comportamentali. Studi precedenti indicano che i circuiti colinergici del cervello, che sono coinvolti nell’eccitazione, sono particolarmente perturbati e che l’eccitazione alterata influisce sia sulla dilatazione/costrizione della pupilla spontanea sia sulla frequenza cardiaca. Il gruppo di ricerca di Fagiolini, supportato dall’IRCN presso il Boston Children’s F.M. Kirby Neurobiology Center, ha condotto una ricerca volta a misurare le fluttuazioni della pupilla in diversi modelli animali con ASD, compresi i topi con le mutazioni che causano la Sindrome di Rett o il disturbo CDKL5, nonché i topi BTBR. I risultati della ricerca hanno dimostrato che la dilatazione e la costrizione spontanee della pupilla sono modificate anche prima che gli animali iniziassero a mostrare sintomi simili all’ASD. Inoltre, nei topi privi del gene MeCP2, il gene mutato nella Sindrome di Rett, la ripristinazione di una normale copia del gene ha prevenuto l’insorgenza di anomalie pupillari e sintomi comportamentali solo nei circuiti cerebrali colinergici.
In seguito al suddetto studio preliminare il gruppo di ricerca, sulla base di circa 60 ore di osservazione di questi topi, hanno progettato un algoritmo di apprendimento profondo per riconoscere modelli pupillari anomali. Lo stesso algoritmo ha stimato accuratamente la disfunzione colinergica nei topi con deficienza di BTBR, CDKL5 e MeCP2. Dunque, in un altro loro studio i ricercatori hanno utilizzato tale algoritmo in 35 ragazze con Sindrome di Rett e in 40 ragazze con sviluppo tipico. Invece di misurare la dilatazione e fluttuazione pupillare delle ragazze (poiché i pazienti possono agitarsi), hanno usato le fluttuazioni della frequenza cardiaca come misura dell’eccitazione. L’algoritmo ha comunque identificato con successo le ragazze con Sindrome di Rett, con un’accuratezza dell’80% nel primo e nel secondo anno di vita.
In sostanza, i ricercatori hanno identificato due biomarcatori (fluttuazione pupillare e frequenza cardiaca) dei soggetti con ASD e Sindrome di Rett. Fagiolini e Artoni concludono asserendo che l’eccitazione autonoma, una proprietà del cervello che è fortemente preservata tra le diverse specie, è un robusto indicatore di una traiettoria evolutiva alterata

• I coautori dello studio erano Arianna Piffer, Viviana Vinci, Jocelyn LeBlanc, Charles A. Nelson e Takao K. Hensch. Lo studio è stato supportato dalla borsa di studio interdisciplinare Human Frontier Science Program (LT000975 / 2015C), Rettsyndrome.org, Associazione Italiana Sindrome di Rett, Istituto nazionale di patologie neurologiche e ictus (R01NS095959), Iniziativa del Centro internazionale di ricerca internazionale Premier –International Research Center for Neurointelligence (IRCN) e il National Institute of Mental Health Silvio Conte Center (P50MH094271). Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.