| 自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育疾病，其特点是社会交流困难，但也有很大的异质性。为了提供个性化的医疗方法，我们需要将自闭症患者分为具有不同生物特征和/或预后的亚群，从而更好地进行干预。我们试图通过测量N=436名健康和患有ASD的儿童与成人对面孔（社会互动中的关键）的神经（脑电图）反应，来验证对面孔的神经反应可以作为ASD的潜在分层因素。ASD早期阶段的平均面孔处理速度（N170潜伏期）比年龄匹配的对照组更慢。此外，N170潜伏期与梭状回对面孔的反应（用fmri测量）和ASD的多基因评分有关。在ASD组中，N170潜伏期预测了18个月随访期间适应性社会技能的变化；数据驱动的聚类确定了一个大脑反应较慢和社会预后不佳的亚组。在针对社会功能的模拟临床试验中，使用分布式数据驱动的分界点与预测的改善力有关。总之，这些数据为N170作为一种分层因子来确定ASD中生物学和预后学上的亚组提供了趋同的证据。本研究发表在Science Translational Medicine杂志。 简介： 自闭症谱系障碍(ASD)是一种神经发育疾病，与社会交往、沟通困难有关，存在限制性或重复性的行为或兴趣以及脱敏/过度敏感。ASD的原因是高度异质性的。有多个已确定的遗传因素和几个可能的环境因素，可能与遗传背景相互作用。症状表现也是多变的，无论是在核心症状上，还是是否存在一系列相关症状，如焦虑、抑郁、智力残疾或语言延迟。为了走向个性化干预与支持策略，我们需要将这一异质性人群划分为生物学上和预后上更同质的亚组。 参与社会困难是自闭症谱系障碍的主要症状。自闭症谱系障碍患者的社会困难会影响日常的适应功能。社会退缩和相关的孤独感是自闭症患者出现抑郁症和焦虑症等情况的主要风险因素，其发生率高于预期。制定社会功能的支持策略对于提高自闭症患者的心理健康、适应功能和独立技能以及生活质量至关重要。然而，社会困难可能与许多不同的神经生物学上的改变有关;识别“分层因子”是至关重要的，这是一种客观的测量方法，用于识别生物学上或预后上更同质的亚群。尽管对ASD进行了几十年的研究，但仍然没有有效的分层标志。关键步骤包括确定独立可靠的、机制敏感的、与已知生物系统相关的、可预测以及预后的、在临床上具有明确潜在应用背景的指标。 在此，我们重点关注N170对面孔的神经反应，作为ASD社会功能的一个候选分层因子。社会互动是复杂和快速的，因此，对面孔的专门知识是成熟社会互动的核心。N170（14）是一种对面孔敏感的负性事件相关电位，在刺激开始后170毫秒左右在枕颞电极上达到峰值（代表枕外侧区域，包括梭状回的神经元群的协调发射）；它可能反映了通过经验构建面孔专门知识，并对通过刺激反转测量的构型处理很敏感。 它的振幅和潜伏期具有中等至良好的个体内可靠性。在一项元分析中，自闭症患者相对于神经质对照组，ASD患者对面孔的N170平均潜伏期较长（较慢）（Hedges' g = 0.36），而不是非面孔控制刺激。在ASD内部，较快的N170潜伏期与更好的整体面孔处理、更强的社会适应和较少的社会困难有关。从预后的角度看，N170潜伏期与从童年到青春期的社会症状轨迹有关。 我们在一项欧洲多点纵向研究中检验了N170是否可以用于根据社会功能对436名患有自闭症和对照的人进行社会功能分层。 首先，我们检查了N170潜伏期的差异是否与临床表型(ASD的诊断状态)有关。 其次，我们通过测试N170潜伏期是否与专门知识敏感处理的测量（EEG中脸部倒置效应的大小）相关来检验机制敏感性。 第三，我们测试了N170潜伏期是否与ASD相关的生物途径有关，通过功能磁共振成像（fMRI）测量其与核心社会脑区对面孔反应的大小的相关性，以及与ASD多基因评分（PGS）的变化（许多以前与ASD相关的常见变异的聚集效应）。 第四，我们通过测试N170潜伏期是否能预测ASD组中后来的社会功能（在Vineland-II社会化量表及其组成子域上）来研究预后效用。 为了进一步探究临床效用，我们又研究了随访时与N170相关的Vineland社会化量表的子域本身是否与更广泛的临床变化（临床总体印象）和生活质量（儿童健康和疾病概况）有关。 我们使用蒙特卡洛模拟标准分布定义的N170分界点（通过创建一个N170潜伏期随年龄变化的标准模型，然后计算每个自闭症患者在该分布中的位置）富集临床试验的潜在统计检验力增益，这些被试更有可能随着时间的推移在社会功能方面没有表现出自发的改善。 数据来自LEAP，这是一项欧洲多地点纵向观察研究。对整个LEAP队列的临床特征存在两波完整的评估和正在进行的第三次评估。补充材料提供了完整的纳入/排除标准和方法细节。在每个研究地点，都有一个独立的伦理委员会批准这项研究;所有被试及其父母/法定监护人均提供书面知情同意（如适用）。LEAP研究的目标是识别自闭症的分层生物标志物;在本分析中，我们根据之前的文献预测，从脑电图对面孔的反应中得到的N170可以预测社会轨迹。被试没有被随机分配到特定的组或条件下，被试和实验者都对诊断状态不知情。所有分析阶段均不考虑年龄、地点和诊断状态。 我们纳入了436名具有有效脑电图数据的自闭症患者和非自闭症患者的总样本，他们的年龄在6到31岁之间，智商在50到148之间。没有排除异常值。纳入和排除标准见补充材料。 根据国际标准，五个地点使用三个不同的系统获得基线脑电图数据。EEG采集、清理、处理平均、峰值检测和提取的细节在补充材料中描述。使用TaskEngine /Presentation，被试被呈现三个直立或倒置的面孔（白人、非裔美国人和亚洲人），在四个block重复168次。每次试验都从一个随机选择的固定图标开始(2.9°的视角定位在脸部眼睛区域，随后出现在直立和倒立的条件下)。数据从每个地点以其原始的、特定于制造商的专有格式上传到中央存储库，并在EEGlab中进行预处理，以统一格式(62通道，在线参考点为FCz，采样率为1kHz)的数据。 除UCBM外，所有部位的视觉刺激时间都是用光电二极管进行测量和校正的。在Fieldtrip中，原始脑电图数据在刺激发生后的−200到800ms之间进行分段;带通滤波为0.1到30Hz, 使用2000ms填充;并重采样到500hz。用自定义编写的自动算法识别和去除伪迹，并检测出整个头皮的伪迹（电压>±100μV或电压差>150或0μV），并使用球面样条算法进行插值，其中至少有三个相邻的通道没有伪迹。 在电极FP1/z/2, AF7/8上检测到眼电(EOG)伪迹，并去除受污染的试次。将组平均数据校正基线(从- 200到0ms的平均振幅)。最后，通过手动监督的自动算法提取N170 (P7和P8)峰值振幅和潜伏期。表S2列出了数据丢失的分组，表S3列出了提供可用数据的被试和没有提供可用数据的被试在临床得分上的差异（见补充材料）。 为了测试表型与N170L关联的特异性，我们收集了核心（ADOS）、自闭症诊断访谈、相关症状和适应功能的临床测量。一部分样本(n = 145脑电图)在最初评估后14个月至2年再次进行随访;使用Vineland社会化域和先前工作中给出的组成分量表来评估社会功能的变化。使用儿童健康和疾病概况评估生活质量，使用临床全局印象量表评估一般变化。 作为LEAP协议的一部分，我们使用一个成熟的面孔匹配任务在3台特斯拉MRI扫描仪上获得了功能性脑反应，并交替使用面孔block (愤怒和恐惧的情绪面孔)和控制条件。 使用SPM12的标准分析程序对功能成像数据进行预处理和统计分析。为了确定EEGN170潜伏期是否与核心面孔敏感脑区相关，我我们使用fMRI来评估双侧的、事先定义的FFA的解剖掩模内的BOLD反应[2318体素，小体积校正;图S3]。FFA被认为是N170反应的主要来源之一。单核苷酸多态性基因分型是在“国家研究中心Génomique人类(CNRGH)”使用Illumina公司的InfiniumOmniExpress-24v1BeadChip (>700K标记)进行的。在质量控制和血统校正后，使用PRSice-2工具对198名自闭症患者和133名欧洲血统对照计算了一系列PGS评分（包括ASD）。 分析在SPSS24和R1.3.959中运行，并对每个核心问题的多重比较进行校正; 除非另有说明，统计学阈值被设定为双侧P<0.05。 (i)与临床表型的关系：我们对面部直立实验的N170潜伏期进行了线性建模，计算方法为诊断(ASD/对照)×脑半球(左[O1/P7]/右[O2/P8]) ×年龄组(6至11岁儿童/ 12至17岁青少年/ 18至30岁成人)。此外，通过添加“性别”作为固定效应和“地点”作为协变量，我们还测试了群体效应的稳定性。我们通过使用N170振幅重复这个模型来检查N170潜伏期的特异性。我们使用逻辑回归和留一交叉验证来测试其作为诊断标记的有效性。我们检查了N170与核心(ADOS社会情感、ADOS限制和重复行为量表、社会反应量表-2、Vineland社会化域和组成子量表)、相关(DAWBA外化和内化量表)症状和智商之间的并发关联，并对年龄进行了控制。 (ii)机制效用:我们在每个诊断组中使用了一系列根据年龄校正的偏相关来检验N170潜伏期与反转效应大小(N170振幅对正倒置面的影响)的关系。 (iii)与生物学的关系:对于遗传学，采用Spearman相关检验来研究ASDPGS和N170潜伏期(P7和P8的均值)之间的关系。对于fMRI，使用一般线性模型对单个对比图像进行体素分组水平分析，以评估fMRI反应与EEGN170潜伏期的关联。我们还评估了诊断和年龄的影响，同时控制了性别和地点的影响。在基于解剖学自动标记图谱（见图S8）的双侧梭状回（2318个体素）的体素水平上，使用小容积校正（SVC），以P=0.05的统计学阈值评估效果，并对其进行整体误差校正（FWE）。 (iv)预后效用:我们使用偏相关(SPSS)和留一交叉验证的回归模型(R包插入)来检验随访时N170潜伏期与Vineland社会化量表的域和子域得分之间的关系，同时控制年龄和基线访问时同一测量的分数，并探索关系是否因性别或控制地点而受到影响。我们使用Pearson相关来检验与N170显著相关(P < 0.05)的Vineland评分与CHIP(生活质量)的五个域评分之间的关系。然后，我们使用数据驱动的分析方法来检验EEG数据中的有意义的变异是否与其未来的社会行为有关。为了识别聚类，我们从大脑对面孔反应的四个电极(O1、O2、P7和P8)中提取单个事件相关电位，在Matlab中对降采样信号（为防止串扰-167Hz）进行了空间主成分分析（PCA；见补充材料）。我们取每个被试在PCA前7个成分，并对整个样本进行基于高斯混合模型的聚类分析(正则化值0.1，对角协方差矩阵，10次重复)。然后，我们使用一般线性模型检查了基线和随访之间的N170潜伏期、文兰社会化亚量表评分的变化，以及它们之间的相互关系是否在不同的聚类中存在变化。 (v)使用背景/在临床上的潜在效用:为了检验N170在临床试验背景下的潜在效用，我们首先拟合了一个N170潜伏期随年龄变化的标准模型，并在带有AUC计算的留一交叉验证逻辑回归中使用得出的Z分数，以检验可能改善或稳定/下降的个体在其Vineland社会化亚量表分数的预测效度。然后，我们使用R包cutpointr中的自举法(1000次)确定可能的分界点，以优化文兰社会化亚量表分数后续变化的敏感性或特异性。使用一个被选定为对检测和排除 "进步者 "具有良好敏感性的示范性zN170L分界，然后我们用蒙特卡洛模拟法来确定将临床试验的纳入限制在那些被预测随时间变化文兰社会化分量表分数稳定或下降的人的效果。结果 N170潜伏期和分类诊断 表1描述了样本的表型。正如预期，对直立面孔的N170潜伏期（N170L）随着年龄的增长而减少（F2,430=49.78，P＜0.001，ηp2= 0.188；图S1），并且ASD组平均水平比对照组慢（F1,430=9.43，P = 0.002，ηp2= 0.021；图1）。N170L在不同半球没有差异（F1,430 = 0.68, P = 0.41, ηp2= 0.002），诊断、年龄和半球没有交互作用（所有Fs < 1.7, 所有Ps > 0.2, ηp2s < 0.004）。 表1. LEAP样本中有EEG数据的个人的临床和诊断情况。数据呈现的是平均值（SD）。不包括剑桥大学的被试，因为他们没有做EEG。随访时的临床和诊断信息只针对那些具有有效基线和随访分数的人。随访时没有对对照组进行VABS测量。 IQ，智商。VABS，文兰适应性行为量表-II。ADI-R, 自闭症诊断访谈。ADOSCSSTotal, SA, RRB,自闭症诊断观察表总分、社会情绪、限制性和重复性行为的校准严重程度分数。DAWBA，发展与幸福评估。WASI，韦氏智力量表。WISC；韦氏儿童智力量表，NA；不适用。 图S1. 面孔倒置和面孔直立条件下的平均ERPs（B，N=442），以三岁为单位。试次流程的描述（A）。图1. 直立面孔刺激引起的N170事件相关电位和拓扑图。(A）平均事件相关电位波形，实线表示平均波形，±2SE为阴影，在ASD（n = 246）和对照组（n = 190），一般线性模型；F1,430 = 9.43, P = 0.002, ηp2 = 0.021。(C) 面孔刺激出现后150至250ms的激活拓扑图，标记电极P7和P8。 增加地点（见补充材料：五所大学\医学中心，使用了三种EEG采集设备）和性别以及它们与诊断组的交互作用并没有改变统计模式（组的主效应（F1,426 = 7.03, P = 0.02, ηp2= 0.013; 图. S4）；诊断组效应在地点（F1,426= 1.36, P = 0.25, ηp2 = 0.003）或性别（F1,426 = 0.16, P = 0.69, ηp2 < 0.001）上无显著差异，性别对N170L没有总体效应（F1,426 = 0.07, P = 0.80, P2 < 0.001）。图S4。直立面孔(face_up)和倒置面孔(face_inv)刺激诱发的平均事件相关电位(ERPs) (N=432)，说明了诊断和性别之间的交互作用。A)男,自闭症;B)男,控制;C)女,自闭症;D)女,控制。 与我们的预期一致，N170L作为诊断标志物的前景不佳。使用留一交叉验证，N170L逻辑回归预测ASD状态显著（EST = 9.57，SE = 3.30，Z = 2.9，P = 0.0037；图S2）。然而，曲线下面积（AUC）为0.56，表明预测效果相对较差，敏感度为0.19，特异性为0.81。按性别分组，男性（EST = 11.92, SE = 4.1, z = 2.91, P = 0.0036, AUC = 0.57, n = 301, sens = 0.13, spec = 0.88）比女性（EST = 5.31, SE = 5.7, z = 0.93, P = 0.35, AUC = 0.46, n = 135, sens = 0.61, spec = 0.33）表现略好。图S2. N170潜伏期与年龄、诊断和性别之间的关系(N=454)。ASD=自闭症谱系障碍;CTRL=控制。N170的振幅 样本总体上显示出右半球对面孔的反应比左半球大的标准模式（F1,430 = 28.61，P < 0.001；图1）。同样，振幅随年龄增长而下降（F2,430 = 64.163，P < 0.001；图S1）。各组在两个半球的N170振幅上没有差异（F1,430 = 0.358，P = 0.550；图1），半球和组之间没有明显的交互作用（F1,430 = 0.707，P = 0.401；图1）。 在ASD组内计算与症状学的相关，并控制年龄。更快的N170L与较少的社会症状相关（AutismDiagnosticObservationSchedule (ADOS) SocialAffect）[r209 = 0.20, P = 0.003;图S3)，但与限制和重复行为(r209 = 0.064, P = 0.36)不相关。未观察到与相关症状（内化、外化或智商(IQ)）的关联，表明其具有特异性(表S6和图S3)。如果将性别添加到模型中，那么N170L和ADOSSocialAffect之间的关联的大小就不存在显著的性别差异(以性别、年龄、N170L、性别*N170L为预测因子，以ADOS社会影响为因变量进行方差分析;性别与N170LF1,207 = 0.66, P = 0.42，ηp2 = 0.003;图S3)。
图S3. N170潜伏期、要点和相关症状之间的关系。 A)年龄(N=436)， B)自闭症诊断观察量表(ADOS)SocialAffect（SA）(N=212)， C) ADOS限制和重复行为(RRB;N=269)， D)文兰社会化(N=269)， E) 文兰应对(N=272)， F)文兰人际关系(N=272)， G)文兰玩耍和休闲时间(N=273)， H)社会反应量表(N=310)， I)语言智商(N=432)， J)行为智商(N=433)， K)内化(N=368)， L)外化(N=368)， M)性别划分的ADOS社会情感（SA）(N=438)。 倒置人脸会扰乱其结构和身份提取的处理；因此，如果N170L中的病例对照差异代表面孔处理的改变，那么我们应该看到面孔倒置对N170调制的相应差异。与对照组相比，ASD组N170L倒置效应确实有所减弱(交互作用:F1430 = 7.67, P = 0.006，hp2 = 0.018;ASD: F1,243= 0.02, P = 0.9，hp2 = 0.000;对照:F1187 = 15.86, P < 0.001，hp2 = 0.078)。倒置效应的组间差异大小不受性别的影响(F1427 = 0.27, P = 0.61，hp2 = 0.001;图S4)。与N170对结构加工的敏感性一致，在ASD组内，N170对直立面孔的潜伏期与倒置面孔对N170振幅和潜伏期的影响大小相关(年龄控制，倒置潜伏期r246 = 0.49, P < 0.001;倒置振幅r246 =−0.23,P < 0.001;图S5)。图S5:自闭症谱系障碍(ASD)和对照组(神经正常/NT)组(N=435)的N170潜伏期和(A) N170潜伏期和(B) N170振幅的倒置效应(直立-倒置)大小之间的关系N170潜伏期与振幅的内部一致性 在整个样本中，N170成分的内部一致性在两个半球都是良好或优秀的。观察到的组内相关系数（ICCs）在潜伏期（0.95）上高于振幅（0.84至0.88）。亚组分析（按诊断、年龄和是否有轻度智力低下）的ICC均为良好或优秀，但轻度智力低下组左半球的振幅为中等（ICC=0.69）。 与面孔敏感的fmri反应的关系 与形状匹配的对照条件相比，梭状回面孔区(FFA)的面孔敏感反应被评估为不同的血氧水平依赖(BOLD)反应。在有数据的ASD (n = 99)和对照组(n = 100)中，N170潜伏期与右侧梭状回的面孔敏感反应相关（MontrealNeurologicalInstitute (MNI)的峰值体素[30 -64 -10](t = 3.93, PSVC = 0.032;R2 = 0.131, N170b = 0.285, P < 0.001;图2,A和B)具有一定的区域特异性(图2。S6和S7);诊断组(F1,190≤7.38,PSVC≥0.860)和年龄(F1,188≤9.09,PSVC≥0.619)对该效应无调节作用。 图2.与功能磁共振成像、多基因评分和N170潜伏期的关系。 (A)梭状回面孔敏感功能反应与N170潜伏期之间的维度关联(ASDn = 99，对照组n = 100;一般线性模型;t = 3.93, PSVC = 0.032;R2 = 0.131, n170b = 0.285,p < 0.001); (C) ASD多基因评分与N170潜伏期反应的相关性(全样本:Spearman’sr2 = 0.026;P = 0.0031;ASD患者n = 198, r2 = 0.022;P = 0.039;控制组n = 133, r2 = 0.024;P = 0.074)。样本为198例ASD患者和133例欧洲对照。图S6.梭状回面孔区域先验定义掩膜示意图。A)轴向视图，B)矢状视图。梭状回面孔区域的掩膜来源于解剖学的自动标记图谱。图S7.反映不同高度阈值水平下面孔敏感BOLD反应与N170潜伏期之间关系的fMRI脑图示意图(从左到右)。高度阈值定义为t值A) t=1, B) t=2和C) t=3。峰值体素位于右侧梭状回面孔区MNI [30 -64 -10]， t=3.93。 较长的N170潜伏期与ASD较高的PGS有关（图2C；Spearman'sr2 = 0.026；P = 0.0031；ASD参与者r2 = 0.022；P = 0.039；对照组r2 = 0.024；P = 0.074），但与精神分裂症、脑容量、智力或体重指数无关（图S8）。当用新的SBayesR方法计算ASD-PGS时，N170L和ASD-PGS之间的相关仍然显著（P = 0.035）。与注意力缺陷多动症（ADHD）的PGS也有显著正相关（r2=0.01；P=0.039），与最近计算的 "ReadingtheMindintheEyes"测试分数的PGS存在负相关（r2= 0.01；P = 0.03），这是一个衡量认知移情的方法，对自闭症参与者来说可能更具挑战性。与文兰（Vineland）社会化量表的维度关系 为了确定N170L是否具有预后作用，我们研究了第一轮评估时的N170与第二轮评估时的Vineland社会化量表及其子域的变化之间的关系。在ASD组中，在控制年龄和基线分数的情况下，简单部分相关显示，基线时较快的N170潜伏期与基线和随访期间Vineland社会化量表的游戏和休闲时间（PlayandLeisureTime）子领域V-scale分数的较大改善有关（r141=-0.235，P=0.005；Bonferroni校正α= 0.02；图S9）。N170L与PlayandLeisureV-scale的变化之间的相关并没有因性别而有所不同（协方差分析（ANCOVA）；F1,139 = 0.055, P = 0.82, hp2 = 0.00）。其他量表没有显示预测关系（Ps>0.5）。 图S9.在ASD组（N=153）中，N170潜伏期与Vineland游戏和休闲时间（PLT）在基线和随访期间的变化之间的相关。A）PLT变化得分，B）PLT变化率（评估之间的差异得分/天） 控制基线年龄和基线与随访评估之间天数的回归也显示了N170潜伏期的效应显著（总体模型F3,144 = 3.05, P = 0.031, r2 = 0.06; N170Lbeta = -0.020, t144 = -2.15, P = 0. 033），用V-scale分数的变化率作为因变量（分数差除以时间差）并控制基线年龄也显示出同样的效果（总体模型F3,144 = 3.04，P = 0.031，r2= 0.06；N170Lbeta = -0.021，t144 = -2.26，P = 0.026；图S9），表明基线和随访之间的时间并没有混淆研究结果。 使用留一交叉验证并控制基线分数和年龄，线性回归证实了N170L与VinelandPlayandLeisureTimeV-scale分数变化之间的预测关系显著（est. = -24.39, SE = 8.48, t143 = -2.88, P = 0.0046）。控制地点的效应（t142=1.59，P=0.11）并不能消除总体效应（est.=-21.80，SE=8.58，t143=-2.54，P=0.01）。随访时的PlayandLeisureTimeV-scale分数在临床总体印象量表的五个结果类别中显著变化（对基线和随访之间变化的判断表示为 "很多/有点差"，"差不多"，"有点/很多"；F4,180 = 3.78，P = 0.006，hp2 = 0.079；控制年龄后F4,180 = 3.49，P = 0.009，hp2 = 0.074；图S10），而且随访时的高分与儿童健康和疾病概况测量的成绩（r162=0.36，P<0.001；控制年龄r158=0.38，P<0.001）、满意度（r176=0.21，P=0.004；控制年龄r173=0。23，P = 0.002），舒适度（r176 = 0.17，P = 0.023；控制年龄r173= 0.17，P = 0.028），和复原力（r176 = 0.20，P = 0.007；控制年龄r173 = 0.23，P = 0.001）的高分交叉关联，证实了其临床相关性。 图S10.随访时VinelandPlayandLeisureTimeV-scale分数与ASD组内儿童健康和疾病档案（CHIP）之间的关联。E）随访时的PlayandLeisureTimeV-scale分数以及基线和随访期间的临床整体印象变化。组平均水平EEG反应的聚类分析 我们研究了在四个关键电极（P7、P8、O1和O2）连接和下采样的单个EEG平均值上计算的高斯混合模型聚类分析是否能揭示被试的潜在 "亚群"。最简单的模型使用了三个聚类（贝叶斯信息准则=33,483，Akaike信息准则=33,294）；该模型在26次迭代后收敛，负对数似然值为16,603。表S8显示了ASD组内三个聚类的诊断和临床情况（聚类1，n = 118，48%；聚类2，n = 27，11%；聚类3，n = 101，41%）；简单地说，聚类在症状严重程度、IQ或性别方面没有差异，但在年龄方面有显著差异（F2,245 =57. 29，P<0.001，hp2=0.320；聚类1：平均=20.6岁，SD=4.3岁；聚类2：平均=15.1岁，SD=4.8岁；聚类3：平均=12.1岁，SD=4.7岁）。在三个聚类之间观察到N170潜伏期的明显差异（F2,245 =64.32，P < 0.001，hp2 = 0.975；图3；控制年龄F2,245 = 31.991，P < 0.001，hp2 = 0.209）。Bonferroni校正的事后检验证实，聚类2的潜伏期明显长于聚类1（P = 0.021）或3（P < 0.001）；聚类3的潜伏期短于群组1（P < 0.001）。这一分析证实，N170潜伏期在多维脑电图波形中捕获了有意义的一部分变异。 表S8: ASD组中三个聚类的临床概况。集群已按N170潜伏期排序，以便于解释。数字为平均值(标准差)。 (A)每组内PlayandLeisureTime分数的变化(一般线性模型;聚类1n = 73，聚类2n = 19，聚类3n = 53;F2144 = 4.41, P = 0.014，hp2 = 0.06)。 (B)每个聚类N170潜伏期(聚类1n = 118，聚类2n = 27，聚类3n = 101;F2245 = 64.32, P < 0.001，hp2 = 0.975)。 (C) P7(上)和P8(下)的每个聚类波形，实线表示平均振幅，阴影区表示±2SE。 (D)第2组内N170L与PlayandLeisureTime分数变化之间的关系(n = 19;Pearson’sr19 =−0.517,P = 0.023)。 PlayandLeisureTime分数的群体差异(F2,144 = 4.41, P = 0.014，hp2 = 0.06;图3)，尽管在控制年龄时，这种效应不显著(F2144 = 2.21, P = 0.11，hp2 = 0.03)。聚类2 (N170潜伏期较慢)在基线和随访期间PlayandLeisureTimeV-scale得分的变化明显小于聚类3 (P = 0.019)。在聚类2中，P7和P8的N170对直立面孔的潜伏期之间的关联解释了基线和18个月随访期间相同子域VinelandSocialization (PlayandLeisureTime)评分变化的25%以上的变异(r19 =−0.517,P = 0.023;控制年龄r16 =−0.56,P = 0.015;)。 在VinelandPLT得分方面，各组群的提高者/未提高被试的数量也存在差异。聚类2中有68% (n = 13 / 19)的个体没有改善/下降(变化分数≤0)，而聚类1中有58% (n = 42 / 73)，聚类3中有42% (n = 22 / 53) (c22= 5.23, P = 0.07)。创建年龄调整后的zN170L分数，作为纳入标准使用 我们使用标准模型将ASD组的原始N170潜伏期转换为zN170L，这是一个代表年龄校正后与NT组平均值偏差的分数。该模型的均方根误差（RMSE）为24.4ms，其中22.3%的N170潜伏期变异由年龄解释。作为比较，年龄对N170潜伏期的线性拟合的RMSE为25.4ms，解释了17.0%的变异。与线性拟合相比，标准模型解释的变异增加了5.3%（图S11）。 A): 深灰色阴影代表与年龄调整后的平均值相差1个标准差，浅灰色阴影代表相差2个标准差。黄线代表年龄调整后的均值。B): 自闭症谱系障碍（ASD）组和对照组（NT）（N=454）的N170L的Z分数分布图。 使用zN170L分界点富集临床实验的蒙特卡洛模拟 为了提供一个zN170L在临床试验中潜在效用的简化例子，我们使用基于蒙特卡洛的临床实验模拟来比较模拟富集/未富集N170潜伏期的实验样本量来计算的统计检验力（图S12和S13）。 在本样本中，以+0.5SD为例，72%（58人中有42人）的ASD没有改善/下降，而低于+0.5SD分界线的被试有40%（n = 35/87）（c2 = 14.5，P < 0.001）。我们模拟了2500个随机（1:1）12周临床试验安慰剂对照富集\非富集临床试验，使用预估干预的固定效应大小Cohen'sD=0.45。基于整个模拟的插值，在非富集安慰剂对照的临床试验中，每组大约需要78名被试，才能以80%的概率（二类错误β=0.20）检测出同等程度的有效药物效应，其数值为α=0.025（单侧，等同于α=0.05时的双侧）。相反，在富集临床试验中，每组约有48名被试，也能达到同样的80%的概率检测到类似的药物效应。这意味着样本量减少了约38%（图S13A）。图S14说明了优化分界点的自举方法（1000次迭代），以便在合理的特异性水平（A）或在合理的敏感性水平（B）的情况下最大限度地提高统计检验力的敏感性。使用留一交叉验证和逻辑回归来预测从优化的zN170L分界点（est. -0.56, SE = 0.18, z = -3.1, P = 0.002）得到的AUC为0.65，敏感度为0.66，特异性为0.59（仅男性：est. -0.54, SE = 0.21, z = -2.61, P = 0.009, AUC = 0.66, sens = 0.67, spec = 0.60；仅女性：est. -0.65, SE = 0.38, z = -1.73, P = 0.08, AUC = 0.57, sens = 0.61, spec = 0.5) 
图S12；在不同的N170潜伏期分界点上，采用富集N170分界点的ASD组被纳入临床实验的百分比（绿色）和占总实验的百分比（蓝色）（N=125）。 A）安慰剂对照的富集N170潜伏期与未富集N170潜伏期的临床试验的样本量统计检验力（使用0.5标准差作为分界点）。所模拟的干预效果为非富集人群中的Cohen'sD = 0.45，所模拟的实验时间为12周。 B）接收者操作特征曲线显示了使用不同的zN170L分界值检测非提高者所达到的敏感性和特异性（面积=0.67，标准误差=0.04，95%CI=0.590.76）。 我们提供的证据表明，N170是一个有前景的分层标志物，可能在临床实验中具有实用性。一种选择是将N170潜伏期相对较长的个体有选择地纳入试验，因为他们（从概率上讲）比N170较短的个体在社会适应功能方面出现自发改善的可能性要小；另一种选择是将N170作为基线协变量。首先，我们显示了对我们队列中的临床表型的敏感性：作为一个群体，ASD患者对直立面孔的N170反应较慢，重复了最近的元分析研究。这种影响不随年龄、性别或收集地点而变化，也不受智商或相关条件（如多动症或焦虑）的干扰。第二，N170潜伏期的变化与构型处理的标志物（脸部反转效应）有关。第三，我们展示了与其他生物学变量的关系:整个队列中N170潜伏期的变化与ASD的高多基因易感性和与涉及面孔处理的核心脑区梭状回的fMRI反应相关。第四，我们证明了潜在的预后效应。在维度和亚型分析中，N170潜伏期的变化与18个月期间的社会临床预后（VinelandSocializationPlayandLeisureTime得分的变化，该子域在随访中与基线和随访之间的整体变化印象有关，同时也与生活质量的关键措施有关）有关。最后，我们进一步定义了潜在的使用环境。我们表明，从数据中得出的分界分数可以提高临床试验的效率，减少潜在的安慰剂效应的程度。总之，我们认为，N170符合作为ASD分层因素的核心标准。 我们的工作复制并扩展了以前的证明，即自闭症患者群体比对照组（其中一部分人有不同病因的轻度智力障碍）显示出较慢的N170反应潜伏期。在我们的队列中，这没有被相关的内化或外化症状或智商所混淆；仅与观察到的社会症状有唯一的基线关联。N170潜伏期的延迟并不是ASD特有的，患有精神分裂症等疾病的群体也显示出N170振幅的改变，这与一般的面孔识别能力有关。然而，精神分裂症与ASD有大量的遗传重叠，这与常见的基于分子的脑表征有关。因此，在ASD内部刻画异质性的标志物很可能是跨诊断性的。这一观察可能会影响其效用，例如作为一个假定的诊断标记（见下文），但这不会减少N170作为一个潜在的分层标记的效用，可能有助于我们解析ASD队列中的异质性。 然而，我们对目前有关分层的研究结果在多大程度上是针对ASD的，或者说是对其他情况的普遍性进行推断的能力是有限的，因为我们没有包括另一种发育状况的对照组，这将是未来工作的一个重要步骤。我们没有观察到N170L的性别差异或N170L的群体差异，也没有观察到N170L与同时或未来的社会行为测量之间的关系。以前观察到神经症女性的N170L比男性潜伏期短，自闭症女性的N170L比男性潜伏期长，这可能导致人们期望女性的群体差异比男性大，但这在本样本中没有得到证实。然而，男性的N170潜伏期与诊断和社会化分数变化之间的预测关系更强。这些分析应考虑到我们3:1的性别比例，这可能会影响我们检测自闭症的女性和男性特征中的有意义的差异，或独立分析在自闭症女性中检测到的效应。今后的研究需要在性别更平衡的样本中进行调查，以确定标记物是否需要进行性别分层。此外，我们没有测量性别认同，这可能对社会处理有不同的影响。因此，在将我们的结果推广到数据代表性较差的人群时，应当谨慎 我们表明，从一项包括18000多名ASD患者和27000名对照者的全基因组关联研究（GWAS）中计算出的多基因ASD评分与N170潜伏期的变化相关。以前的一项双生子研究报告了对N170的遗传贡献。我们的研究表明，这种N170L的遗传性与ASD的遗传性呈正相关（也可能与其他精神病的遗传性相关，因为ASD与其他疾病的遗传性相关）。然而，观察到的最强的相关性是ASD PGS的相关性，因为相对于对照组，ASD的个体在对面孔的N170反应上显示出可重复的差异。目前的限制是，多基因ASD评分所解释的变异比例相对较低（约2%）。进一步的工作可以通过检查携带大效应基因突变的被试的N170来补充这一方法，这些突变可能作用于更多的神经通路。最近的一项研究显示，ASD的PGS与8个月时N170的婴儿前体之间存在关联，这也与后来的诊断有关，表明与ASD有关的基因对脸部处理的神经相关性的影响可能在人类的发育早期出现，并可能在症状出现的因果路径上发挥作用。这可能与其他证据一致，即自闭症特征的维度变化的遗传病因与自闭症诊断的病因相似，以及自闭症特征的维度变化是由多个维度发育改变的综合影响所支撑的提议，其中一个可能是由较长的N170L所指代的。 N170L也与PGS有关，该研究来自89553人的GWAS，这些人完成了一项名为 "ReadingtheMindintheEyestest "的认知移情测试。该测试要求通过观看孤立的眼睛图片来解读情感表达，而一些自闭症患者在这方面有困难。虽然在得出强有力的结论之前还需要进行重复研究，但鉴于自闭症患者与对照组相比，当注意力集中在面孔眼睛区域时，N170L的速度最慢，这可能表明通过眼睛注视对高级情感识别和早期面孔处理的作用，以及它们共同的神经生物学路径。此外，N170L与ADHD的PGS有关（但与外化的行为测量无关）。尽管重复实验是必要的，但我们的结果可能表明，N170L既有相对的ASD特异性机制，也有广泛的精神病理学原因，这一切可能开始于人类的早期发育。 N170是如何提供自闭症患者社会困难的潜在机制信息的?N170富集的神经数据为我们提供了许多研究途径。首先，N170对面孔的反应可能是一个专门的面孔处理系统的反应。该系统是与生俱来的，并且有选择地专门从事面孔处理。如果如此，我们的研究结果可能表明，面孔处理系统的某些早期的变化可能会影响后续的社会发展。当采用个体差异的方法时，颞叶(如梭状回)中的面孔选择反应与N170成分高度相关，在本研究中也是如此。另一种可能的情况是，N170可能更受经验的影响而不是生理成熟。在本样本中，更快的N170潜伏期与N170潜伏期和振幅的人脸反转效应的大小相关，支持其与构型处理的关系。构型处理比特征处理发展得更缓慢。因此，N170的面孔敏感性可能反映了基于专业知识的面孔学习过程的结果。区分这些可能性是未来工作的重要一步。 我们提供的证据表明，N170延迟的变化预测了18到24个月期间社会适应行为的变化。这与N170的幼儿前体(N290)和社会适应行为之间的并发关系以及N290潜伏期和ADOS上观察测量的社会症状轨迹之间的预测关系的研究一致。我们观察了N170潜伏期与VinelandSocializationPlayandLeisureTime子量表之间的维度关系;在N170潜伏期特别长、Vineland评分无变化或负变化的数据驱动的子集中，二者关系更强。PlayandLeisureTime分数与QualityofLife的测量相关，表明它们的临床相关性。这些结果需要重复实验。我们没有预测所预测关系仅限于PlayandLeisureTime分量表。该量表询问了话轮转换、对规则的理解和独立的社会活动，这些活动具有面孔效度，可能反映了从面孔和更广泛的集群中处理信息的专业知识。与更广泛的Vineland量表不同的是，对子量表没有最小临床意义变化的估计，这是未来工作的一项重要任务。 此外，尽管我们使用了留一交叉验证来验证N170L和Vineland子标度之间的预测关系，外部复制数据集仍然很重要。虽然这是一项多地点研究，并且地点没有解释预后或N170L的差异，但每个地点没有招募足够大的或具有预后数据的代表性样本来测试单个地点预测模型的普遍性。我们还必须解释为什么与这个Vineland量表的关联仅仅是预后性的，而不是并发的。在一项从儿童到青少年的纵向研究中也观察到了这种模式，该研究发现了N170发育前体的潜伏期与发育过程中ADOS社会症状变化的斜率之间的关联，但没有发现并发症之间的关联。如果感知或注意力的变化影响了环境中学习，那么大脑的变化可能先于行为的变化出现。随着时间的推移，这种变化会产生影响会累积，最终表现在行为上。预测未来的变化轨迹也可能被证明会比测量大脑与同时进行的行为相关更有效，部分原因是，如果基线和后续测量高度相关，测量被试内部单一变量的变化可以增加信息量。然而，要在这一领域取得进展，还需要对支撑模型进行大规模的严格测试。此外，我们的研究没有囊括具有其他症状的组，无法确定自闭症患者预后有效性的特异性。我们没有对Vineland亚量表有临床意义的最小变化的估计，很难确定随时间变化的适当界限。我们没有访问外部数据集来重复我们的预后关联。虽然我们的样本很大，但单个地点的样本量不足以测试不同地点的研究结果的正式复制。我们没有同时考虑性和性别，这在以后的工作中是很重要的。我们没有对自闭症患者的PlayandLeisureTime子量表的意义进行评估，这种评估这对于判断其作为假定干预目标的价值至关重要。 总之，N170作为一种假定标记的效用已经被广泛讨论。作为诊断性生物标志物的效用显然受到了ASD患者和本研究中所述对照组之间大量人群重叠的限制，以及N170潜伏期也在其他疾病如精神分裂症中存在的限制。如果将其作为临床实验的最终标志，需要比目前更严格的表型关联数据。然而，N170可能更适合作为富集实验标志。这就需要使用N170来选择ASD人群中的一个子集，以进入针对社会功能的实验。这种“富集实验”标志由支持策略的设计人员斟酌使用。在这种情况下，对诊断类别不可能有完美的敏感性和特异性。 如果N170在一定程度上反映了社会专业能力的指数，那么N170潜伏期较慢的ASD患者在统计上可能更有可能在他们的社会功能方面有较差的预后，并在有针对性的社会支持策略中获益更多。我们的研究通过维度和分类分析方法为Vineland的一个子域的预后价值提供了证据。我们还展示了数据驱动的分界可以识别样本纳入标准的原理证明，这些标准可用于针对那些欠自发改善的临床实验，提高检验力和效率。这不仅对于降低预期安慰剂效应的大小很重要，而且对于降低风险收益比和提高个体做出知情选择的能力也很重要。同样要注意，基于N170标准限制实验的被试纳入将使招募工作更具挑战性。我们选择建模的分界点是任意的，调查人员可能会根据他们的目标选择一个分界范围。为了在临床应用中得到充分验证，需要在独立样本中复制特定的分界。 另一种不需要任意选择的方法可能是在临床试验中使用N170L作为基线协变量，以提高效应统计估计的精确度。未来的工作应检验我们确定的亚组是否更有可能从针对相关生物或社会系统的特定支持策略中受益。总之，精神病学中分层生物标志物的前景早已被认识到，但尚未实现。我们的工作可以为下一代的研究提供一个蓝图，即从生物标志物的发现到验证，为自闭症患者提供最佳的治疗结果。 |
