Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental condition with multiple causes, comorbid conditions, and a wide range in the type and severity of symptoms expressed by different individuals. This makes the neuroanatomy of autism inherently difficult to describe. Here, we demonstrate how a multiparameter classification approach can be used to characterize the complex and subtle structural pattern of gray matter anatomy implicated in adults with ASD, and to reveal spatially distributed patterns of discriminating regions for a variety of parameters describing brain anatomy. A set of five morphological parameters including volumetric and geometric features at each spatial location on the cortical surface was used to discriminate between people with ASD and controls using a support vector machine (SVM) analytic approach, and to find a spatially distributed pattern of regions with maximal classification weights. On the basis of these patterns, SVM was able to identify individuals with ASD at a sensitivity and specificity of up to 90% and 80%, respectively. However, the ability of individual cortical features to discriminate between groups was highly variable, and the discriminating patterns of regions varied across parameters. The classification was specific to ASD rather than neurodevelopmental conditions in general (e.g., attention deficit hyperactivity disorder). Our results confirm the hypothesis that the neuroanatomy of autism is truly multidimensional, and affects multiple and most likely independent cortical features. The spatial patterns detected using SVM may help further exploration of the specific genetic and neuropathological underpinnings of ASD, and provide new insights into the most likely multifactorial etiology of the condition.

BackgroundAnimal and human studies highlight the role of oxytocin in social cognition and behavior and the potential of intranasal oxytocin (IN-OT) to treat social impairment in individuals with neuropsychiatric disorders such as autism. However, extensive efforts to evaluate the central actions and therapeutic efficacy of IN-OT may be marred by the absence of data regarding its temporal dynamics and sites of action in the living human brain.MethodsIn a placebo-controlled study, we used arterial spin labeling to measure IN-OT-induced changes in resting regional cerebral blood flow (rCBF) in 32 healthy men. Volunteers were blinded regarding the nature of the compound they received. The rCBF data were acquired 15 min before and up to 78 min after onset of treatment onset (40 IU of IN-OT or placebo). The data were analyzed using mass univariate and multivariate pattern recognition techniques.ResultsWe obtained robust evidence delineating an oxytocinergic network comprising regions expected to express oxytocin receptors, based on histologic evidence, and including core regions of the brain circuitry underpinning social cognition and emotion processing. Pattern recognition on rCBF maps indicated that IN-OT-induced changes were sustained over the entire posttreatment observation interval (25–78 min) and consistent with a pharmacodynamic profile showing a peak response at 39–51 min.ConclusionsOur study provides the first visualization and quantification of IN-OT-induced changes in rCBF in the living human brain unaffected by cognitive, affective, or social manipulations. Our findings can inform theoretical and mechanistic models regarding IN-OT effects on typical and atypical social behavior and guide future experiments (e.g., regarding the timing of experimental manipulations).

ABSTRACT Could nose-to-brain pathways mediate the effects of peptides such as oxytocin (OT) on brain physiology when delivered intranasally? We address this question by contrasting two methods of intranasal administration (a standard nasal spray, and a nebulizer expected to improve OT deposition in nasal areas putatively involved in direct nose-to-brain transport) to intravenous administration in terms of effects on regional cerebral blood flow during two hours post-dosing. We demonstrate that OT-induced decreases in amygdala perfusion, a key hub of the OT central circuitry, are explained entirely by OT increases in systemic circulation following both intranasal and intravenous OT administration. Yet we also provide robust evidence confirming the validity of the intranasal route to target specific brain regions. Our work has important translational implications and demonstrates the need to carefully consider the method of administration in our efforts to engage specific central oxytocinergic targets for the treatment of neuropsychiatric disorders.