Synestesti och autism - en tvillingstudie om överlappande neurala mekanismer och deras orsaker
För personer med synestesi leder vissa stimuli som ljud, skrivna bokstäver eller smaker till ytterligare sensoriska upplevelser som färg, struktur eller form. Mekanismerna som orsakar synestesi är okända, men synesteter har en förändrad hjärnkonnektivitet. Synestesi i sig är inte patologiskt, men är mer vanligt förekommande hos personer med autismspektrumtillstånd (AST). AST kännetecknas av svårigheter med socialt interaktion. Ofta har personer med AST också en ovanlig känslighet för vissa sinnesintryck, och en förstärkt uppmärksamhet på detaljer. Samma perceptuella och sensoriska avvikelser är vanliga vid synestesi. Däremot har synesteter sällan svårigheter med social interaktion. Förekomsten av båda dessa två neurologiska tillstånd kan ytterligare associeras med speciella talanger (savant-färdigheter) som observeras hos en del personer med AST.
Vi kommer att undersöka sambandet mellan AST och synestesi hos tvillingar med hjärnavbildningsmetoder. På så sätt kan vi undersöka likheter och skillnader i hjärnkonnektivitet och sensorisk bearbetning mellan tillstånden, och hur dessa bestäms av genetik och miljöfaktorer. Vi kommer även att undersöka de neurala orsakerna till ökat detaljfokus i båda tillstånden.
Resultaten kommer att ge avgörande insikter i utvecklings- och neurala mekanismer av både synestesi och AST, och en viktig inblick i mekanismerna bakom ökat detaljfokus och hur synestesi och sensorisk bearbetning bidrar till savant-färdigheter hos vissa personer med AST.
Slutredovisning
Projektets syfte samt utveckling
Synestesi är ett fenomen där vissa sensoriska intryck (till exempel ljud eller bokstäver) automatiskt utlöser ytterligare sensoriska upplevelser (t.ex. färg). Synestesi är mycket vanligare bland personer med autism än i befolkningen i allmänhet. Dessutom delar synestesi och autism vissa egenskaper, såsom förändrad sensorisk bearbetning, förändringar i kommunikation mellan hjärnregioner, och en genetisk bakgrund som involverar flera gener. Detta fynd tyder på att det kan finnas likheter mellan deras bakomliggande orsaker och hjärnmekanismer. Etiologin bakom såväl synestesi som autism samt deras samförekomst är dock inte helt klarlagda.
Det övergripande målet med detta projekt var att generera nya insikter om mekanismerna bakom både synestesi och autism och deras potentiellt överlappande orsaker.
Projektet var det första som undersökte sambandet mellan synestesi och autism bland tvillingar. Detta medförde två viktiga fördelar. För det första kunde vi undersöka sammanhang med maximal kontroll över genetiska och miljöfaktorer genom att jämföra tvillingar med varandra. För det andra möjliggjorde att jämföra enäggs- med tvåäggstvillingar i en stor tvillingkohort på befolkningsnivå att undersöka i vilken utsträckning genetiska och miljömässiga faktorer som bidrar till synestesi och dess samband med autism. Vi undersökte också i vilken utsträckning perceptuella förändringar, som tidigare rapporterats vara likartade under båda tillstånden, inklusive deras underliggande neurala mekanismer, verkligen var desamma för synestesi och autism.
Projektet genererade flera nya insikter om synestesins ärftlighet, om de genetiska och miljömässiga faktorer som bidrar till kopplingen mellan synestesi och autism, och om både likheter och skillnader i de perceptuella profilerna som utmärker synestesi och autism.
Kort om genomförandet
Detta projekt genomfördes i fyra datainsamlingssteg. I steg 1 gjordes en kort synestesi-screening på 4262 artonåriga tvillingar inom ett mer omfattande forskningsprojekt (Child and Adolescent Twin Study in Sweden; CATSS). Synestesins ärftlighet uppskattades med hjälp av klassisk tvillingmodellering, och den genetiska och miljömässiga grunden för dess koppling till autistiska drag undersöktes. I steg 2 genomförde tvillingar med och utan autism från Roots of Autism and ADHD Twin Study in Sweden (RATSS) ett objektivt synestesitest som klassificerar synesteter från icke-synesteter och indikera i vilken utsträckning en person har synestetiska egenskaper. Vi undersökte sambandet mellan graden av synestetiska egenskaper och autistiska drag, sensorisk känslighet och uppmärksamhet på detaljer och jämförde tvillingarna med varandra. I steg 3 bjöd vi in tvillingpar från CATSS där minst en tvilling uppgav sig uppleva synestesi till en online-studie med syftet att bekräfta synestesi på ett objektivt sätt och identifiera tvillingpar där en tvilling uppvisade synestesi, och den andra inte, dvs. tvillingpar som är diskordanta för synestesi. Tvillingpar med diskordans för synestesi respektive autism, samt en grupp med neurotypiska tvillingpar från RATSS bjöds sedan in till en studie på plats (steg 4) som bestod av flera undersökningar. Steg 4 inkluderade en hjärnavbildningsundersökning om hjärnmekanismerna bakom uppmärksamhet för detaljer, ett testbatteri på detaljorienterad respektive globalt orienterad sensorisk bearbetning, samt tester av minnesfunktioner och intellektuell förmåga. Slutligen gjordes en intervju om extraordinära talanger och hur synestesi upplevs i vardagen (fördelar och nackdelar).
Projektets tre viktigaste resultat, samt ett resonemang om projektets slutsatser
Resultaten från steg 1 i studien visade att synestesi var ärftligt (~46%) men också påverkat av miljöfaktorer som skiljde sig mellan tvillingarna (54%). Sambandet mellan synestesi och autistiska drag uppskattades vara starkt (>70%) genetiskt. Vidare verkade vissa aspekter av autistiska drag, nämligen repetitiva beteenden, begränsade intressen och uppmärksamhet på detaljer, vara starkare förknippad med synestesi. Sambandet med sociala och kommunikativa svårigheter och synestesi var däremot försumbart (Taylor et al., under granskning, Nature Human Behaviour).
Resultaten från steg 2 visade att individer som hade högre synestesipoäng än sina tvillingar på det objektiva synestesitestet också hade högre poäng på självrapporterad sensorisk känslighet och uppmärksamhet på detaljer. I kontrast till vad som tidigare hittats hos personer med autism, var de dessutom bättre på att integrera visuella fragment till en global helhet (van Leeuwen et al., 2021, Cortex).
De huvudsakliga fynden av steg 4 visar att de perceptuella förändringarna kopplade till synestesi och autism skiljer sig åt. Till exempel var individer med högre autistiska drag bättre på att upptäcka små förändringar i naturalistiska scener jämfört med sina tvillingar. Däremot lurades synesteter, jämfört med deras tvillingar och andra personer utan synestesi, i lägre grad av vissa visuella illusioner som bygger på en automatisk integration av visuell kontextinformation. Vidare såg vi ett uppgiftsrelaterat aktiveringsmönster av parietala, frontala och visuella hjärnregioner oavsett grupp (p<.05, fwe korrigerad), vilket tidigare rapporterats i en studie med en liknande men mindre kontrollerad version av samma uppgift (t.ex. walter et al, 2011, plos one). vi hittade gruppskillnader med ökad aktivitet för kontroller i parietala regioner (p=".001)," och mer aktivitet i frontala och parietala områden hos autistiska deltagare (båda p><.001). för synesteter jämförd med deras tvillingar fann vi mer aktivering i parietala, men också limbiska och visuella hjärnregioner (precuneus, höger putamen, lateralt occipitalt komplex, alla p><.001). detta resultat planeras att publiceras i vetenskapliga tidskrifter under 2023.>
Slutsatser
Vi drar slutsatsen att synestesi är ärftlig, men också påverkad av miljöfaktorer som tvillingar inte delar med varandra, medan genetiska faktorer verkar spela en dominerande roll i kopplingen mellan synestesi och autism. Vidare tyder fynd från både steg 1 och 2 på att synestesi är framförallt kopplat till icke-sociala autistiska drag.
Vara resultat visar också att det finns skillnader i uppmärksamheten på detaljer kopplad till synestesi respektive autism, beroende på uppgifternas specifika krav och karaktär. Att synesteter visar en ökad integrationen av visuell information när uppgiften kräver detta och en minskad integration i samband med illusioner tyder på en högre grad av flexibilitet i denna process hos synesteter. Våra hjärnavbildningsresultat visade att hjärnregioner som integrerar visuell information på högre nivå är involverade i olika grad i detaljbearbetning inom synestesi och autism, medan mekanismerna för förändrad detaljbearbetning inom synestesi verkar dessutom involvera visuella regioner av som ligger längre ner i processhierarkin. Vissa skillnader hittade vi bara inom tvillingpar (t.ex. När vi jämförde individer med synestesi med deras tvillingar), som ytterligare betonar vikten av den diskordanta tvillingdesignen.
Sammanfattningsvis verkar synestesi och autism vara sammankopplade via delade genetiska faktorer, som antagligen är mer kopplade till uppmärksamhet och perception än sociala färdigheter. Samtidigt som detaljfokuserad uppmärksamhet kännetecknar både synestesi och autism, så uttrycker det sig på olika sätt.
Eventuella nya forskningsfrågor
Nästa steg inbegriper identifieringen av typen av gener som påverkar både, synestesi och autism, och att identifiera konkreta miljöfaktorer i synestesi. Exempelvis kan det handla om individuella upplevelser i skolan, trauma eller andra typer av händelser som bara drabbar en tvilling. Vidare vill vi utforska möjliga moduleringseffekter baserat på kognitiv belastning och sensorisk känslighet, som skulle kunna förklara varför synesteter och personer med högre autistiska drag presterar bättre i vissa uppgifter söm kräver detaljfokus men inte andra. Dessutom vill vi närmare undersöka om mekanismerna bakom hyperkänslighet för sensoriska stimuli är desamma för synestesi och autism.
Hur projektgruppen har spridit forskningen och resultaten samt om och hur samverkan skett
Vi kommunicerade resultaten och studiekonceptet vid nationella och internationella konferenser (ser nedan). Dessutom nå vi regelbundet ut i populärvetenskapliga forum, både för att öka kunskapen om synestesi bland allmänheten och för att möta behovet för information och utbyte. Vi samarbetade med olika forskargrupper, t.ex. med Paul Lichtensteins grupp (Karolinska Institutet) kring klassisk tvillinganalys och Johan Wagemans’ grupp (Leuven University) kring experimentell design.
1. Forskningskonferenser
• 2023 – 14:e vetenskapliga kongressen om autismspektrumet, Freiburg, muntlig presentation och poster
• 2021 – 29:e Europeiska kongressen för psykiatri (EPA), posterpresentation
• 2020 - Årsmöte för International Society for Autism Research (INSAR), poster
• 2019 – 42:a upplagan av European Conference on Visual Perception, Leuven, Belgien, muntlig presentation inom symposiet om synestesi och autism
• 2019 - 49: e årsmötet för Behavior Genetics Association, Stockholm, Sverige, poster
• 2018 - Årsmöte för det strategiska forskningsområdet Neurovetenskap vid Karolinska Institutet, Sånga Säby
2. Populärvetenskapliga bidrag
• Intervju om synestesi och autism i Special nest, 2023
• Informationsträff om synestesi och dess samband med olika diagnoser (“synestesicafé”), Stockholm, november 2022
• Samtal om synestesi, Färgcentrum Stockholm, 2022
• Bidrag till podden "Allt Du velat veta" 2021
• Samtal på Aha-festivalen 2021, Chalmers, Göteborg
• Interview in Medicinsk Vetenskap, 2020
• Artikel om synestesi och autism i tidskriften Speciellt, 2017 & 2019
3. Schemalagda intervjuer
• Inbjudan till intervju om sensorisk bearbetning vid autism för podden "Funka olika"
• Inbjudan till intervju om synestesi i Medicinsk Vetenskap 2023
Synestesi är ett fenomen där vissa sensoriska intryck (till exempel ljud eller bokstäver) automatiskt utlöser ytterligare sensoriska upplevelser (t.ex. färg). Synestesi är mycket vanligare bland personer med autism än i befolkningen i allmänhet. Dessutom delar synestesi och autism vissa egenskaper, såsom förändrad sensorisk bearbetning, förändringar i kommunikation mellan hjärnregioner, och en genetisk bakgrund som involverar flera gener. Detta fynd tyder på att det kan finnas likheter mellan deras bakomliggande orsaker och hjärnmekanismer. Etiologin bakom såväl synestesi som autism samt deras samförekomst är dock inte helt klarlagda.
Det övergripande målet med detta projekt var att generera nya insikter om mekanismerna bakom både synestesi och autism och deras potentiellt överlappande orsaker.
Projektet var det första som undersökte sambandet mellan synestesi och autism bland tvillingar. Detta medförde två viktiga fördelar. För det första kunde vi undersöka sammanhang med maximal kontroll över genetiska och miljöfaktorer genom att jämföra tvillingar med varandra. För det andra möjliggjorde att jämföra enäggs- med tvåäggstvillingar i en stor tvillingkohort på befolkningsnivå att undersöka i vilken utsträckning genetiska och miljömässiga faktorer som bidrar till synestesi och dess samband med autism. Vi undersökte också i vilken utsträckning perceptuella förändringar, som tidigare rapporterats vara likartade under båda tillstånden, inklusive deras underliggande neurala mekanismer, verkligen var desamma för synestesi och autism.
Projektet genererade flera nya insikter om synestesins ärftlighet, om de genetiska och miljömässiga faktorer som bidrar till kopplingen mellan synestesi och autism, och om både likheter och skillnader i de perceptuella profilerna som utmärker synestesi och autism.
Kort om genomförandet
Detta projekt genomfördes i fyra datainsamlingssteg. I steg 1 gjordes en kort synestesi-screening på 4262 artonåriga tvillingar inom ett mer omfattande forskningsprojekt (Child and Adolescent Twin Study in Sweden; CATSS). Synestesins ärftlighet uppskattades med hjälp av klassisk tvillingmodellering, och den genetiska och miljömässiga grunden för dess koppling till autistiska drag undersöktes. I steg 2 genomförde tvillingar med och utan autism från Roots of Autism and ADHD Twin Study in Sweden (RATSS) ett objektivt synestesitest som klassificerar synesteter från icke-synesteter och indikera i vilken utsträckning en person har synestetiska egenskaper. Vi undersökte sambandet mellan graden av synestetiska egenskaper och autistiska drag, sensorisk känslighet och uppmärksamhet på detaljer och jämförde tvillingarna med varandra. I steg 3 bjöd vi in tvillingpar från CATSS där minst en tvilling uppgav sig uppleva synestesi till en online-studie med syftet att bekräfta synestesi på ett objektivt sätt och identifiera tvillingpar där en tvilling uppvisade synestesi, och den andra inte, dvs. tvillingpar som är diskordanta för synestesi. Tvillingpar med diskordans för synestesi respektive autism, samt en grupp med neurotypiska tvillingpar från RATSS bjöds sedan in till en studie på plats (steg 4) som bestod av flera undersökningar. Steg 4 inkluderade en hjärnavbildningsundersökning om hjärnmekanismerna bakom uppmärksamhet för detaljer, ett testbatteri på detaljorienterad respektive globalt orienterad sensorisk bearbetning, samt tester av minnesfunktioner och intellektuell förmåga. Slutligen gjordes en intervju om extraordinära talanger och hur synestesi upplevs i vardagen (fördelar och nackdelar).
Projektets tre viktigaste resultat, samt ett resonemang om projektets slutsatser
Resultaten från steg 1 i studien visade att synestesi var ärftligt (~46%) men också påverkat av miljöfaktorer som skiljde sig mellan tvillingarna (54%). Sambandet mellan synestesi och autistiska drag uppskattades vara starkt (>70%) genetiskt. Vidare verkade vissa aspekter av autistiska drag, nämligen repetitiva beteenden, begränsade intressen och uppmärksamhet på detaljer, vara starkare förknippad med synestesi. Sambandet med sociala och kommunikativa svårigheter och synestesi var däremot försumbart (Taylor et al., under granskning, Nature Human Behaviour).
Resultaten från steg 2 visade att individer som hade högre synestesipoäng än sina tvillingar på det objektiva synestesitestet också hade högre poäng på självrapporterad sensorisk känslighet och uppmärksamhet på detaljer. I kontrast till vad som tidigare hittats hos personer med autism, var de dessutom bättre på att integrera visuella fragment till en global helhet (van Leeuwen et al., 2021, Cortex).
De huvudsakliga fynden av steg 4 visar att de perceptuella förändringarna kopplade till synestesi och autism skiljer sig åt. Till exempel var individer med högre autistiska drag bättre på att upptäcka små förändringar i naturalistiska scener jämfört med sina tvillingar. Däremot lurades synesteter, jämfört med deras tvillingar och andra personer utan synestesi, i lägre grad av vissa visuella illusioner som bygger på en automatisk integration av visuell kontextinformation. Vidare såg vi ett uppgiftsrelaterat aktiveringsmönster av parietala, frontala och visuella hjärnregioner oavsett grupp (p<.05, fwe korrigerad), vilket tidigare rapporterats i en studie med en liknande men mindre kontrollerad version av samma uppgift (t.ex. walter et al, 2011, plos one). vi hittade gruppskillnader med ökad aktivitet för kontroller i parietala regioner (p=".001)," och mer aktivitet i frontala och parietala områden hos autistiska deltagare (båda p><.001). för synesteter jämförd med deras tvillingar fann vi mer aktivering i parietala, men också limbiska och visuella hjärnregioner (precuneus, höger putamen, lateralt occipitalt komplex, alla p><.001). detta resultat planeras att publiceras i vetenskapliga tidskrifter under 2023.>
Slutsatser
Vi drar slutsatsen att synestesi är ärftlig, men också påverkad av miljöfaktorer som tvillingar inte delar med varandra, medan genetiska faktorer verkar spela en dominerande roll i kopplingen mellan synestesi och autism. Vidare tyder fynd från både steg 1 och 2 på att synestesi är framförallt kopplat till icke-sociala autistiska drag.
Vara resultat visar också att det finns skillnader i uppmärksamheten på detaljer kopplad till synestesi respektive autism, beroende på uppgifternas specifika krav och karaktär. Att synesteter visar en ökad integrationen av visuell information när uppgiften kräver detta och en minskad integration i samband med illusioner tyder på en högre grad av flexibilitet i denna process hos synesteter. Våra hjärnavbildningsresultat visade att hjärnregioner som integrerar visuell information på högre nivå är involverade i olika grad i detaljbearbetning inom synestesi och autism, medan mekanismerna för förändrad detaljbearbetning inom synestesi verkar dessutom involvera visuella regioner av som ligger längre ner i processhierarkin. Vissa skillnader hittade vi bara inom tvillingpar (t.ex. När vi jämförde individer med synestesi med deras tvillingar), som ytterligare betonar vikten av den diskordanta tvillingdesignen.
Sammanfattningsvis verkar synestesi och autism vara sammankopplade via delade genetiska faktorer, som antagligen är mer kopplade till uppmärksamhet och perception än sociala färdigheter. Samtidigt som detaljfokuserad uppmärksamhet kännetecknar både synestesi och autism, så uttrycker det sig på olika sätt.
Eventuella nya forskningsfrågor
Nästa steg inbegriper identifieringen av typen av gener som påverkar både, synestesi och autism, och att identifiera konkreta miljöfaktorer i synestesi. Exempelvis kan det handla om individuella upplevelser i skolan, trauma eller andra typer av händelser som bara drabbar en tvilling. Vidare vill vi utforska möjliga moduleringseffekter baserat på kognitiv belastning och sensorisk känslighet, som skulle kunna förklara varför synesteter och personer med högre autistiska drag presterar bättre i vissa uppgifter söm kräver detaljfokus men inte andra. Dessutom vill vi närmare undersöka om mekanismerna bakom hyperkänslighet för sensoriska stimuli är desamma för synestesi och autism.
Hur projektgruppen har spridit forskningen och resultaten samt om och hur samverkan skett
Vi kommunicerade resultaten och studiekonceptet vid nationella och internationella konferenser (ser nedan). Dessutom nå vi regelbundet ut i populärvetenskapliga forum, både för att öka kunskapen om synestesi bland allmänheten och för att möta behovet för information och utbyte. Vi samarbetade med olika forskargrupper, t.ex. med Paul Lichtensteins grupp (Karolinska Institutet) kring klassisk tvillinganalys och Johan Wagemans’ grupp (Leuven University) kring experimentell design.
1. Forskningskonferenser
• 2023 – 14:e vetenskapliga kongressen om autismspektrumet, Freiburg, muntlig presentation och poster
• 2021 – 29:e Europeiska kongressen för psykiatri (EPA), posterpresentation
• 2020 - Årsmöte för International Society for Autism Research (INSAR), poster
• 2019 – 42:a upplagan av European Conference on Visual Perception, Leuven, Belgien, muntlig presentation inom symposiet om synestesi och autism
• 2019 - 49: e årsmötet för Behavior Genetics Association, Stockholm, Sverige, poster
• 2018 - Årsmöte för det strategiska forskningsområdet Neurovetenskap vid Karolinska Institutet, Sånga Säby
2. Populärvetenskapliga bidrag
• Intervju om synestesi och autism i Special nest, 2023
• Informationsträff om synestesi och dess samband med olika diagnoser (“synestesicafé”), Stockholm, november 2022
• Samtal om synestesi, Färgcentrum Stockholm, 2022
• Bidrag till podden "Allt Du velat veta" 2021
• Samtal på Aha-festivalen 2021, Chalmers, Göteborg
• Interview in Medicinsk Vetenskap, 2020
• Artikel om synestesi och autism i tidskriften Speciellt, 2017 & 2019
3. Schemalagda intervjuer
• Inbjudan till intervju om sensorisk bearbetning vid autism för podden "Funka olika"
• Inbjudan till intervju om synestesi i Medicinsk Vetenskap 2023