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当婴儿在子宫内生长时，他们的大脑并非像掉入水中的脱水海绵那样简单地膨胀。早期大脑发育是一个精细的过程。每分钟大约有 25 万个神经元萌发，像许多小学生在铃声响起时 rush 到座位上一样彼此扭动。每个神经元在一端长出一个长根，在另一端长出一簇分支，将自己连接到附近和远处的其他细胞。到妊娠中期结束时，婴儿大脑中的神经元已经形成了数万亿个连接，其中许多连接将无法存活到成年——最少使用的路径最终会萎缩。
有时，发育中的大脑会出错，导致“神经发育障碍”，例如自闭症。但究竟为什么或早期细胞错误如何导致自闭症，医学界一直未能解答。现在，加州大学圣地亚哥分校的Eric Courchesne认为他已将非典型的基因活动与自闭症大脑的过度生长联系起来。借助新数据，他已开始追踪他认为定义自闭症的一系列基因和细胞变化。尽管对 Courchesne 的工作很感兴趣，但其他研究人员警告说，爆炸性的神经元生长不一定是所有自闭症大脑的决定性特征。
自 1998 年以来，Courchesne 一直在研究自闭症大脑中不寻常的结构特征。他的研究表明，在子宫内时，自闭症大脑会萌生过多的神经元，并在生命的前五年中继续膨胀，因为所有这些额外的神经元都会变大并形成连接。 Courchesne 还发现，在四岁或五岁之后，自闭症大脑实际上开始失去神经连接，速度比典型大脑更快。
在 2011 年 11 月发表于 JAMA，《美国医学会杂志》上的一项研究中，Courchesne 报告称，自闭症儿童的前额叶皮层 (PFC) 中的神经元比典型儿童多 67%。 PFC 位于眼睛正后方的大脑区域，负责心理学家所称的“执行功能”——高级思维，例如提前计划、抑制冲动和集中注意力。 在他 2011 年的研究中，Courchesne 切片了来自六名自闭症儿童和七名已故典型儿童的脑组织，并计算了切片中的细胞体数量，以估计他们 PFC 中的神经元总数。
现在，Courchesne 和他的同事分析了来自 33 块已故人员脑组织（其中 15 人患有自闭症，包括 9 名儿童和 6 名成人，18 人为典型大脑，包括 7 名儿童和 11 名成人）的 DNA 和 RNA。观察 DNA 构建块的顺序可以揭示单个基因是否发生突变；测量 RNA 水平可以表明这些基因被翻译成蛋白质的频率。 Courchesne 和他的同事发现，这种基因表达在自闭症大脑和典型大脑之间存在差异。在来自自闭症儿童和自闭症成人的脑组织中，编码识别和修复 DNA 错误蛋白质的基因的表达水平异常低。 此外，所有自闭症大脑都表现出异常的基因活动水平，这些基因决定了神经元何时生长和死亡，以及新生神经元在早期发育过程中如何迁移。 然而，一些参与免疫反应、细胞间通讯和组织修复的基因在成年自闭症大脑中表达水平异常，但在自闭症儿童的大脑中则不然。 研究结果发表在 3 月 22 日的《PLoS Genetics》杂志上。
通过将他的新发现与他早期的发现相结合，Courchesne 已开始构建大脑中自闭症的时间线。 也许，当未来自闭症儿童的大脑在子宫中发育时，某些因素——遗传突变或环境因素，如病毒、毒素或激素——会抑制通常修复 DNA 序列错误蛋白质的基因的表达。 错误累积。 控制新神经元生长的遗传系统失灵，脑细胞分裂的频率远高于平常，这解释了在自闭症儿童的 PFC 中发现的过量神经元。 在出生到五岁之间，自闭症大脑中的额外神经元比典型儿童的大脑长得更大，形成更多的连接。 未使用的连接没有像应有的那样被修剪掉。 后来，在青春期和成年期，免疫系统会对大脑的过度生长做出反应，这可能解释了 Courchesne 在他的新研究中发现的异常免疫基因水平，以及为什么在他早期的工作中，他发现当自闭症儿童成为青少年时，与典型大脑相比，某些大脑区域实际上开始萎缩。
然而，并非所有研究人员都接受 Courchesne 发现的大脑生长模式与所有自闭症患者相关。Nicholas Lange，哈佛医学院精神病学系的生物统计学家说，Courchesne 在他的新研究中分析的样本太少，无法将结果推广到更广泛的自闭症群体。 一些研究人员已发现证据表明，大约 15% 的自闭症儿童头部小于正常水平，这种情况称为小头畸形，表明大脑异常小。 加州大学戴维斯分校的David Amaral之前告诉记者，在一项未发表的神经影像学研究中，他发现 114 名自闭症儿童中只有约 11 名儿童的大脑异常大。 其他研究人员指出，Courchesne 在他对脑库组织样本的研究中，未能将大脑皮层中的神经元数量与其他大脑部位进行比较——目前尚不清楚为什么只有 PFC 会出现爆发式增长。
但是，从脑库中获取足够的保存组织来进行有意义的研究并非易事——它们是非常令人垂涎的资源，而 Courchesne 的新研究依赖于一个可观的样本。 观察死后脑组织中的基因表达可以深入了解自闭症的生物学，而神经影像学研究和血液中 DNA 和 RNA 分析无法提供这些信息，因为不同的细胞类型表达不同的基因组。 Courchesne 的最新发现至少部分呼应了加州大学洛杉矶分校的 Daniel Geschwind 的早期研究，后者也将自闭症与控制免疫反应和神经元在发育中的大脑中如何组织自身的基因的异常活动联系起来。 尽管 Courchesne 的自闭症大脑发育概念远非完美或完整，但它仍然是迄今为止提出的最连贯的理论之一——也是一个暗示治疗可能性的理论。 如果科学家们最终将自闭症与基因表达变化和异常神经元生长的特征序列明确联系起来，那么就有可能针对并逆转该序列中的任何一个步骤。
“每个自闭症患者可能都有自己特定的基因失调谱，”Courchesne 说，“这意味着自闭症是一个非常复杂的问题。 但现在是可知的了。 我们正在获得核心知识。 如果我们确认起点是基因活动，我们就可以采取一些措施，因为基因活动是可以修改的。”