PLoS One. 2014; 9 (1): e84914.
Abstract
Bewyse uit anatomiese en funksionele beeldvormingstudies het belangrike modifikasies van kortikale bane tydens adolessensie beklemtoon. Dit sluit in die vermindering van grys materie (GM), toename in die myelinisering van kortikortikale verbindings en veranderinge in die argitektuur van grootskaalse kortikale netwerke. Dit is egter onduidelik hoe die voortgesette ontwikkelingsprosesse van invloed is op die vou van die serebrale korteks en hoe veranderinge in gyrifisering verband hou met die veroudering van GM / WM-volume, dikte en oppervlakte. In die huidige studie het ons hoë-resolusie (3 Tesla) magnetiese resonansie beelding (MRI) data van 79 gesonde vakke (34 mans en 45 vroue) tussen die ouderdomme van 12 en 23 jaar verwerf en heel breinanalise van kortikale voupatrone uitgevoer met die gyrifiseringsindeks (GI). Benewens GI-waardes, het ons ramings van kortikale dikte, oppervlakte, GM en wit materie (WM) -volume verkry wat vergelykings met veranderinge in gyrifisering moontlik gemaak het. Ons data toon uitgesproke en wydverspreide verlagings in GI-waardes tydens adolessensie in verskeie kortikale streke wat pre sentrale, tydelike en frontale gebiede insluit. Afname in gyrifisering oorvleuel slegs gedeeltelik met veranderinge in die dikte, volume en oppervlak van GM en is algeheel gekenmerk deur 'n lineêre ontwikkelingsbaan. Ons data dui daarop dat die waargenome afname in GI-waardes 'n addisionele, belangrike wysiging van die serebrale korteks tydens laatbreinveroudering verteenwoordig, wat verband hou met kognitiewe ontwikkeling.
Inleiding
'N Groot deel van die werk gedurende die afgelope twee dekades het die belangrikheid van adolessensie beklemtoon vir die volgehoue veroudering van kortikale bane [1]-[3]. Begin met die waarneming van Huttenlocher [4] van gemerkte afname in die aantal sinaptiese kontakte, het magnetiese resonansie beelding (MRI) studies uitgespreek verminderings in die volume en dikte van grys materie (GM) [5], [6]. In teenstelling hiermee is die hoeveelheid wit materie (WM) aangetoon om te verhoog as gevolg van verbeterde myelinering van kortikortikale verbindings [7]-[10]. Meer onlangse navorsing het aangedui dat veranderinge in GM / WM uitloop in die derde dekade van die lewe [11], [12] en behels veranderinge in die grootskaalse organisasie van anatomiese en funksionele netwerke [13]. Hierdie bevindinge het nuwe insigte gegee oor die belangrikheid van adolessensie as 'n kritieke tydperk van menslike breinontwikkeling, wat ook belangrike leidrade kan bevat vir die opkoms van psigiatriese versteurings, soos skisofrenie, wat tipies manifesteer tydens die oorgang van adolessensie tot volwassenheid. [14], [15].
Alhoewel veranderinge in die volume van GM / WM omvattend gekenmerk word, bestaan daar relatief min bewyse van volwassenheidsveranderings in die vou van die kortikale oppervlak. Die serebrale korteks by mense het as een van sy onderskeidende eienskappe 'n hoogs ingewikkelde voupatroon wat tot 'n beduidende verhoogde kortikale oppervlak lei. Byvoorbeeld, die oppervlakte van die menslike korteks is gemiddeld tien keer groter as dié van die Macaques aap, maar slegs twee keer so dik [16]. Die verhoogde kortikale oppervlak in mense kan verband hou met die opkoms van hoër kognitiewe funksies as gevolg van die groot aantal neurone en kortikortikale verbindings wat geakkommodeer kan word.
Daar is bewyse dat die kortikale voupatroon onderworpe is aan ontwikkelingsveranderings. Na 5 maande in die uterus verskyn kortikale voue en bly ten minste ontwikkel in die eerste postpartum jaar [17]. Gedurende die vroeë kinderjare styg die graad van gyrifisering verder en is daar tot dusver aanvaar dat dit daarna stabiliseer. Na-mortem ontledings deur Armstrong et al. [18], het egter 'n beduidende oorskot in kortikale voue waargeneem tot die eerste jaar gevolg deur 'n vermindering tot volwassenheid.
Hierdie bevinding word ondersteun deur onlangse MRI-studies wat GI-waardes tydens breinveroudering ondersoek het. Raznahan et al. [19] 'n globale afname in gyrifisering tydens adolessensie gedemonstreer. Meer onlangs, Mutlu et al. [20] het getoon dat GI-waardes tussen 6-29-ouderdom in frontale en parietale kortikette afgeneem het wat ooreenstem met data van Su en kollegas [21] wat 'n nuwe benadering van gyrifikasiemeting toegepas het op 'n klein voorbeeld van kinders en adolessente. Laastens, data deur Hogstrom et al. [22] stel voor dat modfications in gyrification voortgaan tot op ouderdom.
In die huidige studie het ons gesoek om die ontwikkeling van gyrifisering tydens adolessensie omvattend te kenneer deur GH-waardes in MRI-data te ondersoek. Daarbenewens het ons GM-parameters (kortikale dikte, volume en oppervlakte) sowel as WM-volume beramings verwerf om die verhouding tussen ouderdom-afhanklike veranderinge in gyrifisering en GM / WM parameters te bepaal. Ons resultate toon wydverspreide verlaging in GI-waardes wat voorkom in oorvleueling, maar ook afsonderlike areas van GM-verandering, soos in pre sentrale, tydelike en frontale gebiede, wat die deurlopende anatomiese verandering van die serebrale korteks tydens adolessensie beklemtoon.
Materiaal en metodes
Deelnemers
85-regshandige deelnemers (36-mans en 49-vroue) tussen die ouderdomme van 12 en 23-jare is van plaaslike hoërskole en die Goethe-universiteit van Frankfurt gewerf en is gesoek vir die teenwoordigheid van psigiatriese siektes, neurologiese siekte en dwelmmisbruik. Skriftelike ingeligte toestemming is van alle deelnemers verkry. Vir deelnemers jonger as 18 jaar is skriftelike toestemming deur hul ouers gegee. Die Hamburger-Wechsler intelligensie toets battery (HAWI-E / K) [23], [24] is uitgevoer. Ses deelnemers was uitgesluit oorsaak van gebrek aan of onvolledige MRI-data. Die studie is goedgekeur deur die etiese raad van die Goethe-Universiteit Frankfurt.
MR Data Acquisition
Strukturele magnetiese resonansie beelde is verkry met 'n 3-Tesla Siemens Trio skandeerder (Siemens, Erlangen, Duitsland), met behulp van 'n CP kopspoel vir RF-oordrag en sein ontvangs. Ons het 'n T1-geweegde driedimensionele (3D) Magnetisasie-voorbereide Rapid Acquisition Gradient Echo (MPRAGE) -volgorde gebruik met die volgende parameters: tydherhaling (TR): 2250 ms., Tyd echo (TE): 2.6 ms. (FOV): 256 × 256 mm3, snye: 176 en 'n voxel grootte van 1 × 1 × 1.1 mm3.
Oppervlakte rekonstruksie
MRI-data is verwerk met die oppervlak- en volume pyplyn van die FreeSurfer-sagteware weergawe 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] en ramings van kortikale dikte, GM- en WM-volume, kortikale oppervlakte, die 3-D plaaslike gyrifiseringsindeks (lGI) en beraamde intrakraniale volume (eTIV) is verkry. Die standaard FreeSurfer-pyplyn is gevolg en outomaties gerekonstrueerde oppervlaktes is vir akkuraatheid geïnspekteer. Indien nodig, is manuele ingrypings met behulp van FreeSurfer-regstellinggereedskap gebruik.
Voorverwerking sluit in Talairach-transformasie, bewegingskorreksie, intensiteitsnormalisering, nie-breinweefsel-verwydering, segmentering en tessellasie van die grys en wit materiaalsgrens, outomaties topologie regstelling en oppervlak vervorming en word elders beskryf [25], [27]-[29]. Daarbenewens is 'n sferiese atlasregistrasie, inflasie en 'n gyral / sulkale gebaseerde parcellasie van die kortikale oppervlak uitgevoer vir inter-individuele ontledings wat 33 kortikale gebiede per halfrond opgelewer het. [30].
Kortikale dikte, Cortical Oppervlakte en GM-volume
Kortikale dikte is gemeet as die afstand tussen die WM-grens en die GM-materiaaloppervlak by elke punt (hoekpunt) op die getikte oppervlak [27]. Kortikale oppervlakkaarte is gegenereer deur die gebiedsberamings van elke driehoek in 'n gestandaardiseerde oppervlakteling [31]. Oppervlakteskattings is deur middel van 'n sferiese atlasregistrasie teruggekeer na die individuele kortikale ruimte [32]. Dit het opgedateer vertex-by-vertex-ramings van die relatiewe oppervlakte-uitbreiding of kompressie [33]. Ramings van GM-volume is afgelei van kortikale dikte maatreëls en die area rondom die ooreenstemmende hoekpunt op die kortikale oppervlak [34].
3-D plaaslike gyrifiseringsindeks (lGI)
'N 3-D lGI is bereken [35] wat in vorige MR-studies in diens geneem is [36], [37]. Kortom, die lGI behels 'n 3-D rekonstruksie van die kortikale oppervlak waar die graad van gyrifisering gedefinieer word as die hoeveelheid korteksoppervlak wat binne die sulkale voue begrawe is in vergelyking met die hoeveelheid sigbare korteks in omsendbriefstreke van belang [38]. In die eerste stap is 'n driehoekige buitenste oppervlak wat die pale oppervlak styf vou, deur 'n morfologiese sluitingproses geskep. Na die omskakeling van die masker in 'n binêre volume, gebruik ons 'n deursnee van 15 mm om die hoof sulci te sluit vir die genereer van die bol [35]. Vir die skep van die omsendbrief van belangstelling (ROI), kies ons 'n radius van 25 mm om meer as een sulcus in te sluit om 'n optimale resolusie te verkry [38]. Die aanvanklike lGI-waardes van 'n hoekpunt is gedefinieer as die verhouding tussen die oppervlak van die buitenste ROI en die oppervlak op die paaloppervlak. Vir statistiese vergelykings is die buitenste lGI-waardes gekarteer terug na die individuele koördinaatstelsel wat interindividuele sulkale afwyking verminder het [35].
WM-volume
Die plaaslike WM-volume onder geparcelluleerde kortikale GM-streke is beraam. Elke witstofvoxel is gemerk na die naaste kortikale GM-voxel met 'n afstandsgrens van 5 mm wat 33 WM-volumes van die ooreenstemmende 33 gyral-gemerkte GM-areas tot gevolg het [39] wat in vorige studies gebruik is [9], [40].
Geskatte intrakraniale volume (eTIV)
Die beraamde intrakraniale volume (eTIV) in die FreeSurfer pyplyn is afgelei van 'n atlas normalisasieprosedure. Deur die Atlas-skaalfaktor (ASF), wat 'n volume-skaalfaktor verteenwoordig om 'n individu by 'n atlas teiken te pas, is berekeninge van elke eTIV uitgevoer. [41].
Statistiese analise
Die ontledings stappe word opgesom in Figuur 1. Oppervlaktes van die regter- en linkerkantse helftes van alle 79-deelnemers was gemiddeld en individuele oppervlaktes is in die gemiddelde sferiese koördinaatstelsel herbevestig. Om die sein-en-geraasverhouding te verhoog, gebruik ons 20 mm volle wydte by half maksimum (FWHM) gladding vir die skatting van kortikale dikte, GM-volume en kortikale oppervlakte en 5 mm FWHM vir die lGI.
In die eerste stap het ons heel-brein lGI-waardes, kortikale dikte, kortikale oppervlakte en volume van GM ondersoek in 'n vertex-by-vertex-analise. 'N Algemene Lineêre Model (GLM) is gebruik om die effek van ouderdom op die verskillende anatomiese parameters (lGI, kortikale dikte, kortikale oppervlakarea en GM-volume) te analiseer. Alle ontledings is uitgevoer terwyl die effekte van gender en eTIV beheer word. Ons het 'n vals ontdekkingskoersbenadering (FDR) gebruik. [42] Korrigeer vir veelvuldige vergelykings met 'n kriterium vir kortikale dikte, oppervlakte en GM-volume van q 0.05 en q 0.005 vir lGI ramings. Verskillende statistiese drempels is gekies as gevolg van die wydverspreide, ouderdom-afhanklike veranderinge in lGI-waardes in vergelyking met kortikale dikte, kortikale oppervlakte en GM-volume. Daarbenewens het ons die ouderdom ontleed2 en ouderdom3 effekte vir alle anatomiese parameters wat vir die invloed van ouderdom, geslag en eTIV beheer word.
Om ramings van oppervlakte grootte te verkry, het ons hoekpunte gekies met die grootste lGI-waardes en hul ooreenstemmende Talairach-koördinate en het die outomatiese mri_surfcluster-funksie in FreeSurfer toegepas (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Daarbenewens het Cohen se d [43] is verkry vir breinareas met die grootste ouderdomafhanklike veranderinge deur die vergelyking tussen die gemiddelde waardes in die jongste (ouderdom: 12-14, n = 13) en oudste deelnemende groep (ouderdom: 21-23, n = 18). Effekgroottes word in figuurlegendes aangemeld.
In 'n tweede stap het ons Pearson-korrelasiekoëffisiënte ondersoek tussen ouderdomsafhanklike LGI-effekte en veranderinge in kortikale dikte, kortikale oppervlakte en GM / WM-volume. Om data van die WM-volume in te sluit, is parsellasie-gebaseerde streeksanalises uitgevoer. Vier hoekpunte van die hoekpunt-na-hoekpunt-analises per halfrond met uitgesproke ouderdom-LGI effekte (statistiese drempelwaarde p <10-4) is toegeken aan FreeSurfers Gyral-gebaseerde gebiede [30] en vir die ooreenstemmende etikette beteken kortikale dikte, GM / WM-volume en kortikale oppervlakte is onttrek.
Results
Vertex-by-vertex-analises van ouderdom-afhanklike veranderinge in lGI
lGI-waardes verminder met ouderdom in 12-groepe in die linkerkant en 10-groepe in die regterhemisfeer (FDR by 0.005) (Figuur 2 en and3,3, Tabel 1). Breinareas met die grootste lGI-reduksies is gelokaliseer na die linker-voorkoms (oppervlakte grootte = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 en 7), links superior-frontale (oppervlakte grootte = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), links inferior-temporale (oppervlakte grootte = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 en 37), linker-orbitofrontaal (oppervlakte grootte = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 en 11) en regse pre sentrale korteks (oppervlakte grootte = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 en 7), regter pars triangularis (oppervlakte grootte = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 en 46), regter rostral-middelfrontaal (oppervlakte grootte = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) en beter parietale (oppervlakte grootte = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 en 39). Geen beduidende effekte van geslag is gevind vir veranderinge in lGI-waardes by 'n FDR by 0.005 nie en ouderdomsverwante reduksies in gyrifisering volg nie-lineêre (kubieke) trajekte (Figuur 3).
Vertex-by-vertex-analises van ouderdom-afhanklike veranderinge in kardiese dikte, GM-volume en kortikale oppervlakarea
Kortikale dikte het die meeste prominente in die superior-frontale afgeneem (oppervlakte grootte = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 en 9) en rostral-middel-frontale (oppervlakte grootte = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 en 46) kortikale in die linker halfrond en in die precentrale groep in die regterhemisfeer (oppervlakte grootte = 14735.38 mm2, p = 10-6.16, BA 6, 44 en 45) (Figuur 4). Die kortikale dikte afname kan beskryf word deur 'n kubieke trajek (R2 = 0.191 vir linker rostraal-middel-frontaal, R2 = 0.126 vir linker superieur-frontaal en R2 = 0.134 vir regter presentrale klusters). Daarbenewens het ons ouderdomsafhanklike, bilaterale afname in GM-volume gevind wat gelokaliseer is tot die superieur-frontale (oppervlakte = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 en 9) lob in die linker halfrond en na die pars orbitalis (oppervlakte grootte = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 en 47) en die inferior-parietale (oppervlakte grootte = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 en 39) lob van die regterhemisfeer (Figuur 4). GM-volume verlagings volg kubieke trajekte (R2 = 0.132 vir linker superieur-frontaal, R2 = 0.185 vir regter pars orbitalis en R2 = 0.204 vir regter minderwaardige pariëtale trosse).
Vir die oppervlak het ons 'n beduidende afname in precentral (oppervlakte grootte = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), caudale middel frontale (oppervlakte grootte = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) en supramarginale (oppervlakte grootte = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) trosse in die linker halfrond. Oppervlakte het in die regterhemisfeer die mees prominente in precentral afgeneem (oppervlakte grootte = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), inferior parietale (oppervlakte grootte = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) en beter parietale (oppervlakte grootte = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) cortices (Figuur 4). Reduksies in die oppervlakte is die beste beskryf deur 'n kubieke trajek (R2 = 0.095 vir linkersentrum, R2 = 0.026 linker-middel-frontaal, R2 = 0.024 supramarginal links, R2 = 0.116 regterhemisfeer, R2 = 0.156 regter superieure-pariëtale en R2 = 0.046 vir regter presentrale klusters). Geen beduidende effekte van geslag is gevind vir veranderinge in kortikale dikte, GM-volume en oppervlakte by 'n FDR by 0.005 nie
Korrelasies tussen Gyrifikasie, Kortikale Dikte, Oppervlakte en GM / WM-Volume
Om te toets vir verhoudings tussen lGI-waardes en veranderinge in GM / WM, is 8-areas met die grootste ouderdom-afhanklike veranderinge in gyrifisering gekies en lGI-waardes is gekorreleer met kortikale dikte, kortikale oppervlakte en GM / WM-volume (Figuur 5, Tabel 2). Ons het groot en positiewe korrelasies tussen kortikale oppervlakte en GM-volume met lGI-waardes aangetref. So 'n verhouding is nie gevind vir korrelasies tussen kortikale dikte en lGI-ramings nie. Toenemende WM-volume het ook 'n beduidende, swakker verwantskap getoon as die GM-volume en oppervlakte met verhoogde gyrifisering in verskeie frontale streke en in pariëtale korteks.
Nie-Lineêre Verwantskappe tussen Veranderinge in Anatomiese Parameters en Ouderdom: 'n Vertex-by-Vertex Analise
LGI
Ons het 16 (linker halfrond) en 7 Clusters (halfrond) gevind2 en lGI is negatief gekorreleer (Figuur S1). Die sterkste ouderdom 2 effekte op lGI is gelokaliseer in linker superior-frontale (oppervlakte grootte = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 en 10), links superior-pariëtale (oppervlakte grootte = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3, en 4) en links pericalcarine (oppervlakte grootte = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17) klusters. Vir die regter hemisfeer is effekte waargeneem in 'n pre-sentrale streek (oppervlakte grootte = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4, en 6), sentrale (area grootte = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 en 3) en in superfrontale cortices (oppervlakte grootte = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Kubiese effekte van ouderdom op lGI is gevind in 18 (linker halfrond) en 7 Clusters (regter hemisfeer). Streke met die sterkste kubiese effekte is gelokaliseer in 'n groot superior-frontale (oppervlakte grootte = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 en 47), superieure parietale (oppervlakte grootte = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, 1, 2, 3, 4, 5, 6 en 7) en pericalkarien (oppervlakte grootte = 8 mm2, p = 10-3.73, BA 17) -kluster vir die linker halfrond. In die regterhemisfeer is sterkste kubieke ouderdom en lGI verhoudings gevind in 'n precentrale (oppervlakte grootte = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5, en 7), caudale-middelfrontale (oppervlakte grootte = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 en 9) en middel-temporale cluster (oppervlakte grootte = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
ouderdom2 effekte op GMV is beperk tot die linker halfrond (Figuur S2). Sterkste effekte is gesien in uitgebreide dele van die pars opercularis (oppervlakte grootte = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 en 45), parasentrale (oppervlakte grootte = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 en 31) en inferior-parietale (oppervlakte grootte = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 en 22) kortikale.
Kubieke ouderdomseffekte op GMV was in 3 cortices in die linker halfrond. Een cluster in die posterior dele van die gyrus cinguli (oppervlakte grootte = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), 'n deel van die gyrus inferior frontalis-pars opercularis- (oppervlakte grootte = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) en die oewers van beter temporale sulcus (oppervlakte grootte = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) is gekenmerk deur 'n beduidende ouderdom3 en lGI verhouding (Figuur S2).
CT / SA: Geen beduidende ouderdom nie2/ ouderdom3 effekte wat ons vir CT en SA gevind het.
Bespreking
Die resultate van ons studie beklemtoon wydverspreide veranderinge in die gyrifiseringspatroon van die serebrale korteks tydens adolessensie. Vorige post-mortem [18] en MRI-studies [19]-[21] dui op 'n afname in lGI-waardes gedurende latere ontwikkelingsperiodes, maar die omvang van verandering, die betrokke breinstreke en die verhouding met gelyktydige anatomiese proses het onduidelik gebly. Kortikale gebiede wat gekenmerk word deur die sterkste afname in lGI-waardes, was pre sentrale, tydelike en frontale streke. Hierdie breinareas het slegs gedeeltelik oorvleuel met streke wat gekenmerk word deur veranderinge in GM en effekgroottes was in die reeks en hoër vir kortikale dikte en GM-volume, wat daarop dui dat die waargenome veranderinge in gyrifisering 'n bykomende belangrike verandering in die serebrale korteks tydens adolessensie verteenwoordig.
Cortical Streke van IGl-Changes
Die grootste kortikale gebied wat gekenmerk word deur reduksies in gyrifisering was 'n cluster in die pre-sentrale korteks wat BA 3, 6 en 7 insluit. In vergelyking was veranderinge in die dikte en volume van GM gefokus op frontale (BA 8 en 9) en temporale (BA 20 en 21) kortikale wat ooreenstem met data uit vorige longitudinale studies [6] maar slegs gedeeltelik oorvleuel met verminderde lGI-waardes.
Alhoewel die pre-sentrale cluster, wat uitgebrei het na pre- / post-sentrale gyrus, supramarginale gyrus sowel as die superieure pariëtale korteks, minder konsekwent betrokke was in adolessente breinveroudering, is daar bewyse dat hierdie breinareas verband hou met Deurlopende veranderinge in kognisie en gedrag. 'N Onlangse studie deur Ramsden et al. [44] het getoon dat skommelinge in intelligensie tydens adolessensie nou verwant is aan GM-veranderinge in die linksmotoriese spraakstreke. Net so is daar voortgesette verbetering in motoriese korteks soos onthul deur studies met transkraniale magnetiese stimulasie (TMS) [45] en EEG [46]. Ten slotte is BA 7 van kritieke belang vir die ontwikkeling van kortikale netwerke onderliggend aan hoër kognitiewe funksies tydens adolessensie, soos werkgeheue (WM), omdat BOLD-aktiwiteit in die superior pariëtale korteks aansienlike ontwikkelingsverhogings toon tydens die manipulasie van WM-items [47].
'N Tweede gebied van uitgesproke veranderinge in IGl-waardes was die frontale korteks wat konsekwent gekoppel is aan veranderinge in anatomie en gedrag tydens adolessensie. In die huidige studie is afgeneem lGI-waardes in die voorste paal (BA 10), orbitofrontale korteks (BA 11) en die inferior frontale gyrus (BA 47) gevind. 'N Groot deel van die werk het aangedui dat hierdie streke sentraal betrokke is by die gedragsveranderinge tydens adolessensie, soos die verbeterings in kognitiewe inhibisie. [48], neem van risiko's [49] en mentalisering [50].
Laastens is aansienlike afname in gyrifisering gevind in 'n groep wat ooreenstem met BA 19, 20 en 37, wat vroeë visuele gebiede en kortikale streke bevat wat toegewyd is aan voorwerpherkenning. Benewens veranderinge in hoër kognitiewe funksies, word adolessensie ook geassosieer met verbeterings in neurale ossillasies wat deur eenvoudige en komplekse visuele stimuli veroorsaak word. [51], [52] sowel as met rijping van voorwerpverwerking in die ventrale stroom [53].
Sterk kwadratiese effekte van ouderdom op lGI is aangetref in linker superior-frontale (BA 8, 9 en 10) en regs-frontale (BA 8) klusters, wat in lyn is met 'n vorige studie deur (Hogstrom et al. [22]. Kubieke ouderdom-lGI verhoudings word gelokaliseer in links superior-frontale (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 en 47), superieure pariëtale (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 en 9. 8), regs caudale-middelfrontale (BA 9 en 21) en middel-temporale (BA XNUMX) areas.
Die huidige data bied dus 'n nuwe perspektief op streke wat betrokke is by gyrifiseringsontwikkeling gedurende adolessensie wat oor die algemeen gekenmerk word deur 'n lineêre ontwikkelingsbaan met sommige streke wat kromlynige en kubiese effekte toon. Vorige studies met kleiner steekproefgroottes [20], [21] oorwegend veranderings in GI-waardes in tydelike, pariëtale en frontale streke geïdentifiseer. Daarbenewens het Mutlu en kollegas [20] n steiler lGI waargeneem met die ouderdom van mans as vroulike vroue in prefrontale streke wat nie deur die huidige studie bevestig is nie.
Ontwikkeling van kortikale vou tydens adolessensie: Verhouding met GM / WM-verandering
Verskeie meganismes is voorgestel vir die veranderinge in gigrifisering tydens ontwikkeling [54]. Van Essen [55] het voorgestel dat die voupatroon van die serebrale korteks verklaar kan word deur die meganiese spanning langs die aksone. Volgens hierdie teorie is die vorming van gyri die resultaat van meganiese kragte tussen dig verbindings, aangesien spanning sterk saamgevoegde streke saam trek. Daarbenewens het alternatiewe rekeninge die rol van differensiële groei tussen binneste en buitenste kortikale lae beklemtoon [17]. Laastens is daar bewyse dat kortikale vou onder genetiese beheer plaasvind [56] en dat seksverskille in die volwasse korteks bestaan [57].
Terwyl die huidige studie nie insig in die meganismes onderliggend aan die reduksies in gyrifisering tydens adolessensie toelaat nie, kan vergelyking met veranderinge in GM- en WM-parameters belangrik wees vir die vraag of die waargenome veranderings in kortikale vou beïnvloed word deur deurlopende anatomiese veranderinge. 'N Belangrike bevinding van die huidige studie is dat die reduksies in lGI-waardes voorkom in kortikale streke wat grootliks onderskei van die vermindering in die volume en dikte van GM. Korrelasies tussen lGI-waardes in streke wat gekenmerk word deur uitgespreek ouderdomsafhanklike afname en GM / WM-parameters, dui egter daarop dat die mate van kortikale vou egter verband hou met GM-volume en oppervlakte. Spesifiek, ons het 'n positiewe verband tussen verhoogde lGI-waardes met oppervlakte en volume van GM waargeneem. Interessant genoeg, dit was nie die geval vir die dikte van GM nie. Uiteindelik het WM-volume ook bygedra tot hoër lGI-waardes in 5 uit 7 kortikale streke.
Gyrifikasie, Gedrag en Psigopatologie
Ten spyte van die wydverspreide afname in kortikale vou tydens adolessensie en die groot effekgroottes wat verband hou met afgeneemde lGI-waardes, bly die implikasies vir veranderinge in kognisie en gedrag tydens adolessensie steeds vasgestel. Vorige navorsing het aangedui dat individuele verskille in kortikale vou in frontale streke uitvoerende prosesse by volwassenes beïnvloed [58] en gedragsmodifikasies, soos meditasie [59], impak op gyrifikasie, wat 'n rol van kortikale vou in kognisie en ervaring-afhanklike plastisiteit voorstel.
Verder is daar 'n groot aantal bewyse dat gyrifiseringspatrone geassosieer word met psigopatologie wat die potensiële belang van begrip van ontwikkelingsveranderings in gyrifisering en die verhouding tot kognisie en gedrag onderstreep. Verskeie neuro-ontwikkelingsversteurings, soos Williams Sindroom (WS) en Outisme Spektrumversteurings (ASD's), word geassosieer met abnormale kortikale voupatrone. Spesifiek, deelnemers met WS word gekenmerk deur reduksies in die diepte van sulci in parieto-oksipitale streke wat prominent betrokke is by die visuo-konstruktiewe tekorte [60]. In teenstelling hiermee word gyrifiseringspatrone in ASD's gekenmerk deur verhoogde vou relatief tot normaalweg ontwikkelende kinders [61].
Skisofrenie is 'n ernstige psigiatriese versteuring met 'n tipiese aanvang tydens die oorgang van adolessensie tot volwassenheid wat ook afwykende gyrifisering behels. Nadoodse ondersoek [62] en MRI-studies [63], [64] waargeneem 'n toename in kortikale vou, veral in die prefrontale korteks, wat verder voorspelbaar is vir die ontwikkeling van skisofrenie by risiko-vakke [65]. Meer onlangs is ook gebrekkige gebreke getoon om swak behandelingsreaksie te voorspel in die eerste episode psigose [66].
Omdat ons data sterk daarop dui dat kortikale voue groot veranderinge onder adolessensie ondergaan, is een moontlikheid dat bykomend tot vroeë neuro-ontwikkelingsinvloede abnormale breinontwikkeling tydens adolessensie bydra tot die afwykende anatomie van die neocortex en die manifestasie van kognitiewe disfunksies en kliniese simptome.
Gevolgtrekking
Die bevindings ondersteun die siening dat die adolessensie fundamentele veranderinge in die argitektuur van die serebrale korteks behels. Spesifiek kan ons aantoon dat kortikale voupatrone uitgesproke verandering ondergaan wat 'n vermindering in gigrifikasie in groot dele van die serebrale korteks behels, veral in pre sentrale, frontale en tydelike streke. Toekomstige studies moet die funksionele relevansie van hierdie wysiging vir gelyktydige veranderinge in gedrag, kognisie en fisiologie bepaal deur korrelasies met neuropsigologiese data en funksionele breinbeeldmetodes, soos fMRI en MEG.
Ondersteunende inligting
Figuur S1
Nie-lineêre leeftydseffekte op die plaaslike gyrifiseringsindeks (lGI) in 'n hele brein, vertex-by-vertex-analises wat op 'n gemiddelde sjabloonbrein geprojekteer word. Boonste ry: Ouderdom2 effekte word geïllustreer vir die linker halfrond (links) en regterhemisfeer (regs) van laterale en mediale aansigte. Onderste ry: Korrelasies tussen ouderdom3 en lGI word links (links) en regs halfrond (regs) van laterale en mediale aansigte getoon. Blou kleure dui op 'n beduidende afname van lGI-waardes met toenemende ouderdom, terwyl warmer kleure gekodeer word vir 'n toename in lGI. Alle ontledings is uitgevoer deur die effekte van geslag, eTIV en ouderdom (lineêr) te beheer. Nota: Geen beduidende korrelasies tussen ouderdom nie3 en lGI is gevind deur te beheer vir die effekte van geslag, eTIV, ouderdom (lineêr) en ouderdom2.
(TIFF)
Figuur S2
Nie-lineêre leeftydseffekte op GMV in 'n hele brein, vertex-by-vertex-analises wat op 'n gemiddelde sjabloonbrein geprojekteer word. Links: Ouderdom2 effekte op GMV vir die linker halfrond van laterale en mediale vertoning. Regs: Uitwerking van ouderdom3 word geïllustreer vir die linker halfrond van laterale en mediale aansig. Blou kleure dui op 'n beduidende afname van GMV met toenemende ouderdom, terwyl warmer kleure gekodeer word vir 'n toename in GMV. Alle ontledings is uitgevoer deur die effekte van geslag, eTIV en ouderdom (lineêr) te beheer. Nota: Geen beduidende korrelasies tussen ouderdom nie3 en GMV is gevind deur te beheer vir die effekte van geslag, eTIV, ouderdom (lineêr) en ouderdom2.
(TIFF)
Befondsingsverklaring
Verwysings
;
