Baie psigiatriese afwykings, insluitend sommige met volwasse aanvang soos skisofrenie, word toenemend gekonseptualiseer as gevolg van anomalieë van neuro-ontwikkeling. Om neuro-ontwikkelingshipoteses oor siekte te ondersoek, is dit nuttig om goed gekarakteriseerde gegewens oor tipiese rypwording te hê om as 'n 'maatstaf' te dien om moontlike afwykings te bepaal. Studies van tipiese ontwikkeling en die invloede op die ontwikkeling kan ook die tydsberekening en meganismes van breinveroudering onthul wat die weg lei vir nuwe intervensies.
In hierdie oorsig gaan ons oor metodologiese kwessies relevant tot magnetiese resonansbeelding (MRI) -studies van breinanatomie, die MRI-bevindings van neuro-anatomiese veranderinge tydens die kinderjare en adolessensie opsom en moontlike invloede op die breinontwikkelingsbane bespreek.
Soos aangedui in die vorige artikels van hierdie reeks, is een van die eerste stappe om die morfometriese eienskappe van die brein in 'n konvensionele anatomiese MRI te meet, individuele voxels (die kleinste elemente van verskillende MRI-seine - gewoonlik ongeveer 1 ml) te klassifiseer (of "segmenteer") soos ooreenstem met CSF, witstof (WM) of grysstof (GM). Sodra dit volgens weefseltipe gekategoriseer is, kan verskillende pakkasies uitgevoer word om volumes op die lobbe te verkry (bv. Frontale, temporale, pariëtale, oksipitale); streke gedefinieër deur gyrale, sulkale, of GM-, WM- en CSF-grense (bv. caudaatkern); of individuele voxels.
Die segmentering en parvertering van MRI's is oorspronklik uitsluitlik gedoen deur opgeleide individue wat spesifieke belangstellingsgebiede (dikwels afgekort as ROI's) met die hand uiteensit. Alhoewel die besit van 'n hoogs opgeleide individu die breinstreke met die hand identifiseer, word dit die naaste aan 'n 'goue standaard' beskikbaar beskou, maar die tyd en anatomiese kundigheid wat nodig is om raters op te lei en om hierdie tipe ontleding uit te voer, kan dit verbiedend wees. Dit het baie laboratoriums gemotiveer om rekenaaralgoritmes te ontwikkel wat outomaties streke van MRI-beelde kan klassifiseer as tot verskillende weefseltipes en anatomiese streke. Die vinnige vordering op hierdie gebied het dit moontlik gemaak om die soort grootskaalse studies uit te voer wat nodig is om baie van die veranderinge wat verband hou met tipiese en atipiese breinontwikkeling vas te lê. Outomatiese metodes het ook die deur oopgemaak vir innoverende maniere om na die breinstruktuur te kyk, soos om die vorm en dikte van die kortikale vel te ontleed.
Die getrouheid van outomatiese metodes hang egter af van die helderheid van die grense tussen strukture, wat op sy beurt bepaal word deur 'n kombinasie van die anatomie van 'n bepaalde struktuur en die kwaliteit van die MRI-beeld. Byvoorbeeld, die amygdala en hippocampus is moeilik vir outomatiese metodes om behoorlik te skei omdat dit aangrensende GM-strukture verteenwoordig. In gevalle soos hierdie kan handmetings steeds die beste benadering wees, hoewel selfs menslike beoordelaars aansienlike ondervinding nodig het voordat hulle die grense van sulke strukture op konvensionele MRI konsekwent kan identifiseer.
Die gegewens vir hierdie oorsig is grotendeels afgelei van 387 wat meestal vakke ontwikkel (829-skanderings) wat aan 'n deurlopende longitudinale studie deelneem aan die tak van die kinderpsigiatrie van die National Institute of Mental Health. Die studieontwerp is begin in 1989 deur Markus Kruesi, besturende direkteur, en Judith Rapoport, besturende direkteur, en is ontwerp vir deelnemers tussen die ouderdom van 3 en 30 jaar, met ongeveer 2-jaar intervalle vir die breinbeelding, sielkundige en gedragsassessering, en versameling van DNA. Die klem op hierdie enkele bron is nie om die talle uitstekende bydraes van ander ondersoekers te devalueer nie, maar om 'n geïntegreerde weergawe van die wêreld se grootste versameling MRI-skanderings vir kinder- en adolessente te gee met data wat verkry is met eenvormige siftings- / assesseringsbatterye, dieselfde skandeerder, en dieselfde metodes van beeldanalises. Ons is aangevul met verwysings na studies deur ander laboratoriums, hoewel 'n volledige oorsig van die vakgebied buite die bestek van hierdie artikel val.
TOTALE CEREBRAL, CEREBELLAR EN VENTRICULAR VOLUME
In die kohort vir kinderpsigiatrie-takke is die totale serebrale volume gemiddeld 10.5 jaar by vroulike vakke en 14.5 jaar in mans.1 Teen 6 jaar is die brein ongeveer 95% van hierdie piek (Fig 1). Die serebellum volume bereik ongeveer 2 jaar later as die serebrale volume.2 Die laterale ventrikulêre volume het die meeste verskille tussen individue3 en neem toe gedurende die gesonde ontwikkeling van kinders en adolessente. Hierdie toenames wat gewoonlik voorkom, moet in ag geneem word by die interpretasie van die ventrikulêre vergroting wat algemeen in pasiëntpopulasies gerapporteer word.
Sowell en kollegas4 meet die veranderinge in breinvolume by 'n groep 45 kinders wat twee keer (2 jaar uitmekaar) tussen die ouderdomme 5 en 11 jaar geskandeer is. Met behulp van 'n ander metode, waarin die afstand tussen punte op die breinoppervlak en die middel van die brein gemeet is, het hulle ook toenames in breingrootte gevind gedurende hierdie ouderdomsgroep, veral in die frontale en oksipitale streke.
Caviness et al.,5 in 'n deursnitmonster van 15-seuns en 15-meisies tussen die ouderdomme 7 en 11 jaar, het bevind dat die serebellum 'n volwasse volume in die vroulike proefpersone gehad het, maar nie by die manlike onderdane op hierdie ouderdomsgroep nie, wat dui op die teenwoordigheid van laat ontwikkeling en geslagsdimorfisme .
WIT SAAK
Die wit kleur van WM word geproduseer deur miëlien, vetterige wit skede gevorm deur oligodendrocyten wat om aksone draai en die spoed van neuronale seine drasties verhoog. Die volume WM neem meestal toe gedurende die kinder- en adolessensie,1 wat moontlik 'n groter verbinding en integrasie van verskillende neurale stroombane onderlê. 'N Belangrike eienskap wat eers onlangs waardeer is, is dat myelin nie net die snelheid van oordrag maksimeer nie, maar ook die tydsberekening en sinchronisasie van die neuronale skietpatrone wat funksionele netwerke in die brein skep, gemoduleer word.6 In ooreenstemming hiermee, het 'n studie wat 'n mate van WM-digtheid gebruik om die plaaslike WM-groei te karteer, vinnig gelokaliseerde toenames tussen kinderjare en adolessensie gevind. Die kortikospinale kanale het aan beide kante toename gehad wat aan beide kante dieselfde was, terwyl die voorste en temporale streke wat aan die linkerkant taalgeassosieerde streke verbind is, groter was.7
GRYSSTOF
Terwyl WM toeneem gedurende die kinderjare en adolessensie, volg die trajek van GM-volumes 'n omgekeerde U-vormige ontwikkelingsbaan. Die verskillende ontwikkelingskrommes van WM en GM glo dat die intieme verbindings tussen neurone, gliale selle en myelin, wat mede-komponente in neurale stroombane is en verbind word deur lewenslange wederkerige verhoudings. In kortikale GM-veranderinge op die voxel-vlak van ouderdomme 4 tot 20 jaar, afgelei van skanderings van 13-proefpersone wat elk ongeveer 4-keer met ongeveer 2-jaar-tussenposes geskandeer is, word getoon in Figuur 2 (animasie is beskikbaar by http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg).8 Die ouderdom van piek GM-digtheid is die vroegste in primêre sensorimotoriese gebiede en die nuutste in hoërorde-assosiasies soos die dorsolaterale prefrontale korteks, inferior pariëtale en superieure temporale gyrus. 'N Onopgeloste vraag is die mate waarin die kortikale GM-vermindering gedryf word deur sinaptiese snoei teenoor myelinasie langs die GM / WM-grens.9 Die volume van die caudaatkern, 'n subkortikale GM-struktuur, volg ook 'n omgekeerde U-vormige trajek, met pieke soortgelyk aan die frontale lobbe waarmee hulle uitgebreide verbindings deel.1
BEÏNVLOEDE OP ONTWIKKELINGSTROKE VAN BREINANATOMIE
Gen en omgewing
Deur die vergelykings tussen monozygotiese tweeling en tweesigotiese tweelinge, kan ons die relatiewe bydraes van genetiese (oorerflikheid) en omgewingseffekte tot die breinbeelding bepaal.10 Wat belangrik is, kan ons ook inter-interaksie tussen gene en die omgewing en die gevolge van ouderdom en geslag op oorerflikheid beoordeel. Die huidige steekproefgrootte van ons voortgesette longitudinale studie is ongeveer 600-skanderings vanaf 90 monozygotiese en 60 tweeslagtige tweepare. Die oorerflikheid van totale serebrum- en lobarvolumes (insluitend GM- en WM-onderafdelings) het gewissel van 0.77 tot 0.88.11 Baie erflike breinmorfometriese maatreëls bied biologiese merkers vir oorgeërfde eienskappe en kan dien as teikens vir genetiese skakeling en assosiasiestudies.12,13 Meerveranderlike ontledings, wat die mate waarin dieselfde genetiese of omgewingsfaktore bydra tot veelvuldige neuro-anatomiese strukture kan beoordeel, dui aan dat 'n enkele gedeelde genetiese effek verantwoordelik is vir 60% van die veranderlikheid in kortikale dikte.14
Ouderdom-verwante veranderinge in oorerflikheid kan gekoppel word aan die tydsberekening van geenuitdrukking en verband hou met die ouderdom van die begin van versteurings. Oor die algemeen neem die oorerflikheid toe met die ouderdom van WM en neem dit af vir GM-volumes,11 terwyl die oorerflikheid van die kortikale dikte toeneem in streke binne die frontale, pariëtale en temporale lobbe (Fig 3).15 Kennis van wanneer sekere breinstrukture veral sensitief is vir genetiese of omgewingsinvloede tydens ontwikkeling, kan belangrike opvoedkundige en / of terapeutiese implikasies hê.
Manlik vroulik
Aangesien byna alle neuropsigiatriese afwykings verskillende voorkoms, ouderdom van aanvang en simptome tussen die manlike en vroulike proefpersone het, is geslagsverskille in tipiese ontwikkelingsbreinbane baie relevant vir kinderpsigiatrie. In ooreenstemming met die volwasse neuro-beeldliteratuur,16 die gemiddelde serebrale volume was ongeveer 10% groter by die manlike proefpersone. Ook het GM-volume pieke oor die algemeen 1 tot 3 jaar tevore voorgekom vir die vroulike proefpersone.1
Die vinnige ontwikkeling van die brein gedurende die eerste paar lewensjare en die erkenning van die belangrikheid van vroeë gebeure in neuro-ontwikkelingsafwykings, soos outisme, het gelei tot 'n toenemende belangstelling in die skandering van babas en jong kinders. 'N Studie deur ondersoekers aan die Universiteit van Noord-Carolina van 74-pasgeborenes wat binne die eerste lewensjare beeldvorming ondergaan het, het 'n vinnige groei in serebrale volumes gevind; seksuele dimorfisme van breinvolumes was al aanwesig, terwyl die intrakraniale volume aansienlik groter was by die manlike proefpersone, selfs na regstelling vir verskille in geboortegewig.17
Die totale verskille tussen breingrootte tussen manlike en vroulike persone moet nie geïnterpreteer word as 'n funksionele voordeel of nadeel nie. Bruto strukturele maatreëls weerspieël moontlik nie seksueel dimorfe verskille in funksioneel relevante faktore soos neuronale konnektiwiteit en reseptordigtheid nie. Of, of hoe, om aan te pas vir hierdie totale breingrootteverskil by die beoordeling van die subkomponente van die brein (dws sekere breinstrukture is 'relatief' groter by vroulike persone), beïnvloed dit wat in die literatuur as seksueel dimorfies beskou word.
Sowell et al het 'n interessante benadering om hierdie skaalvraagstuk aan te spreek, bespreek.18 wat gevind het dat streekspesifieke geslagsverskille wat in 'n steekproef van 176 mense tussen 7 en 87 ouderdom waargeneem is (dit wil sê, regter pariëtale en posterior temporale korteks dikker by vroulike proefpersone), gerepliseer is in 'n subset van vroulike breine van 18 manlike en 18 wat nie verskil in totale breingrootte.
BESPREKING
Die algemene patroon vir tipiese breinontwikkeling in die eerste 25 lewensjare is 'n ongeveer lineêre toename in WM-volumes en streekspesifieke omgekeerde U-vormige ontwikkelingsbane vir GM-strukture, met piekvolumes wat in die laat kinderjare of vroeë adolessensie voorkom. 'N Prominente tema is dat dit in neuro-beelding, soos in die lewe, dikwels meer oor die reis gaan as die bestemming. Hierdie tema is relevant in studies oor tipiese ontwikkeling, waar daar sterk interaksie tussen ouderdom en oorerflikheid is in tweelingstudies, seksuele dimorfisme is groter vir ontwikkelingspaaie as finale grootte, en ontwikkelingsrommes tussen ouderdom en kortikale dikte is meer voorspelend vir IK dan kortikale dikte op ouderdom 20 jaar.19 Die tema 'reis nie net bestemming' is ook baie relevant in psigopatologie-studies, waar dit die trajek van ontwikkeling is wat die kontroles die meeste onderskei van diegene met aandagafleibaarheid / hiperaktiwiteitsversteuring of skisofrenie wat deur die kind begin word.
Om voldoende karakterisering van ontwikkelingsbane te verg, is dit nodig dat groot dwarssnitmonsters of longitudinale studies aangebied word, wat beide wesenlike metodologiese uitdagings inhou. Verskille in die keuringskriteria van vakke en kontrole, beeldverwerwing en beeldontledingstegnieke dra by tot die hoë tempo van nie-replikasie in pediatriese neuro-beeldliteratuur en maak geldige meta-analitiese studies moeilik. 'N Ses-plek neuro-beeldingstudie van kontrole pediatriese persone met behulp van gestandaardiseerde metodologie op die terreine is aan die gang en behoort die nuanses van tipiese breinontwikkeling verder te verlig.20
Alhoewel daar byna alle neuropsigiatriese afwykings groepgemiddelde breinanatomieverskille is, is die groot oorvleueling van waardes tussen kliniese en kontrolepopulasies tans verhinder dat dit diagnosties gebruik word (behalwe om moontlike beledigings in die sentrale senuweestelsel soos tumore, intrakraniale bloeding of aangebore afwykings uit te sluit etiologieë vir die simptome). Daar is geen geïdentifiseerde “letsel” wat algemeen is by alle, of selfs die meeste, kinders met die mees bestudeerde afwykings van outisme, aandag-tekort / hiperaktiwiteitsversteuring, skisofrenie van die kinderjare, disleksie, broos X, bipolêre versteuring van die jeug, posttraumatiese spanning versteuring, Sydenham chorea, of Tourette-sindroom. Neuro-imaging is tans die beste om die kernaard van siektes te ondersoek en endofenotipes, biologiese merkers wat tussen gene en gedrag bestaan, te verskaf. Endofenotipes kan ook help om subtipes van siektes wat verskillende patofisiologie, prognose of behandelingsrespons het, te identifiseer.
Die toekoms van pediatriese neuro-beelding sal waarskynlik 'n groeiende aantal studies sien wat meervoudige beeldvormings op dieselfde individue kombineer (bv. Strukturele MRI, funksionele MRI, diffusie tensorbeelding, magnetisasie-oordragbeelding, elektroencefalografie en magnetoencefalografie). Dit bied 'n "groter as die som van sy dele" sinergie omdat inligting uit elke modaliteit interpretasie van die ander bevat. Die kombinasie van beeldvorming en postmortemstudies van diere sal ook help om die meganismes wat die beeldvormingsbevindings veroorsaak, soos om te bepaal in watter mate kortikale GM-veranderinge soos opgemerk via MRI, verband hou met die arborisering / snoei van neurone of die oorskakeling van WM aan die binnekant, kortikale grens. 'N Verdere belangrike rigting vir toekomstige neuro-beeldingstudies is verhoogde integrasie met sosiale en opvoedkundige wetenskap, wat relatief apart gebly het ondanks die gedeelde doel om mense suksesvol te lei deur die kinder- en adolessentjare ter voorbereiding op die volwasse wêreld.
Erkennings
Hierdie werk is ondersteun deur die intramurale navorsingsprogram van die National Institutes of Health.
voetnote
Openbaarmaking: Die skrywers rapporteer geen botsing van belange nie.
Die syfers in hierdie artikel is geskep as deel van die skrywers se werk by die federale regering en is dus in die openbare domein.
Verwysings
;
