PLoS One. 2014; 9 (1): e84914.
mücərrəd
Anatomik və funksional görüntüləmə işlərindən sübutlar yetkinlik dövründə kortikal dövrələrin əsas modifikasiyalarına diqqət yetirmişdir. Bunlara boz maddənin (GM) azalması, kortiko-kortikal əlaqələrin miyelinasyonunda və geniş miqyaslı kortikal şəbəkələrin arxitekturasında dəyişikliklər daxildir. Hal-hazırda davam edən inkişaf proseslərinin beyin korteksinin katlanmasına necə təsir edəcəyi və gyrification'daki dəyişikliklərin GM / WM-həcminin, qalınlığının və səthinin olgunlaşması ilə necə əlaqəli olduğu hələ dəqiq deyil. Bu işdə 3 və 79 yaşları arasında 34 sağlam mövzulardan (45 kişilər və 12 qadınlar) yüksək rezolutsiyalı (23 Tesla) maqnit rezonans görüntüləmə (MNG) məlumatları əldə edilmiş və kortikal qatlama nümunələrinin bütün beyin analizi aparılmışdır. gyrification indeksi (GI). GI-dəyərlərindən əlavə, kortik qalınlığı, səth sahəsi, GM və ağ material (WM) həcminin gyrification dəyişiklikləri ilə korrelasiya imkan verən qiymətləndirmələr əldə etmişdir. Bizim məlumatlar, prekondral, temporal və frontal sahələri əhatə edən bir sıra kortikal bölgələrdə ergenlik dövründə GI-dəyərlərindəki yayılmış və geniş yayılmış azalmaları göstərir. Gyrification azaldılması yalnız qismən GM qalınlığı, həcmi və səthində dəyişikliklər ilə üst-üstə düşür və ümumi bir linear inkişaf trajectory ilə xarakterizə edilmişdir. Bizim məlumatlar GI dəyərlərindəki müşahidə olunan azalmalar bilik inkişafı ilə əlaqəli ola biləcək gecikmə beyin çatışmazlığı zamanı serebral korteksin əlavə, əhəmiyyətli modifikasiyasını əks etdirir.
giriş
Son iki onillikdə böyük bir orqan işi kortikal dövrələrin davamlı olgunlaşması üçün ergenlik əhəmiyyətini vurğuladı [1]-[3]. Huttenlocher müşahidəsindən başlayaraq [4] sinaptik kontaktların sayının azalması, maqnit rezonans görüntüləmə (MRİ) tədqiqatları, boz maddənin (GM) həcmində və qalınlığında müəyyən azalmaları açıqladı. [5], [6]. Əksinə, beyaz maddənin (WM) miqdarı kortiko-kortikal əlaqələrin təkmilləşdirilmiş miyelinasiyası nəticəsində artmağa göstərilmişdir [7]-[10]. Daha son araşdırmalar göstərir ki, GM / WM-də dəyişikliklər həyatın üçüncü on gününə qədər uzanır [11], [12] və anatomik və funksional şəbəkələrin geniş miqyaslı təşkilata dəyişikliklər daxildir [13]. Bu tapıntılar adolesanlığın vacibliyinə yeni anlayışlar gətirmişdir ki, bu da insanın beyin inkişafının kritik bir dövrü kimi, şizofreniya kimi psixiatrik xəstəliklərin ortaya çıxması üçün vacib ipuçları ola biləcək, adətən, ergenlikdən yetkinlik yaşına [14], [15].
GM / WM həcmində dəyişikliklər olduqca xarakterizə edilmiş olsa da, kortik səthin qatlanan hissəsində maturasiya dəyişikliklərinə nisbətən az sübut mövcuddur. İnsanlardakı serebral korteks onun fərqləndirici xüsusiyyətlərindən birinə malikdir ki, bu cür yüksək dərəcədə artmış kortik səthə gətirib çıxarır. Məsələn, insan korteksinin səthi sahəsi macaques maymununa nisbətən on dəfə böyükdür, lakin yalnız iki dəfə qalın [16]. İnsanlardakı artmış kortikal səthlər çox sayda neyron və yerləşdirilə bilən kortiko-kortikal əlaqələr səbəbiylə yüksək bilişsel funksiyaların ortaya çıxması ilə əlaqəli ola bilər.
Kortikal qatlama modelinin inkişaf dəyişikliklərinə məruz qaldığına dair bir sübut var. Uterusda 5 aydan sonra kortikal kıvrımlar meydana çıxır və ən azından doğumun ilk doğum ilinə [17]. Erkən uşaqlıq dövründə gyrification dərəcəsi daha da artar və bundan sonra da sabitləşməyə başlanmışdır. Armstrong və digərlərinin post-mortem təhlilləri. [18]lakin, ilk ildən etibarən yetkinlik yaşına qədər azalma ilə davam edən kortikal katlanmada əhəmiyyətli bir overshot müşahidə edildi.
Bu tapıntı beynin olgunlaşması zamanı GI-dəyərlərini tədqiq edən son MR-tədqiqatlar tərəfindən dəstəklənir. Raznahan et al. [19] ergenlik dövründə gyrification qlobal azalma nümayiş etdirdi. Daha yaxınlarda, Mutlu et al. [20] su və iş yoldaşlarının məlumatlarına uyğun olan frontal və parietal kortekslərdə 6-29 yaşı ilə GI-dəyərlərinin azaldığını göstərdi [21] uşaqların və yeniyetmələrin kiçik bir nümunəsinə qarşı gyrification ölçülməsi yeni bir yanaşma tətbiq edən. Nəhayət, Hogstrom et al. [22] gyrification ildə modifikasiyalar yaşlı qədər davam edir.
Bu işdə biz MRI-məlumatlarında bütün beyin GI-dəyərlərini tədqiq etməklə ergenlik dövründə gyrification inkişafını hərtərəfli xarakterizə etməyə çalışdıq. Ayrıca gyrification və GM / WM parametrlərində yaşa bağlı dəyişikliklər arasındakı əlaqəni müəyyən etmək üçün GM-parametrləri (kortik qalınlıq, həcmi və səth sahəsi) və WM-həcm qiymətləndirmələri əldə etdik. Bizim nəticələrimiz, GM-dəyişmənin üst-üstə düşməyən, həm də ayrı-ayrı sahələrdə, məsələn, preterdral, temporal və frontal bölgələrdə baş verən GI-dəyərlərində geniş yayılmışdır. Bu da ergenlik dövründə beyin korteksinin davam edən anatomik modifikasiyasını vurğulayır.
Material və metodlar
İştirakçılar
85 və 36 yaşları arasında 49 sağ əlli iştirakçıları (12 kişilər və 23 qadınlar) yerli yüksək məktəblərdən və Goethe Universitetinin Frankfurt şəhərindən alındılar və psixiatrik xəstəliklərin, nevroloji xəstəliklərin və maddənin istismarı ilə əlaqələndirildi. Bütün iştirakçılardan yazılı razılığa gəlindi. 18 ildən kiçik olan iştirakçılar üçün valideynləri yazılı razılığa gəldilər. Hamburger-Wechsler kəşfiyyat test batareyası (HAWI-E / K) [23], [24] icra edilmişdi, həyata keçirilmişdi, ifa edilmişdi. Altı iştirakçı MRI-məlumatlarının olmaması və ya olmaması səbəbi istisna edildi. Tədqiqat Frankfurt Universitetinin etik şurası tərəfindən təsdiqləndi.
MR Məlumatların əldə edilməsi
Struktur maqnit rezonans təsvirləri, RF ötürülməsi və siqnal qəbulu üçün CP rəhbəri sarğı ilə 3-Tesla Siemens Trio skaneri (Siemens, Erlangen, Almaniya) ilə əldə edilmişdir. Aşağıdakı parametrlərlə bir T1 ağırlıqlı üç ölçülü (3D) Mıknatıslaşdırma hazırlanmış Sürətli İstifadəsi Qradient Echo (MPRAGE) sekansını istifadə etdik: dəfə təkrarlama (TR): 2250 ms, vaxt echo (TE): 2.6 ms, görünüş sahəsi (FOV): 256 × 256 mm3, dilimlər: 176 və bir Voxel ölçüsü 1 × 1 × 1.1 mm3.
Səthi yenidənqurma
MRI-məlumatları FreeSurfer proqram versiyası 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] kortik qalınlığı, GM- və WM- həcmi, kortik səth sahəsi, 3-D lokal gyrification indeksi (lGI) və təxmin edilən intrakranial həcmi (eTIV) əldə edilmişdir. Standart FreeSurfer boru kəməri izlənilib və avtomatik olaraq yenidən qurulub, səthlər dəqiqliklə yoxlanılır və zərurət yarandıqda, FreeSurfer tənzimləyici vasitələrdən istifadə edərək əl ilə müdaxilə edildi.
Əvvəlcədən emal daxilində Talairach transformasiyası, hərəkətin düzəldilməsi, intensivliyin normallaşdırılması, qeyri-beyin toxumasının aradan qaldırılması, boz və ağ maddə sərhədinin seqmentasiyası və tessellasiyası, avtomatik topoloji düzəldilməsi və səth deformasiyası və başqa bir yerdə daha ətraflı təsvir edilmişdir [25], [27]-[29]. Bundan əlavə, fərdi analizlər üçün kortik səthin külək atlasının qeydiyyatı, inflyasiya və bir gyral / sulkal əsaslı parçallaşdırılması yarımkürədə hər bir 33 kortikal sahə meydana gətirmişdir [30].
Kortikal qalınlıq, Kortik səth sahəsi və GM-həcmi
Kortik qalınlığı, WM-sərhədi və GM-maddə səthinin hər tərəfində (vertex) tesselated səthdə məsafə kimi ölçülmüşdür [27]. Kortik səth sahəsi xəritələri standart səth tessellation ildə hər bir üçbucağın sahə qiymətləndirmələri vasitəsilə yaradılıb [31]. Alanın təxminləri külək atlas qeydiyyatı vasitəsi ilə fərdi kortik məkana qaytarıldı [32]. Bu, nisbi aralıq genişləndirmənin və ya sıxılmanın vertex-by-vertex təxminlərini verdi [33]. GM-həcminin qiymətləndirilməsi kortik qalınlıq tədbirlərindən və cortik səthdə müvafiq vertex ətrafındakı sahədən əldə edilmişdir [34].
3-D yerli gyrification indeksi (lGI)
3-D lGI hesablanmışdır [35] əvvəlki MR tədqiqatlarında işləyənlərdəndir [36], [37]. Qısaca, lGI gyrification dərəcəsi sulkal kıvrımlar daxilində gömülmüş korteks səthinin miqdarı kimi müəyyən edilir ki, cortical səthinin 3-D rekonstruksiyası daxildir Diqqətnamə dairəvi bölgələrdə görünən korteks miqdarı ilə müqayisədə [38]. İlk addımda pial səthini möhkəm bağlayan üçbucaqlı bir xarici səth bir morfoloji bağlanma üsulu ilə yaradılmışdır. Pial ağını ikili həcmdə çevirdikdən sonra, külək yaratmaq üçün ana sulciyi bağlamaq üçün 15 mm diametrindən istifadə etdik [35]. Döngüsel maraq bölgəsini (ROI) yaratmaq üçün 25 mm radiusunu seçərək optimal həlli əldə etmək üçün birdən çox sulkus əlavə etmək [38]. Bir vertexin ilkin lGI-qiymətləri xarici ROI səthi və pial səthində səth arasında nisbət kimi müəyyən edilmişdir. Statistik müqayisələr üçün, xarici lGI-dəyərlər fərdi koordinat sisteminə geri qayıtdılar, bu da fərdi sulkalsiz misalignment [35].
WM-həcmi
Bölüşdürülmüş kortikal GM-bölgələrdən aşağıda regional WM-həcmi qiymətləndirilmişdir. Hər ağ cədvəl vokseli ən yaxın kortikal GM-vokselə 5 mm məsafədə limit ilə etiketlənmişdir, nəticədə müvafiq 33 gyral etiketli GM sahələri olan 33 WM-həcmi [39] əvvəlki tədqiqatlarda istifadə edilmiş olan [9], [40].
Tahmini intrakranial həcm (eTIV)
FreeSurfer boru kəmərində təxmin edilən intrakraniyal həcmi (eTIV) atlas normallaşma prosedurundan əldə edilmişdir. Bir atlas hədəfinə uyğun bir həcm ölçmə faktorunu əks etdirən Atlas Ölçmə Factor (ASF) sayəsində, hər bir eTIV hesabı həyata keçirilmişdir [41].
Statistik təhlili
Təhlil mərhələləri xülasə olunur Şəkil 1. Bütün 79 iştirakçılarının sağ və sol hemisferlərinin səthləri orta hesablanmışdır və fərdi səthlər orta sferik koordinat sisteminə köçürülmüşdür. Siqnalın səs-küy nisbətini artırmaq üçün, lGI üçün kortikal qalınlığı, GM-həcmi və kortikal səth sahəsi və 20 mm FWHM qiymətləndirilməsi üçün yarım maksimum (FWHM) düzəldilməsində 5 mm tam genişlik istifadə etdik.
İlk addımda, bir vertex-by-vertex analizində bütün beyin lGI-dəyərləri, kortikal qalınlığı, kortik səth sahəsi və GM həcmini araşdırdıq. Yaşa təsiri müxtəlif anatomik parametrlərə (lGI, kortikal qalınlıq, kortikal səth sahəsi və GM-həcmi) təhlil etmək üçün ümumi xətti model (GLM) istifadə edilmişdir. Bütün təhlillər cins və eTIV təsirlərinə nəzarət edilərkən həyata keçirildi. Səhv kəşf dərəcəsi yanaşması (FDR) [42] kortik qalınlığı, səth sahəsi və qGN həcminin q-xNUMX və q 0.05 miqyaslı ölçütləri ilə müqayisədə bir neçə müqayisə üçün düzəldilməlidir. Kortik qalınlığı, kortikal səth sahəsi və GM-həcminə nisbətən lGI-dəyərlərindəki geniş yayılmış, yaşa bağlı dəyişikliklər nəticəsində müxtəlif statistik eşiklər seçilmişdir. Əlavə olaraq yaşı təhlil etdik2 və yaş3 yaş, cins və eTIV təsirləri üçün nəzarət edilən bütün anatomik parametrlər üçün təsirlər.
Sahənin ölçüsünü qiymətləndirmək üçün, biz ən böyük lGI-dəyərləri və onların müvafiq Talairach koordinatları ilə vertices seçilmiş və FreeSurfer ildə avtomatik mri_surfcluster funksiyası tətbiq (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Bundan əlavə, Cohen d [43] (yaş: 12-14, n = 13) və ən yaşlı iştirakçı qrupu (yaş: 21-23, n = 18) arasında ortalama dəyərlərin müqayisəsi yolu ilə ən böyük yaşa bağlı dəyişikliklərlə beyin sahələri üçün əldə edilmişdir. Efektlərin ölçüləri rəqəm əfsanələrində bildirilir.
İkinci bir addımda, yaşa bağlı lGI təsirləri ilə kortikal qalınlıq, kortikal səth sahəsi və GM / WM həcmindəki dəyişikliklər arasındakı Pearson korrelyasiya əmsallarını araşdırdıq. WM həcmli məlumatları daxil etmək üçün parselasiya əsaslı regional təhlillər aparıldı. Yaşlı-lGI təsiri ilə yarımkürə başına vertex-vertex analizlərindən dörd təpə (statistik eşik p <10-4) FreeSurfers gyral əsaslı sahələrə təyin edildi [30] və müvafiq etiketlər üçün kortikal qalınlıq deməkdir, GM / WM-həcmi və kortikal səth sahəsi çıxarıldı.
Nəticələr
LGI-da yaşa bağlı dəyişikliklərin vertex-by-vertex analizləri
lGI-dəyərləri solda 12 qrupunda yaşla azaldı və sağ yarımkürədə 10 qrupları (0.005-da FDR) (Şəkil 2 və Və3,3, Cədvəl 1). Ən böyük lGI-azalmaları olan beyin sahələri sol precentrala (sahəsi ölçüsü = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 və 7), sol üstün frontal (sahəsi ölçüsü = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), sol inferior-temporal (sahəsi ölçüsü = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 və 37), sol lateral-orbitofrontal (sahəsi ölçüsü = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 və 11) və sağ precentral korteks (sahəsi ölçüsü = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 və 7), sağ pars üçbucaq (sahəsi ölçüsü = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 və 46), sağ rostral-orta frontal (sahəsi ölçüsü = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) və üstün parietal (sahəsi ölçüsü = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 və 39). 0.005-də bir FDR-də lGI-dəyərlərdəki dəyişikliklər üçün cinsin əhəmiyyətli təsiri tapılmadı və qeyri-xətti (kub) traektoriyalardan sonra gyrifikatsiyada yaşla bağlı azalma (Şəkil 3).
Cortical qalınlığı, GM-həcmi və kortikal səth sahəsindəki yaşa bağlı dəyişikliklərin vertex-by-vertex analizləri
Kortikal qalınlığı üstün frontalda (bölgə ölçüsü = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 və 9) və rostral-orta frontal (sahəsi ölçüsü = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 və 46) sol yarımkürədə və hüququ yarımkürədə tədricən kortekslər (sahəsi ölçüsü = 14735.38 mm2, p = 10-6.16, BA 6, 44 və 45) (Şəkil 4). Kortik qalınlığın azalması kübik bir trajectory (R.2 = Sol rostral-orta-frontal üçün R, 0.1912 = Sol üst frontal və R üçün 0.1262 = Sağ prekentral qruplar üçün 0.134). Üstəlik, GM-nin həcmində yaşa bağlı, üst-frontal bölgəyə lokalizə olunmuş ikitərəfli azalmalar gördük (sahə ölçüsü = 45212.15 mm).2, p = 10-7.60, BA 6, 8 və 9) sol yarımkürədə lob və ya pars orbitalisə (sahəsi ölçüsü = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 və 47) və aşağı parietal (sahəsi ölçüsü = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 və 39) sağ yarımkürənin lobu (Şəkil 4). GM-həcmdə azalma kübik traektoriyalara (R.2 = Sol üst-frontal üçün R, 0.1322 = Sağ pars orbitalis və R üçün = 0.1852 = Sağ alt parietal qruplar üçün 0.204).
Səth sahəsi üçün prekondral əhəmiyyətli dərəcədə azalma (sahəsi ölçüsü = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), kaudal orta frontal (sahəsi ölçüsü = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) və supramarginal (sahəsi ölçüsü = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) sol yarımkürədə qruplar. Səthin hüceyrə yarımkürəsində ən nüfuzlu (bölgə ölçüsü = 1371.37 mm) azalmışdır2, p = 10-6.34, BA 4), aşağı parietal (sahəsi ölçüsü = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) və üstün parietal (sahəsi ölçüsü = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) korteksləri (Şəkil 4). Səth sahəsindəki azalmalar ən yaxşı kubik traektoriya ilə təsvir edilmişdir (R.2 = Sol presentral üçün 0.095, R2 = 0.026 sol kaudal-orta frontal, R2 = 0.024 sol supramarginal, R2 = 0.116 sağ yarımkürə, R2 = 0.156 sağ üstün-parietal və R2 = Sağ prekentral qruplar üçün 0.046). 0.005-də FDR-də kortikal qalınlıq, GM həcmi və səth sahəsindəki dəyişikliklər üçün cinsiyyət üçün əhəmiyyətli təsir tapılmadı.
Gyrification, Kortikal Kalınlık, Yüzey Alanı ve GM / WM-Volume arasında korelasyon
LGI-değerleri ve GM / WM'deki değişiklikler arasındaki ilişkiyi test etmek için, gyrification'daki en büyük yaşa bağlı değişiklikleri olan 8 alanları seçildi ve lGI değerleri kortikal kalınlık, kortikal yüzey alanı ve GM / WM-VolumeŞəkil 5, Cədvəl 2). Biz lGI-dəyərləri ilə kortik səth sahəsi və GM-həcmi arasında böyük və müsbət korrelyasiya tapdıq. Kortik qalınlıq və lGI-hesablamalar arasında korrelyasiya üçün bu cür əlaqələr tapılmadı. Artan WM-həcmi, bir neçə frontal bölgədə və parietal korteksdə güclü gyrification ilə GM-həcmi və səth sahəsi daha zəif əlaqələr olsa da əhəmiyyətli göstərdi.
Anatomik parametrlər və yaş dəyişiklikləri arasında qeyri-xətti əlaqələr: Vertex-by-Vertex Analizləri
lGI
Yaş aldığımız 16 (sol yarımkürə) və 7 Kümeleri (yarımkürə) tapdıq2 və İGİ mənfi bir şəkildə əlaqələndirilmişdir (Şəkil S1). Ən güclü yaş 2 lGI üzərində təsirlər sol üstün frontal (sahəsi ölçüsü = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 və 10), sol üstün parietal (sahəsi ölçüsü = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 və 4) və sol perikalcarine (sahəsi ölçüsü = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17) qrupları. Sağ yarımkürə üçün prekondral bölgədə effektlər müşahidə edildi (sahəsi ölçüsü = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 və 6), postcentral (sahəsi ölçüsü = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 və 3) və superiorfrontal kortekslərdə (sahəsi ölçüsü = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Yaşın lGI'ye olan kub təsirləri 18 (sol yarımkürədə) və 7 Kümelerində (sağ yarımkürədə) tapıldı. Ən güclü kub təsiri olan bölgələr böyük bir üstün frontal (sahəsi ölçüsü = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 və 47), üstün parietal (sahəsi ölçüsü = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 və 9) və pericalcarine (sahəsi ölçüsü = 292.35 mm2, p = 10-3.73, BA 17) sol yarımkürə üçün çoxluq təşkil edir. Sağ yarımkürədə, ən güclü kub yaşı və lGI əlaqələri prekondral olaraq (sahəsi ölçüsü = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 və 7), caudal-middlefrontal (sahəsi ölçüsü = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 və 9) və orta temporal klaster (sahəsi ölçüsü = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
əsr2 GMV üzərində təsirlər sol yarımkürədəŞəkil S2). Parsoperkulların geniş hissələrində (bölgə ölçüsü = 630.89 mm.) Ən güclü təsirlər görüldü2, p = 10-4.35, BA 13, 44 və 45), paracentral (sahəsi ölçüsü = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 və 31) və aşağı parietal (sahəsi ölçüsü = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 və 22) korteksləri.
GMV üzərində kubik yaş təsiri sol yarımkürədə 3 korteksində yerləşdirilib. Girus cinguli arxa hissələrində bir sıra (sahəsi ölçüsü = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), girus inferior frontalis-pars operariusların bir hissəsi - (sahəsi ölçüsü = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) və üstün temporal sulk bankları (sahəsi ölçüsü = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) əhəmiyyətli bir yaşa sahib idi3 və lGI əlaqələri (Şəkil S2).
CT / SA: Heç əhəmiyyətli yaş2/ yaş3 CT və SA üçün tapdığımız təsiri.
Müzakirə
Çalışmamızın nəticələri, ergenlik döneminde beyin korteksinin gyrification-patterninde yaygın değişikliği vurgulamaktadır. Əvvəlki post-mortem [18] və MRI tədqiqatları [19]-[21] sonrakı inkişaf dövrlərində lGI-dəyərlərinin azalmasına baxmayaraq, dəyişiklik dərəcəsi, cəlb olunmuş beyin bölgələri və eyni zamanda anatomik proses ilə əlaqəsi aydın olmayıb. LGI-dəyərlərdəki ən güclü azalma ilə xarakterizə edilən kortik bölgələr precentral, temporal və frontal bölgələr idi. Bu beyin sahələri yalnız GM-in dəyişməsi ilə xarakterizə olan bölgələrlə üst-üstə düşmüşdür və təsir ölçüləri kortikal qalınlıq və GM-həcm üçün yuxarıda və yuxarıda idi və gyrifikasyonda müşahidə edilən dəyişikliklərin ergenlik dövründə serebral korteksin əlavə, əhəmiyyətli modifikasiyasını əks etdirdiyini göstərir.
İql dəyişikliklərinin kortikal bölgələri
Gyrification azaldılması ilə xarakterizə ən böyük kortikal region BA 3, 6 və 7 daxil precentral korteks bir klaster idi. Müqayisə edək ki, GM-in qalınlığı və həcmindəki dəyişikliklər əvvəlki uzunlamasına tədqiqatların məlumatlarına uyğun olan frontal (BA 8 və 9) və temporal (BA 20 və 21) korteksləri üzərində yönəldilmişdir [6] lakin azaldılmış lGI-dəyərləri ilə yalnız qismən üst-üstə düşmüşdür.
Pre-/ post-central gyrus, supramarginal girus və üstün parietal korteksə qədər uzanan prekondral kümelenme, ergenlik beyin olmasına baxmayaraq az ardıcıl şəkildə qalsa da, bu beyin sahələrinin idrak və davranışda davam edən dəyişikliklər. Ramsden et al. [44] yeniyetməlik dövründə kəşfiyyatdakı dalğalanmaların, sol motorun çıxış bölgələrindəki GM-dəyişikliklərlə yaxından əlaqəli olduğunu göstərdi. Eynilə transkraniyal maqnit stimulasiyası (TMS) ilə edilən araşdırmalar nəticəsində ortaya çıxan motor korteksində davamlı inkişaf var. [45] və EEG [46]. Son olaraq, BA 7, iş qrafiki (WM) kimi yeniyetməlik dövründə yüksək bilişsel funksiyaların baş verdiyi kortikal şəbəkələrin inkişafı üçün vacibdir, çünki üstün parietal korteksdə BOLD-aktivlik WM-maddələrin manipulyasiyası zamanı əhəmiyyətli inkişaf artımlarını göstərir [47].
IGl-dəyərlərdəki ikinci bir dəyişiklik regionda erkən dövrdə anatomiya və davranış dəyişikliyi ilə əlaqəli olan frontal korteks idi. Bu tədqiqatda frontal pole (BA 10), orbitofrontal korteks (BA 11) və aşağı frontal girus (BA 47) lGI-dəyərləri azalmışdır. Böyük bir iş yeri göstərmişdir ki, bu bölgələr yeniyetməlik dövründə davranış modifikasiyalarında mərkəzləşdirilmiş şəkildə iştirak edir, məsələn, bilik inhibisyonunun təkmilləşdirilməsi [48], risk alma [49] və zehinləmə [50].
Nəhayət, obyektlərin tanınmasına həsr olunmuş erkən görmə sahələri və kortik bölgələrdən ibarət olan BA 19, 20 və 37-ə uyğun bir qrupda gyrification əhəmiyyətli azalmalar aşkar edilmişdir. Yüksək bilişsel funksiyalarda dəyişikliklərə əlavə olaraq, ergenlik sadə və mürəkkəb vizual stimullarla ortaya çıxan neyron dalğaların yaxşılaşdırılması ilə də əlaqələndirilir [51], [52] eləcə də ventral axınında obyektlərin işlənməsinin olgunlaşması ilə əlaqələndirilir [53].
LGI'li yaşın kuveyli kaidratik etkileri, sol ön-frontal (BA 8, 9 ve 10) ve sağhemisferik frontal (BA 8) kümelerinde bulunmuştur; bu da önceki çalışmada (Hogstrom ve ark. [22]. Cubic age-lGI əlaqələri sol üstün frontal (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46, 47 və 1), üstün parietal (BA 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 və 8), sağ kaudal-orta frontal (BA 9 və 21) və orta temporal (BA XNUMX) sahələri.
Beləliklə, cari məlumatlar adətən yeniyetməlik dövründə gyrification inkişafı ilə məşğul olan bölgələrdə yeni bir perspektiv təmin edir və ümumi olaraq əyri və kub təsiri göstərən bəzi bölgələrlə linear bir inkişaf yörəsi ilə xarakterizə olunur. Əvvəlki tədqiqatlar kiçik nümunə ölçüləri ilə [20], [21] müvəqqəti, parietal və frontal bölgələrdə əsasən GI-dəyərlərindəki dəyişiklikləri müəyyənləşdirmişdir. Bundan başqa, Mutlu və yoldaşlarımız [20] Prefrontal bölgələrdə qadınlara nisbətən daha erkən yaşlarda yaşa nisbətən lGI azalması müşahidə olunmuşdur ki, bu da bu işlə təsdiqlənməmişdir.
Ergenlik dövründə kortikal katmanın inkişafı: GM / WM-dəyişmə ilə əlaqə
İnkişaf zamanı gyrification dəyişikliklər üçün bir neçə mexanizm təklif edilmişdir [54]. Van Essen [55] beyin korteksinin qatlanan modelini akson boyunca mexaniki gərginliklə izah edə biləcəyini irəli sürdü. Bu nəzəriyyəyə əsasən, gyri formalaşması zəif əlaqəli bölgələr arasında mexaniki qüvvələrin nəticəsidir, çünki gərginlik bir-birinə zidd olan bölgələri bir-birinə çəkir. Bundan əlavə, alternativ hesablar daxili və xarici kortikal təbəqələr arasında fərqlilik artımının rolunu vurğuladı [17]. Nəhayət, kortikal qatlamanın genetik nəzarət altında olduğunu sübut edir [56] cinsi fərqliliklər olgun korteksdə mövcuddur [57].
Mövcud tədqiqat ergenlik dövründə gyrification ildə azalma mexanizmləri daxil anlayışlar imkan vermir baxmayaraq, GM-və WM-parametrləri dəyişikliklər ilə müqayisədə kortikal qatlanan müşahidə dəyişikliklər davam edən anatomik dəyişikliklər təsir olub-olmadığını sual üçün əhəmiyyətli ola bilər. Mövcud tədqiqatın əhəmiyyətli bir nəticəsi, lGI-dəyərlərindəki azalmalar GM-nin həcmi və qalınlığında azalmalardan fərqli olan kortik bölgələrdə baş verir. Lakin, yaşa bağlı olaraq azalmış ve GM / WM-parametreleri ile karakterize edilen bölgelerdeki lGI değerleri arasındaki korelasyonlar, ancak kortikal katlama derecesi yine de GM-hacmi ve yüzey alanı ile ilişkili olduğunu düşündürmektedir. Xüsusilə, artan lGI-dəyərlər arasında səth sahəsi və GM həcmi ilə müsbət əlaqələr müşahidə olunmuşdur. Maraqlıdır ki, bu, GM-in qalınlığı üçün deyil. Nəhayət, WM-həcmi 5 kortikal bölgələrindən 7-də yüksək lGI-dəyərlərinə də təsir göstərmişdir.
Gyrification, Davranış və Psixopatologiya
Ergenlik dövründə kortikal katlanmanın geniş yayılmasına və lGI dəyərlərinin azalması ilə bağlı böyük təsirin ölçülməsinə baxmayaraq, ergenlik dövründə bilik və davranış dəyişikliklərinin təsiri qurulmağa davam edir. Əvvəlki araşdırmalar göstərir ki, frontal bölgələrdə kortikal katlanmada fərdi fərqlər yetkinlərdə icra proseslərinə təsir göstərir [58] və meditasiya kimi davranış dəyişiklikləri [59], gyrification təsir, idrak və təcrübə-bağlı plastiklik ildə kortikal qatlama bir rol təklif.
Bundan əlavə, gyrification nümunələri psixotropologiya ilə bağlıdır ki, gyrification və bilik və davranış ilə əlaqələr inkişaf dəyişikliklər anlamaq üçün potensial əhəmiyyətini vurğulayır ki, böyük bir dəlil var. Williams Sendromu (WS) və Otizm Spektr Bozuklukları (ASD) kimi bir çox nöro-inkişaf inkişafı, anormal kortikal katlama nümunələri ilə əlaqələndirilir. Xüsusilə, WS'li iştirakçılar visuo-konstruktiv çatışmazlıqlarda görkəmli şəkildə iştirak edən parieto-oksipital bölgələrdə sulcinin dərinliklərində azalma ilə xarakterizə olunur [60]. Əksinə, ASD-lərdə gyrifikasiya nümunələri normal inkişaf edən uşaqlara nisbətən artan qatlanma ilə xarakterizə olunur [61].
Şizofreniya, ergenlikdən yetkinlik dövrünə keçid dövründə tipik bir başlanğıc olan ağır psixiatrik bir xəstəlikdir və bu da aberrant gyrification ehtiva edir. Post-mortem [62] və MRI tədqiqatları [63], [64] Xüsusilə prefrontal korteksdə kortikal katlanmanın artması müşahidə olunur, bu da riskli mövzularda şizofreniyanın inkişafı üçün öngörücüdür [65]. Daha yaxınlarda, katlama qüsurlarının ilk epizod psikozunda pis müalicə reaksiyasının proqnozlaşdırıldığı göstərilir [66].
Bizim məlumatlar kortik katlanmanın ergenlik dövründə böyük dəyişikliklərə məruz qaldığına görə bir ehtimal ki, erkən nevroloji təsirlərə əlavə olaraq, ergenlik dövründə anormal beyin inkişafı neokorteksin anormal anatomiyasına və bilişsel funksiyaların və klinik əlamətlərin təzahürüdür.
Nəticə
Bulgular yeniyetmənin serebral korteksin arxitekturasında fundamental dəyişikliklərin olduğu fikrini dəstəkləyir. Xüsusilə, kortikal katlama nümunələri, xüsusilə prekondral, frontal və temporal bölgələrdə, beyin korteksinin böyük ərazilərində gyrification bir azaldılması ehtiva dəyişiklik məruz göstərir. Gələcək işlər fMRI və MEG kimi nöropsikoloji məlumatları və funksional beyin görüntüləmə üsulları ilə əlaqəli davranış, idrak və fiziolojidə eyni dəyişikliklər üçün bu modifikasiyanın funksional əhəmiyyətini müəyyənləşdirməlidir.
Məlumatın dəstəklənməsi
Şəkil S1
Bütün beyində yerli gyrification indeksində (lGI) qeyri-xətti yaş təsiri, orta şablon beyninə proqnozlaşdırılan vertex-by-vertex analizləri. Üst Rolu: Yaş2 sol yarımkürədə (solda) və sağ yarımkürədə (sağda) lateral və medial baxışdan təsvir olunur. Alt Satır: Yaş arasındakı əlaqələr3 lGI sol və sağ yarımkürədə (sağda) lateral və medial görünüşlər üçün göstərilir. Mavi rənglər lGI-dəyərlərinin yaş artdıqca əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını göstərir, isti rəng isə lGI-də artım üçün kodlanır. Bütün analizlər gender, eTIV və yaş (lineer) təsirləri üçün nəzarət tərəfindən həyata keçirilmişdir. Qeyd: yaş arasındakı əhəmiyyətli korrelyasiya yoxdur3 lGI gender, eTIV, yaş (doğrusal) və yaş təsirlərinə nəzarət etməklə aşkar edilmişdir2.
(TIFF)
Şəkil S2
Bütün bir beyində GMV üzərində qeyri-xətti yaş təsiri, orta şablon beyninə proqnozlaşdırılan vertex-by-vertex analizləri. Sol: Yaş2 sol yarımkürənin yanal və medial baxımdan GMV üzərində təsirləri. Sağ: Yaş təsirləri3 sol yarımkürədə lateral və medial baxımdan təsvir edilir. Mavi rənglər GMV-nin artım yaşı ilə əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını göstərir, amma istilik rəngləri GMV artımı üçün kodlaşdırılır. Bütün analizlər gender, eTIV və yaş (lineer) təsirləri üçün nəzarət tərəfindən həyata keçirilmişdir. Qeyd: yaş arasındakı əhəmiyyətli korrelyasiya yoxdur3 və GMV gender, eTIV, yaş (lineer) və yaş təsiri nəzarət tərəfindən aşkar edilmişdir2.
(TIFF)
Minnətdarlıq
Sandra Anti şirkətinə MRI məlumatları əldə etməsi üçün kömək etməkdən ötrü təşəkkür edirik.
Maliyyələşdirmə Hesabatı
References
;
