RM estructural del desarrollo cerebral pediátrico: ¿Qué hemos aprendido y hacia dónde vamos? (2010)

Neurona. Manuscrito del autor; Disponible en PMC 2012 Feb 23.

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PMCID: PMC3285464

NIHMSID: NIHMS347429

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Resumen

La resonancia magnética (RM) permite un acceso sin precedentes a la anatomía y fisiología del cerebro en desarrollo sin el uso de radiación ionizante. En las últimas dos décadas, se han adquirido y analizado miles de imágenes de resonancia magnética cerebral de jóvenes sanos y personas con enfermedades neuropsiquiátricas con respecto al diagnóstico, el sexo, la genética y / o las variables psicológicas como el CI. Los informes iniciales que comparan las diferencias de tamaño de varios componentes cerebrales promediados en grandes períodos de edad han dado lugar a estudios longitudinales que examinan las trayectorias de desarrollo a lo largo del tiempo y las evaluaciones de los circuitos neuronales en lugar de las estructuras aisladas. Aunque la RM aún no es de utilidad diagnóstica de rutina para la evaluación de los trastornos neuropsiquiátricos pediátricos, han surgido patrones de desarrollo típico versus atípico que pueden dilucidar los mecanismos patológicos y sugerir objetivos para la intervención. En esta revisión, resumimos las contribuciones generales de la RMN estructural a nuestra comprensión del desarrollo neurológico en la salud y la enfermedad.

Resonancia magnética de la anatomía cerebral en el desarrollo pediátrico típico

El cerebro humano tiene una maduración particularmente prolongada, con diferentes tipos de tejidos, estructuras cerebrales y circuitos neuronales que tienen distintas trayectorias de desarrollo que experimentan cambios dinámicos a lo largo de la vida. Las exploraciones de RM longitudinales de niños y adolescentes con desarrollo típico muestran volúmenes crecientes de materia blanca (WM) y trayectorias de forma de U invertidas de materia gris (GM) con tamaños de pico que se producen en diferentes momentos en diferentes regiones. Figura 1 y XNUMX muestra las trayectorias de edad por tamaño de un estudio longitudinal que incluye escaneos 829 de sujetos 387, edades 3 – 27 años (ver Figura 1 y XNUMX y Procedimientos experimentales suplementarios).

Figura 1 y XNUMX 

Trayectorias de desarrollo de la morfometría cerebral: edades 6 – 20 años

Volumen Cerebral Total

En la cohorte de la rama de psiquiatría infantil mencionada anteriormente, el volumen cerebral total sigue una trayectoria en forma de U invertida que alcanza su punto máximo a la edad 10.5 en niñas y 14.5 en niños (Lenroot et al., 2007). Tanto en hombres como en mujeres, el cerebro ya está en 95% de su tamaño máximo por edad 6 (Figura 1A). A lo largo de estas edades, el tamaño promedio del cerebro del grupo para los hombres es ~ 10% más grande que para las mujeres. Este% de diferencias en 10 es consistente con una amplia literatura de estudios de neuroimagen y postmortem en adultos, pero a menudo se explica que está relacionado con el tamaño corporal más grande de los hombres. Sin embargo, en nuestros sujetos pediátricos, los cuerpos de los niños no son más grandes que los de las niñas hasta después de la pubertad. Otra evidencia de que el tamaño del cerebro no está estrechamente relacionado con el tamaño del cuerpo es el desacoplamiento fundamental de las trayectorias de maduración del tamaño del cerebro y del cuerpo, con un aumento del tamaño del cuerpo hasta aproximadamente la edad 17.

Las diferencias en el tamaño del cerebro no deben interpretarse como que necesariamente imparten algún tipo de ventaja o desventaja funcional. En el caso de las diferencias entre hombres y mujeres, las medidas estructurales generales pueden no reflejar diferencias dimorfas sexuales en factores funcionalmente relevantes, como la conectividad neuronal y la densidad de receptores.

Sowell y sus colegas midieron los cambios en el volumen del cerebro en un grupo de niños con 45 escaneados dos veces (con 2 años aparte) entre las edades de 5 y 11 (Sowell et al., 2004). Utilizando un método muy diferente, en el que se midió la distancia entre los puntos en la superficie del cerebro y el centro del cerebro, encontraron aumentos en el tamaño del cerebro durante este lapso de edad, particularmente en las regiones frontal y occipital.

Cerebelo

Caviness et al., En una muestra de corte transversal de niños 15 y 15 de edades entre 7 y 11, encontraron que el cerebelo estaba en el volumen adulto en mujeres pero no en hombres en este rango de edad, lo que sugiere la presencia de desarrollo tardío y dimorfismo sexual (Caviness et al., 1996). La función del cerebelo se ha descrito tradicionalmente como relacionada con el control motor, pero ahora se acepta comúnmente que el cerebelo también está involucrado en el procesamiento emocional y otras funciones cognitivas superiores que maduran durante la adolescencia (Riva y Giorgi, 2000; Schmahmann, 2004).

En la cohorte de la Rama de psiquiatría infantil, las curvas de desarrollo del tamaño total del cerebelo fueron similares a las del cerebro después de una trayectoria de desarrollo en forma de U invertida, con un tamaño máximo en 11.3 en niñas y 15.6 en niños. En contraste con los lóbulos del hemisferio cerebeloso evolutivamente más recientes que siguieron la trayectoria de desarrollo en forma de U invertida, el tamaño del vermis cerebeloso no cambió a lo largo de este intervalo de edad (Tiemeier et al., 2010).

Materia blanca

El color blanco de la "materia blanca" es producido por la mielina, vainas blancas y grasas formadas por oligodendrocitos que se envuelven alrededor de los axones y aumentan drásticamente la velocidad de las señales neuronales. El volumen de WM generalmente aumenta a lo largo de la infancia y la adolescencia (Lenroot et al., 2007), que puede ser la base de una mayor conectividad e integración de circuitos neuronales dispares. Una característica importante que solo se ha apreciado recientemente es que la mielina no solo maximiza la velocidad de transmisión, sino que también modula el tiempo y la sincronía de los patrones de activación neuronal que crean redes funcionales en el cerebro (Campos y Stevens-Graham, 2002). De acuerdo con esto, un estudio que utiliza una medida de la densidad de la materia blanca para cartografiar el crecimiento regional de la materia blanca encontró aumentos rápidos localizados entre la infancia y la adolescencia. Los tractos corticoespinales mostraron incrementos que fueron similares en magnitud en ambos lados, mientras que los tractos que conectan las regiones frontal y temporal mostraron un aumento mayor en las regiones asociadas con el lenguaje del lado izquierdo (Paus et al., 1999).

Materia gris

Mientras WM aumenta durante la infancia y la adolescencia, las trayectorias de los volúmenes GM siguen una trayectoria de desarrollo en forma de U invertida. Las diferentes curvas de desarrollo de WM y GM desmienten las conexiones íntimas entre las neuronas, las células gliales y la mielina, que son componentes en los circuitos neuronales y están vinculadas por relaciones recíprocas de por vida. Los cambios GM corticales en el nivel de voxel de las edades de 4 a 20 años derivadas de las exploraciones de los sujetos 13 que se habían escaneado cuatro veces a intervalos de ~ 2 años se muestran en Figura 2 y XNUMX (la animación está disponible en http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg) (Gogtay et al., 2004b). La edad de la densidad máxima de GM es más temprana en áreas sensoriomotoras primarias y más reciente en áreas de asociación de orden superior, como la corteza prefrontal dorsolateral, parietal inferior y giro temporal superior. Una pregunta no resuelta es el grado en que las reducciones corticales de GM son impulsadas por la poda sináptica versus mielinización a lo largo de la frontera GM / WM (Sowell et al., 2001). El volumen del núcleo caudado, una estructura GM subcortical, también sigue una trayectoria de desarrollo en forma de U invertida, con picos similares a los lóbulos frontales con los que comparten conexiones extensas (Lenroot et al., 2007).

Figura 2 y XNUMX 

Maduración regional del espesor cortical: Edades 4 – 21 Años

Trayectorias de desarrollo: el viaje y el destino

Un principio prominente ahora establecido en la literatura de neuroimagen es que la forma de las trayectorias de edad por tamaño puede estar relacionada con las características funcionales incluso más que con el tamaño absoluto. Por ejemplo, en un estudio longitudinal que comprende exploraciones 692 de 307 en sujetos con desarrollo típico, las curvas de desarrollo de la edad por el grosor cortical fueron más predictivas del coeficiente intelectual que las diferencias en el grosor cortical a la edad de los años 20 (Shaw et al., 2006a). Las trayectorias de edad por tamaño también son más discriminatorias que las medidas estáticas para el dimorfismo sexual donde ocurren volúmenes máximos de GM lobares 1 – 3 años antes en las mujeres (Lenroot et al., 2007). Las trayectorias se emplean cada vez más como un fenotipo exigente en los estudios de psicopatología también (Giedd et al., 2008).

Muchos trastornos psiquiátricos (tanto en niños como en adultos) han sido durante mucho tiempo la hipótesis de que reflejan anomalías sutiles en el desarrollo del cerebro. Los estudios de desarrollo anatómico cerebral han reavivado y ampliado nuestra comprensión de los patrones de desarrollo normales y anormales, así como la respuesta plástica a la enfermedad. Está más allá del alcance de esta revisión discutir cualquier trastorno en gran profundidad, pero una descripción general de una serie de estudios para el trastorno por déficit de atención / hiperactividad (TDAH), la esquizofrenia de inicio muy temprano (infancia) y el autismo ilustran algunos principios fundamentales.

Desorden hiperactivo y deficit de atencion

El TDAH es el trastorno de neurodesarrollo más común de la infancia, que afecta entre el 5% y el 10% de los niños en edad escolar y el 4.4% de los adultos (Kessler y otros, 2005). Sigue existiendo controversia sobre este trastorno debido a la falta de cualquier prueba de diagnóstico biológico, la frecuencia de los síntomas más destacados (falta de atención, inquietud e impulsividad) en la población general, el buen resultado a largo plazo para aproximadamente la mitad de los casos infantiles y la posible uso excesivo del tratamiento farmacológico estimulante.

Los estudios transversales de imágenes anatómicas de TDAH apuntan de manera consistente a la participación de los lóbulos frontales (Castellanos et al., 2002), lóbulos parietales (Sowell et al., 2003), ganglios basales (Castellanos y Giedd, 1994), Cuerpo calloso (Giedd et al., 1994), y el cerebelo (Berquin et al., 1998). Los estudios de imagen de la fisiología cerebral también apoyan la participación de los circuitos de los ganglios frontales-basales derechos con una poderosa influencia moduladora del cerebelo (ver Giedd et al., 2001, para la revisión).

Debido a la amplia gama de resultados clínicos observados en el TDAH, los estudios longitudinales han sido de particular interés. Tales estudios indican un retraso en el desarrollo de las trayectorias de grosor cortical más marcadamente para los lóbulos frontales (Shaw et al., 2007a) (ver Figura 3 y XNUMX). El patrón general de las áreas sensoriales primarias que alcanzan un grosor cortical máximo antes de la polimodal, las áreas de asociación de alto orden se presentaron tanto en aquellos con y sin TDAH. Sin embargo, la edad media en la que 50% de los puntos corticales alcanzó el grosor máximo fue de 10.5 años para TDAH y 7.5 años para controles. El área con la mayor diferencia de edad fue la corteza prefrontal media, que alcanzó el espesor máximo en 10.9 años en aquellos con TDAH y 5.9 años para los controles.

Figura 3 y XNUMX 

Retraso en el desarrollo del grosor cortical en el TDAH

Un tema de nuestros estudios de TDAH es que la mejora clínica a menudo se refleja en una convergencia de trayectorias de desarrollo hacia el desarrollo típico y que la persistencia del TDAH se acompaña de una progresiva divergencia con respecto al desarrollo típico. Hemos demostrado esto para la corteza, donde la normalización cortical parietal derecha acompañó la mejoría clínica (Shaw et al., 2006b) Y para el cerebelo, donde la pérdida progresiva de volumen de los lóbulos posteriores inferiores refleja la persistencia del TDAH (Mackie et al., 2007). Un principio similar puede valer para el hipocampo: los niños con TDAH que remiten muestran una trayectoria similar a la del desarrollo típico, mientras que el TDAH persistente se acompaña de una pérdida progresiva del volumen del hipocampo (Shaw et al., 2007b). Estos hallazgos altamente significativos ocurren de manera independiente y, por lo tanto, no se puede ver simplemente el TDAH como un "desarrollo frontal retardado". También se debe enfatizar que, hasta la fecha, estas medidas, solas o combinadas, no son clínicamente útiles ni para el diagnóstico ni para el resultado clínico.

Los estimulantes siguen siendo el tratamiento más eficaz y más utilizado del TDAH, mejorando el comportamiento de la tarea y minimizando los síntomas perturbadores. Estudios anteriores que indican que los estimulantes tienen una influencia normalizadora en el desarrollo subcortical y de la materia blanca (Castellanos et al., 2002) se han extendido al desarrollo cortical (Shaw et al., 2009) y al tálamo (Logvinov et al., 2009). Se desconoce si esta normalización representa cambios plásticos relacionados con la actividad o relacionados con el tratamiento o un efecto neural más directo de la medicación.

Existe una considerable evidencia epidemiológica y neuropsicológica de que el TDAH se considera mejor dimensionalmente, y se encuentra en el extremo de una distribución continua de síntomas y deficiencias cognitivas subyacentes. Por lo tanto, preguntamos si el desarrollo del cerebro cortical en niños con un desarrollo típico con síntomas de hiperactividad e impulsividad se parece al encontrado en el síndrome. Específicamente, encontramos que una tasa más lenta de adelgazamiento cortical durante la infancia y la adolescencia tardía, que encontramos anteriormente en el TDAH, también está relacionada con la gravedad de los síntomas de hiperactividad e impulsividad en niños con un desarrollo típico, lo que proporciona evidencia neurobiológica de la dimensionalidad del trastorno.

Esquizofrenia

La esquizofrenia es ampliamente considerada como un trastorno del desarrollo neurológico (Weinberger, 1987; Rapoport et al., 2005). El estudio de COS ofrece una excelente oportunidad para investigar los aspectos específicos de las desviaciones del desarrollo neurológico, ya que las exploraciones (1) se pueden obtener durante los períodos más dinámicos y relevantes del desarrollo cerebral y (2) las contrapartes de enfermedades típicas de adultos en la infancia suelen mostrar un fenotipo más severo es menos probable que sea influenciado por factores ambientales y más probable que muestre influencias genéticas.

Un estudio de COS ha estado en curso en el NIMH desde 1990. El diagnóstico se realiza utilizando criterios DSM-III-R / IV no modificados y, en la mayoría de los casos, después de una observación de pacientes hospitalizados sin medicamentos. Aunque son raros, ocurren ~ 1 / 500 con la frecuencia de esquizofrenia de inicio en adultos (AOS), los casos de COS (n = 102 hasta la fecha) se asemejan clínicamente a casos de AOS de resultados deficientes, en los que se muestran todos los estudios fenomenológicos, familiares y neurobiológicos en COS hallazgos similares como en AOS, lo que sugiere continuidad entre estas dos formas de la enfermedad (Gogtay y Rapoport, 2008).

Los hallazgos de neuroimagen de la cohorte de COS son consistentes con la literatura de AOS que muestra un aumento del volumen del ventrículo lateral, disminución de los volúmenes GM corticales regionales y totales, disminución de los volúmenes de hipocampo y amígdala y aumento de los volúmenes de ganglios basales que progresaron durante la adolescencia (ver Gogtay y Rapoport, 2008, para la revisión). Lo más sorprendente revelado por los datos longitudinales es la pérdida progresiva de GM cortical durante la adolescencia (Thompson et al., 2001) y retraso en el desarrollo de la materia blanca (Gogtay et al., 2008). La reducción cortical de GM se vuelve más circunscrita con la edad (a medida que la saludable trayectoria grupal del adelgazamiento cortical se “pone al día” con el patrón acelerado de pérdida cortical de GM que se observa en el COS). Se ha demostrado que la pérdida cortical de GM en la esquizofrenia se debe a la pérdida de "neuropil", que consiste en glía, cenadores sinápticos y dendríticos y vasculatura (Selemon y Goldman-Rakic, 1999). Los estudios postmortem no muestran una pérdida neuronal generalizada en la esquizofrenia o una respuesta glial a una lesión neuronal potencial. Sobre la base de estos y otros datos convergentes, han predominado los modelos de desarrollo de función o estructura sináptica anormal (Weinberger et al., 1992).

Autismo

El autismo se define por el comportamiento anormal en las esferas de la comunicación, la relación social y los comportamientos estereotipados dentro de los primeros años de vida de 3. En los niños con autismo, hay una aceleración temprana del crecimiento del cerebro, que sobrepasa las dimensiones típicas, lo que lleva a un agrandamiento cerebral transitorio (Courchesne et al., 2007). Las imágenes cerebrales y los estudios genéticos de COS proporcionaron vínculos inesperados con el autismo con respecto a un "cambio a la derecha" en el desarrollo cerebral temprano (un crecimiento cerebral más rápido durante los primeros años de vida en el autismo y una disminución prematura del grosor cortical durante la adolescencia para COS) . Un posible fenotipo intermedio de alteración del tiempo de los eventos de desarrollo cerebral (Rapoport et al., 2009) o se han propuesto vías cerebrales "polares" (Crespi et al., 2010). Predecimos que la investigación del tratamiento futuro se centrará en los agentes que tienen "efectos de normalización" más generales en el desarrollo del cerebro. Hasta la fecha, existe evidencia limitada de que los medicamentos estimulantes pueden tener un efecto tal como se mencionó anteriormente (Sobel et al., 2010).

En resumen, los estudios clínicos indican diferencias anatómicas cerebrales grupales específicas para el diagnóstico que, aunque no diagnósticas, están comenzando a dilucidar el momento y la naturaleza de las desviaciones del desarrollo típico. El uso de trayectorias (es decir, medidas morfométricas por edad) como endofenotipo puede proporcionar un poder de discriminación cuando las medidas estáticas no lo hacen (Giedd et al., 2008). Cada vez está más claro que el mismo riesgo genético molecular puede estar asociado con una variedad de fenotipos psiquiátricos, que incluyen el autismo, el trastorno bipolar, la esquizofrenia, el retraso mental y la epilepsia. A la inversa, es probable que el mismo fenotipo psiquiátrico refleje numerosas anomalías genéticas individualmente raras, como las variantes del número de copias (Bassett et al., 2010; McClellan y el Rey, 2010). Explorar el papel de las variantes genéticas en el tiempo de desarrollo del cerebro puede aclarar algunos de estos problemas de sensibilidad y especificidad.

Alta variabilidad de las medidas cerebrales entre individuos

Todos los datos presentados anteriormente deben interpretarse a la luz de la variabilidad sorprendentemente alta de las medidas del tamaño del cerebro en los individuos (Lange et al., 1997). Esta alta variabilidad se extiende también a las medidas de las subestructuras cerebrales. La gran variabilidad y la superposición sustancial de la mayoría de las medidas para la mayoría de los grupos que se comparan tiene implicaciones profundas para la utilidad diagnóstica de la neuroimagen psiquiátrica y la sensibilidad / especificidad en el uso de la neuroimagen para hacer predicciones sobre el comportamiento o la capacidad en un individuo en particular. Por ejemplo, aunque se han reportado diferencias en la RMN anatómica promedio de grupo para todos los trastornos psiquiátricos principales, actualmente la RM no está indicada para el diagnóstico de rutina. Del mismo modo, aunque en promedio de grupo hay diferencias estadísticamente sólidas entre los cerebros masculino y femenino, no hay nada en un escáner cerebral individual de MRI para discernir con confianza si se trata de un hombre o una mujer. Como analogía, la altura para los hombres adultos es significativamente mayor que la altura para las mujeres adultas. Sin embargo, hay tantas mujeres más altas que tantos hombres que la estatura por sí sola no sería una forma muy útil de determinar el sexo de alguien. Las diferencias en altura entre hombres y mujeres son aproximadamente el doble del tamaño del efecto que la mayoría de las medidas de neuroimagen o neuropsicológicas.

Pasar de las diferencias promedio de los grupos al uso individual es uno de los principales desafíos de la neuroimagen. Como gran parte de la utilidad de la neuroimagen se basa en la medida en que se puede enfrentar este desafío, la importancia de la variabilidad es primordial. En la siguiente sección, examinaremos algunos de los parámetros que se sabe influyen en la variación en el desarrollo del cerebro.

Influencias en las trayectorias de desarrollo de la anatomía cerebral durante la infancia y la adolescencia

Genes y medio ambiente

Al comparar las similitudes entre gemelos monocigóticos (MZ), que comparten ~ 100% de los mismos genes, y gemelos dicigóticos (DZ), que comparten ~ 50% de los mismos genes, podemos estimar las contribuciones relativas de influencias genéticas y no genéticas en las trayectorias de desarrollo cerebral. Para continuar con esta pregunta, estamos realizando un estudio de neuroimagen longitudinal de gemelos y actualmente hemos adquirido ~ 600 scans de 90 MZ y 60 DZ. El modelado de ecuaciones estructurales (SEM) se utiliza para evaluar las interacciones entre la edad x el gen y el entorno y otros fenómenos epistáticos que desafían la interpretación convencional de los datos de gemelos. SEM describe los efectos interactivos como (A) genéticos aditivos, (C) ambientales compartidos, o (E) factores ambientales únicos (Neale y Cardon, 1992). Para la mayoría de las estructuras cerebrales examinadas, los efectos genéticos aditivos (es decir, "heredabilidad") son altos y los efectos ambientales compartidos son bajos (Wallace et al., 2006). Los efectos genéticos aditivos para los volúmenes cerebrales y lobares totales (incluidos los compartimentos GM y WM) variaron desde 0.77 hasta 0.88; para el caudado, 0.80; y para el cuerpo calloso, 0.85. El cerebelo tiene un perfil de heredabilidad distintivo con un efecto genético aditivo de solo 0.49, aunque amplios intervalos de confianza merecen una interpretación cuidadosa. Las medidas morfométricas cerebrales altamente hereditarias proporcionan marcadores biológicos para rasgos heredados y pueden servir como objetivos para estudios de asociación genética y asociación (Gottesman y Gould, 2003).

Los análisis multivariados permiten evaluar el grado en que los mismos factores genéticos o ambientales contribuyen a múltiples estructuras neuroanatómicas. Al igual que las variables univariadas, estas correlaciones entre estructuras se pueden parcelar en relaciones de origen genético o ambiental. Este conocimiento es de vital importancia para la interpretación de la mayoría de los datos gemelos, incluida la comprensión del impacto de los genes que pueden afectar las redes neuronales distribuidas, así como las intervenciones que pueden tener impactos cerebrales globales. Los efectos compartidos representan más la varianza que los efectos específicos de la estructura, con un solo factor genético que representa el 60% de variabilidad en el espesor cortical (Schmitt et al., 2007). Seis factores representan el 58% de la varianza restante, con cinco grupos de estructuras fuertemente influenciados por los mismos factores genéticos subyacentes. Estos hallazgos son consistentes con la hipótesis de la unidad radial de la expansión neocortical propuesta por Rakic ​​(Rakic, 1995) y con la hipótesis de que las diferencias globales y genéticamente mediadas en la división celular fueron la fuerza impulsora detrás de las diferencias entre especies en el volumen cerebral total (Darlington et al., 1999; Finlay y Darlington, 1995; Fishell, 1997). Expandir todo el cerebro cuando solo se pueden seleccionar funciones específicas es metabólicamente costoso, pero la cantidad de mutaciones necesarias para afectar la división celular sería mucho menor que la requerida para cambiar por completo la organización cerebral.

Los cambios relacionados con la edad en la heredabilidad pueden estar relacionados con el momento de la expresión génica y relacionados con la edad de aparición de los trastornos. En general, la heredabilidad aumenta con la edad para WM y disminuye para los volúmenes GM (Wallace et al., 2006), mientras que la heredabilidad aumenta para el grosor cortical en regiones dentro de la corteza frontal, los lóbulos parietal y temporal (Lenroot et al., 2009). El conocimiento de cuándo ciertas estructuras cerebrales son particularmente sensibles a influencias genéticas o ambientales durante el desarrollo podría tener importantes implicaciones educativas y / o terapéuticas.

Diferencias entre hombres y mujeres

Dado que casi todos los trastornos neuropsiquiátricos tienen una prevalencia, una edad de inicio y una sintomatología diferentes entre hombres y mujeres, las diferencias de sexo en las trayectorias típicas del cerebro en desarrollo son muy relevantes para los estudios de patología. Se observan diferencias sexuales sólidas en las trayectorias de desarrollo para casi todas las estructuras, con picos de volumen GM que ocurren generalmente 1-3 años antes en las mujeres (Lenroot et al., 2007). Para evaluar las contribuciones relativas de los cromosomas sexuales y las hormonas, nuestro grupo está estudiando sujetos con variaciones anómalas de cromosomas sexuales (por ejemplo, XXY, XXX, XXXY, XYY) (Giedd et al., 2007), así como en sujetos con niveles anormales de hormonas (p. ej., hiperplasia suprarrenal congénita, pubertad precoz masculina familiar, síndrome de Cushing) (Merke et al., 2003, 2005).

Genes especificos

Al igual que con cualquier parámetro físico o de comportamiento cuantificable, los individuos se pueden clasificar en grupos según el genotipo. Las imágenes cerebrales de individuos en los diferentes grupos de genotipos se pueden promediar y comparar estadísticamente. En las poblaciones adultas, uno de los genes más estudiados ha sido la apolipoproteína E (apoE), que modula el riesgo de enfermedad de Alzheimer. Los portadores del alelo de apoE 4 tienen un mayor riesgo, mientras que los portadores del alelo 2 posiblemente tienen un riesgo menor. Para explorar si los alelos apoE tienen distintas firmas neuroanatómicas identificables en la infancia y la adolescencia, examinamos las exploraciones 529 de sujetos sanos de 239 de años 4-20 (Shaw et al., 2007c). Aunque no hubo interacciones significativas entre el genotipo IQ, hubo un efecto gradual sobre el grosor cortical en las regiones entorinal del hipocampo derecho, donde el grupo 4 exhibió el más delgado, los homocigotos 3 en el rango medio y el grupo 2 el más grueso. Estos datos sugieren que las evaluaciones pediátricas podrían ser algún día informativas para los trastornos de aparición en adultos.

Resumen / Discusión

Los temas de maduración relacionados con la salud y la enfermedad incluyen la importancia de considerar las trayectorias de desarrollo y la alta variabilidad de las medidas entre los individuos. A pesar de la alta variación individual, son evidentes varios patrones estadísticamente sólidos de cambios de maduración promedio. Específicamente, los volúmenes de WM aumentan y los volúmenes de GM siguen una trayectoria de desarrollo de U invertida con picos más recientes en áreas de alta asociación como la corteza prefrontal dorsolateral. Estos cambios anatómicos son consistentes con los estudios electroencefalográficos, MRI funcionales, postmortem y neuropsicológicos que indican un aumento de la "conectividad" en el cerebro en desarrollo. La "conectividad" caracteriza a varios conceptos de neurociencia. En los estudios anatómicos, la conectividad puede significar un vínculo físico entre áreas del cerebro que comparten trayectorias de desarrollo comunes. En los estudios de la función cerebral, la conectividad describe la relación entre las diferentes partes del cerebro que se activan juntas durante una tarea. En estudios genéticos, se refiere a diferentes regiones que están influenciadas por los mismos factores genéticos o ambientales. Todos estos tipos de conectividad aumentan durante la adolescencia. La caracterización de los circuitos neuronales en desarrollo y las relaciones cambiantes entre componentes cerebrales dispares es una de las áreas más activas de la investigación de neuroimagen que se detalla Power et al. (2010) (este número de Neurona).

Aunque otras áreas de asociación superior también maduran relativamente tarde, el curso de desarrollo del córtex prefrontal dorsolateral ha entrado de manera más prominente en el discurso social, legislativo, judicial, de crianza de los hijos y educativo debido a su participación en el juicio, la toma de decisiones y el control de los impulsos. También es consistente con un creciente cuerpo de literatura que indica un equilibrio cambiante entre las redes del sistema límbico de maduración anterior (que son el asiento de la emoción y las redes del lóbulo frontal de maduración más tardía) y los sistemas frontales de maduración posterior (Casey et al., 2010a [este número de Neurona]). La relación frontal / límbica es altamente dinámica. Apreciar la interacción entre los sistemas límbicos y cognitivos es imprescindible para comprender la toma de decisiones durante la adolescencia.

Las pruebas psicológicas generalmente se realizan bajo condiciones de "cognición fría", situaciones hipotéticas y de baja emoción. Sin embargo, la toma de decisiones en el mundo real a menudo se produce en condiciones de "cognición caliente": alta excitación, con presión de los compañeros y consecuencias reales. Las investigaciones de neuroimagen continúan discerniendo los diferentes circuitos biológicos involucrados en la cognición fría y caliente y están comenzando a trazar un mapa de cómo maduran las partes del cerebro involucradas en la toma de decisiones. Por ejemplo, los adolescentes muestran una activación de recompensa de núcleo accumbens exagerada en comparación con los niños, pero no una diferencia en la activación frontal orbital (Galvan et al., 2006). También se ha demostrado que la maduración prolongada de la PFC está relacionada con la mejora de la memoria relacionada con la edad para obtener detalles de las experiencias (en contraste con las estructuras del lóbulo temporal medial de maduración más temprana que sirven memorias no experimentales) (Ofen et al., 2007).

El principio de "viaje y destino" destaca la naturaleza fundamentalmente dinámica del cerebro y el desarrollo cognitivo en los niños. La adolescencia es una etapa particularmente crítica del desarrollo neural, y la relación entre los cambios típicos de la maduración y el inicio de la psicopatología en este grupo de edad es un área de investigación activa. La aparición de varias clases de enfermedades psiquiátricas en la adolescencia (p. Ej., Trastornos de ansiedad y del estado de ánimo, psicosis, trastornos de la alimentación y abuso de sustancias) (Kessler y otros, 2005) puede estar relacionado con los muchos cambios cerebrales que ocurren durante este tiempo (Paus et al., 2008). En términos más generales, comprender los mecanismos e influencias en el desarrollo cerebral estructural y funcional en la infancia puede ayudarnos a aprovechar la plasticidad del desarrollo del cerebro para ayudar a guiar las intervenciones para los trastornos clínicos y para aclarar el camino para promover un desarrollo saludable óptimo.

Material suplementario

Dato suplementario

Notas a pie de página

INFORMACIÓN SUPLEMENTARIA

Información suplementaria incluye consideraciones metodológicas y se puede encontrar con este artículo en línea en doi: 10.1016 / j.neuron.2010.08.040.

Referencias

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