PLoS One. 2014; 9 (1): e84914.
Abstraktne
Anatoomilistest ja funktsionaalsetest pildiuuringutest saadud tõendid on esile tõstnud noorukite ajal kortikaalsete ahelate olulisi muudatusi. Nende hulka kuuluvad halli materjali (GM) vähendamine, kortikaalsete kortikaalsete ühenduste müeliniseerumise suurenemine ja suurte kortikaalsete võrkude arhitektuuri muutused. Praegu on aga ebaselge, kuidas käimasolevad arenguprotsessid mõjutavad ajukoorme kokkukleepumist ja kuidas muutused grifitseerimisel on seotud GM / WM-mahu, paksuse ja pindala küpsemisega. Käesolevas uuringus omandasime 3i tervete katsealuste (79-isased ja 34-i emased) kõrge resolutsiooniga (45 Tesla) magnetresonantstomograafia (12 Tesla) andmed 23i ja XNUMX-i aastate vahel ning viidi läbi ajukoore analüüs koorekujuliste mustrite korral. grifikatsiooni indeks (GI). Lisaks GI-väärtustele saime hinnangud kortikaalse paksuse, pindala, geneetiliselt muundatud ja valge aine (WM) mahu kohta, mis võimaldas korrelatsiooni viljeluse muutustega. Meie andmed näitavad GI väärtuste märkimisväärset ja laialdast vähenemist noorukieas paljudes kortikaalsetes piirkondades, mis hõlmavad eel-, ajutisi ja eesmiseid piirkondi. Gyrifikatsiooni vähenemine kattub ainult osaliselt GM paksuse, mahu ja pinna muutustega ning seda iseloomustasid üldjoontes lineaarne arengusuund. Meie andmed näitavad, et täheldatud GI-väärtuste vähenemine kujutab endast ajukoore täiendavat olulist modifikatsiooni hilise aju küpsemise ajal, mis võib olla seotud kognitiivse arenguga.
Sissejuhatus
Suur töö on viimase kahe aastakümne jooksul toonud esile noorukiea tähtsuse kortikaalsete ahelate jätkuva küpsemise jaoks [1]-[3]. Alustades Huttenlocheri vaatlusest [4] sünaptiliste kontaktide arvu märkimisväärne vähenemine, magnetresonantstomograafia (MRI) uuringud on avalikustanud halli aine (GM) mahu ja paksuse märkimisväärset vähenemist. [5], [6]. Seevastu on tõestatud, et valge materjali (WM) kogus suureneb kortikaalsete kortikaalsete ühenduste paranenud müeliniseerumise tulemusena [7]-[10]. Viimased uuringud on näidanud, et GM / WM modifikatsioonid ulatuvad kolmanda elukümneni [11], [12] ning hõlmab muutusi anatoomiliste ja funktsionaalsete võrgustike ulatuslikus korralduses [13]. Need leiud andsid uudseid teadmisi noorukiea kui inimese aju arengu kriitilise perioodi tähtsusest, mis võib omada ka olulisi vihjeid psühhiaatriliste häirete, näiteks skisofreenia tekkeks, mis tavaliselt ilmnevad noorukieas täiskasvanueas üleminekul. [14], [15].
Kuigi GM / WM mahu modifikatsioone on laialdaselt iseloomustatud, on kortikaalse pinna kokkuklapitavad küpsemise muutused suhteliselt vähe. Inimeste ajukoorel on oma eritunnuste poolest tugevalt keeruline voltimisstruktuur, mis viib oluliselt suurenenud koore pinnale. Näiteks inimese koore pindala on keskmiselt kümme korda suurem kui makaakide ahv, kuid ainult kaks korda paksem [16]. Suurenenud koore pind inimestel võib olla seotud kõrgemate kognitiivsete funktsioonide tekkimisega, kuna neil on palju neuroneid ja kortikortikaalseid ühendusi.
On tõendeid, et koore kokkuklapitav muster on muutunud arengus. Pärast 5-i kuu lõppu ilmuvad kortikaalsed voldid ja need arenevad vähemalt esimesel sünnitusjärgsel aastal [17]. Varajase lapsepõlve ajal suureneb hõivamise aste veelgi ja on seni eeldatavasti stabiliseerunud. Surmamisjärgsed analüüsid: Armstrong et al. [18]siiski täheldati kortikaalse voltimise märkimisväärset ületamist kuni esimese aastani, millele järgnes vähendamine täiskasvanueani.
Seda järeldust toetavad hiljutised MRI-uuringud, mis on uurinud GI väärtusi aju küpsemise ajal. Raznahan et al. [19] noorukieas tõestas globaalset vähenemist. Hiljem, Mutlu et al. [20] näitasid, et GN-väärtused langesid 6 – 29-i vanusevahemikus eesmise ja parietaalse koore puhul, mis on kooskõlas Su ja kolleegide andmetega [21] kes kasutas uudset lähenemist mõnele laste ja noorukite proovile. Lõpuks, Hogstromi et al. [22] viitavad sellele, et ravitsemise muutused jätkuvad vanaduseni.
Käesolevas uuringus püüdsime täiskasvanueas grifitseerimise arengut põhjalikult iseloomustada, uurides kogu aju GI väärtusi MRI-andmetes. Lisaks saime geneetiliselt muundatud parameetrid (ajukoore paksus, maht ja pindala) ning WM-mahu hinnangud, et määrata kindlaks seos vanusepõhiste muutuste vahel grifitseerimises ja GM / WM parameetrites. Meie tulemused näitavad GI-väärtuste laialdast vähenemist, mis esinevad kattuvates, kuid ka erinevates GM-muutuste valdkondades, nagu näiteks eel-, ajalised ja eesmised piirkonnad, mis tõstavad esile ajukoorme anatoomilist muutust noorukieas.
Materjalid ja meetodid
Osalejad
85i parempoolsed osalejad (36-isased ja 49-i naised) 12i ja 23i aastate vahel palgati kohalikest kõrgkoolidest ja Frankfurdi Goethe Ülikoolist ning neid kontrolliti psühhiaatriliste häirete, neuroloogilise haiguse ja ainete kuritarvitamise suhtes. Kõigilt osavõtjatelt saadi kirjalik teadlik nõusolek. 18i noorematele osalejatele on nende vanemad andnud kirjaliku nõusoleku. Hamburger-Wechsleri luureandmete testimise aku (HAWI-E / K) [23], [24] teostati. Kuus osalejat jäeti välja MRI-andmete puudumise või mittetäieliku põhjusena. Uuringu kiitis heaks Frankfurdi Goethe Ülikooli eetikakomitee.
MR andmete kogumine
Struktuursed magnetresonantskujutised saadi 3-Tesla Siemens Trio skanneriga (Siemens, Erlangen, Saksamaa), kasutades CP-peakuuri RF edastamiseks ja signaali vastuvõtmiseks. Me kasutasime T1-i kaalutud kolmemõõtmelist (3D) magnetiseerimise ettevalmistatud kiir-omandamise gradientkaja (MPRAGE) järjestust järgmiste parameetritega: aja kordamine (TR): 2250 ms., Ajakaja (TE): 2.6 ms., Vaateväli (FOV): 256 × 256 mm3, viilud: 176 ja voksli suurus 1 × 1 × 1.1 mm3.
Pinna rekonstrueerimine
MRI-andmeid töödeldi FreeSurferi tarkvaraversiooni 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] ja kortikaalse paksuse, GM- ja WM-mahu, kortikaalse pindala, 3-D kohaliku günekloosi indeksi (LGI) ja hinnangulise intrakraniaalse mahu (eTIV) hinnangud. Järgiti standardset FreeSurferi torujuhet ja kontrolliti automaatselt rekonstrueeritud pindu täpsuse huvides ning vajaduse korral kasutati FreeSurferi korrektsioonivahendeid kasutades käsitsi sekkumisi.
Eeltöötlus hõlmas Talairachi transformatsiooni, liikumise korrigeerimist, intensiivsuse normaliseerimist, mitte aju kudede eemaldamist, segmenteerimist ja hall- ja valge aine piiri piiramist, automaatselt topoloogia korrigeerimist ja pinna deformatsiooni ning seda on üksikasjalikumalt kirjeldatud mujal [25], [27]-[29]. Lisaks tehti sfäärilise atlasi registreerimine, inflatsioon ja kortikaalse pinna lõhustamine guraalsel / sulfaalsel alusel individuaalsete analüüside jaoks, mis andsid 33i ajukoore piirkonda poolkera kohta [30].
Koore paksus, koore pind ja GM-maht
Kortikaalset paksust mõõdeti kui vahemaa WM-piiri ja GM-aine pinna vahel igas punktis (tipus) tesselated pinnal [27]. Kortikaalsete pindade kaardid genereeriti iga kolmnurga pindalaprognooside abil standardiseeritud pinna tessellatsioonis [31]. Piirkonna hinnangud kaardistati individuaalsesse kortikaalsesse ruumi sfäärilise atlasi registreerimise abil [32]. See andis suhtelise pindala laiendamise või kokkusurumise tipu-tipu hinnangud [33]. GM-mahu hinnangud pärinesid koore paksuse mõõtmistest ja koore pinnal asuva vastava tippu ümbritsevast piirkonnast [34].
3-D kohalik gyrifikatsiooni indeks (lGI)
Arvutati 3-D lGI [35] mida on kasutatud varasemates MR-uuringutes [36], [37]. Lühidalt öeldes hõlmab lGI kortikaalse pinna 3-D rekonstrueerimist, kus grifitseerimise aste määratletakse kui ajukoores peidetud ajukoorepinna kogus võrreldes nähtava koore kogusega huvipakkuvates ringkondades [38]. Esimeses etapis loodi morfoloogilise sulgemisprotseduuri abil kolmnurkne välispind, mis ümbritseb pialpinda tihedalt. Pärast piaalvõrgu teisendamist binaarseks mahuks kasutasime sfääri genereerimiseks peamiste sulci sulgemiseks 15 mm läbimõõdu. [35]. Ringikujulise huvipiirkonna (ROI) loomiseks valime 25 mm raadiuse, et hõlmata optimaalse lahutusvõime saavutamiseks rohkem kui üks sulcus. [38]. Tipu algsed lGI-väärtused määratleti välise ROI pinna ja pinna pinnal oleva pinna suhtena. Statistiliste võrdluste jaoks kaardistati välised lGI-väärtused individuaalsele koordinaatsüsteemile, mis vähendas individuaalset sulkaalset kõrvalekaldumist [35].
WM-maht
Hinnati piirkondlikku WM-mahtu, mis oli alla parakteerunud koore GM-piirkondade. Iga valge aine voksel märgistati lähimasse kortikaalsesse GM-vokslisse 5 mm kauguspiiriga, mille tulemusena saadi 33 WM-mahud vastavate 33-i güraalsete märgistatud GM-piirkondadega [39] mida on kasutatud eelmistes uuringutes [9], [40].
Hinnanguline koljusisene maht (eTIV)
FreeSurferi torujuhtme hinnanguline intrakraniaalne maht (eTIV) tuletati atlas normaliseerimisprotseduurist. Atlas Scaling Factori (ASF) kaudu, mis esindab üksikisiku ja sihtmärgi vahelise mahu-skaalategurit, teostati iga eTIV arvutamine [41].
Statistiline analüüs
Analüüsi etapid on kokku võetud Joonis 1. Kõigi 79i osalejate parempoolsete ja vasakpoolsete poolkera pindade keskmised ja individuaalsed pinnad analüüsiti uuesti keskmise sfäärilise koordinaatide süsteemi. Signaali ja müra suhte suurendamiseks kasutasime koore paksuse, GM-mahu ja koore pindala ning 20 mm FWHM-i hindamiseks XGIUMX mm täispikkuses pooleldi maksimaalset (FWHM).
Esimeses etapis uurisime tipu-by-tipu analüüsis kogu aju LGI-väärtusi, kortikaalset paksust, kortikaalset pindala ja GM mahtu. Kasutati üldist lineaarset mudelit (GLM), et analüüsida vanuse mõju erinevatele anatoomilistele parameetritele (lGI, koore paksus, koore pindala ja GM maht). Kõik analüüsid viidi läbi, kontrollides sugu ja eTIV mõju. Me kasutasime vale avastamise määra (FDR) [42] korrigeerida korduvate võrdluste puhul kortikaalse paksuse, pindala ja GM-mahu kriteeriumi q 0.05i ja q 0.005i puhul LGI hinnangute puhul. Erinevad statistilised läved valiti lGI-väärtuste laiaulatuslike, vanusest sõltuvate muutuste tõttu, võrreldes kortikaalse paksusega, koore pindalaga ja GM-mahuga. Lisaks analüüsime vanust2 ja vanus3 mõju kõigile anatoomilistele parameetritele, mida kontrolliti vanuse, soo ja eTIV mõju suhtes.
Pindala suuruse hinnangute saamiseks valisime suurimad lGI-väärtustega tipud ja nende vastavad Talairach-koordinaadid ning rakendasid FreeSurferis automaatset mri_surfcluster funktsiooni (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Lisaks veel Coheni d [43] saadi suurimate vanusepõhiste muutustega aju piirkondades, võrreldes nooremate (vanus: 12 – 14, n = 13) keskmisi väärtusi ja vanimat osalejarühma (vanus: 21 – 23, n = 18). Efektide suurused on esitatud jooniste legendides.
Teises etapis uurisime Pearsoni korrelatsioonikordajaid vanusest sõltuvate lGI-efektide ning ajukoore paksuse, ajukoore pindala ja GM / WM-mahu muutuste vahel. WM-mahuandmete lisamiseks viidi läbi parsellatsioonipõhised piirkondlikud analüüsid. Neli tippude kaupa asuvat tippu analüüsitakse poolkera kohta, millel on väljendunud vanuse-lGI efektid (statistiline künnis p <10-4) määrati FreeSurfers gyral-põhistele aladele [30] ja vastavate etikettide puhul ekstraheeriti koore paksus, GM / WM-maht ja koore pindala.
Tulemused
LGI-i vanusest sõltuvate muutuste tipu-analüsid
LGI-väärtused vähenesid vanusega 12i klastrites vasakul ja 10i klastritel paremal poolkeral (FDR 0.005is) (Joonis 2 ja Ja3,3, Tabel 1). Aju piirkonnad, kus LGI vähenemine on suurim, lokaliseeriti vasakpoolsesse keskpunkti (pindala suurus = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 ja 7), vasakule parem-eesmine (pindala suurus = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), vasakule madalam-ajaline (ala suurus = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 ja 37), vasakpoolne-orbitofrontal (pindala suurus = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 ja 11) ja parema eelkeskse ajukoorega (pindala suurus = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 ja 7), parem pars triangularis (ala suurus = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 ja 46), parem rostraalne-keskel (pindala suurus = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) ja parem parietal (pindala suurus = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 ja 39). 0.005-i FDR-i LGI-väärtuste muutuste puhul ei täheldatud sugu olulisi mõjusid ja vanusepõhiseid vähenemisi grifitseerimisel järgiti mittelineaarseid (kuupmeetri) trajektoore (Joonis 3).
Kortikaalse paksuse, GM-mahu ja kortikaalse pindala vananemisest sõltuvate muutuste tipu-analüüsid
Kortikaalne paksus vähenes esirinnas kõige paremini (pindala suurus = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 ja 9) ja rostraalsed-keskmised eesmised (pindala suurus = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 ja 46) vasakpoolsel poolkeral ja paremas poolkera eelkeskkonnas (ala suurus = 14735.38 mm)2, p = 10-6.16, BA 6, 44 ja 45) (Joonis 4). Kooriku paksuse vähenemist saab kirjeldada kuupmeetri trajektooriga (R2 = 0.191 vasakpoolse rostraalse-keskmise frontaali korral, R2 = 0.126 vasakpoolse esiosa ja R korral2 = 0.134 parempoolsete prekentraalsete klastrite korral). Pealegi leidsime vanusest sõltuva kahepoolse GM-mahu vähenemise, mis lokaliseeriti esiosa ülaosale (ala suurus = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 ja 9) vasakpoolsel poolkeral ja pars orbitalis (pindala suurus = 19200.11 mm)2, p = 10-6.68, BA 44, 45 ja 47) ja madalamale parietaalile (pindala suurus = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 ja 39) paremal poolkeral.Joonis 4). GM-mahu vähenemine järgnes kuupmeetri trajektooridele (R2 = 0.132 vasakpoolse esiosa puhul, R2 = 0.185 parempoolse pars orbitalise ja R korral2 = 0.204 parema alumise parietaalse klastri korral).
Pindala jaoks leiti me keskmises olulises vähenemises (pindala suurus = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), keskosa eesosa (pindala suurus = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) ja supermarginaal (pindala suurus = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) klastrid vasakul poolkeral. Pindala vähenes paremal poolkeral kõige silmapaistvamalt eelvõrgus (pindala suurus = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), madalam parietaal (pindala suurus = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) ja parem parietal (pindala suurus = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7))Joonis 4). Pindala vähendamist kirjeldati kõige paremini kuupmeetri trajektooriga (R2 = 0.095 vasakpoolse precentraali korral, R2 = 0.026 vasakpoolne kaudaalne-keskmine frontaal, R2 = 0.024 vasakpoolne supramarginaal, R2 = 0.116 parem poolkera, R2 = 0.156 parem parem-parietaalne ja R2 = 0.046 parempoolsete prekentraalsete klastrite korral). Kortikaalse paksuse, GM-mahu ja pindala muutuste korral ei leitud soo olulisi mõjusid FDR-ga 0.005 juures
Gyrifikatsiooni, kooriku paksuse, pindala ja GM / WM-mahu korrelatsioonid
LGI-väärtuste ja GM / WM muutuste vaheliste seoste testimiseks valiti 8i piirkonnad, kus olid suurimad vanusepõhised muutused grifitseerimisel, ja LGI-väärtused korreleerusid kortikaalse paksusega, koore pindalaga ja GM / WM-Volume (Joonis 5, Tabel 2). Leidsime suured ja positiivsed korrelatsioonid kortikaalse pindala ja GM-mahu vahel LGI-väärtustega. Sellist seost ei leitud kortikaalse paksuse ja lGI-hinnangute korrelatsioonide vahel. WM-mahu suurenemine näitas ka märkimisväärset, kuigi nõrgemat suhet kui GM-mahu ja pindala, suurema põlvnemisega mitmes frontaalses piirkonnas ja parietaalses ajukoores.
Anatoomiliste parameetrite ja vanuse muutuste mittelineaarsed seosed: Vertex-by-Vertex analüüsid
LGI
Me leidsime 16i (vasakpoolkeral) ja 7i klastreid (poolkera), kus vanus2 ja LGI olid korrelatsioonis (Joonis S1). Kõige tugevam vanus 2 mõju LGI-le lokaliseeriti vasakpoolses ülemises eesmises piirkonnas (pindala suurus = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 ja 10), vasakul parem-parietal (pindala suurus = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 ja 4) ja vasakule pericalcarine (pindala suurus = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17) klastrid. Parema poolkera puhul täheldati toimeid keskmises piirkonnas (pindala suurus = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 ja 6), tsentraalne (pindala suurus = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 ja 3) ja superiorfrontal korstnates (pindala suurus = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Vanuse kuupõhised efektid LGI-le leiti 18-i (vasakpoolkeral) ja 7-i klastrites (paremal poolkeral). Kõrgeima kuupmeetri piirkonnaga piirkonnad paiknesid suures ülemises eesmises piirkonnas (pindala suurus = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 ja 47), superior-parietal (pindala suurus = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ja 9) ja pericalcarine (pindala suurus = 292.35 mm2, p = 10-3.73, BA 17) klaster vasaku poolkera jaoks. Paremal poolkeral leiti tugevaim kuupikkus ja LGI suhted eelosas (pindala suurus = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 ja 7), caudal-middlefrontal (pindala suurus = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 ja 9) ja keskmise ajaline klaster (ala suurus = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
vanus2 mõju GMV-le piirdus vasakpoolse poolkeraga (Joonis S2). Tugevamaid toimeid täheldati pars-operularise laiendatud osades (pindala = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 ja 45), paratsentraalne (pindala suurus = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 ja 31) ja halvem-parietaalne (pindala suurus = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 ja 22).
Kubikaaegsed mõjud GMV-le olid vasakul poolkeral 3i koorikus. Üks klaster gyrus cinguli tagumistes osades (pindala = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), mis on osa gyrus inferior frontalis-pars operularismist (pindala suurus = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) ja kõrgema ajalise sulcusega (pindala suurus = 7.12 mm)2, p = 10-3.61, BA 39) iseloomustas märkimisväärne vanus3 ja LGI suhe (Joonis S2).
CT / SA: olulist vanust pole2/ vanus3 CT ja SA jaoks leitud efektid.
Arutelu
Meie uuringu tulemused näitavad, et noorukieas on levinud muutused ajukoores. Eelmine post mortem [18] ja MRI-uuringud [19]-[21] näitasid LGI-väärtuste vähenemist hilisemates arenguperioodides, kuid muutuste ulatus, kaasatud aju piirkonnad ja seos samaaegse anatoomilise protsessiga on jäänud ebaselgeks. Kortikaalsed piirkonnad, mida iseloomustasid kõige tugevamad lGI-väärtuste vähenemised, olid eel-, ajalised ja eesmised piirkonnad. Need aju piirkonnad, mis kattusid ainult osaliselt piirkondadega, mida iseloomustavad GM ja toime suuruse muutused, olid kortikaalse paksuse ja geneetiliselt muundatud mahu vahemikus ja ülalpool, mis viitab sellele, et täheldatud muutused grifitseerimisel kujutavad endast ajukoorme täiendavat olulist muutust noorukieas.
IGl-muutuste koore piirkonnad
Suurim ajukoore piirkond, mida iseloomustab tsentrifuugimise vähenemine, oli klastri eelkeskkonnas, mis sisaldas BA 3, 6 ja 7. Võrdluseks olid GM paksuse ja mahu muutused keskendunud eesmise (BA 8 ja 9) ja ajalise (BA 20 ja 21) koorikutele, mis on kooskõlas eelmiste pikisuunaliste uuringute andmetega. [6] kuid kattuvad ainult osaliselt vähendatud LGI-väärtustega.
Kuigi eelkeskne klaster, mis laienes güroskoopilisele eel- / post-güürile, supramarginaalsele güürile, samuti parietaalsele parempoolsele ajukoorele, on olnud nooremate aju küpsemisest vähem järjepidevalt seotud, on tõendeid selle kohta, et need aju piirkonnad võivad olla seotud tunnetuse ja käitumise muutused. Ramsden et al. [44] näitasid, et noorukite intelligentsuse kõikumised on tihedalt seotud GM-muutustega vasakpoolsetes kõne piirkondades. Samamoodi paraneb motoorne koorik, nagu on näidatud transkraniaalse magnetilise stimulatsiooni (TMS) uuringutes. [45] ja EEG [46]. Lõpuks, BA 7 on kriitilise tähtsusega nooremate nooremate kognitiivsete funktsioonide, näiteks töömälu (WM), kortikaalsete võrkude arendamisel, sest BOLD-aktiivsus ülemises parietaalses ajukoores näitab olulist arengusuunda WM-objektide manipuleerimise ajal [47].
Teine piirkond, kus IGl väärtused muutusid selgelt, oli eesmine ajukoor, mis on järjekindlalt seotud noorukieas anatoomia ja käitumise muutustega. Käesolevas uuringus leiti vähenenud lGI-väärtused eesmise masti (BA 10), orbitofrontaalse koore (BA 11) ja madalama eesmise gyrus (BA 47) vahel. Suur hulk töid on näidanud, et need piirkonnad osalevad noorukite käitumismuudatustes tsentraalselt, näiteks kognitiivse inhibeerimise paranemine [48], riskeerimine [49] ja mentaliseerimine [50].
Lõpuks leiti, et kobestamise olulised vähenemised leiti klastris, mis vastab BA 19ile, 20-ile ja 37-le, mis hõlmab varajast visuaalset ala ja kortikaalset piirkonda, mis on pühendatud objektide tuvastamisele. Lisaks kõrgemate kognitiivsete funktsioonide modifikatsioonidele on noorukieas seotud ka närvisüsteemi võnkumiste paranemine, mida põhjustavad lihtsad ja keerulised visuaalsed stiimulid [51], [52] samuti objektide töötlemise küpsemine kõhuvoolus [53].
Vanuse tugevad ruutkeskmised mõjud LGI-le leiti vasakpoolsetest eesmise (BA 8, 9 ja 10) ja parempoolse eesmise (BA 8) klastritest, mis on kooskõlas eelmise uuringuga (Hogstrom et al. [22]. Kubikaaeg-lGI suhted paiknevad paremas parempoolses vasakus ülemises (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 ja 47) (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ja 9), parempoolsed caudal-middlefrontal (BA 8 ja 9) ja keskmise ajaline (BA 21) alad.
Praegused andmed annavad seega uudse perspektiivi noorukite ajal grifitseerimise arenguga seotud piirkondadele, mida üldiselt iseloomustab lineaarne arengusuund, kus mõned piirkonnad näitavad kõverjoonelisi ja kuubilisi efekte. Varasemad uuringud väiksema valimi suurusega [20], [21] tuvastas peamiselt muutused GI väärtustes ajalistes, parietaalsetes ja frontaalsetes piirkondades. Lisaks sellele, Mutlu ja kolleegid [20] täheldati järsemat lGI vähenemist vanusega meestel kui prefrontaalsete piirkondade naistel, mida käesolev uuring ei kinnitanud.
Kortikaalse voltimise arendamine noorukieas: seos GM / WM-muutusega
Arenemise ajal on välja töötatud mitmeid mehhanisme [54]. Van Essen [55] väitis, et ajukoorme voltimisstruktuuri võib seletada mehaanilise pingega piki aksoneid. Selle teooria kohaselt on gyri moodustumine tingitud tihedalt seotud piirkondade vahelistest mehhaanilistest jõududest, kuna pinged tõmbavad tugevalt omavahel ühendatud piirkondi kokku. Lisaks rõhutasid alternatiivsed kontod sisemise ja välimise kortikaalsete kihtide erinevuse kasvu rolli [17]. Lõpuks on tõendeid selle kohta, et kortikaalne voltimine on geneetilise kontrolli all [56] ja küpses ajukoores esinevad soolised erinevused [57].
Kuigi praegune uuring ei võimalda tutvuda mehhanismidega, mis on aluseks noorukite ajal toimuva põlvnemise vähendamisele, võib GMO- ja WM-parameetrite muutustega võrdlemine olla oluline küsimusele, kas täheldatud muutusi kortikaalses voltimises mõjutavad käimasolevad anatoomilised muudatused. Käesoleva uuringu oluline järeldus on, et LGI-väärtuste vähenemine esineb koore piirkondades, mis on suuresti erinevad GM mahu ja paksuse vähenemisest. LGI-väärtuste korrelatsioonid piirkondades, mida iseloomustavad väljendunud vanusest sõltuvad vähenemised ja GM / WM-parameetrid, viitavad siiski sellele, et kortikaalse voltimise aste on siiski seotud GM-mahu ja pindalaga. Täpsemalt täheldasime positiivset seost suurenenud lGI-väärtuste ja GM-i pindala ja mahu vahel. Huvitaval kombel ei olnud see GM paksuse puhul. Lõpuks aitas WM-maht suurendada ka 5i koore piirkondade 7-i suuremaid lGI-väärtusi.
Gyrifitseerimine, käitumine ja psühhopatoloogia
Hoolimata kortikaalse voltimise laialdasest vähenemisest noorukieas ja suurte efektide suurusest, mis on seotud vähenenud lGI-väärtustega, on noorukil kognitsiooni ja käitumise muutuste mõju veel kindlaks määratud. Varasemad uuringud on näidanud, et individuaalsed erinevused ajukoorde ajukoore kokkupõrkes mõjutavad täiskasvanute täidesaatvat protsessi [58] ja käitumuslikud muudatused, näiteks meditatsioon [59], mõju grifitseerimisele, mis viitab kortikaalsele voltimisele kognitsiooni ja kogemustest sõltuva plastilisuse osas.
Peale selle on olemas suur hulk tõendeid selle kohta, et psühhopatoloogiaga seostatakse güroskatsioonimustreid, mis toovad esile arengupotentsiaalide muutuste mõistmise ja kognitsiooni ja käitumise vahelise seose. Mitmed neurodevelopmentaalsed häired, nagu Williams'i sündroom (WS) ja autismi spektrihäired (ASD), on seotud ebanormaalsete kortikaalsete voltimismustritega. Spetsiifiliselt iseloomustavad WS-iga osalejad sulsi sügavuse vähenemist parieto-oksipitaalsetes piirkondades, mis on silmnähtavalt seotud visuo-konstruktiivsete defitsiitidega [60]. Seevastu ASD-de güroosi mustrid on iseloomustatud suurenenud voltimisega võrreldes normaalselt arenevate lastega [61].
Skisofreenia on tõsine psühhiaatriline häire, millel on tüüpiline algus noorukieas üleminekul täiskasvanueani, mis hõlmab ka ebaregulaarset viljelemist. Tapajärgne [62] ja MRI-uuringud [63], [64] täheldatud kortikaalse kokkukleepumise suurenemist, eriti prefrontaalses ajukoores, mis on lisaks prognoositav skisofreenia tekkeks riskirühmades; [65]. Hiljuti on näidatud, et kokkuvoldimisvead ennustavad ka esmase episoodi psühhoosil halva ravivastuse [66].
Kuna meie andmed viitavad tugevalt sellele, et noorukieas toimub kortikaalne kokkuklapitamine, on üks võimalus, et lisaks varajase neurodevelopmentaalse mõjule aitab noorukieas ebanormaalne aju areng kaasa neokortexi ebanormaalsele anatoomiale ja kognitiivsete häirete ja kliiniliste sümptomite ilmnemisele.
Järeldus
Tulemused kinnitavad seisukohta, et noorukieas kaasnevad ajukoorme arhitektuuri olulised muutused. Täpsemalt, saame näidata, et koore kokkuklapitavad mustrid muutuvad selgelt, mis tähendab, et ajukoore suurtel aladel, eriti eel-, ees- ja ajalistes piirkondades, väheneb güroskatsioon. Tulevased uuringud peavad kindlaks määrama nende modifikatsioonide funktsionaalse tähtsuse samaaegsete muutuste korral käitumises, tunnetuses ja füsioloogias, korrelatsioonis neuropsühholoogiliste andmete ja funktsionaalsete aju kujutamise meetoditega, nagu fMRI ja MEG.
Tugiteave
Joonis S1
Mittelineaarsed vanusefektid lokaalsele güneksifikatsiooni indeksile (lGI) terves ajus, tipu-tipu analüüsid, mis projitseeritakse keskmise matriitsi aju peale. Top rida: vanus2 efekte illustreerib vasakpoolne pool (vasak) ja parempoolne poolkera (paremal) külg- ja mediaalvaadetest. Alumine rida: vanuse korrelatsioonid3 ja lGI on vasakul (vasakul) ja paremal poolkeral (paremal) näidatud külg- ja keskmistest vaadetest. Sinised värvid näitavad lGI-väärtuste olulist vähenemist koos vanuse suurenemisega, samas kui soojemad värvid on kodeeritud LGI suurenemise jaoks. Kõik analüüsid viidi läbi kontrollides sugu, eTIV ja vanuse (lineaarne) mõju. Märkus: Vanuse vahel ei ole olulisi seoseid3 ja LGI leiti, kontrollides sugu, eTIV, vanuse (lineaarne) ja vanuse mõju2.
(TIFF)
Joonis S2
Mittelineaarsed vanusefektid GMV-le terves ajus, tipu-tipu analüüsid, mis projitseeritakse keskmise aju-aju peale. Vasakule: vanus2 mõju vasakule poolkerale GMV-le külg- ja keskvaates. Õigus: vanuse mõjud3 on näidatud vasakpoolsele poolkerale külgvaates ja keskmisest vaatest. Sinised värvid viitavad GMV olulisele vähenemisele vanuse kasvades, samas kui soojemad värvid on kodeeritud GMV suurenemise jaoks. Kõik analüüsid viidi läbi kontrollides sugu, eTIV ja vanuse (lineaarne) mõju. Märkus: Vanuse vahel ei ole olulisi seoseid3 ja GMV leiti, kontrollides sugu, eTIV, vanuse (lineaarne) ja vanuse mõju2.
(TIFF)
Rahastamise aruanne
viited