Inimese kortikaalse arengu dünaamiline kaardistamine lapsepõlves varases täiskasvanueas (2004)

Mine:

Abstraktne

Inimese aju areng on struktuurselt ja funktsionaalselt mittelineaarne protsess (1-3) ja normaalse aju küpsemise mõistmine on hädavajalik neurodevelopmentaalsete häirete mõistmiseks (4, 5). Kognitiivse aju arengu heteromodaalsus on ilmne neurokognitiivsete jõudude uuringutest (6, 7), funktsionaalne pildistamine (funktsionaalne MRI või positronemission tomograafia) (\ t8-10) ja elektroencefalogrammi sidususe uuringud (\ t1, 2, 10). Varasemad uuringud näitavad piirkondlike mittelineaarsete muutuste esinemist hallmaterjali (GM) tiheduses lapsepõlves ja noorukieas koos eelsubstraadi suurenemisega, millele järgnes postpubertaalne kadu (11-14). GM-i tihedus MRI-s on glia, veresoonkonna ja dendriitiliste ja sünaptiliste protsessidega keerulise arhitektuuri kaudne mõõt. Geneetilise küpsemise uuringud näitavad ajukoore geneetilise tiheduse vähenemist aja jooksul (15, 16), mis korreleerub ajajärguliste sünaptiliste lõikamiste tulemustega noorukieas ja varases täiskasvanueas (17-19). Tutvustame lastel ja noorukitel esinevat geneetilist arengut, kasutades aju-kaardistamise tehnikat ja perspektiivselt uuritud 13i laste (4 – 21 aastat vana) proovi, keda skaneeriti iga 2-8-iga iga 10-aasta MRI-ga . Kuna skaneeringud saadi aja jooksul samadel teemadel korduvalt, võimaldas skaneeringute vaheliste punktide statistiline ekstrapoleerimine võimaldada lastel toimuva aju arengu animatsiooniga aeglustatud järjestust („film“). Me hüpoteesime, et GM-areng lapsepõlves varases täiskasvanueas oleks eelpool kirjeldatud mittelineaarne ja edeneks lokaliseeritud, piirkonnapõhisel viisil, mis langeb kokku funktsionaalse küpsemisega. Samuti ennustasime, et rohkem primaarsete funktsioonidega seotud piirkonnad (nt primaarne motoorne ajukoorde) areneksid varem, võrreldes piirkondadega, mis on seotud keerukamate ja integreeritumate ülesannetega (nt ajaline lõhe).

Tulemuseks on geneetiliselt muundatud küpsemise dünaamiline kaart pre- ja postpubertaalse perioodi jooksul. Meie tulemused, rõhutades tähelepanuväärset heterogeensust, näitavad, et kortikaalne GM areng näib järgivat funktsionaalset küpsemisjärjestust, kusjuures peamised sensorimootori koorikud koos eesmise ja okcipitaalse poolusega küpsevad kõigepealt ja ülejäänud ajukoored arenevad parietaalselt eesmine (tagurpidi) suund. Kõrgeim ajaline ajukoor, mis sisaldab assotsieerunud alasid, mis integreerivad mitme sensoorse modaalsuse informatsiooni, mis on küpsenud viimati. Lisaks näis ka koore küpsemine järgivat evolutsioonilist järjestust, milles need piirkonnad loodi.

Meetodid

Teemad. Näidis demograafia on näidatud Tabel 1. Kõik teemad võeti tööle kogukonnast käimasoleva riikliku vaimse tervise instituudi kohta, mis käsitles inimese aju arengut (20). Lühidalt öeldes anti igale katsealusele struktureeritud diagnostiline intervjuu, et välistada psühhiaatrilised diagnoosid igal visiidil. Katsealused pöördusid iga 2 aasta tagant tagasi MRT-le koos psühhiaatrilise ja neurokognitiivse ümberhindamisega. Sellesse uuringusse kaasati kõigi nende laste alamhulk, kellel oli kolm või enam kasutatavat MRI uuringut ja vanusevahemikus 4–21 aastat. Uuringu kiitis heaks riikliku vaimse tervise instituudi institutsionaalne läbivaatamiskomisjon ning> 18-aastastelt subjektidelt või alaealiste vanematelt saadi teadlik nõusolek ning igalt alaealiselt uuritavalt anti täiendav kirjalik nõusolek.

 

Tabel 1.

Uuringu valimi demograafia

Pilditöötlus ja analüüs. MRI-pilte omandati riiklikus vaimse tervise instituudis samal 1.5-T General Electric skanneril. MRI järjestus oli kogu uuringu jooksul järjepidev. T1-kaalutud kujutised koos külgnevate 1.5-mm viiludega aksiaalses tasapinnas ja 2.0-mm viilud koronaaltasandil saadi, kasutades 3D rikutud gradienti, mis oli tagasilöödud kaja tasakaalustatud olekus. Kujutise parameetrid olid: kajaseade, 5 ms; kordamisaeg, 24 ms; kaldenurk, 45 °; omandamismaatriks, 256 × 192; ergastuste arv, 1; ja vaatevälja, 24 cm. Iga suuremate tarkvara / riistvara versiooniuuenduste puhul testiti andmete usaldusväärsust enne ja pärast uuendamist, skaneerides üksusi enne ja pärast uuendamist (20). Lühidalt, iga skaneerimise puhul kasutati raadiosageduse diagonaalse välja korrigeerimise algoritmi. Baasjoone kujutised normaliseeriti, muutes need standardseks 3D stereotaksiliseks ruumiks (21). Seejärel kontrolliti järelkontrolle sama teema algtaseme skaneerimisega ja mõlema teema jaoks registreeriti vastastikku registreeritud skannid lineaarselt aju kaardistamise (ICBM) rahvusvahelise konsortsiumi jaoks (22). Laialdaselt valideeritud koe klassifikaator genereeris GM, valge ja tserebrospinaalse vedeliku üksikasjalikud kaardid, kasutades Gausssi segu jaotust, et saada maksimaalne tagantjärele andmete segmenteerimine (23, 24) ja seejärel ekstraheeriti koorekihi pinnamudel automaatselt iga objekti ja ajapunkti kohta vastavalt kirjeldusele (25).

Pildianalüüsi meetod, mida tuntakse koore mustrite sobitamisena25-27) kasutati kortikaalsete erinevuste paremaks lokaliseerimiseks aja jooksul ja suurendatakse võimet tuvastada süstemaatilisi muutusi (25). See lähenemine sobib ajukoore anatoomia güraalsete omadustega nii palju kui võimalik teemadel enne ristandite võrdlemist, rühmade keskmisi ja statistilisi kaarte. Kuna see meetod kõrvaldab mõned segavad anatoomilised variatsioonid, suureneb statistiline võimsus kortikaalsete meetmete statistiliste mõjude avastamiseks, samuti suurenenud võime lokaliseerida need mõjud suurte sulkali ja güraalsete vaatamisväärsuste suhtes. Kortikaalse sobitamise etapis arvutatakse sekundaarsed deformatsioonid, mis vastavad güraalsetele mustritele kõikides ajapunktides ja kõikides objektides, mis võimaldab andmeid keskmistada ja võrrelda vastavate kortikaalsete piirkondade vahel. 34i sulfaalsete orientiiride komplekt aju kohta piirab ühe ajukoorme kaardistamist teisele, kasutades vastavaid kortikaalseid piirkondi subjektide vahel. Iga aju pinna renderdamisel on iga lateraalse poolkera juures iga 17 sulci kohta tuvastatud pildianalüsaator, kes pimestab subjekti identiteeti, sugu ja vanust. Nende sulsi hulka kuulusid Sylvia lõhed, tsentraalne, eel- ja keskne sulci, parem ajutine sulcus (STS) põhiosa, STS kasvav haru, STS tagumine haru, primaarne ja sekundaarne vahe sulci ja madalam ajaline, parem ja madalam eesmine, intraparietaalne, põiksuunaline, haistmis-, okcipitotemporaalne ja tagatise sulci. Lisaks peamiste sulcijoonte piiramisele kirjeldati igal poolkeral kuue keskjoonelise orientiirikõvera kogumit, mis piirnevad pikisuunalise lõhenemisega, et luua poolkerakujulisi güraalseid piire. Maamärgid määratleti üksikasjaliku anatoomilise protokolli alusel. See protokoll on saadaval Internetis (www.loni.ucla.edu/∼khayashi/Public/medial_surface) ning tal on teadaolev inter- ja intraraterne usaldusväärsus (25).

Ajavahemikust sõltuv keskmine 3D kortikaalne mudel loodi grupi kõigi lamcal / gyral orientiiride lamendamisega 2D tasapinnale koos kortikaalse mudeliga, määrates värvikoodi, et säilitada 3D kuju informatsiooni. Kui andmed olid selles lamedas ruumis, joondati sulaalkarakteristikud teemadel keskmiselt sulfaalkõverate kogumiga. Koondatud koore kaardid viidi matemaatiliselt uuesti 3D-sse, saades terava keskmise koore mudeli güraalsete omadustega nende keskmistes anatoomilistes asukohtades (28).

Kohalike GM-ide kvantifitseerimiseks kasutasime me meedet „GM-tihedus”, mida kasutati paljudes eelnevates uuringutes, mis mõõdavad GM-i osakaalu väikese fikseeritud raadiusega piirkonnas (15 mm) iga kortikaalse punkti ümber (15, 25, 26, 28). GM-tihedus mõõdab keskmist teavet GM-mahu kohta väikese naabruses (15-mm kernel, mida kasutatakse käesolevas aruandes), mis annab suurema signaali-müra suhte ja keskmiselt eemaldab osa kortikaalse GM lahendamise müra. MRI piirid. Kui aga kasutatakse geneetiliselt muundatud tihedust, siis kaob mõni lokaliseerimisvõimsus ja lähenemine võib keskmistelt andmetelt vastanduvatest kaldpankadest. Meede võib samuti indekseerida geneetiliselt muundatud muutusi, mis tulenevad kortikaalse pinna kõveruse erinevustest, kus suurenenud kõverus võib põhjustada vähem GM-d proovide võtmisest kindlaksmääratud raadiuses. Meie töö näitab siiski, et GM tihedus ja paksus on väga tihedalt seotud (K. Narr, RM Bilder, AW Toga, RP Woods, DE Rex, P. Szeszko, D. Robinson, Y. Wang, H. DeLuca, D. Asuncion ja PM Thompson, avaldamata andmed) ja seetõttu tõenäoliselt sarnaseid küpsemisprotsesse.

Et teha kindlaks, kas iga ajukoore iga pinna kohta on piisavalt jõudu statistilise olulisuse saavutamiseks, paigaldasime GM muutmise mudeli ja hindasime mitmekordse regressioonikoefitsiendi (R²) igas punktis, mis varieerub 0i ja 1i vahel. Alates nulljaotusest R²statistilise mudeli vabadusastmete arvu järgi korrigeerituna on võimalik kindlaks teha, kas nullhüpoteesi tagasilükkamiseks on piisavalt volitusi (R² = 0) igas koore punktis. Mudeli sobivus, p(R²), siis joonistati iga kortikaalne punkt (andmeid pole näidatud). Saadud kaart näitas seda R² ei ole peaaegu igas kortikaalses punktis null, mis näitab, et vaadeldavad muutused olid väga olulised.

Statistilised krundid genereeriti, kasutades kombineeritud mudeli regressioonanalüüsi (11, 30) geneetiliselt muundatud koguste puhul igas 65,536i punktis kogu kortikaalsel pinnal, samuti individuaalsed lobarmahud ja ka mitmel konkreetsel pinnal oleval huvipunktis. Kuna kasutati mittelineaarset segamudelit, modelleeriti GMO tiheduse vahelisi erinevusi erinevatest kortikaalsete muutuste määradest eraldi, andes täiendava võimsuse pikisuunaliste muutuste lahendamiseks igas koore punktis. Mudeli ehitamise hüpoteesikatsed põhinesid F statistika α = 0.05. Täpsemalt F testid kasutati selleks, et teha kindlaks, kas arengu kasvu mudeli järjekord oli kuupmeetri, ruutkeskmise või lineaarne. Kui kuupmeetri mudel ei olnud märkimisväärne, testiti ruutmudelit; kui ruutmudel ei olnud märkimisväärne, testiti lineaarset mudelit. Seega oli kasvumudeliks polünoomi / mittelineaarne, kui kas kuupmeetri või nelinurkne mõiste andis regressioonivõrrandile olulise panuse. Arvestades, et iga hüpoteesi testiti ainult üks kord, ei olnud statistika korrigeerimine mitme võrdluse jaoks vajalik.

Iga poolkera analüüsi jaoks valiti järgmised piirkonnad: eel-gyrus, primaarne motoorne ajukoor (Joonis 1A), eesmine eesmine gyrus, tagumine piir keskse sulcusi lähedal (Joonis 1B), madalam eesmine gyrus, tagumine piir (Joonis 1C), madalam eesmine sulcus, eesmine piir (Joonis 1D), madalam eesmine sulcus dorsolateraalses prefrontaalses ajukoores (Joonis 1E), ülemuse eesmise suluse eesmine ots (Joonis 1F), eesmine masti (Joonis 1G), peamine sensoorne koore pärast keskmist gyrus (Joonis 1H), supramarginal gyrus (piirkond 40) (Joonis 1I), nurk gyrus (ala 39) (Joonis 1J), \ tJoonis 1K) kõrgema ajalise güüsi (STG) ees-, kesk- ja tagumised osad (Joonis 1 L – N), madalam ajaline gyrus keskpunkt, samuti eesmised ja tagumised piirid (Joonis 1 O – Q), ja lõhna sulcusi madalamal pinnal, eesmise ja tagumise otsa (\ tJoonis 2 R ja S) ja tagakülje eesmise ja tagumise otsa (Joonis 2 T ja U). Vastavad punktid valiti mõlemal poolkeral, kasutades samasuguseid maavärinaid.

 

Joon. 1.

Segamudelite regressiooni krundid huvipakkuvates piirkondades üle koore pinna. Järgmistes piirkondades valiti analüüsideks mõlemal poolkeral: A, eel-gyrus ja primaarne motoorne ajukoor; B, parem eesmine gyrus, tagumine ots keskse sulcusi lähedal; ...

 

Joon. 2.

Aju alumine vaade, mis näitab varajast ja hilist aega. Punktid vastavad lõhna sulcus (R ja S) ja tagakülje (T ja U) eesmistele ja tagumistele otstele ning segamudelite graafikutele, mis vastavad huvipakkuvatele piirkondadele ...

Tulemused

Üldiselt leiti, et GM-i kogumaht tõuseb varasematel aegadel, millele järgnes püsiv kadu, mis algas puberteedi ajal. Kuid nagu on näha aja möödumisel (joonised fig. (Joon. 22 ja Ja3), 3) algab GM kadumise (küpsemise) protsess kõigepealt seljaparietaalses koorikus, eriti peamistes sensorimotorites piirkondades, mis on interhemisfäärilise marginaali lähedal, ning seejärel levib rostraalselt üle eesmise ajukoore ja kaudselt ja külgsuunas parietaalse, okcipitaalse ja lõpuks ajalise ajukoore suhtes. . (See jada on saadaval filmides 1 – 4, mis avaldatakse kui täiendavat teavet PNAS-i veebisaidil.) Frontaal- ja okcipitaalsed postid kaotavad GM-i varakult ja geneetiliselt muundatud küpsemisprotsessis osaleb lõpuks dorsolateraalne prefrontaalne ajukoor, mis kaotab GM-i ainult noorukieas.

 

Joon. 3.

GM-küpsemise dünaamilise järjestuse parempoolne külg ja ülemine vaade koore pinnal. Külgribal on värviline esitlus GM mahtude ühikutes. Esialgsed raamid kujutavad huvipakkuvaid piirkondi ajukoores, nagu on kirjeldatud Joon. 1. see ...

Et uurida täiendavalt üksikute kortikaalsete alampiirkondade küpsemisstruktuure, kasutasime segamudelite regressioonianalüüse, et konstrueerida nii lineaarseid kui ka mittelineaarseid (ruut- või kuup) vanuse mõjusid geneetiliselt muundatud kogustele huvipakkuvatel kohtadel piki kortikaalset pinda, kasutades suuremaid sulfaažseid maamärke tagada, et vastav anatoomia oleks korrektselt korrelatsioonis aja ja ainega. Kui me võrdlesime selle proovi keskmisi lobarmahte meie suurema ristlõike prooviga (n = 149), mõlema rühma puhul olid kokkulepped üldiste ja lobar GM koguste suhtes (andmeid ei ole esitatud) (11). Samas näitab GM küpsemine üksikutel alampiirkondadel üle ajukoore muutuva küpsusmustri.

Eesmise ajukoorme sees on eel-gyrus (joonised fig. (Joon. 1A1A ja Ja3) 3) küpseb varakult. GM kadu areneb lineaarselt juba varases eas, samas kui eesmise lõpu rostraalsemad piirkonnad (mööda ülemist ja madalamat eesmist güriid; joonised fig. Joonised11 ja 3, B – G) küpseta järjestikku eesmise progressiooniga, mida näitab ka mittelineaarsete GM kadude järkjärguline hilisem tipp (Joonis 1 B – D), kusjuures prefrontaalne ajukoor küpseb viimati (joonised fig. 1, D ja Eja Ja3) .3). Parietaalse lobe puhul algab GM kadu pärast keskmist güüsi (joonised fig. (Joon. 1H1H ja Ja3; 3; mittelineaarse varajase piigiga), mis kulgeb külgsuunas nurga gyrus (piirkond 40; joonised fig. Joonised1I1I ja Ja3), 3) ja supramarginal gyrus (piirkond 39; joonised fig. Joonised1J1J ja Ja3) .3). Esi- ja peajooksu poolused, mis on sarnased eel- ja keskosale, on küpsed varakult (joonised fig. 1 G ja K ja Ja33).

Hiljem küpsemine. Mõnikord on ajalise lõhe osad iseloomulikud hilise küpsemisstruktuuriga. Ajaline lõug küpseb viimasena, välja arvatud ajalooline post, mis näitab GM-i kadu umbes samal ajal kui eesmise ja kaelaosa poolused (joonised fig. (Joon. 1O1O ja Ja3) .3). Seevastu ei ole kõrgema ja madalama ajaline güri (STG ja halvem ajalooline gyrus) samas vanuserühmas sama suur GM kadu. Seda näitab ka vanusefektide lame graafikud (joonised fig. 1 L ja M ja Ja3) .3). STG-s on tagumine osa selge lineaarne trajektoor (Joonis 1N).

Väiksema aju pinnal küpsevad varakult madalama ajaline lõhe keskmised aspektid (eeldatav entorhinaalne ajukoor, nina keskosas, tagumise sulcusi eesmise otsa ja lõhna suluse tagumise otsa vahel) ja ei muutu pärast seda palju , nagu on näha vanusefektide kindlatest graafikutest (Joonis 2T). Sarnane küpsemismuster esineb madalama eesmise peegli kaudsetes ja keskmistes osades (Joonis 2S, eeldatav piriformne ajukoor). Ventral temporal lobe teised osad näitavad külg-mediaalse küpsemise mustrit, samas kui orbitofrontal piirkonnad olid jätkuvalt küpsemad kuni vanima vanuseni, mida me uurisime.Joon. 2).

Arutelu

Siin on näha inimese koore aju arengu dünaamilise progresseerumise visualiseerimine tervete laste ja noorukite prospektiivses, pikisuunas läbiviidavas uuringus. Varasemates aruannetes on kas läbilõiked (st MRI-skaneerimine omandatakse ainult üks kord objekti kohta) või kasutatud meetodid, mis pakuvad kaardistamismeetoditega võimalikku keskmist globaalset mahtu punkt-võrdlus-võrdluse asemel.11, 15). Läbilõike kujundeid mõjutavad individuaalsed variatsioonid ja kohordi efektid, samas kui keskmised globaalsed mahud tagavad meetodite puudumise. Oleme need piirangud ületanud, uurides pikisuunaliselt omandatud pro-post- ja postpubertaalset proovi, milles samad lapsed olid uuesti välja töötatud 10-aasta jooksul. Meie tulemused, rõhutades inimese koore arengu heterokroonikat, viitavad sellele, et üksikud alampiirkonnad järgivad ajaliselt eristuvaid matemaatilisi trajektoore, kus kõrgema astme assotsiatsioonipiirkonnad küpsevad alles pärast madalama astme sensorimotori piirkondi, mille funktsioonid nad integreeruvad. Lisaks ilmneb, et filogeneetiliselt vanemad kortikaalsed piirkonnad küpsevad varem kui uuemad koore piirkonnad.

Front-lobe küpsemine edenes tagurpidi, alustades primaarsest motoorsest ajukoorest (eelentraalne gyrus) ja levides eesmise ja madalama eesmise güriini ees, kusjuures prefrontaalne ajukoor areneb viimasena. Seevastu laagerdunud eesmine pool oli umbes sama vanuses kui esmase mootorikoorega. Aju tagaküljel algas küpsemine primaarses sensoorses piirkonnas, levides külgsuunas üle parietaalse lambi. Sarnaselt eesmisele poolasele, küpsetati varajase silma pool. Külgmised ajalised lobid olid viimased küpsed.

Seega on järjekorras, kus ajukoort laagerdus, nõustunud kognitiivse ja funktsionaalse arengu regionaalselt oluliste verstapostidega. Ajusid, mis on seotud rohkem põhifunktsioonidega, küpsesid varakult: mootori- ja sensoorsed aju piirkonnad laagerdusid kõigepealt, millele järgnesid ruumilise orientatsiooni, kõne ja keele arendamisega seotud alad ning tähelepanu (ülemine ja alumine parietaal). Hiljem täiskasvanud olid valdkonnad, mis olid seotud täidesaatvate funktsioonide, tähelepanu ja motoorse koordineerimisega (eesmised lobid). Maitse- ja lõhnatöötlemisega seotud eesmine masti ning esmase visuaalse ajukoore sisaldav silmapõhjapoole küpsemine algas samuti ootuspäraselt. See küpsemisjärjestus kajastus ka maksimaalsete GM väärtuste tippajastudes, mis suurenevad, kui areng edeneb anonüümselt (Joonis 1 A – D ja H – J). Visuaalselt laagerdati prefrontaalset ajukooret ja parematal parietaalset ajukooret vasakus servas parematel vastavatel piirkondadel, mis võib olla tingitud asjaolust, et enamus selles valimis olevast lastest on paremakäeline, vasakpoolse domineeriva poolkera, mis küpseb varakult.

Ajamõõtja järgis selget küpsemisstruktuuri. Ajalised postid laagerdusid varakult. Enamik ülejäänud ajalisest lõugast laagerdus selle proovi vanusevahemikus, välja arvatud väike ala STG tagumises osas, mis tundus olevat viimane. Inimestel arvatakse, et ajaline ajukoor, eriti kõrgema ajalise sulsi tagumine aspekt, kõrgem ajaline gyrus ja keskmine ajaline gyrus, on heteromodaalne assotsiatsioonisait (koos prefrontaalsete ja halvemate parietaalsete koorikutega) ja on seotud mälu integreerimisega, audiovisuaalsete ühenduste ja objektide tuvastamise funktsioonide \ t31-34). Seega kestab ajaline ajukoor pärast seda, kui teised assotsieerumispiirkonnad, mille funktsioonid on integreeritud, on suhteliselt arenenud.

Fylogeneetiliselt paiknevad mõned vanimad kortikaalsed piirkonnad ajutise lõhe keskmisest aspektist madalama aju pinnale (näiteks piriformse ajukoorme tagumine osa ja entorhinaalne ajukoor) või eesmise lõhe madalama ja mediaalse külje lähedal. lõhna sulcusi (eesmise piriformse ajukoorme ja orbitaalse periallokortexi) caudalots (35-37). Küpsemisprotsess nende piirkondade läheduses näis olevat algusjärgus (ontogeneetiliselt) juba 4-aastate vanuse järgi, nagu näitasid lineaarsed või lamedad krundid (Joonis 2 S ja T). Nendest piirkondadest kulgeb küpsemine aeglaselt külgsuunas. Madalama eesmise ajukoorme puhul laagerdusid varakult küpsenud lõhnakooride mediaalsed ja tagumised aspektid, samas kui orbitofrontaalsed koorikud laagerdusid hiljem. Madalama ajaline lõhe ülejäänud osas ilmus küpsemine hiljem ja mõnevõrra külg-mediaalse suunas. Imetajatel on madalama ajaline ajukoor, koos STG osade, tagumise parietaalse koore ja prefrontaalse ajukoorega, kõrgetasemelised assotsieerumisalad, mis on ka viimased evolutsiooniliselt (38, 39). Meie vaatlus nendest aladest, mis hiljem välja kujunevad, võivad viidata sellele, et koore areng järgib mingil määral evolutsioonilist järjestust.

GM-i kadumise täpne protsess ei ole teada. Aju valgeline aine suureneb esimese nelja aastakümne jooksul aksonaalse müelinatsiooni tõttu (40) ja võib osaliselt selgitada täheldatud GM-i kadu (41, 42). Kuigi geneetiliselt muundatud tihedusega võivad mõjutada muutused sulfaalsetes ja güraalsetes voltimisviisides või muudes mittetroofsetes protsessides, nagu dehüdratsioon, ei ole GM tiheduse kadumise peamine põhjus teada. Me spekuleerime, et seda võib vähemalt osaliselt juhtida sünaptilise pügamise protsessis (43) koos trofiliste gliaal- ja vaskulaarsete muutustega ja / või rakkude \ t44). Seega võivad piirkonnale omased erinevused geneetiliselt muundatud küpsemises tekkida heterokroonse sünaptilise pügamise tagajärjel ajukoores, nagu on näidatud primaadi ja inimese ajukoore arengus (18, 45-48). Huvitav on see, et eesmise ajukoores küpseb viimane dorsolateraalne prefrontaalne ajukoor, mis langeb kokku selle hilisema müeliniseerumisega, näidates, et lõikamine müeliin võib sageli esineda paralleelselt.

Need leiud võivad avaldada kliinilist mõju. Näiteks ilmneb autism, mis algas enne 3-i vanust, globaalset aju-GM hüperplaasia esimestel 2-i eluaastatel (49) ja suuremad GMNi eesmised ja ajalised kogused 4i aastate kaupa, millele järgneb aeglasem kasvutempo nendes piirkondades 7i aastatel (50, 51). Lapsepõlves tekkiv skisofreenia, mille keskmine vanus on 10i aastate vanus, on seotud silmatorkava parietaalse GM kadumisega, mis edeneb eesmise aja vältel tagantpoolt (52), samal ajal kui täiskasvanu-algusega skisofreenia (tüüpilisem vorm) seostub tugevamini puudujääkidega hilisemates küpsemisaegsetes piirkondades (53-55) ja on seotud heteromodaalsete piirkondade selektiivsete \ t29). Seega võivad põhi-küpsemise mustri või ajastuse muutused olla vähemalt osaliselt nende neuroloogiliste arenguhäirete aluseks.

Mõnede kortikaalsete piirkondade muutuste ulatus on väga oluline ja kooskõlas meie eelnevates pikisuunalistes uuringutes täheldatud kasvu- ja kadumismääradega. Varasemas aruandes (28), töötasime välja tensorkaardistamise meetodi, et mõõta kohalikku kasvukiirust ja koe kadumise määra kohalikul tasandil caudate ja corpus callosum'i anatoomias. Nende struktuuride väga väikestes piirkondades ületasid kohalikud kasvumäärad 40% aastas ja kohaliku koe kadumise määr saavutas 40% aastas basaalganglionide väikestes piirkondades. Suurenenud ruumilise eraldusvõime tõttu on anatoomiliste kaardistamismeetodite abil saavutatud kohalikud muutuste tippkiirused sageli suuremad kui anatoomiliselt parcelleeritud aju struktuuride mahuprotsessides. Lobarmahtude hindamine võib näiteks keskmist kasvu või koe kadumise määra suurel struktuuril ja mahumuutuse piigi määrad vastavalt väheneda. Nende kortikaalsete muutuste rakuline substraat võib olla müeliniseerimise, dendriitide kärpimise ja neuronaalsete, gliaalsete, vaskulaarsete ja neuriitide pakendamise tiheduse kombinatsioon erinevates kortikaalsetes laminaatides. Samuti võib esineda muutusi MRI signaali relaxomeetrilistes omadustes, mis põhinevad veesisaldusel. Müeliinikomponent võib põhjustada mitmete aastate jooksul kortikaalsete koguste väga suuri netomuutusi, eriti kui hinnatud kogused on suhteliselt väikesed.

Selles uuringus on mitmeid piiranguid. Need analüüsid põhinevad 52i skaneerimisel, mille käigus loodi 1,976i anatoomilised mudelid, andes piisava võimsuse muutuste jälgimiseks, kuid need pärinevad ainult 13i lastest. Lisaks sellele on tegemist mitte-representatiivse populatsiooniga, mille keskmine IQ on 125, mis peegeldab riikliku vaimse tervise instituudi uurimiskriisi. Me ei suutnud salvestada eelsubade võimendust ajastatud filmi järjestuses, kuigi see oli kergesti visualiseeritav segatüüpi graafikutes. Sarnaselt ei olnud võimalik uurida soolisi erinevusi aju küpsemisel, sest proovis on ainult kuus meest ja seitse naist. Kuid meie leiud paljastavad peamise teabe varajase aju arengu küpsemisjärjestuse ja selle seose kohta funktsionaalsete ja evolutsiooniliste verstapostidega.

Lisamaterjal

Tunnustused

märkused

viited