PLoS One. 2014; 9 (1): e84914.
Abstract
Des études d'imagerie anatomique et fonctionnelle ont mis en évidence des modifications majeures des circuits corticaux à l'adolescence. Celles-ci incluent des réductions de la matière grise, une augmentation de la myélinisation des connexions cortico-corticales et des modifications de l'architecture des réseaux corticaux à grande échelle. Cependant, on ignore actuellement comment les processus de développement en cours ont une incidence sur le repliement du cortex cérébral et comment les modifications de la gyrification sont liées à la maturation du volume, de l'épaisseur et de la surface GM / MW. Dans la présente étude, nous avons acquis des données d’imagerie à haute résolution (IRM) à haute résolution (3 Tesla) de sujets sains 79 (hommes 34 et femmes 45) entre les âges de 12 et 23 et effectué une analyse cérébrale complète des modèles de repliement cortical avec l'indice de gyrification (IG). En plus des valeurs GI, nous avons obtenu des estimations de l'épaisseur de la corticale, de la surface, du volume de GM et de la substance blanche, permettant ainsi des corrélations avec les changements de gyrification. Nos données montrent des réductions prononcées et généralisées des valeurs gastro-intestinales au cours de l'adolescence dans plusieurs régions corticales comprenant des zones précentrales, temporales et frontales. Les diminutions de la gyrification ne se chevauchent que partiellement avec les modifications de l'épaisseur, du volume et de la surface du GM et ont été caractérisées globalement par une trajectoire de développement linéaire. Nos données suggèrent que les réductions observées des valeurs gastro-intestinales représentent une modification supplémentaire importante du cortex cérébral au cours de la maturation cérébrale tardive, qui pourrait être liée au développement cognitif.
Introduction
Au cours des deux dernières décennies, de nombreux travaux ont mis en évidence l’importance de l’adolescence pour la maturation continue des circuits corticaux. - . A partir de l'observation de Huttenlocher des diminutions marquées du nombre de contacts synaptiques, des études d’imagerie par résonance magnétique (IRM) ont révélé des réductions prononcées du volume et de l’épaisseur de la matière grise (GM) , . En revanche, il a été montré que la quantité de matière blanche (MW) augmentait en raison d’une meilleure myélinisation des connexions cortico-corticales. - . Des recherches plus récentes ont indiqué que les modifications apportées à la GG / MW se prolongent au cours de la troisième décennie de la vie , et impliquent des changements dans l'organisation à grande échelle des réseaux anatomiques et fonctionnels . Ces découvertes ont permis de mieux comprendre l’importance de l’adolescence en tant que période critique du développement du cerveau humain, ce qui peut également apporter des indices importants pour l’émergence de troubles psychiatriques, tels que la schizophrénie, qui se manifestent généralement lors du passage de l’adolescence à l’âge adulte. , .
Bien que les modifications du volume de MG / MW aient été largement caractérisées, il existe relativement peu de preuves de changements de maturation dans le repliement de la surface corticale. L'une des caractéristiques distinctives du cortex cérébral chez l'homme est un schéma de pliage très convoluté qui entraîne une augmentation significative de la surface corticale. Par exemple, la surface du cortex humain est en moyenne dix fois plus grande que celle du singe macaques mais seulement deux fois plus épaisse. . L’augmentation de la surface corticale chez l’homme peut être liée à l’émergence de fonctions cognitives supérieures en raison du grand nombre de neurones et de connexions cortico-corticales pouvant être accommodés.
Il existe des preuves que le modèle de pliage cortical est sujet à des changements de développement. Après 5 mois in utero, les plis corticaux apparaissent et continuent à se développer au moins dans la première année post-partum . Au cours de la petite enfance, le degré de gyrification augmente encore et a été supposé se stabiliser par la suite. Les analyses post mortem d'Armstrong et al. ont toutefois observé un dépassement significatif du repliement cortical jusqu’à la première année, suivi d’une réduction jusqu’à l’âge adulte.
Cette conclusion est corroborée par de récentes études IRM qui ont étudié les valeurs gastro-intestinales au cours de la maturation du cerveau. Raznahan et al. démontré une diminution globale de la gyrification pendant l'adolescence. Plus récemment, Mutlu et al. a montré que les valeurs de l'IG diminuaient entre l'âge de 6 – 29 dans les cortex frontal et pariétal, ce qui concorde avec les données de Su et de ses collègues qui a appliqué une nouvelle approche de la mesure de la gyrification à un petit échantillon d’enfants et d’adolescents. Enfin, les données de Hogstrom et al. suggèrent que les modifications de la gyrification se poursuivent jusqu'à un âge avancé.
Dans la présente étude, nous avons cherché à caractériser de manière exhaustive le développement de la gyrification pendant l'adolescence en examinant les valeurs GI du cerveau entier dans les données IRM. De plus, nous avons obtenu des paramètres GM (épaisseur corticale, volume et surface) ainsi que des estimations de volume de MW pour déterminer la relation entre les changements de gyrification liés à l'âge et les paramètres GM / WM. Nos résultats montrent une réduction généralisée des valeurs gastro-intestinales qui se produisent dans des zones de changement génétiquement modifiées qui se chevauchent mais également, comme dans les régions précentrales, temporales et frontales, qui mettent en évidence la modification anatomique en cours du cortex cérébral pendant l'adolescence.
Matériels et méthodes
Participants
Les participants droitiers 85 (hommes 36 et femmes 49) âgés de 12 et de 23 ont été recrutés dans des lycées locaux et à l'Université Goethe de Francfort et ont été examinés pour dépister la présence de troubles psychiatriques, de maladies neurologiques et de toxicomanies. Le consentement écrit fut obtenu de tous les participants. Pour les participants de moins de 18, un consentement écrit a été donné par leurs parents. La batterie de test d'intelligence Hamburger-Wechsler (HAWI-E / K) , était joué. Six participants ont été exclus en raison de données IRM manquantes ou incomplètes. L'étude a été approuvée par le comité d'éthique de l'Université Goethe de Francfort.
Acquisition de données par résonance magnétique
Les images de résonance magnétique structurelle ont été obtenues avec un scanner Trio Siemens 3-Tesla (Siemens, Erlangen, Allemagne), utilisant une bobine de tête CP pour la transmission RF et la réception de signaux. Nous avons utilisé une séquence MPRAGE d'écho de gradient d’acquisition rapide préparé par magnétisation tridimensionnelle (1D) pondérée par T3 avec les paramètres suivants: répétition temporelle (TR): 2250 ms., Écho temporel (TE): 2.6 ms., Champ de vision (FOV): 256 × 256 mm3, tranches: 176 et une taille de voxel de 1 × 1 × 1.1 mm3.
Reconstruction de surface
Les données IRM ont été traitées avec le pipeline de surface et de volume de la version du logiciel FreeSurfer 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) , et des estimations de l'épaisseur corticale, du volume GM et MW, de la surface corticale, de l'indice de gyrification locale 3-D (IGL) et du volume intracrânien estimé (eTIV) ont été obtenus. Le pipeline FreeSurfer standard a été suivi et les surfaces reconstruites automatiquement ont été inspectées pour en vérifier l'exactitude et, si nécessaire, des interventions manuelles utilisant des outils de correction FreeSurfer ont été utilisées.
Le pré-traitement incluait la transformation de Talairach, la correction de mouvement, la normalisation de l'intensité, le prélèvement de tissu non cérébral, la segmentation et le tesselage des limites de la substance grise et blanche, la correction de la topologie et la déformation de la surface. Cette description est décrite plus en détail ailleurs , - . De plus, un enregistrement sphérique de l’atlas, une inflation et une parcellisation gyrale / sulcale de la surface corticale ont été réalisés pour des analyses interindividuelles qui ont donné des zones corticales 33 par hémisphère. .
Épaisseur corticale, surface corticale et volume GM
L'épaisseur corticale a été mesurée en tant que distance entre la limite de la MW et la surface de la matière GM à chaque point (sommet) de la surface en mosaïque . Des cartes de la surface corticale ont été générées à l'aide d'estimations de la surface de chaque triangle dans une tessellation de surface normalisée. . Les estimations de surface ont été cartographiées dans l'espace cortical individuel à l'aide d'un enregistrement d'atlas sphérique. . Ceci a donné des estimations sommet par sommet du développement relatif en surface ou de la compression . Les estimations du volume GM ont été dérivées des mesures d'épaisseur corticale et de la zone autour du sommet correspondant sur la surface corticale. .
Indice de gyrification locale 3-D (lGI)
Un 3-D lGI a été calculé qui a été utilisé dans des études de MR précédentes , . En bref, le lGI implique une reconstruction 3-D de la surface corticale où le degré de gyrification est défini comme la quantité de surface du cortex enfouie dans les plis sulcaux par rapport à la quantité de cortex visible dans les régions circulaires d'intérêt . Au cours de la première étape, une surface externe triangulée enveloppant étroitement la surface piale a été créée par une procédure de fermeture morphologique. Après avoir converti le maillage pial en un volume binaire, nous avons utilisé un diamètre de 15 mm pour fermer le sulci principal afin de générer la sphère. . Pour créer la région d'intérêt circulaire (ROI), nous choisissons un rayon de 25 mm pour inclure plusieurs sulcus afin d'obtenir une résolution optimale. . Les valeurs initiales IGI d'un sommet ont été définies comme le rapport entre la surface de la ROI externe et la surface de la surface piale. Pour des comparaisons statistiques, les valeurs lGI extérieures ont été remises en correspondance avec le système de coordonnées individuel, ce qui a permis de réduire le désalignement sulcal interindividuel. .
WM-volume
Le volume régional de WM sous les régions GM corticales parcellaires a été estimé. Chaque voxel de substance blanche a été marqué sur le voxel GM cortical le plus proche, avec une limite de distance de 5 mm, donnant ainsi lieu à des volumes 33 WM des zones GM correspondantes marquées au gyral 33. qui a été utilisé dans des études antérieures , .
Volume intracrânien estimé (eTIV)
Le volume intracrânien estimé (eTIV) dans le pipeline FreeSurfer a été dérivé d’une procédure de normalisation de l’atlas. Grâce au facteur de mise à l'échelle Atlas (ASF), qui représente un facteur de mise à l'échelle du volume permettant de faire correspondre un individu à une cible de l'atlas, des calculs de chaque eTIV ont été effectués. .
Analyses statistiques
Les étapes d'analyse sont résumées dans Figure 1. Les surfaces des hémisphères droit et gauche de tous les participants à 79 ont été moyennées et les surfaces individuelles ont été rééchantillonnées dans le système de coordonnées sphériques moyen. Pour augmenter le rapport signal sur bruit, nous avons utilisé le lissage FNHX (mm sur toute la largeur à la moitié maximum) pour l'estimation de l'épaisseur corticale, du volume GM et de la surface corticale et de 20 mm FWHM pour le lGI.
Au cours de la première étape, nous avons étudié les valeurs d'IGI du cerveau entier, l'épaisseur corticale, la surface corticale et le volume de GM dans une analyse sommet par sommet. Un modèle linéaire général (GLM) a été utilisé pour analyser l'effet de l'âge sur les différents paramètres anatomiques (lGI, épaisseur corticale, surface corticale et volume GM). Toutes les analyses ont été effectuées en tenant compte des effets de genre et eTIV. Nous avons utilisé une approche de taux de découverte fausse (FDR) corriger les comparaisons multiples avec un critère d'épaisseur corticale, de surface spécifique et de volume GM de q 0.05 et q 0.005 pour les estimations lGI. Différents seuils statistiques ont été choisis en raison des modifications généralisées et dépendantes de l'âge des valeurs d'IgI par rapport à l'épaisseur corticale, à la surface corticale et au volume GM. De plus nous avons analysé l’âge2 et de l'âge3 effets pour tous les paramètres anatomiques qui ont été contrôlés pour l'influence de l'âge, le sexe et eTIV.
Pour obtenir des estimations de la taille de la surface, nous avons sélectionné les sommets avec les plus grandes valeurs lGI et leurs coordonnées Talairach correspondantes, puis appliqué la fonction automatique mri_surfcluster dans FreeSurfer (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). En outre, le d a été obtenue pour les zones du cerveau présentant les plus grands changements liés à l’âge en comparant les valeurs moyennes des groupes de participants les plus jeunes (âge: 12 – 14, n = 13) et les plus âgés (âge: 21 – 23, n = 18). La taille des effets est indiquée dans les légendes des figures.
Dans un deuxième temps, nous avons examiné les coefficients de corrélation de Pearson entre les effets IgI dépendants de l'âge et les changements d'épaisseur corticale, de surface corticale et de volume GM / WM. Pour inclure les données de volume WM, des analyses régionales basées sur la parcellisation ont été effectuées. Quatre sommets des analyses sommet par sommet par hémisphère avec des effets âge-IgI prononcés (seuil statistique p <10-4) ont été assignés aux zones basées sur FreeSurfers gyral et pour les étiquettes correspondantes, l'épaisseur corticale moyenne, le volume GM / MW et la surface corticale ont été extraits.
Résultats
Analyses sommet par sommet des modifications de l'IgG liées à l'âge
Les valeurs d'IGI diminuaient avec l'âge dans les grappes 12 de la gauche et 10 de l'hémisphère droit (FDR chez 0.005) (Figure 2 et Et3,3, Tableau 1). Les zones cérébrales présentant les réductions les plus importantes d’IgG ont été localisées dans la région pré-centrale gauche (taille de la zone = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 et 7), gauche supérieur-frontal (surface = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), gauche inférieur-temporal (taille de la zone = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 et 37), orbitofrontal latérale gauche (taille de la zone = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 et 11) et le cortex précentral droit (taille = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 et 7), pars triangularis droite (taille de la zone = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 et 46), droit rostral-moyenfrontal (taille de la zone = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) et pariétal supérieur (taille = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 et 39). Aucun effet significatif du genre n’a été trouvé sur les modifications des valeurs d’IGI lors d’un FDR à 0.005 et les réductions de la gyrification liées à l’âge suivaient des trajectoires non linéaires (cubiques) (Figure 3).
Analyses sommet par sommet des modifications dépendant de l'âge de l'épaisseur corticale, du volume GM et de la surface corticale
L’épaisseur corticale a diminué le plus nettement dans le front supérieur (taille = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 et 9) et rostral-middle-frontal (taille de la zone = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 et 46) cortex dans l’hémisphère gauche et dans le groupe précentral dans l’hémisphère droit (taille = 14735.38, mm)2, p = 10-6.16, BA 6, 44 et 45) (Figure 4). La diminution de l’épaisseur corticale peut être décrite par une trajectoire cubique (R2 = 0.191 pour gauche rostral-milieu-frontal, R2 = 0.126 pour supérieur-frontal gauche et R2 = 0.134 pour les grappes précentrales droites). De plus, nous avons trouvé des diminutions bilatérales dépendant de l'âge du volume GM qui étaient localisées au front supérieur (taille de la zone = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 et 9) dans l’hémisphère gauche et vers la partie orbitale (taille de la zone = 19200.11 en mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 et 47) et au pariétal inférieur (taille de la zone = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 et 39) lobe de l'hémisphère droit (Figure 4). Les réductions de volume GM ont suivi des trajectoires cubiques (R2 = 0.132 pour supérieur-frontal gauche, R2 = 0.185 pour la pars droite orbitalis et R2 = 0.204 pour les clusters pariétaux inférieurs droits).
Pour la surface, nous avons trouvé une réduction significative du précentral (taille de la surface = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), frontal moyen caudal (taille = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) et supramarginal (taille de la zone = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) dans l’hémisphère gauche. La surface a diminué dans l’hémisphère droit, surtout dans la région pré-centrale (taille = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), pariétal inférieur (taille de la zone = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) et pariétal supérieur (taille = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) cortices (Figure 4). Les réductions de surface sont mieux décrites par une trajectoire cubique (R2 = 0.095 pour précentrale gauche, R2 = 0.026 frontal caudal-moyen gauche, R2 = 0.024 supramarginal gauche, R2 = 0.116 hémisphère droit, R2 = 0.156 droit supérieur-pariétal et R2 = 0.046 pour les grappes précentrales droites). Aucun effet significatif du sexe n'a été trouvé pour les changements d'épaisseur corticale, de volume GM et de surface à un FDR à 0.005
Corrélations entre la gyrification, l'épaisseur corticale, la surface et le volume GM / WM
Pour tester les relations entre les valeurs IGI et les modifications de GM / MW, les zones 8 présentant les plus grandes modifications de la gyrification dépendantes de l'âge ont été sélectionnées et les valeurs IGI ont été corrélées avec l'épaisseur corticale, la surface corticale et le volume GM / WM (Figure 5, Tableau 2). Nous avons trouvé des corrélations importantes et positives entre la surface corticale et le volume GM avec les valeurs lGI. Une telle relation n'a pas été trouvée pour les corrélations entre l'épaisseur corticale et les estimations lGI. L'augmentation du volume de la MW a également montré une relation significative, quoique plus faible, que le volume et la surface GM avec une gyrification accrue dans plusieurs régions frontales et dans le cortex pariétal.
Relations Non Linéaires Entre Les Changements De Paramètres Anatomiques Et L'âge: Un Analyses Sommet Par Sommet
lGI
Nous avons trouvé 16 (hémisphère gauche) et 7 Clusters (hémisphère) où l'âge2 et lGI étaient négativement corrélés (Figure S1). L'âge le plus fort 2 les effets sur l’IGI étaient localisés dans le front supérieur gauche (taille = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 et 10), pariétal supérieur gauche (taille de la zone = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 et 4) et pericalcarine gauche (taille de la zone = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17). Pour l'hémisphère droit, des effets ont été observés dans une région précentrale (taille de la zone = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 et 6), post-central (taille de la zone = 465.07, mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 et 3) et dans les cortex supérieurs-frontal (taille = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Des effets cubiques de l’âge sur les IGL ont été observés dans les grappes 18 (hémisphère gauche) et 7 (hémisphère droit). Les régions avec les effets cubiques les plus forts ont été localisées dans un grand front supérieur (taille = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 et 47), pariétal supérieur (taille de la zone = 11513.02, mm)2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9) et la pericalcarine (taille de la zone = 292.35, mm)2, p = 10-3.73, BA 17) pour l’hémisphère gauche. Dans l’hémisphère droit, on a trouvé les relations les plus fortes en fonction de l’âge cubique et de l’IGI dans une région précentrale (taille = 5862.33, mm).2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 et 7), caudal-middlefrontal (taille de la zone = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 et 9) et cluster mi-temporel (taille de la zone = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
Âge2 les effets sur le GMV se sont limités à l'hémisphère gauche (Figure S2). Les effets les plus importants ont été observés dans les parties étendues de la partie operculaire (taille de la zone = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 et 45), paracentral (taille = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 et 31) et pariétal inférieur (taille = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 et 22) cortices.
Les effets de l'âge cubique sur le GMV ont été localisés dans le cortex 3 de l'hémisphère gauche. Un groupe dans les parties postérieures du gyrus cinguli (taille de la zone = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), une partie du gyrus inférieur frontalis opparularis- (taille de la zone = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) et les berges du sillon temporal supérieur (taille de la zone = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) ont été caractérisées par un âge significatif3 et relation IJG (Figure S2).
CT / SA: Pas d'âge significatif2/âge3 effets que nous avons trouvés pour CT et SA.
a lieu
Les résultats de notre étude mettent en évidence des modifications généralisées du modèle de gyrification du cortex cérébral pendant l'adolescence. Post-mortem précédent et études IRM - a indiqué une diminution des valeurs d'IgI au cours des phases de développement ultérieures, mais l'ampleur du changement, les régions du cerveau impliquées et la relation avec le processus anatomique concomitant restaient incertaines. Les zones corticales caractérisées par les réductions les plus fortes des valeurs de IGI étaient les régions précentrales, temporales et frontales. Ces zones cérébrales ne chevauchent que partiellement les régions caractérisées par des modifications de GM et la taille de l'effet est dans la plage d'épaisseur corticale et supérieure et son volume, ce qui suggère que les modifications observées dans la gyrification représentent une modification supplémentaire importante du cortex cérébral pendant l'adolescence.
Régions corticales des modifications IGl
La plus grande région corticale caractérisée par des réductions de la gyrification était un groupe dans le cortex précentral comprenant BA 3, 6 et 7. En comparaison, les modifications de l'épaisseur et du volume de GM étaient focalisées sur les cortex frontal (BA 8 et 9) et temporal (BA 20 et 21), ce qui est cohérent avec les données d'études longitudinales antérieures. mais ne se chevauchent que partiellement avec des valeurs d'IgL diminuées.
Bien que le groupe précentral, qui s'étendait au gyrus pré- / post-central, au gyrus supramarginal ainsi qu'au cortex pariétal supérieur, ait été moins systématiquement impliqué dans la maturation du cerveau chez l'adolescent, il existe des preuves suggérant que ces régions du cerveau pourraient être liées à: changements en cours dans la cognition et le comportement. Une étude récente de Ramsden et al. ont démontré que les fluctuations de l'intelligence à l'adolescence sont étroitement liées aux modifications génétiquement modifiées des régions de la parole motrice gauche. De même, il existe une amélioration continue du cortex moteur révélée par des études sur la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). et EEG . Enfin, BA 7 est essentiel pour le développement des réseaux corticaux sous-jacents aux fonctions cognitives supérieures à l'adolescence, telles que la mémoire de travail, car l'activité de BOLD dans le cortex pariétal supérieur montre des augmentations substantielles du développement lors de la manipulation d'éléments de la MW. .
Le cortex frontal a été associé de manière constante aux modifications de l'anatomie et du comportement au cours de l'adolescence. Dans la présente étude, on a constaté une diminution des valeurs de IGI dans le pôle frontal (BA 10), le cortex orbitofrontal (BA 11) et le gyrus frontal inférieur (BA 47). Un grand nombre de travaux a indiqué que ces régions sont impliquées de manière centrale dans les modifications du comportement pendant l'adolescence, telles que l'amélioration de l'inhibition cognitive. , prise de risque et mentalisation .
Enfin, des réductions substantielles de la gyrification ont été trouvées dans un groupe correspondant à BA 19, 20 et 37, qui comprend des aires visuelles précoces et des régions corticales dédiées à la reconnaissance d’objets. Outre les modifications des fonctions cognitives supérieures, l'adolescence est également associée à des améliorations des oscillations neuronales induites par des stimuli visuels simples et complexes. , ainsi qu'avec la maturation du traitement d'objet dans le flux ventral .
Des effets quadratiques importants de l’âge sur les IJG ont été observés dans les grappes supérieures gauche (BA 8, 9 et 10) et frontales droit (BA 8), ce qui est conforme à une étude antérieure de (Hogstrom et al. . Les relations âge-IGI cubiques sont localisées en face supérieure gauche (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 et 47), supérieure-pariétale (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, XNXX, XNX, 9), zones caudale-moyenne-frontal droite (BA 21 et XNUMX) et moyen-temporale (BA XNUMX).
Les données actuelles offrent donc une nouvelle perspective sur les régions impliquées dans le développement de la gyrification à l’adolescence, caractérisées globalement par une trajectoire de développement linéaire, certaines régions présentant des effets curvilignes et cubiques. Études antérieures avec des échantillons plus petits , identifié principalement les changements dans les valeurs GI dans les régions temporales, pariétales et frontales. En outre, Mutlu et ses collègues observé une diminution plus marquée de l'IGI avec l'âge chez les hommes que chez les femmes dans les régions préfrontales, ce qui n'a pas été confirmé par la présente étude.
Développement du repliement cortical à l'adolescence: relation avec le changement GM / MW
Plusieurs mécanismes ont été proposés pour les changements de la gyrification au cours du développement . Van Essen suggère que le schéma de pliage du cortex cérébral peut être expliqué par la tension mécanique le long des axones. Selon cette théorie, la formation de gyri est le résultat d'efforts mécaniques exercés entre des régions étroitement liées alors que la tension rapproche des régions fortement interconnectées. En outre, des comptes alternatifs ont souligné le rôle de la croissance différentielle entre les couches corticales internes et externes . Enfin, il existe des preuves que le repliement cortical est sous contrôle génétique et qu'il existe des différences entre les sexes dans le cortex mature .
Bien que l'étude actuelle ne permette pas de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents aux réductions de la gyrification pendant l'adolescence, la comparaison avec les modifications des paramètres de GM et de MW peut être importante pour déterminer si les modifications observées du repliement cortical sont influencées par les modifications anatomiques en cours. Une des conclusions importantes de l’étude actuelle est que les réductions des valeurs de IGI se produisent dans les régions corticales, qui sont en grande partie distinctes des réductions du volume et de l’épaisseur des OGM. Les corrélations entre les valeurs IGI dans les régions caractérisées par des diminutions prononcées dépendant de l'âge et les paramètres GM / MW suggèrent toutefois que le degré de repliement cortical est néanmoins lié au volume et à la surface de GM. Plus précisément, nous avons observé une relation positive entre l'augmentation des valeurs d'IgI avec la surface et le volume de GM. Fait intéressant, ce n'était pas le cas pour l'épaisseur de GM. Enfin, WM-volume a également contribué à l'augmentation des valeurs d'IgI dans 5 par rapport aux régions corticales de 7.
Gyrification, comportement et psychopathologie
En dépit des réductions généralisées du repliement cortical pendant l'adolescence et des effets de grande taille associés à une diminution des valeurs d'IGI, les implications pour les changements de la cognition et du comportement pendant l'adolescence restent à établir. Des recherches antérieures ont montré que les différences individuelles de repliement cortical dans les régions frontales influencent les processus exécutifs chez l'adulte et modifications du comportement, telles que la méditation , impact sur la gyrification, suggérant un rôle du repliement cortical dans la cognition et la plasticité dépendant de l'expérience.
En outre, il existe de nombreuses preuves selon lesquelles les schémas de gyrification sont associés à la psychopathologie, ce qui souligne l’importance potentielle de la compréhension des changements développementaux liés à la gyrification et de la relation entre la cognition et le comportement. Plusieurs troubles neurodéveloppementaux, tels que le syndrome de Williams (WS) et les troubles du spectre autistique (ASD), sont associés à des modèles de repliement cortical anormaux. Plus précisément, les participants atteints de SM sont caractérisés par une réduction de la profondeur des sulci dans les régions pariéto-occipitales qui jouent un rôle important dans les déficits visuo-constructifs. . En revanche, les schémas de gyrification des TSA sont caractérisés par un repliement accru par rapport aux enfants en développement normal. .
La schizophrénie est un trouble psychiatrique grave, apparaissant généralement pendant la transition de l'adolescence à l'âge adulte et impliquant également une gyrification aberrante. Autopsie et études IRM , observé une augmentation du repliement cortical, en particulier dans le cortex préfrontal, qui est en outre prédictif du développement de la schizophrénie chez les sujets à risque . Plus récemment, il a également été démontré que les défauts de pliage prédisaient une réponse médiocre au traitement lors du premier épisode de psychose .
Comme nos données suggèrent fortement que le repliement cortical subit d'importantes modifications pendant l'adolescence, il est possible qu'outre les influences neurodéveloppementales précoces, un développement cérébral anormal au cours de l'adolescence contribue à l'anatomie aberrante du néocortex et à la manifestation de dysfonctionnements cognitifs et de symptômes cliniques.
Conclusion
Les résultats confirment l'opinion selon laquelle l'adolescence implique des changements fondamentaux dans l'architecture du cortex cérébral. Plus précisément, nous pouvons montrer que les modèles de pliage cortical subissent un changement prononcé qui implique une réduction de la gyrification sur de grandes surfaces du cortex cérébral, en particulier dans les régions précentrale, frontale et temporale. Les futures études devront établir la pertinence fonctionnelle de ces modifications pour les modifications concomitantes du comportement, de la cognition et de la physiologie par le biais de corrélations avec des données neuropsychologiques et des méthodes d'imagerie fonctionnelle du cerveau, telles que l'IRMf et la MEG.
Renseignements à l'appui
Figure S1
Effets non linéaires de l'âge sur l'indice de gyrification local (IGI) d'un cerveau entier, analyses sommet par sommet projetées sur un cerveau modèle moyen. Rangée du haut: âge2 les effets sont illustrés pour l'hémisphère gauche (gauche) et l'hémisphère droit (droite) à partir des vues latérale et médiale. Rangée du bas: Corrélations entre l'âge3 et lGI sont indiqués pour l'hémisphère gauche (gauche) et droite (droite) à partir des vues latérale et médiale. Les couleurs bleues indiquent une diminution significative des valeurs de IGI avec l’âge, alors que les couleurs plus chaudes codent pour une augmentation de l’IGI. Toutes les analyses ont été effectuées en contrôlant les effets de genre, eTIV et âge (linéaire). Note: Pas de corrélation significative entre l'âge3 et lGI ont été trouvés en contrôlant les effets de genre, eTIV, age (linéaire) et age2.
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Figure S2
Effets non linéaires de l'âge sur le GMV dans tout le cerveau, analyses sommet par sommet projetées sur un cerveau modèle moyen. Gauche: Age2 effets sur le GMV pour l'hémisphère gauche des vues latérale et médiale. Droite: effets de l'âge3 sont illustrés pour l'hémisphère gauche des vues latérale et médiale. Les couleurs bleues indiquent une diminution significative du GMV avec l’âge, alors que les couleurs plus chaudes codent pour une augmentation du GMV. Toutes les analyses ont été effectuées en contrôlant les effets de genre, eTIV et âge (linéaire). Note: Pas de corrélation significative entre l'âge3 et GMV ont été trouvés en contrôlant les effets de genre, eTIV, âge (linéaire) et âge2.
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Remerciements
Nous voudrions remercier Sandra Anti pour son aide dans l’acquisition de données IRM.
Déclaration de financement
Bibliographie
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