Fianais beò air co-luachadh neurophysiological de striatum adolescent an duine (2015)

Dev Cogn Neurosci. 2015 Apr; 12: 74-85. doi: 10.1016 / j.dcn.2014.12.003. Epub 2014 Dùbhlachd 30.

Larsen B.1, Luna B2.

Fiosrachadh ùghdarrais

  • 1Roinn Eòlas-inntinn, Oilthigh Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15213, USA; Ionad airson Bun-stèidh Neural Cognition, Pittsburgh, PA 15213, USA. Seòladh dealanach: [post-d fo dhìon].
  • 2Roinn Eòlas-inntinn, Oilthigh Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15213, USA; Ionad airson Bun-stèidh Neural Cognition, Pittsburgh, PA 15213, USA; Institiud Eòlas-inntinn an Iar agus Clionaig, Ionad Meidigeach Oilthigh Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15213, USA.

Abstract

Thathas air a ràdh gu bheil ìre an striatum a ’cluich prìomh dhreuchd ann an àrdachadh a chaidh fhaicinn ann an sireadh mothachaidh òigearan. Ach, tha fianais air maturation neurophysiologic ann an striatum deugaire daonna cuingealaichte. Chuir sinn ìomhaighean uaigneach T2 * an sàs, a ’nochdadh chlàran de chruinneachadh iarann-teannachaidh, gus fianais dhìreach in vivo a thoirt seachad mu leasachadh neurophysiologic den striatum deugaire daonna.

Bha mion-sgrùdadh pàtran multivariate (MVPA) de chomharran cuideam cuideam striatal T2 * a ’toirt cunntas air còrr air 60% den chaochlaideachd sampaill ann an daoine aois 10-25, a’ cleachdadh an dà chuid fMRI co-cheangailte ri gnìomhan agus fois.

Sheall striatum dorsal agus ventral àrdachadh co-cheangailte ri aois agus lughdachadh fa leth de neurophysiology striatal a ’moladh eadar-dhealachaidhean càileachdail ann am maturation nan siostaman striatal limbic agus gnìomhach. Gu sònraichte, chaidh a lorg gu robh an striatum ventral a ’nochdadh na h-eadar-dhealachaidhean leasachaidh as motha agus a’ cur gu mòr ris an ro-innseadair aois ioma-chaochlaideach. Thathas a ’còmhradh mun dàimh eadar an comharra cuideam T2 * ris an t-siostam dopamine striatal. Còmhla, tha toraidhean a ’toirt seachad fianais airson maturation fada den striatum tro òigeachd.

PRÌOMH FHIOSRACHADH:

Òigeachd; Leasachadh; Mion-sgrùdadh pàtran multivariate; Neurophysiology; Striatum; T2 *

1. Ro-ràdh

Tha giùlan òigearan air a chomharrachadh le àrdachadh ann an sireadh mothachaidh a dh ’fhaodadh leantainn gu gabhail cunnairt maladaptive, a’ leantainn gu barrachd coltas bàis no droch leòn (Eaton et al., 2006). Mar sin, tha spionnadh ann a bhith a ’tuigsinn na h-atharrachaidhean neurodevelopmental san t-siostam brosnachaidh a dh’ fhaodadh cur ris a ’phròifil giùlain seo. Tha ùidh shònraichte aig an striatum anns a ’cho-theacsa seo air sgàth gu bheil e an sàs ann an giullachd brosnachaidh is duais a bharrachd air ionnsachadh, smachd motair, agus tuigse (Haber and Knutson, 2010, McClure et al., 2003, Middleton agus Strick, 2000 agus Vo et al., 2011).

Bidh modalan prìomhaid creimich agus neo-dhaonna a ’toirt seachad fianais a’ nochdadh synaptogenesis striatal leantainneach ann an òigeachd tràth, stùcan ann an abairt gabhadair dopamine agus ro-mheasaidhean dopamine bhon striatum gu cortex prefrontal, agus pruning synaptic aig deireadh òigeachd. (Crews et al., 2007, Kalsbeek et al., 1988, Rosenberg agus Leòdhas, 1995, Tarazi et al., 1998 agus Teicher et al., 1995). Tha an loidhne fianais seo air leantainn gu beachd gu bheil atharrachaidhean neurophysiologic coltach ri chèile a ’tachairt ann an daoine deugaire (Casey et al., 2008 agus Bràiste, 2000). Tha sgrùdaidhean tùsail gnìomh ath-shuidheachadh magnetach gnìomh (fMRI) air fianais làidir a lorg a tha a ’nochdadh cugallachd stùc an òigearan gus duais a thoirt do bhrosnachaidhean an coimeas ri inbhich agus clann (Ernst et al., 2005, Galvan et al., 2006, Galvan et al., 2007, Geier et al., 2010, Leijenhorst et al., 2010 agus Padmanabhan et al., 2011), ged nach eil an toradh seo air a bhith cunbhalach (Bjork et al., 2004 agus Eshel et al., 2007) agus tha e an urra ri co-theacsa duais a chaidh a sgrùdadh (Crone agus Dahl, 2012). Mar eisimpleir, tha obair o chionn ghoirid air moladh gum bi ath-ghnìomhachd striatal gus duais a dhuaiseachadh a ’meudachadh gu bhith na inbheach fhad‘ s a tha ath-ghnìomhachd gus duais fhaighinn a ’lughdachadh (Hoogendam et al., 2013). An-dràsta tha dìth cheumannan in vivo ann gus measadh a dhèanamh air eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois ann an neurophysiology striatal daonna a tha a ’cuingealachadh ar comas tuigse fhaighinn air uidheaman neòil a tha mar bhunait air eadar-dhealachaidhean ann an gnìomh striatal òigearan. Tha a bhith a ’tuigsinn leasachadh neurophysiology striatal gu sònraichte cudromach leis gu bheil neurophysiology striatal annasach agus gnìomh an sàs ann an raon de dhuilgheadasan neuropsychological a nochdas rè leanabachd agus òigeachd (Bradshaw agus Sheppard, 2000 agus Chambers et al., 2003). Mar sin faodaidh tuigse nas fheàrr air maturation neurophysiological normative den striatum fiosrachadh a thoirt do mhodalan de ghiùlan òganach àbhaisteach agus neo-àbhaisteach.

Tha dùmhlachd iarann ​​fìnealta sa mhòr-chuid san striatum (Haacke et al., 2005 agus Schenck, 2003) agus chaidh a lorg gu bheil e a ’toirt taic do dùmhlachd gabhadair dopamine D2 agus dopamine transporter (DAT) ann an sgrùdaidhean air easbhaidh iarann, ADHD, agus syndrome cas restless, a tha co-cheangailte ri eas-òrdughan ann an giullachd DA, (Adisetiyo et al., 2014, Connor et al., 2009, Erikson et al., 2000 agus Wiesinger et al., 2007), a bharrachd air gnìomh agus riaghladh neurons dopamine (Beard, 2003 agus Jellen et al., 2013). Mar sin, faodaidh eadar-dhealachaidhean ann an dùmhlachd iarann ​​teannachaidh striatal, a ghabhas tomhas le bhith a ’cleachdadh MRI, a bhith na chomharradh air eadar-dhealachaidhean dopaminergic ann an òigeachd. Tha iarann ​​fìnealtach paramagnetic agus mar sin a ’toirt buaidh làidir air comharra MRI cuideam T2 * (Langkammer et al., 2010, Langkammer et al., 2012 agus Schenck, 2003), a dh ’fhaodar a chruinneachadh gu neo-ionnsaigheach ann an vivo fad am beatha (Aquino et al., 2009, Haacke et al., 2005 agus Wang et al., 2012). Chaidh buaidh iarann ​​air a ’chomharra T2 * a chleachdadh gus iarann ​​a thomhas ann an grunn cheumannan MR, a’ gabhail a-steach ìomhaighean le cuideam buailteach (SWI) (Haacke et al., 2004), R2 * (Haacke et al., 2010), agus R2 ′ (Sedlacik et al., 2014). Anns an sgrùdadh seo, bidh sinn a ’cleachdadh dàta mòr ìomhaighean T2 * le cuideam echo-planar (EPI), a’ mhòr-chuid coltach ri SWI. Tha sgrùdaidhean tùsail air dàta coltach ris a chleachdadh còmhla ri mion-sgrùdadh pàtrain ioma-chaochlaideach gus sgrùdadh a dhèanamh air na pròiseasan striatal a tha mar bhunait air ionnsachadh (Vo et al., 2011).

An seo bidh sinn a ’cleachdadh T2 * le cuideam EPI (T2 *) gus eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois a chomharrachadh ann an neurophysiology an striatum deugaire daonna ann an vivo a’ cleachdadh dòigh sgrùdaidh pàtran ioma-chaochlaideach. Gu sònraichte bidh sinn a ’cleachdadh pàtranan spàsail de T2 striatal * gus ro-innse aois fìor chudromach a ghineadh bho gach cuid togail-obrach agus stàite fois T2 * le cuideam EPI (fMRI), a’ nochdadh an dàimh làidir agus làidir eadar an tomhas agus an leasachadh seo. A bharrachd air an sin, tha sinn a ’comharrachadh an striatum ventral, prìomh ionad de shlighean duais dopamine a tha air a dhearbhadh mar bhunait air cunnart òigearan (Blum et al., 2000, Casey et al., 2008 agus Bràiste, 2000), mar phàirt riatanach de aibidh striatal deugaire. Tha an obair seo a ’soilleireachadh nàdar beothail leasachadh striatal òganach normatach, a’ toirt fiosrachadh do mhodalan mu inbheachd siostaman brosnachaidh rè òigeachd.

2. Stuthan agus modhan

2.1. Sampall

Ghabh ceud trì fichead deugaire agus inbheach òg pàirt anns an sgrùdadh seo (aois 10 - 25, M = 16.56, SD = 3.62). Chaidh ochd-deug com-pàirtiche a thoirmeasg air sgàth cus gluasad cinn (air a mhìneachadh gu h-ìosal), a ’toirt a-mach sampall deireannach de 142 (aois 10-25, M = 16.41, SD = 3.71, 71 fireann). Chaidh fo-sheata dhiubh sin a ghabhail a-steach cuideachd ann an sgrùdadh mac-samhail a ’cleachdadh dàta stàite fois (air a mhìneachadh gu h-ìosal). Bha eachdraidh mheidigeach aig a h-uile cuspair nach do nochd galar neurolach, leòn eanchainn, agus gun eachdraidh de chàirdeas pearsanta no ciad-ìre le prìomh thinneas inntinn-inntinn. Bha a h-uile modh deuchainneach san sgrùdadh seo a ’cumail ri Còd Beusachd Comann Meidigeach na Cruinne (Dearbhadh 1964 air Helsinki) agus am Bòrd Lèirmheas Institiùdail aig Oilthigh Pittsburgh. Chaidh com-pàirtichean a phàigheadh ​​airson an com-pàirt san sgrùdadh. Chaidh an dàta seo a chruinneachadh an toiseach airson pròiseact a bha a ’sgrùdadh giollachd dhuaisean agus ceangal gnìomh stàite fois agus chaidh fo-sheataichean den t-seata dàta seo a ghabhail a-steach ann an sgrùdaidhean a chaidh fhoillseachadh roimhe air leasachadh lìonra stàite fois ( Hwang et al., 2013) agus giollachd brosnachaidh ( Paulsen et al., 2014).

2.2. Modh ìomhaighean

Chaidh dàta ìomhaighean a chruinneachadh a ’cleachdadh sganair 3.0 Tesla Trio (Siemens) aig Ionad Sgrùdaidh Ath-shuidheachadh Magnetic (MRRC), Ospadal Oilthigh Clèireach, Pittsburgh, PA. B ’iad na paramadairean togail: TR = 1.5 s; TE = 25 ms; ceàrn flip = 70 °; peilear singilte; làn k-space; Matrix togail 64 × 64 le FOV = 20 cm × 20 cm. Chaidh fichead ’s a naoi sliseagan axial 4 mm-tiugh gun bheàrn a chruinneachadh, air an aon rèir ris a’ choimisean roimhe agus posterior (loidhne AC - PC), a ’gineadh voxels 3.125 mm × 3.125 mm × 4 mm, a bha a’ còmhdach an cortex gu lèir agus a ’mhòr-chuid den cerebellum . Chruinnich sinn ceithir ruith de 302 TRs rè a ’ghnìomh antisaccade (4 × 302 = 1208) agus aon ruith de 200 TR rè an scan stàite fois. Chaidh magnetachadh tomhas-lìonaidh trì-thaobhach ullachadh sreath tarraingeadh caisead togail luath (MPRAGE) le 192 sliseag (tighead sliseag 1 mm) a chleachdadh gus na h-ìomhaighean structarail fhaighinn anns an itealan sagittal.

Chaidh dàta le cuideam T2 * a chruinneachadh mar phàirt de sgrùdadh air leth a ’sgrùdadh giollachd dhuaisean. Ann an ùine ghoirid, ghabh cuspairean pàirt ann an gnìomh antisaccade modúlach duais, anns an deach iarraidh orra saccades a dhèanamh gu na h-àiteachan sgàthan de bhrosnachaidhean air an taisbeanadh le iomall. Aig toiseach gach deuchainn, chaidh cuspairean a thoirt seachad an dàrna cuid le duais, call, no sealladh neodrach a bha a ’nochdadh comas duais an urra ri coileanadh. Chaidh coileanadh a mheasadh le bhith a ’cumail sùil air sùilean agus fhuair com-pàirtichean fios air ais sgrùdaidh airson deuchainnean ceart agus ceàrr.

2.3. Seata-dàta fois-stàite

Ghabh ceud cuspair pàirt cuideachd ann an scan stàite fois. Chaidh aon-deug a thoirmeasg air sgàth artifacts gluasad agus mar sin chaidh cuspairean 89 a thoirt a-steach don anailis seo (aois 10 - 25, M = 16.2, SD = 3.77; 43 fireannach). Chruinnich sinn scan stàite fois 5 min (200 leabhraichean) airson gach cuspair a ’cleachdadh na h-aon pharaimearan scan a tha air an liostadh gu h-àrd. Rè an scan stàite fois, chaidh iarraidh air com-pàirtichean an sùilean a dhùnadh, fois a ghabhail, ach gun a bhith a ’tuiteam nan cadal.

2.4. Ro-phròiseasadh dàta cuideam T2 *

Chaidh an ro-ullachadh gu lèir a dhèanamh a ’cleachdadh Leabharlann Bathar-bog FMRIB (FSL; Smith et al., 2004) agus pasgan bathar-bog Mion-sgrùdadh Ìomhaighean Neuro Gnìomhach (AFNI) (Cox, 1996). Tha na ceumannan preprocessing tùsail coltach ris an fheadhainn a thathas a ’cleachdadh ann am fMRI gnàthach. An toiseach chaidh dàta le cuideam T2 * a dhì-spìceadh agus chaidh ùine sliseag a cheartachadh gus cunntas a thoirt air togail sreathach. Gus dèiligeadh ri gluasad, chleachd sinn tuairmsean gluasad ceann rothlach agus eadar-theangachadh gus ceumannan gluasad cuibheasach ceàrnagach (RMS) obrachadh a-mach, agus chaidh com-pàirtichean le RMS dàimheach nas àirde na stairsneach teann de 0.3 mm airson còrr air 15% de mheudan ann an ruith a thoirmeasg bho tuilleadh. anailis. Airson na cuspairean a bha air fhàgail, chuir sinn ceartachadh gluasad an gnìomh le bhith a ’co-thaobhadh gach tomhas san t-sreath tìm ris an tomhas a fhuaireadh ann am meadhan an togail. Chaidh dàta cuideam T2 * gach com-pàirtiche a chlàradh gu sreathach chun MPRAGE a ’cleachdadh goireas FLIRT aig FSL agus an uairsin chaidh ìomhaigh MPRAGE a chlàradh gu neo-àbhaisteach a-steach do àite MNI (Institiud Neur-eòlach Montreal) a’ cleachdadh goireas FNIRT FSL. Chaidh co-dhùnadh a ’chlàraidh sreathach bho EPI gu MPRAGE agus an clàradh neo-àbhaisteach bho MPRAGE a-steach gu àite MNI a chuir an sàs anns a h-uile ìomhaigh EPI airson gach com-pàirtiche. Chaidh tomhas-lìonaidh àrd a shìoladh aig .008 Hz. Cha deach dàta a ghluasad gus nach cuir e dragh air pàtrain voxel-glic airson an anailis MVPA a thàinig às a dhèidh. Faodaidh smoothing claonadh a dhèanamh air coileanadh innealan vector taic sreathach (Misaki et al., 2013). Chaidh dàta fois-stàite agus obair co-cheangailte ri obair a phròiseasadh air leth le bhith a ’cleachdadh modhan co-ionann.

2.4.1. Normalachadh agus cuibheasachd

Mar as trice, bidh dàta EPI le cuideam T2 * air a sgrùdadh thar ùine, a ’tomhas caochlaidhean beaga anns a’ chomharradh cuideam T2 * co-cheangailte ris an fhreagairt ìre fuil-ogsaidean (BOLD). Tha sinn airson a dhaingneachadh nach eil ùidh againn san sgrùdadh seo anns na caochlaidhean beaga BOLD seo. An àite sin, tha ùidh againn ann am feartan an comharra cuideam T2 * nach eil ag atharrachadh le ùine agus a tha a ’nochdadh feartan neurophysiologic leantainneach ann an teannachadh eanchainn. Mar sin, tha an t-sruth preprocessing ag atharrachadh bho anailis àbhaisteach BOLD aig an ìre seo. Lean modhan airson a bhith a ’giullachd ar n-ìomhaighean cuideam T2 * gu dlùth Vo et al. (2011). Chaidh gach tomhas a dhèanamh àbhaisteach gu cuibheasach a rèir a chiall fhèin, agus chaidh an comharra àbhaisteach a chuibheasachadh, voxel-wise, thairis air na ceithir ruith (1208 leabhraichean) de thogail na h-obrach. Mar thoradh air a ’phròiseas seo thàinig aon ìomhaigh àbhaisteach le cuideam T2 * airson gach com-pàirtiche. Chaidh dàta stàite fois a sgrùdadh air leth agus chaidh a chuibheasachd thar gach 200 leabhar bhon togail 5 mion. Tha feum air a ’cheum gnàthachaidh leis gu bheil an comharra cuideam T2 * leis fhèin mothachail air eadar-dhealachaidhean a dh’fhaodadh a bhith ann eadar sganaidhean MRI - an dàrna cuid taobh a-staigh cuspairean thar ùine no eadar cuspairean - a dh’ fhaodadh gluasad ann an dian chomharran T2 * le cuideam. Mar sin tha gnàthachadh mar sin a ’ceadachadh coimeas a dhèanamh eadar luachan T2 * thar chom-pàirtichean. Ged a ghabhadh comharra T2 * obrachadh a-mach bho aon leabhar, chuibheasach sinn thairis air tomhas-lìonaidh gus an co-mheas comharra gu fuaim a neartachadh.

2.5. Comharrachadh roinnean striatal

Chomharraich sinn anatomically na putamen, caudate, agus niuclas accumbens a rèir atlasan eanchainn a tha air an toirt a-steach don phacaid bathar-bog AFNI. Chaidh masgaichean sgìre a dhèanamh na bu ghlice le bhith a ’toirt air falbh fuaimreagan sam bith a bha buailteach a bhith a’ toirt a-steach fluid cerebrospinal (CSF). Chaidh CSF a chuairteachadh le bhith a ’cleachdadh sgaradh FAST aig FSL, agus chaidh voxels aig an robh coltachd cuspair-cuibheasach nas motha na 0.15 de bhith CSF a thoirt a-mach à roinnean a tha air am mìneachadh gu anatomically.

2.6. Mion-sgrùdadh univariate

Chuir sinn an sàs mion-sgrùdadh traidiseanta aon-ghnèitheach an toiseach gus eadar-dhealachaidhean leasachaidh ìre cuibheasach a mheasadh ann an striatal T2 *. Airson gach cuspair, rinn sinn cunntas air doimhneachd spàs cuibheasach T2 * le cuideam thar voxels taobh a-staigh sgìre a tha air a mhìneachadh gu anatomically agus rinn sinn mion-sgrùdadh air a ’cheangal eadar dòighean spàsail agus aois ùineòlais. Gu sònraichte, thug sinn air ais aois a rèir luachan cuibheasach T2 * a ’cleachdadh ais-tharraing sìmplidh agus rinn sinn cunntas air co-dhàimh Pearson eadar luachan aois iomchaidh agus fìor aois chuspairean taobh a-staigh gach sgìre anns a bheil ùidh.

2.7. Mion-sgrùdadh pàtran multivariate

Tha e air a dhearbhadh gu math nach eil an striatum agus na fo-roinnean aige (caudate, putamen) spàsail homologous ann an gnìomh, ceangal, no neurobiology (Cohen et al., 2009, Martinez et al., 2003, Middleton agus Strick, 2000 agus Postuma agus Dagher, 2006). Nas fhaide, tha leasachadh structarail an striatum a ’dol air adhart ann am fasan nach eil èideadh gu spàsail (Raznahan et al., 2014). Mar sin, tha e coltach gu bheil leasachadh neurophysiology striatal bunaiteach, a ’toirt a-steach dùmhlachd iarann-iarann, neo-èideadh cuideachd. Mar sin, smaoinich sinn gum biodh eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois ann an striatal T2 * air an glacadh nas fheàrr le dòigh-obrach nas mothachail, ioma-chaochlaideach. Gus sgrùdadh a dhèanamh air a ’cheangal eadar pàtrain mìn de dhian-aois agus aois T2 *, chuir sinn an sàs inneal-taic inneal vectar taic sreathach ioma-chaochlaideach (SVR) ann am MATLAB (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, na SA) a’ cleachdadh LIBSVM (Chang agus Lin, 2011). Tha toirt air ais vector taic air a thighinn gu bhith na inneal sgrùdaidh mòr-chòrdte ann an sgrùdaidhean neuroimaging air sgàth a chomas a bhith a ’làimhseachadh dàta dàta àrd-mheudach agus ro-innse ceart a ghineadh (Misaki et al., 2010). Tha an dòigh-obrach ioma-chaochlaideach a ’ceadachadh measadh a dhèanamh air atharrachaidhean ann am pàtrain voxel-glic de T2 * anns an striatum a tha a’ buntainn ri aois. Gu cudromach, tha buannachdan aig an anailis seo thairis air roinnean cuibheasach àbhaisteach de dh ’anailis neo-chaochlaideach leis gu bheil e mothachail do ioma-ghnèitheachd spàsail a dh’ fhaodadh a bhith ann de thractaran T2 * leasachaidh air feadh an striatum nach eil air an glacadh le cuibheasachd spàsail. Gu sònraichte buntainneach don sgrùdadh seo, chaidh SVR a chleachdadh roimhe le Vo et al. (2011) gus soirbheachadh ionnsachaidh a ro-innse bho phàtranan spàsail striatal T2 *, agus le Dosenbach et al. (2010) gus aois a ro-innse bho phàtranan ceangal gnìomh stàite fois. Chaidh innealan vector taic a mhìneachadh gu mionaideach bho gach cuid practaigeach (Luts et al., 2010 agus Pereira et al., 2009) agus beachd matamataigeach mionaideach (Burges Christopher, 1998, Chih-Wei et al., 2003 agus Vapnik, 1999), agus cha tèid a mhìneachadh ach gu h-aithghearr an seo.

Tha toirt air ais vectar taic sreathach na leudachadh air seòrsachadh vectar taic a leigeas le bhith a ’ceangal phàtranan feart le caochladair fìor-luach, agus mar sin a’ ceadachadh ro-innse fìor-luachmhor. Tha sampaill (puingean dàta) le bileagan fìor-luach air an riochdachadh ann an àite àrd-mheudach le tomhasan co-ionann ris an ìre de fheartan caochlaideach ùidh. Tha SVR a ’mìneachadh loidhne ath-tharraing tron ​​àite feart àrd-mheudach a bhios gu mòr a’ dèanamh modaladh den dàimh gnìomh eadar feartan caochladair, x (me luachan T2 * voxel-glic ann an sgìre inntinneach), agus bileagan fìor-luachmhor caochladair, y (me aois cuspair). Tha buill-sampaill air am peanasachadh a rèir an astar bhon loidhne ath-tharraing. Chuir sinn SVR neo-mhothachail epsilon an sàs a tha a ’mìneachadh tiùb timcheall air an loidhne ath-tharraing le leud fo smachd a’ paramadair, epsilon, anns nach bi peanas a ’tighinn a-steach do shampaill. Tha an luach malairt eadar an ìre gu bheil sampaill a tha taobh a-muigh an tiùb neo-mhothachail epsilon air am peanasachadh agus gu bheil rèidh na loidhne ath-tharraing air a smachdachadh leis an seasmhach, C. Mar luach C àrdachadh, tha cead aig an loidhne ath-tharraing a bhith nas còmhnard, a dh ’fhaodadh àrdachadh a dhèanamh air coitcheannachd a’ mhodail.

Rinn sinn trèanadh agus dearbhadh air ar modal SVR thar chuspairean (aon sheata de luachan T2 * voxel-glic agus aon leubail aois airson gach cuspair) a ’cleachdadh tar-dhearbhadh fàgail-aon-cuspair (LOSO). Tha LOSO na phròiseas ath-aithriseach anns a bheil dàta aon chuspair air a chleachdadh airson dearbhadh agus am fear eile n - Tha 1 cuspair air an cleachdadh airson trèanadh. Tha ro-innse aois air a chruthachadh airson an sampall a tha air fhàgail a-mach stèidhichte air luachan T2 * voxel-glic a-mhàin, agus thèid am pròiseas ath-aithris gus am bi a h-uile cuspair air a chleachdadh airson dearbhadh. Bidh seo a ’leantainn gu aon ro-innse aois airson gach cuspair, agus faodar coileanadh a’ mhodail SVR a dhearbhadh leis a ’cheangal eadar fìor aois cuspair agus an fheadhainn a tha am modail a’ ro-innse. Am paramadair C chaidh a bharrachadh airson gach filleadh de chrois-dhearbhadh LOSO a ’cleachdadh tar-dhearbhadh LOSO neadaichte. Chleachd sinn luach bunaiteach epsilon bho bhogsa inneal LIBSVM de 0.001. Chaidh an anailis SVR a-rithist airson dàta T2 * fois-stàite. Uile pchaidh -values ​​a dhearbhadh tro dheuchainnean brìgh permutation air thuaiream (itealain 1000). Thagh sinn LOSO seach dòighean eile airson tar-fhìreanachadh gus an ìre as motha de dhàta trèanaidh a chleachdadh anns gach itealan tar-dearbhaidh; ged a tha meud an sampall againn mòr, bha an àireamh de chuspairean san t-sampall gu tric nas ìsle na an àireamh de fheartan a chaidh a ghabhail a-steach sa mhodal SVR.

2.7.1. Ceartachadh tomhas-lìonaidh pàirt

Gus dèanamh cinnteach nach robh ro-innse aois ioma-chaochlaideach dìreach a ’nochdadh eadar-dhealachaidhean eagarach a dh’fhaodadh a bhith ann an T2 * ag èirigh bho bhuaidhean tomhas-lìonaidh, chleachd sinn inneal sgaradh teann FAST FSL gus masgaichean coltachd de stuth geal is liath a chruthachadh bho ìomhaighean le cuideam T1 nan com-pàirtichean. An uairsin chuir sinn air ais coltachdan cùis liath a-mach às an tomhas T2 * thar chuspairean airson gach voxel agus rinn sinn a-rithist an anailis SVR a ’cleachdadh an dàta ceartaichte. A bharrachd air a bhith a ’cumail smachd air eadar-dhealachaidhean eagarach ann an tomhas-lìonaidh pàirt, bidh am pròiseas seo a’ dèanamh eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois ann an luachan T2 * a thaobh eadar-dhealachaidhean a dh’fhaodadh a bhith ann an tomhas striatal agus gnàthachadh spàsail neo-àbhaisteach.

2.7.2. Comharrachadh pàtrain

Gus na pàtrain spàsail de T2 * striatal a chomharrachadh agus an slighe le aois, rinn sinn tuairmse air slighe leasachaidh T2 * le bhith a ’toirt air ais aois air comharra T2 * a’ cleachdadh modalan sreathach, ceàrnach, agus ais-tharraingeach airson gach voxel striatal a chaidh a chleachdadh anns an anailis SVR. Gus tomhas a dhèanamh air tabhartas buntainneach phàirtean (voxels) de phàtranan spàsail T2 *, rinn sinn cunntas air luach iomlan cuideam cuibheasach feart airson gach voxel striatal a chaidh a chleachdadh anns an anailis SVR thar gach filleadh de chrois-dhearbhadh LOSO.

2.8. Mion-sgrùdadh Searchlight

Gus sgrùdadh a dhèanamh air a ’cheangal eadar dian T2 * agus aois nas fhaide na na roinnean striatal a priori againn, rinn sinn mion-sgrùdadh searchlight làn-eanchainn (Kriegeskorte et al., 2006). Gus an anailis a dhèanamh, mhìnich sinn teamplaid spherical le trast-thomhas de 5 voxels (81 voxels gu h-iomlan), chuir sinn an teamplaid air gach voxel eanchainn mu seach, agus choilean sinn an anailis SVR a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd air na voxels 81 san teamplaid. Cha robh ach voxels a chaidh a ghabhail a-steach ann am masg eanchainn co-cheangailte air an toirt a-steach don anailis seo. Chaidh an co-dhàimh eadar aois fhìor agus aois ro-innse aig gach àite teamplaid a stòradh aig voxel an ionaid. Le bhith ag ath-aithris a ’phròiseas seo airson gach voxel, fhuair sinn masg làn-eanchainn de cho-cheangalan. Chaidh na h-àiteachan far an robh cruinneachaidhean voxel a thomhas a ’cleachdadh atlasan a bha ann an AFNI.

3. Toraidhean

3.1. Mion-sgrùdadh univariate

Cha robh ciall spàsail T2 * thar gach fuaim anns an striatum gu mòr ceangailte ri aois (r = 0.02), leis a ’mhodail a’ dèanamh suas dìreach 0.0004% de chaochlaideachd san t-sampall. Nuair a dhealaich sinn an striatum a-steach don caudate, putamen, agus niuclas accumbens agus rinn sinn a-rithist an anailis, lorg sinn gu robh am fiosrachadh a chaidh a ghiùlan ann an cuibheas T2 * gu leòr gus ro-innse aois cudromach a ghineadh anns a ’chaudate (r = 0.286, p <0.001) agus putamen (r = 0.182, p <0.05), agus bha e gu sònraichte ro-innse anns na nucleus accumbens (r = 0.506, p <10-9, Fig. 1A, bàraichean geal). Ach, tha fo-roinnean gnìomh agus neurobiologic den striatum ann aig sgèile nas grinne na ghabhas a ghlacadh le mion-sgrùdadh ìre cuibheasach spàsail ( Cohen et al., 2009, Martinez et al., 2003 agus Postuma agus Dagher, 2006). Mar sin, smaoinich sinn gum biodh eadar-dhealachaidhean leasachaidh ann an striatal T2 * air an glacadh nas fheàrr le bhith a ’cleachdadh dòigh-obrach nas mothachail, ioma-chaochlaideach.

  • Ìomhaigh làn-mheud (51 K)
  • Fig. 1.   

    Co-dhàimh eadar fìor aois agus aois a tha dùil a ’cleachdadh T2 * bho mhodalan univariate agus multivariate ann an ROI striatal. (A) Grafaichean bàr a ’dèanamh coimeas eadar co-dhàimh eadar aois fhìor agus aois a thathar a’ cleachdadh a ’cleachdadh trì modailean: mion-sgrùdadh univariate (bàraichean geal) agus mion-sgrùdadh pàtran ioma-chaochlaideach den dà ghnìomh (bàraichean dubha) agus dàta fois (bàraichean glasa). Bidh mion-sgrùdadh multivariate a ’toirt a-mach co-dhàimh gu math nas motha na mion-sgrùdadh univariate anns na putamen, caudate, agus striatum slàn. Chan eil eadar-dhealachadh sam bith eadar toraidhean co-cheangailte ri gnìomhan agus stàitean fois. (*p <0.05, **p <0.01, ***p <0.001 deuchainnean cuairteachaidh). (B) Fìor vs an aois a bha dùil bhon striatum gu lèir a ’cleachdadh mion-sgrùdadh pàtran ioma-chaochlaideach de T2 * ann an 142 deugairean agus inbhich òga. Tha aois a tha dùil a ’dèanamh suas 63% den chaochlaideachd sampaill.

3.2. Mion-sgrùdadh pàtran multivariate

Thug pàtrain ioma-chaochlaideach de chomharradh T2 * fàisneachdan aois fìor chudromach anns a h-uile sgìre striatal (Fig. 1A, bàraichean dubha), a ’nochdadh dàimh làidir eadar an tomhas seo agus leasachadh òigearan. Chaidh an co-dhàimh as motha eadar aois ro-mheasta agus fìor aois com-pàirtiche a choimhead anns an striatum gu lèir (caudate còmhla, putamen, agus niuclas accumbens), far an robh pàtrain T2 * a ’toirt cunntas air 63% de chaochlaideachd ann an aois com-pàirtiche (r = 0.79, p <10-30; deuchainn permutation: p <0.001, Fig. 1B).

Tha meud stuth liath striatal ag atharrachadh a rèir aois thairis air òigeachd (Raznahan et al., 2014 agus Sowell et al., 1999). Gus dèanamh cinnteach nach robh ro-innse aois ioma-chaochlaideach a ’nochdadh eadar-dhealachaidhean tomhas-lìonaidh siostamach ag èirigh bho bhith ag atharrachadh meud striatal no artifacts de àbhaisteachadh spàsail, rinn sinn a-rithist an anailis SVR a’ cumail smachd airson eadar-dhealachaidhean voxel-glic ann an tomhas cùis liath. Cha do lorg sinn eadar-dhealachadh mòr ann an coileanadh modail a ’cleachdadh dàta fo smachd meud (leasachail Fig. 1).

Tha an comharra T2 * a ’nochdadh feartan teannachadh neurophysiologic teannachadh (Vo et al., 2011) agus bu chòir a bhith neo-mhothachail a thaobh buaidhean gnìomh no co-theacsa. Ach a dh ’aindeoin sin, rinn sinn ath-aithris air an anailis airson cuspairean a bha air pàirt a ghabhail ann an sgrùdadh stàite fois rè an aon seisean scan. Cha do lorg sinn eadar-dhealachadh mòr sam bith nar comas air aois a ro-innse bho phàtranan T2 * a ’cleachdadh dàta stàite co-cheangailte ri gnìomhan agus fois (Fig. 1B, bàraichean liath). A bharrachd air an sin, rinn sinn cunntas air a ’cho-dhàimh voxel-glic eadar pàtrain spàsail stàite fois agus T2 * co-cheangailte ri gnìomhan anns an striatum airson gach com-pàirtiche agus chunnaic sinn co-dhàimh Pearson meadhanach de 0.97, a’ nochdadh gu bheil pàtrain co-chòrdail eadar gnìomh agus fois. Mar sin, an seo air adhart tha sinn a ’cuingealachadh ar fòcas gu dàta T2 * a chaidh a chruinneachadh tron ​​ghnìomh, a tha cuibheasach thairis air barrachd leabhraichean (1208 vs 200) agus aig a bheil meud sampall nas motha (142 vs 89).

Mar a bhiodh sinn a ’ro-innse, bha pàtrain spàsail a’ ro-innse aois nas cinntiche airson cha mhòr a h-uile sgìre inntinneach. Bha an leasachadh gu sònraichte sònraichte ann an striatum iomlan far an do mheudaich an ìre eadar-dhealachaidh a chaidh a mhìneachadh ann an aois com-pàirtiche bho faisg air 0% a ’cleachdadh dòighean spàsail gu 63% a’ cleachdadh pàtrain spàsail. Tha an eadar-dhealachadh seo a ’nochdadh gu làidir gu bheil an striatum a’ dol tro phàtran iom-fhillte de leasachadh neurophysiologic air a nochdadh air feadh voxels striatal thairis air òigeachd. Gus soilleireachadh nas fheàrr a thoirt air nàdar a ’phàtrain leasachaidh seo, chomharraich sinn comharran leasachaidh T2 * air feadh an striatum.

3.3. Comharrachadh pàtrain

Is e prìomh bhuannachd de SVR an comas tomhas a dhèanamh air na feartan a tha a ’cur ris an ro-innseadair ioma-chaochlaideach. Gus feum a dhèanamh den fhiosrachadh cainneachdail seo, thug sinn a-mach na cuideaman feart a chaidh a shònrachadh do gach voxel bhon sgrùdadh SVR. Faodar smaoineachadh air cuideam feart mar chlàr-amais de chudromachd feart (voxel) ann a bhith a ’gineadh ro-innse aois ioma-chaochlaideach. Gus faighinn a-mach dè na pàirtean de phàtran spàsail dian T2 * striatal aig an robh an tabhartas buntainneach as motha ris an ro-innseadair ioma-chaochlaideach, thomhais sinn cuideaman feart iomlan gus na voxels striatal leis an cuideam coimeasach as motha a chomharrachadh. B ’e cruinneachadh de bhothagan anns an striatum ventral, aig comar an caudate, putamen, agus niuclas accumbens a bu mhotha a thug buaidh, agus an uairsin cruinneachadh ann an caudal droma (Fig. 2A). Bha ceangal sreathach àicheil aig a ’bhuidheann striatal ventral le aois (R2 = 0.361, p <10-14; Fig. 2B loidhne chruaidh), agus an ceangal droma dorsal bha ceangal neo-sheasmhach a ’sìor fhàs le aois (R2 = 0.078, p <0.001; Fig. 2B loidhne dashed).

  • Ìomhaigh làn-mheud (51 K)
  • Fig. 2.   

    A ’comharrachadh pàtranan ioma-chaochlaideach de aibidh striatal. (A) Meudachadh cuideaman feart iomlan airson a h-uile voxel striatal a tha air a ghabhail a-steach sa mhodail SVR ioma-bhàrra. Tha cuideaman nas àirde a ’comharrachadh tabhartasan nas motha don ro-innseadair ioma-chaochlaideach. Bha na voxels le cuideam as àirde air an cruinneachadh anns an striatum ventral agus caudate droma. (B) Comharran leasachaidh cuibheasach T2 * agus amannan misneachd 95% airson voxels bho fhuaraidhean as àirde ann an (B) air an dealbhadh mar ghnìomh aois. Tha pannalan C agus D a ’nochdadh na comharran maturational de bhùitean fa leth a tha air an toirt a-steach don sgrùdadh SVR ioma-chaochlaideach. (C) Tomhais beta àbhaisteach bho regressions loidhneach sìmplidh voxel-glic air aois air T2 *. Thuit comharran maturational air caisead dorsal-ventral, le luachan voxel T2 * mar as trice a ’meudachadh le aois dorsally, gu bhith a’ lughdachadh sa chumantas. Tha an dàimh seo co-chothromach thar leth-chruinne. (D) Voxels striatal bho (C) le còd dath a rèir a ’mhodail as freagarraiche (sreathach: dearg / gorm, neo-dhruim: orains / magenta, ceàrnanach: uaine / buidhe).

Ged a bha an cuideam coimeasach as motha aig na cruinneachaidhean sin, tha e cudromach cumail nar n-aire gur e ro-innse aois gnìomh a ’chàirdeis ioma-chaochlaideach am measg a h-uile fuaim a tha sa mhodail. Mar sin, rinn sinn tuairmse air an t-slighe leasachaidh de chomharradh T2 * airson gach voxel a chaidh a chleachdadh anns an anailis SVR a ’cleachdadh modalan sìmplidh sreathach, ceàrnach, agus ais-tharraingeach a bha aithnichte mar chomharradh air atharrachadh leasachaidh san ùine seo (Luna et al., 2004) gus sealltainn gu coileanta pàtranan maturational. Bha a ’mhòr-chuid de bhothagan co-cheangailte gu sreathach ri aois, le fo-sheata air a fhreagradh nas fheàrr le dàimhean ceàrnach agus neo-dhruim. Gus an sgaoileadh seo a nochdadh, rinn sinn seòrsachadh de bhùitean stèidhichte air a ’mhodail a b’ fheàrr a fhreagradh - dàimhean sreathach, ceàrnach, agus neo-dhruim-altachain adhartach agus àicheil - agus thug sinn thairis iad air ìomhaigh anatomical àbhaisteach, a ’cruthachadh masg T2 * leasachaidh den striatum (Fig. 2D).

Gu tuairisgeulach, thuit comharran leasachaidh T2 * gu ìre mhòr air caisead ventral gu dorsal, a ’dol bho dhàimhean fìor àicheil ann am pàirtean ventral den striatum a bha aithnichte gu robh ceanglaichean cortical limbic sa mhòr-chuid gu dàimhean adhartach ann an cuibhreannan dorsal a bha aithnichte mar as trice le ceanglaichean cortical gnìomhach agus motair (Alexander et al., 1986 agus Cohen et al., 2009), bha sin co-chothromach thar leth-chruinne (Fig. 2C; toirt air ais barrachd dùmhlachd iarann ​​clò lùghdachadh an comharra T2 *). Chaidh ceàrnan àicheil (inverted “U”) agus dàimhean neo-dhruim a bha a ’sìor fhàs fhaicinn ann am pàirtean droma de na putamen, caudate, agus niuclas accumbens, le dàimhean ceàrnach àicheil (cumadh“ U ”inverted) air an cruinneachadh nas motha san leth-chruinne cheart agus barrachd dàimh neo-dhruim-altachain air an cruinneachadh nas motha air an làimh chlì. Ràinig dàimhean ceàrnach àicheil an ìre as àirde thar òigeachd aig aois 18.4 anns a ’chaudate agus 17.4 anns na putamen. Bhathar a ’faicinn dà-cheàrnach adhartach (cumadh“ U ”) agus dàimhean lùghdaichte lùbach gu dà-thaobhach anns na putamen ventral, le dàimhean lùghdaichte a’ tachairt ann am putamen rostroventral agus dàimhean ceàrnach adhartach a ’nochdadh anns na putamen caudoventral a’ ruighinn minima aig aois 20. Tha coltas ann gu bheil an ioma-ghnèitheachd a chaidh fhaicinn ann an comharran leasachaidh thar bhùitean striatal a ’mìneachadh coileanadh nas motha den mhodail ioma-chaochlaideach againn thairis air a’ mhodal neo-chaochlaideach ann a bhith a ’glacadh eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois.

3.4. Mion-sgrùdadh làn-eanchainn

Gus sgrùdadh a dhèanamh air ceanglaichean a dh ’fhaodadh a bhith ann eadar pàtrain spàsail T2 * agus leasachadh air feadh na h-eanchainn agus gus dearbhadh dè cho sònraichte‘ sa tha tabhartasan striatal, rinn sinn mion-sgrùdadh sgrùdaidh sgrùdaidh sgrùdaidh (Kriegeskorte et al., 2006). Nochd an solas rannsachaidh gun robh aois air a ro-innse gu mòr anns an striatum agus midbrain, a ’toirt a-steach an niuclas dearg, substantia nigra, agus pàirtean eile den ganglia basal (Fig. 3). Tha roinnean eile a ghineadh ro-innse aois fìor chudromach a ’toirt a-steach cortex cingulate perigenual anterior, Sgìre Brodmann 10, cortex ro-aghaidh medial, gyrus aghaidh adhartach anterior, insula, gyrus ro-agus iar-meadhan, thalamus anterior, agus niuclas fiaclach an cerebellum. Chaidh co-dhàimh cudromach fhaicinn cuideachd ann an structaran corp geal callosum agus stuth geal fronto-parietal. Tha mòran de na roinnean sin (me ganglia basal, midbrain, niuclas fiaclach, cuspair geal aghaidh) am measg nan sgìrean as beairtiche san eanchainn (Connor agus Menzies, 1996, Drayer et al., 1986, Haacke et al., 2005, Haacke et al., 2007 agus Langkammer et al., 2010), agus pàirt de na slighean dopamine mesolimbic / mesocortical agus nigrostriatal (me midbrain, striatum, cortex prefrontal (Beaulieu agus Gainetdinov, 2011, Haber and Knutson, 2010 agus Puglisi-Allegra agus Ventura, 2012). Chaidh na co-dhàimh as motha a choimhead aig ìre nan nucleus accumbens, putamen ventromedial, agus caudate ventromedial (voxel stùc: MNI −8, 5, −11), a ’nochdadh gu bheil dàimh làidir aig T2 * le leasachadh òigearan anns a’ phàirt seo den eanchainn, aig a bheil ceangal làidir ri slighean duais dopaminergic agus an siostam limbic (Galvan et al., 2006, Galvan et al., 2007, McGinty et al., 2013 agus Puglisi-Allegra agus Ventura, 2012).

  • Ìomhaigh làn-mheud (61 K)
  • Fig. 3.   

    Toraidhean solas-eanchainn làn-eanchainn a ’soilleireachadh roinnean le ceanglaichean làidir eadar T2 * agus leasachadh òigearan. Tha dathan a ’riochdachadh a’ cho-dhàimh eadar fìor aois agus aois a tha dùil bho sgrùdadh SVR searchlight stèidhichte air an voxel sin. Is e dìreach voxels le co-dhàimh eadar fìor agus aois a tha dùil a tha cudromach aig p Tha <0.001, Bonferroni air a cheartachadh (ie 0.001 / àireamh de bhùitean eanchainn) air an taisbeanadh. Tha an voxel stùc suidhichte anns an striatum ventral (co-chomharran MNI: −8, 5, −11). mPFC: cortex pre-frontal medial, pgAC: peringual anterior cingulate, CC: corpus callosum, sFG: gyrus aghaidh adhartach, CG: gyrus sa mheadhan, VS: striatum ventral (a ’toirt a-steach niuclas accumbens), SN: substantia nigra, RN: niuclas dearg.

Tha an comharra cuideam T2 *, gu sònraichte nuair a thèid a chruinneachadh taobh a-staigh plèana mar ann an EPI, buailteach a bhith a ’leigeil às comharra mar thoradh air artifacts buailteach faisg air bonn na h-eanchainn (me cortex orbitofrontal agus cortex inferotemporal), mar sin a’ togail a ’chothruim gu bheil eadar-dhealachaidhean co-cheangailte ri aois ann an T2 * dh ’fhaodadh e èirigh bho artifacts buailteach anns na raointean eanchainn sin. Cha bu chòir seo buaidh mhòr a thoirt air sgàth gu bheil morfometry iomlan na h-eanchainn air a stèidheachadh le aoisean nas òige na ar buidheann aois (Caviness et al., 1996). A bharrachd air an sin, (1) tha na buaidhean aois as cudromaiche againn a ’nochdadh ann an ceàrnaidhean eanchainn a tha aithnichte gu bheil tòrr iarann ​​annta (me ganglia basal agus midbrain) agus air an toirt a-steach bho sgìrean le dropout comharra follaiseach agus (2) gur e raointean eanchainn as buailtiche do stuthan buailteach a bhith buailteach. (me chan eil cortex oribitofrontal agus cortex inferotemporal; leasachail Fig. 2A agus B) a ’nochdadh buaidhean aois cudromach (leasachail Fig. 2C).

4. Deasbad

Chleachd an sgrùdadh a tha ann an-dràsta pàtrain spàsail de dh ’ìomhaighean le cuideam àbhaisteach gnìomh-stàite agus fois-stàite T2 * gus ro-innse aois fìor chudromach a ghineadh ann an sampall mòr tar-roinneil de dh’ òigearan agus inbhich òga, a ’toirt seachad fianais in vivo de leasachadh neurophysiologic an duine. striatum thairis air òigeachd. Bha pàtrain spàsail T2 * a ’dèanamh ro-innse air aois òigearan anns an striatum gu h-iomlan a bharrachd air ann am fo-roinnean striatal, caudate, putamen, agus nucleus accumbens bho cho beag ri còig mionaidean de fMRI stàite fois, a’ nochdadh ceangal làidir eadar T2 * agus leasachadh òigearan air feadh an striatum.

4.1. An comharra T2 *

Tha e riatanach airson làn mhìneachadh air na co-dhùnaidhean sin tuigse fhaighinn air na pàirtean neurophysiologic a tha a ’cur ris a’ chomharra T2 *. Tha T2 * co-cheangailte gu làidir ri ùine fois transverse (spin-spin), buailteach magnetach clò, agus aon-ghnèitheachd achadh magnetach. Mar sin, is e dùmhlachd iarann-iarann ​​(neo-heme) agus dùmhlachd myelin na seòrsaichean teannachaidh a tha a ’cur gu làidir ris a’ chomharra T2 * (Aquino et al., 2009, Daugherty agus Raz, 2013, Langkammer et al., 2012 agus Schenck, 2003). Tha amannan fois fada transverse aig an dà chuid iarann-iarann ​​agus myelin, mar sin ag adhbhrachadh comharra T2 * hypo-dian (Aoki et al., 1989, Chavhan et al., 2009 agus Bha e fhèin agus Yablonskiy, 2009). Ach, tha myelin diamagnetic agus tha iarann ​​tana mar paramagnetic, agus mar sin tha iarann ​​tana a ’cur gu mòr ri T2 * (barrachd hypo-déine) mar thoradh air a thuigse magnetach agus a’ bhuaidh a th ’aige air inhomogeneity achadh magnetach (Langkammer et al., 2010 agus Schenck, 2003). Mar sin, ged a tha iarann ​​tana agus myelin le chèile a ’cur ri T2 *, bu chòir an comharra a bhith fo bhuaidh làidir ann an dùmhlachd iarann-iarainn, gu sònraichte anns an striatum làn iarann ​​(Haacke et al., 2010 agus Langkammer et al., 2010). Tha a ’bheachd seo a’ faighinn taic bhon sgrùdadh searchlight (Fig. 3) a tha a ’sealltainn na ceanglaichean as làidire le T2 * agus aois a tha a’ nochdadh ann an ceàrnaidhean làn iarann ​​den eanchainn (ganglia basal, midbrain) seach sgìrean le nas lugha de iarann ​​teann-iarann, me cortex agus raointean cuspair geal posterior. Mar sin tha e coltach gu bheil eadar-dhealachaidhean leasachaidh ann an neurophysiology striatal mar a chaidh a thomhas le T2 * air a stiùireadh sa mhòr-chuid le eadar-dhealachaidhean leasachaidh ann an dùmhlachd iarann-iarann ​​rè òigeachd.

Tha e cudromach toirt fa-near, ged a tha iarann ​​cuideachd ann an haemoglobin, gu bheil tabhartas iarann ​​heme gu T2 * glè bheag an coimeas ri iarann ​​tana (iarann).Langkammer et al., 2010 agus Vymazal et al., 1996). Chan eil tabhartas haemoglobin gu buailteach magnetach a ’tachairt ach ann an deoxy-hemoglobin agus tha e nas motha aig ìre ìosal ocsaidean (Pòl, 1977), ach tha paramagnetism iarann ​​tana iarann ​​tòrr nas motha na eadhon haemoglobin gu tur deoxygenated (Vymazal et al., 1996). Chan eil dùil gum bi a ’bhuaidh bheag seo de heme-iron a’ cur ris na buaidhean leasachaidh a chaidh a choimhead san sgrùdadh seo oir cha bu chòir a bhuaidh air comharra T2 * atharrachadh gu riaghailteach a rèir aois san t-sampall againn. Tha an siostam bhìorasach gu ìre mhòr seasmhach rè òigeachd, le craoladh soitheach pial agus cruthachadh capillary (Harris et al., 2011) agus tomhas-lìonaidh sruthadh fala cerebral gu na h-artaireachd carotid a-staigh (am prìomh solar fala don striatum) air a stèidheachadh le tràth-òige (Schöning agus Hartig, 1996).

4.2. Fìneall - iarann ​​agus an eanchainn

Tha cugallachd T2 * gu iarann ​​tana gu sònraichte buntainneach ann an co-theacsa leasachadh òigearan. Tha iarann ​​air a ghiùlan thairis air a ’chnap-starra fuil-eanchainn tron ​​phròtain transferrin agus air a stòradh ann am bodhaigean cealla mar ferritin (Aquino et al., 2009 agus Daugherty agus Raz, 2013, Drayer et al., 1986). Is e an ganglia basal agus midbrain na roinnean den eanchainn leis an dùmhlachd ferritin as motha (Haacke et al., 2005 agus Schenck, 2003). Is e oligodendrocytes na ceallan leis an dùmhlachd ferritin as motha a lorgar an dà chuid ann an stuth geal is liath (Haacke et al., 2005). Gheibhear ferritin cuideachd ann an neurons, gu sònraichte an fheadhainn anns an ganglia basal (Drayer et al., 1986 agus Moos, 2002). Taobh a-staigh nan ceallan sin tha iarann ​​a ’cur ri grunn phròiseasan neurophysiologic. Ann an oligodendrocytes, tha iarann ​​riatanach airson synthesis myelin agus tha feum air airson riochdachadh ATP a tha riatanach gus metabolism àrd oxidative nan ceallan sin a chumail suas (Connor agus Menzies, 1996, Moos, 2002 agus Todorich et al., 2009). Anns an ganglia basal, modalan ainmhidhean de dh ’easbhaidh iarainn (Erikson et al., 2000) agus modalan galair de syndrome cas restless (Connor et al., 2009) agus ADHD (Adisetiyo et al., 2014) comharraich gu bheil iarann ​​teann ceangailte gu mòr ris an t-siostam dopamine (Beard agus Connor, 2003). Gu sònraichte, tha iarann ​​teannachaidh iarann ​​striatal a ’toirt taic do abairt gabhadair D2 (Beard, 2003 agus Jellen et al., 2013), gnìomh tar-chuir dopamine (Adisetiyo et al., 2014, Erikson et al., 2000 agus Wiesinger et al., 2007), agus excitability neuron dopamine (Jellen et al., 2013). Mar a chaidh sealltainn gu bheil an siostam dopamine striatal a ’leasachadh aig àm òigeachd ann am modalan beathach (Kalsbeek et al., 1988, Rosenberg agus Leòdhas, 1995 agus Teicher et al., 1995) agus air a bhith air a dhearbhadh gu bhith na bhunait airson giùlan àbhaisteach agus obair eanchainn ann an duine òigearan (Casey et al., 2008, Padmanabhan and Luna, 2014 agus Bràiste, 2000), tha buntainneas sònraichte aig a ’chomharra T2 * airson sgrùdadh leasachadh striatal òigearan. A bharrachd air an sin, postmortem (Hallgren agus Sourander, 1958) agus MRI (Aquino et al., 2009 agus Wang et al., 2012) tha sgrùdaidhean a tha a ’sgrùdadh eadar-dhealachaidhean fad-beatha ann an iarann ​​tana air sealltainn àrdachadh coitcheann ann an dùmhlachd iarann ​​anns an striatum tro mheadhan aois agus tha iad a’ nochdadh gu bheil an ìre cruinneachaidh iarann ​​as àirde anns a ’chiad dà dheichead de bheatha, a’ nochdadh ìre atharrachaidh nas ìsle ann an cruinneachadh às deidh òigeachd.

4.3. T2 * agus eanchainn an òigearan

Bha an slighe leasachaidh de chomharradh T2 * ag atharrachadh gu riaghailteach thairis air taobhan dorsal agus ventral den striatum. Pàirtean ventral den striatum, aig a bheil ceanglaichean cortical limbic sa mhòr-chuid (Cohen et al., 2009), a ’sealltainn dàimhean làidir àicheil le aois fhad‘ s a bha cuibhreannan droma, aig a bheil ceanglaichean cortical gnìomhach sa mhòr-chuid agus motair a ’nochdadh dàimhean adhartach nas laige le aois a’ moladh gum faodadh tro tha òigeachd agus inbhich òg siostaman limbic agus gnìomh gnìomhach a bhith a ’cur gu mòr ri giùlan. Tha toraidhean ag aontachadh le co-dhùnaidhean a ’sealltainn gu bheil pàtran leasachaidh spàsail heterogeneous aig an striatum, ie chan eil na niuclasan striatal a’ leasachadh ann an dòigh a tha èideadh air feadh na cruinne (Raznahan et al., 2014). Tha na dàimhean làidir àicheil ann an striatum ventral a ’nochdadh àrdachadh cunbhalach ann an dùmhlachd iarann-iarainn le lasgaidhean neo-dhruim a’ sealltainn gu bheil ìre an àrdachaidh nas àirde tràth ann an òigeachd. Leis a ’cheangal a th’ ann de iarann ​​tana le gach cuid gnìomh dopamine agus myelination, dh ’fhaodadh na h-àrdachaidhean sin taic a thoirt do aibidh agus iomadachadh an t-siostam dopamine agus myelination de cheanglaichean cortico-striatal a chaidh fhaicinn ann am modalan beathach de leasachadh òigearan (me àrdachadh ro-mheasaidhean dopamine chun cortex prefrontal prìomhach. ; Rosenberg agus Leòdhas, 1995), a ’toirt taic do aibidh cuairteachadh brosnachail.

Tha an t-slighe leasachaidh de T2 striatal * gun samhail thar òigeachd ann am pàirtean den rabhadh agus putamen. Anns na raointean sin, bha luachan voxel de T2 * ag atharrachadh gu neo-loidhneach le aois, ann an cuid de chùisean a ’dol thairis air òigeachd eadar aoisean 17 agus 18. Gu sònraichte inntinneach tha dàimhean ceàrnach dearbhach (cumadh “U”) anns na putamen ventral a tha a ’nochdadh dùmhlachd iarann ​​teann-iarann ​​as àirde san roinn seo thairis air òigeachd, is dòcha a’ buntainn ri stùcan ann an abairt gabhadair dopamine D2 a chaidh fhaicinn anns a ’chreathail (Teicher et al., 1995) agus beachd-bharail tachairt anns an duine (Casey et al., 2008). Gu h-iomlan, tha na comharran leasachaidh neo-àbhaisteach sin a ’moladh ùine de aibidh neurophysiologic striatal a dh’ fhaodadh a bhith a ’cur ri stùcan a thathas a’ faicinn ann an giùlan a ’sireadh agus a’ gabhail chunnartan agus cugallachd duais striatal rè na h-ìre leasachaidh seo (Padmanabhan et al., 2011 agus Bràiste, 2000), ged a dh ’fhaodadh dàimhean sreathach a bhith a’ nochdadh leasachadh siostam brosnachaidh leantainneach tro bhith nan inbhich òga (Arnett, 1999 agus Hoogendam et al., 2013). Le co-dhùnaidhean ann am modalan beathach a ’nochdadh stùcan deugaire ann an abairt gabhadair dopamine agus sgrùdaidhean fMRI daonna a’ moladh ath-ghnìomhachd striatal ventral as àirde fo cho-theacsan brosnachaidh sònraichte, chuir e iongnadh oirnn a bhith a ’faicinn comainn sreathach no neo-dhruimeach de T2 * le aois ann am pàirtean de striatum. Tha e comasach gum faodadh àrdachadh ann am freagairt BOLD deugaire gu duais a bhith mothachail air taobhan a bharrachd de dhreuchd DA ris nach eil iarann ​​teann ceangailte gu dìreach, leithid meud fuasglaidh DA no coltachd, a dh ’fhaodadh a bhith aig diofar slighean leasachaidh. Tha am pàtran buaidhean a thathas a ’faicinn cuideachd a’ nochdadh nàdar neo-dhìreach a ’cheangail eadar dùmhlachd gabhadair iarann-teann agus dopamine agus gnìomh DAT a bharrachd air a dhreuchd ann am mòran de phròiseasan neurophysiologic eile (me myelination agus cinneasachadh ATP) nach eil a’ lughdachadh mar inbheach. Gu tuairmeasach, dh ’fhaodadh gum bi eadar-dhealachaidhean fa leth ann an T2 * agus co-chruinneachadh iarann-iarann ​​basal ganglia a’ buntainn ri eadar-dhealachaidhean fa leth ann an clàran-amais structar agus gnìomh an t-siostam dopamine. Gu soilleir, tha feum air tuilleadh rannsachaidh gus an dàimh seo a chomharrachadh gu dìreach, gu sònraichte ann an àireamhan àbhaisteach.

Gu cainnteach, tha an sgaoileadh voxel-glic de chuideaman feart bho ais-tharraing vectar taic multivariate a ’nochdadh gur e maturation leantainneach an striatum ventral, a’ toirt a-steach na nucleus accumbens agus cuibhreannan ventromedial den caudate agus putamen, a-steach do aibidh neurophysiologic an striatum. inbhich. Rè òigeachd, tha an striatum ventral a ’taisbeanadh ath-ghnìomhachd gnìomh as àirde gus duaisean a bhrosnachadh fo cho-theacsan brosnachaidh sònraichte agus tha e co-cheangailte ri giùlan cunnartach rè na h-ùine seo (Ernst et al., 2005, Galvan et al., 2006, Galvan et al., 2007, Geier et al., 2010 agus Padmanabhan et al., 2011). A bharrachd air an sin, tha an sgìre seo gu math dopamine a-staigh agus tha e na phrìomh phàirt de na slighean duais dopamine frontostriatal (Knutson agus Cooper, 2005, McGinty et al., 2013, Puglisi-Allegra agus Ventura, 2012) beachd-bharail a bhith air cùl giùlan a tha a ’sireadh mothachadh agus a’ gabhail chunnartan (Blum et al., 2000, Bràiste, 2000). Gu tuairmeasach, dh ’fhaodadh gum bi àrdachadh ann an dùmhlachd iarann-iarann ​​san roinn seo co-cheangailte gu meacanaigeach ri giùlan òigearan agus ath-ghnìomhachd duais striatal tron ​​cheangal aige ri abairt gabhadair dopamine, gnìomh còmhdhail, agus excitability (Erikson et al., 2000, Jellen et al., 2013 agus Wiesinger et al., 2007) agus myelination (Connor agus Menzies, 1996, Moos, 2002 agus Todorich et al., 2009) taobh a-staigh slighean striatal cortico-ventral.

Nochd sgrùdadh rannsachail làn-eanchainn gu bheil na ceanglaichean as làidire eadar T2 * agus aois a ’tachairt ann an roinnean subcortical ventbedial agus midbrain a tha aithnichte mar na sgìrean as motha san eanchainn dopamine agus iarann ​​((iarann) (Drayer et al., 1986, Haacke et al., 2005 agus Langkammer et al., 2010) le ìrean de chruinneachadh iarann ​​ag atharrachadh thar beatha (Aquino et al., 2009, Haacke et al., 2010 agus Hallgren agus Sourander, 1958). Anns an cortex, chaidh ceanglaichean cudromach a choimhead ann an ceàrnaidhean limbic aghaidh a tha a ’tuiteam air na slighean dopamine mesolimbic agus mesocortical a bharrachd air roinnean gnìomh aghaidh agus motair. Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil mìneachadh togalaichean mionaideach neurophysiologic fo chomharradh T2 * taobh a-muigh an striatum làn iarann ​​beagan cho sìmplidh. Mar eisimpleir, chan eil an ìre gu bheil cortical T2 * a ’nochdadh dùmhlachd iarann ​​teann-iarainn per se cho soilleir oir bu chòir do myelination cur gu ìre nas motha ris a’ chomharra ann an ceàrnaidhean anns a bheil ìrean nas ìsle de iarann ​​tana (me cortex, cuspair geal). Air an adhbhar sin, is dòcha gum biodh e ciallach do luchd-rannsachaidh san àm ri teachd mion-sgrùdaidhean T2 * a chuimseachadh air raointean eanchainn a tha aithnichte gu bheil dùmhlachdan àrda de iarann ​​tana (me an ganglia basal agus midbrain). Ach a dh ’aindeoin sin, tha an cruinneachadh seo de roinnean eanchainn cortical agus subcortical co-chòrdail ris na co-dhùnaidhean striatal againn leis gu bheil iad ceangailte gu structarail agus gu gnìomhach taobh a-staigh an t-siostam dopamine agus thathas air sealltainn gu bheil iad mothachail do leasachadh òigearan (Casey et al., 2008, Cohen et al., 2009, Galvan et al., 2006, Geier et al., 2010, Giedd et al., 1999, Hwang et al., 2010, Lehéricy et al., 2004, Martino et al., 2008 agus Sowell et al., 1999). Mar sin, tha na toraidhean sin a ’toirt seachad fianais a’ toirt taic don bheachd-smuain gu bheil leasachadh neurophysiologic den chuairt dopamine frontostriatal ann an daoine a ’tachairt thairis air òigeachd (Casey et al., 2008 agus Bràiste, 2000).

4.4. Cuingealachaidhean agus stiùireadh san àm ri teachd

Na co-dhùnaidhean againn, còmhla ri toraidhean bho Vo et al. (2011), a ’moladh gum faodadh dàta EPI le cuideam T2 * a bhith na inneal feumail airson a bhith a’ sgrùdadh neurophysiology striatal. Is e buannachd den dòigh seo gum faod an tomhas seo a thighinn bho stòran-dàta fMRI a th ’ann, ge bith a bheil iad stàiteil no co-cheangailte ri gnìomhan. Mar a chaidh a ràdh gu h-àrd, tha sinn a ’moladh a bhith a’ dìreadh mion-sgrùdaidhean san àm ri teachd air an ganglia basal agus raointean eanchainn eile a tha aithnichte gu bheil dùmhlachd coimeasach àrd de iarann-teannachaidh oir tha eadar-mhìneachadh nan uidheaman neurophysiologic a ’cur ri T2 * as motha anns na raointean sin. A bharrachd air an sin, tha sinn a ’moladh raointean eanchainn leithid cortex orbitofrontal ventral agus cuibhreannan den cortex inferotemporal a tha buailteach do stuthan buailteach a sheachnadh airson mion-sgrùdaidhean EPI le cuideam T2 *. Tha sinn airson a thoirt fa-near gum faodadh luchd-rannsachaidh aig a bheil ùidh ann a bhith a ’tomhas dùmhlachd iarann-iarann ​​gu sònraichte sreathan MR cainneachdail a chuir an sàs, leithid R2 ′ no R2 *, a chaidh a dhearbhadh gu bheil iad ceangailte gu sreathach ri susbaint iarann ​​tana (Sedlacik et al., 2014 agus Yao et al., 2009) gus an togalach teannachaidh seo a mheasadh nas mionaidiche. Is e stiùireadh cudromach airson obair san àm ri teachd a bhith a ’comharrachadh gu dìreach an ceangal eadar dùmhlachd iarann-teann anns an ganglia basal agus clàran-amais gnìomh siostam dopamine ann an àireamhan normatach, a’ leudachadh air obair a chaidh a dhèanamh ann an RLS, ADHD, agus àireamhan le dìth iarann ​​agus a ’leantainn gu barrachd gnìomh. eadar-mhìneachadh agus brìgh T2 * agus ceumannan co-cheangailte. Gu dearbh, tha buaidh nas fheàrr aig tuigse leasaichte den dàimh seo air sgrùdaidhean leasachaidh daonna far nach eil dòighean ìomhaighean nas ionnsaigheach a tha comasach air neurobio-eòlas an t-siostam dopamine a mheasadh. Mu dheireadh, ged a chaidh an sgrùdadh seo a dhèanamh a ’cleachdadh seata dàta mòr tar-roinneil a bha a’ còmhdach raon aoise farsaing, bu chòir obair san àm ri teachd dealbhadh fad-ùine a chleachdadh gus measadh nas fheàrr a dhèanamh air aois. atharrachaidhean ann an T2 *, per se.

5. co-dhùnadh

Tha na toraidhean againn a ’toirt seachad fianais in vivo air maturation neurophysiologic leantainneach de roinnean striatal air feadh òigeachd daonna. Tha na co-dhùnaidhean againn agus nàdar a ’chomharra T2 * a’ toirt a-mach gur e eadar-dhealachaidhean ann an dùmhlachd iarann-iarann ​​teann as motha a tha a ’buntainn ri aois ann an neurophysiology striatal. (Aoki et al., 1989, Chavhan et al., 2009, Bha e fhèin agus Yablonskiy, 2009, Langkammer et al., 2010 agus Schenck, 2003). Leis mar a tha an seilbh teannachaidh seo a ’cur ri obair eanchainn, a’ toirt a-steach gnìomh dopamine, agus àite an striatum ann an ionnsachadh, brosnachadh, agus giullachd dhuaisean, faodaidh maturation fada den striatum mar a tha e air a chlàradh le T2 * cur gu làidir ri atharrachaidhean leasachaidh aithnichte ann an giùlan agus gnìomh eanchainn tro òigeachd.

Tabhartasan ùghdaran

Cho-obraich B. Larsen agus B. Luna ann a bhith a ’dealbhadh agus a’ dealbhadh an deuchainn. Rinn B. Larsen mion-sgrùdadh air an dàta agus sgrìobh e a ’chiad dreach den phàipear. Thug B. Luna deasachaidhean den làmh-sgrìobhainn tùsail.

Strì eadar com-pàirtean

Chan eil gin ri aithris.

Acknowledgments

Bha àireamh tabhartais a ’toirt taic don phròiseact a chaidh a mhìneachadh 5R01 MH080243 bho Leabharlann Nàiseanta an Leigheis, Institiùdan Nàiseanta Slàinte. Tha susbaint na h-aithisg seo an urra ris na h-ùghdaran a-mhàin agus chan eil iad gu riatanach a ’riochdachadh beachdan oifigeil Leabharlann Nàiseanta an Leigheis no NIH, DHHS.

Pàipear-taice A. Dàta a bharrachd

Tha na leanas nan dàta Leasachail don artaigil seo.

iomraidhean