PLOS One. 2014; 9 (1): e84914.
Abstract
Vísbendingar frá rannsóknum á líffærafræðilegum og starfrænum myndgreiningum hafa bent á helstu breytingar á barksterum á unglingsárum. Má þar nefna minnkun á gráu efni (GM), aukningu á mergvöðvun barkstera-tenginga og breytingum á byggingarlist stórum stíl barkstýringarnets. Enn sem komið er er óljóst hvernig áframhaldandi þróunarferli hafa áhrif á samanbrot heilabarkins og hvernig breytingar á gýrnun tengjast þroska GM / WM-rúmmáls, þykktar og yfirborðs. Í núverandi rannsókn fengum við gögn með háupplausn (3 Tesla) segulómun (MRI) frá 79 heilbrigðum einstaklingum (34 karlar og 45 konur) á aldrinum 12 og 23 ára og gerðum heila greiningu á leggöngum samanbrotamynstra með gyrification vísitölunnar (GI). Til viðbótar við GI-gildi fengum við mat á þykkt barka, yfirborðsyfirborði, rúmmáli erfðabreyttra og hvítra efna (WM) sem leyfði fylgni við breytingar á gyrification. Gögnin okkar sýna áberandi og víðtæka lækkun á GI-gildum á unglingsárum á nokkrum barksturshéruðum sem fela í sér for-, stund- og framhlið. Fækkun gyrification skarast aðeins að hluta til með breytingum á þykkt, rúmmáli og yfirborði erfðabreyttra lífvera og einkenndust í heildina af línulegri þroskabraut. Gögn okkar benda til þess að framkomin lækkun á GI-gildum tákni viðbótar, mikilvæga breytingu á heilabark við seint þroska heila sem gæti tengst vitsmunalegum þroska.
Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.
Stór vinna síðustu tvo áratugi hefur lagt áherslu á mikilvægi unglingsáranna fyrir áframhaldandi þroska barkstigsrásarinnar [1]-[3]. Byrjar með athugun á Huttenlocher [4] af umtalsverðum fækkun á synaptískum snertingum, segulómun (MRI) rannsóknir hafa greint frá áberandi lækkun á magni og þykkt gráu efna (GM) [5], [6]. Aftur á móti hefur verið sýnt fram á að magn af hvítum efnum (WM) eykst vegna bættrar mergvöðvunar barkstera-tenginga [7]-[10]. Nýlegri rannsóknir hafa bent til þess að breytingar á erfðabreyttu / vímuefni nái til þriðja áratugar lífsins [11], [12] og fela í sér breytingar á stórfelldri skipulagningu líffærafræðilegra og starfhæfra neta [13]. Þessar niðurstöður veittu nýjar innsýn í mikilvægi unglingsáranna sem mikilvægur tími þroska heila manna sem getur einnig haft mikilvægar vísbendingar um tilkomu geðraskana, svo sem geðklofa, sem oftast birtast við umskipti frá unglingsaldri til fullorðinsára [14], [15].
Þótt breytingar á magni GM / WM hafi verið mikið einkenndar, eru tiltölulega litlar vísbendingar um þroskabreytingar á brjótningu á yfirborðinu. Heilabarkinn hjá mönnum hefur sem einkennandi einkenni mjög umvafið samanbrotamynstur sem leiðir til verulega aukins yfirborðs barka. Til dæmis er yfirborð mannkyns heilaberkis að meðaltali tífalt stærra en flatarmál apanna en aðeins tvöfalt þykkt [16]. Aukið barkalyf yfirborð hjá mönnum getur tengst tilkomu hærri vitsmunalegra aðgerða vegna mikils fjölda taugafrumna og barkstera-barkstengis sem hægt er að koma til móts við.
Vísbendingar eru um að barkamynstrið á kortinu sé háð þroskabreytingum. Eftir 5 mánuði í legi birtast barkabólur og þróast áfram að minnsta kosti til fyrsta fæðingarárs [17]. Á barnæsku eykst gráðu gyrnings enn frekar og hefur hingað til verið gert ráð fyrir stöðugleika í kjölfarið. Greiningar eftir slátrun eftir Armstrong o.fl. [18]hins vegar sáu umtalsverðar skekkjur í leggöngum saman við fyrsta legg á fyrsta ári og síðan fækkun fram á fullorðinsár.
Þessi niðurstaða er studd nýlegum MRI-rannsóknum sem hafa kannað GI-gildi meðan á þroska heila stóð. Raznahan o.fl. [19] sýnt fram á alþjóðlega fækkun gyrification á unglingsárum. Nú nýverið, Mutlu o.fl. [20] sýndi fram á að GI-gildi lækkuðu á milli 6 – 29 ára aldurs í framan og parietal cortices sem er í samræmi við gögn frá Su og samstarfsmönnum [21] sem beitti nýrri nálgun við gýrnunarmælingu gagnvart litlu sýnishorni barna og unglinga. Að lokum, gögn Hogstrom o.fl. [22] benda til þess að aðlögun í gyrification haldi áfram fram á ellina.
Í þessari rannsókn leituðum við eftir því að skilgreina ítarlegan gyrification á unglingsárum með því að rannsaka GI-gildi heila í MRI-gögnum. Að auki fengum við erfðabreyttu færibreytur (barkstílsþykkt, rúmmál og yfirborðsflatarmál) auk WM-rúmmálsáætlana til að ákvarða sambandið milli aldursháðra breytinga á gýrnun og GM / WM breytum. Niðurstöður okkar sýna víðtæka lækkun á GI-gildum sem eiga sér stað í skörun en einnig áberandi sviðum erfðabreyttra breytinga, svo sem á for-, tímabundnum og framhliðum, sem undirstrika áframhaldandi líffærabreytingu á heilaberkinum á unglingsárum.
Efni og aðferðir
Þátttakendur
85 rétthentir þátttakendur (36 karlar og 49 konur) á aldrinum 12 til 23 ára voru ráðnir frá framhaldsskólum og Goethe háskólanum í Frankfurt og voru þeir sýndir vegna geðraskana, taugasjúkdóma og vímuefna. Skriflegt upplýst samþykki var fengið frá öllum þátttakendum. Fyrir þátttakendur yngri en 18 ára var skriflegt samþykki foreldra þeirra. Hamburger-Wechsler upplýsingaöflunarbúnaðurinn (HAWI-E / K) [23], [24] var flutt. Sex þátttakendum var útilokað orsök skorts eða ófullkominna MRI-gagna. Rannsóknin var samþykkt af siðareglum Goethe-háskólans í Frankfurt.
MR gagnaöflun
Uppbyggingar segulómun voru fengnar með 3-Tesla Siemens Trio skanni (Siemens, Erlangen, Þýskalandi), með því að nota CP höfuðspólu fyrir RF sendingu og merkjamóttöku. Við notuðum T1-vegin þrívídd (3D) segulmögnun Undirbúin Rapid Acquisition Gradient Echo (MPRAGE) röð með eftirfarandi breytum: tíma endurtekning (TR): 2250 ms., Time echo (TE): 2.6 ms., Sjónsvið (FOV): 256 × 256 mm3, sneiðar: 176 og voxel stærð 1 × 1 × 1.1 mm3.
Uppbygging yfirborðs
Hafrannsóknastofnun-gögn voru unnin með yfirborðs- og rúmmál leiðsla FreeSurfer-hugbúnaðarútgáfunnar 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] og mat á þykkt barka, erfðabreytis- og WM-rúmmáli, yfirborði svæðis barka, 3-D staðlægri sýrustigavísitala (lGI) og áætluðu innanfölls rúmmáli (eTIV). Fylgst var með stöðluðu FreeSurfer leiðslunni og sjálfkrafa endurgerðir yfirborð voru skoðaðir með tilliti til nákvæmni og ef nauðsyn krefur voru notuð handvirk inngrip með FreeSurfer leiðréttingartækjum.
Forvinnsla var meðal annars umbreyting Talairach, leiðrétting hreyfingar, stöðugleiki í styrkleiki, fjarlæging á heilavef, skiptingu og tessellation á gráu og hvítu efnismörkunum, sjálfkrafa leiðrétting á grunni og aflögun yfirborðs og er lýst nánar annars staðar [25], [27]-[29]. Að auki var kúlulaga atlas skráning, verðbólga og gyral / sulcal byggð útskilun á yfirborði barkstera fyrir greiningar á milli einstaklinga sem skiluðu 33 barka svæðum á heilahveli [30].
Barkaþykkt, barki yfirborðs og erfðabreytt magn
Þykkt barka var mæld sem fjarlægðin milli WM-mörkanna og yfirborðs erfðabreyttu efnisins við hvern punkt (hornpunkt) á fleti yfirborðsins [27]. Kortakort yfirborðssvæðisins var búið til með mati á flatarmáli hvers þríhyrnings í staðlaðri yfirborðsþræðingu [31]. Mat á svæði var kortlagt aftur í einstaka barkræna rýmið með kúlulaga atlasskráningu [32]. Þetta skilaði hornpunkta-við-hornhimnu mati á hlutfallslegri stækkun eða þjöppun svæðisins [33]. Áætlanir um erfðabreytt magn voru fengnar úr mælingum á barkaþykkt og svæðið umhverfis samsvarandi hornhimnu á yfirborðinu. [34].
3-D staðbundin sýrustigavísitala (lGI)
3-D lGI var reiknað [35] sem hefur verið starfandi í fyrri MR-rannsóknum [36], [37]. Í stuttu máli felur lGI í sér 3-D enduruppbyggingu á yfirborði barka þar sem gyrification er skilgreint sem magn yfirborðs heilaberkis sem er grafið innan brennisteins samanborið við magn sýnilegs barka á hringlaga svæðum sem vekja áhuga [38]. Í fyrsta skrefi var þríhyrnt ytri yfirborð sem þétt umbúðir yfirborðsins var búið til með formfræðilegri lokunaraðferð. Eftir að hafa umbreytt pial möskvanum í tvöfalt rúmmál notuðum við þvermál 15 mm til að loka aðal súlunni til að mynda kúluna [35]. Til að búa til hringlaga áhugasvið (ROI) veljum við radíus 25 mm til að innihalda fleiri en einn sulcus til að fá bestu upplausn [38]. Upphafleg lGI-gildi hornhimnu voru skilgreind sem hlutfallið á milli yfirborðs ytri arðsemi fjárfestingarinnar og yfirborðs á yfirborðinu. Fyrir tölfræðilegan samanburð var ytri lGI-gildi kortlagt aftur í einstaka hnitakerfið sem minnkaði misskilning milli súlkans milli einstaklinga [35].
WM-bindi
Svæðisbundið WM-rúmmál undir bönkuðum erfðabreyttum svæðum í barka var metið. Hver hvít efni voxel var merkt við næsta barkalaga GM-voxel með fjarlægðarmörkum 5 mm sem leiddi til 33 WM-rúmmáls samsvarandi 33 gyral merktra erfðabreyttra svæða [39] sem hefur verið notað í fyrri rannsóknum [9], [40].
Áætlað innanflekamagn (eTIV)
Áætlað innanfjárrúmmál (eTIV) í FreeSurfer leiðslunni var dregið af aðlögunaraðferð atlasa. Í gegnum Atlas Scaling Factor (ASF), sem táknar rúmmálsstærðstuðul til að passa einstakling við Atlasmarkið, voru útreikningar á hverju eTIV gerðir [41].
Tölfræðileg greining
Greiningarþrepin eru tekin saman í Mynd 1. Yfirborð hægri og vinstri heilahvel allra þátttakenda í 79 var að meðaltali og einstaka fletir teknir saman aftur í meðaltal kúlulaga hnitakerfisins. Til að auka hlutfall hljóðmerks og hávaða notuðum við 20 mm í fullri breidd við helmingi hámarks (FWHM) jöfnun til að meta barkstílsþykkt, GM-rúmmál og yfirborðsflatar barka og 5 mm FWHM fyrir lGI.
Í fyrsta skrefi könnuðum við lGI-gildi heilans, þykkt barka, yfirborðsflæði barka og rúmmál erfðabreyttra tegunda í greiningarmörkum við hornpunkt. Almennt línulegt líkan (GLM) var notað til að greina áhrif aldurs á mismunandi líffærafræðilegu færibreytur (lGI, cortical þykkt, cortical yfirborðssvæði og GM-rúmmál). Allar greiningar voru gerðar meðan stjórnun var á áhrifum kyns og eTIV. Við notuðum ranga uppgötvunarhraða (FDR) [42] til að leiðrétta fyrir margra samanburði með viðmiðun fyrir þykkt barka, yfirborð og GM-rúmmál q 0.05 og q 0.005 fyrir mat á GI. Mismunandi tölfræðilegir þröskuldar voru valdir vegna útbreiddra, aldursháðra breytinga á lGI-gildum miðað við þykkt barka, yfirborðsflæði barka og erfðabreytt magn. Að auki greindum við aldur2 og aldur3 áhrif fyrir alla líffærafræðilega þætti sem stjórnað var vegna áhrifa aldurs, kyns og eTIV.
Til að fá mat á flatarmálum völdum við hornpunkta með stærstu lGI-gildunum og samsvarandi Talairach hnitum og notuðum sjálfvirka mri_surfcluster aðgerðina í FreeSurfer (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Að auki, Cohen's d [43] var fengin fyrir heilasvæði með mestu aldursháðu breytingarnar með samanburði á meðalgildum hjá þeim yngstu (aldri: 12 – 14, n = 13) og elsti þátttakendahópurinn (aldur: 21 – 23, n = 18). Sagt er frá áhrifastærðum í myndasögnum.
Í öðru skrefi skoðuðum við Pearson fylgnistuðla milli aldursháðra LGI áhrifa og breytinga á barkþykkt, barkflötum og GM / WM rúmmáli. Til að fela í sér gögn úr WM-rúmmáli voru gerðar svæðisbundnar greiningar á byggingu. Fjórir hornpunktar frá hornpunkti fyrir hornpunkt greiningar á heilahveli með áberandi aldur-lGI áhrif (tölfræðileg þröskuldur p <10-4) var úthlutað til FreeSurfers gyral byggða [30] og fyrir samsvarandi merkimiða voru meðaltal barkstærðarþykktar, GM / WM-rúmmál og yfirborðsflatar barka dregin út.
Niðurstöður
Hörpu-við-hornpunkt greiningar á aldursháðum breytingum á lGI
lGI-gildi lækkuðu með aldri í 12 þyrpingum í vinstri og 10 þyrpingum á hægra heilahveli (FDR við 0.005) (Mynd 2 og And3,3, Tafla 1). Heilasvæði með mestu lGI-lækkuninni voru staðsett á vinstri miðju (flatarmál = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 og 7), vinstri fremri framan (flatarmál = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), vinstri óæðri tímabundin (flatarmál = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 og 37), vinstri hlið-sporbrautar framhlið (flatarmál = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 og 11) og hægri miðlæga heilaberki (flatarmál = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 og 7), hægri pars triangularis (flatarmál = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 og 46), hægra megin við miðju framhlið (flatarmál = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) og framúrskarandi parietal (flatarmál = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 og 39). Engin marktæk áhrif kyns fundust fyrir breytingum á lGI-gildum við FDR við 0.005 og aldurstengd minnkun gyrification fylgdi ólínulegum (tenings) braut (Mynd 3).
Hörpu-við-hlið horngreiningar á aldursháðum breytingum á barkstigsþykkt, erfðabreyttu magni og barkstigi yfirborðs
Þykkt barka minnkaði mest á yfirburði-framan (flatarmál = 2608.63 mm)2, p = 10-7.13, BA 6, 8 og 9) og rostral-miðju-framhlið (flatarmál = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 og 46) barkar á vinstri heilahveli og í forstöðuklasanum í hægra heilahveli (flatarmál = 14735.38 mm2, p = 10-6.16, BA 6, 44 og 45) (Mynd 4). Hægt er að lýsa minnkun á barkstera með teningsbraut (R2 = 0.191 fyrir vinstri rostral-mið-framhlið, R2 = 0.126 fyrir vinstri yfir-framan og R2 = 0.134 fyrir hægri miðjuþyrpingar). Ennfremur fundum við aldursháðan, tvíhliða lækkun á erfðabreyttum rúmmáli sem var staðbundið við framhliðina (svæði stærð = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 og 9) lob í vinstra heilahveli og að pars orbitalis (flatarmál = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 og 47) og í óæðri hlutafall (flatarmál = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 og 39) lob á hægra heilahveli (Mynd 4). Lækkun á erfðabreyttu magni fylgdi teningsferðum (R2 = 0.132 fyrir vinstri yfir-framan, R2 = 0.185 fyrir hægri pars orbitalis og R2 = 0.204 fyrir hægri óæðri parietal klasa).
Fyrir yfirborðssvæði fundum við verulega minnkun á forstofu (flatarmál = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), caudal miðju framan (flatarmál = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) og supramarginal (flatarmál = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) þyrpingar í vinstra heilahveli. Yfirborðsflatarmál minnkaði mest á hægri hluta jarðarinnar (svæði stærð = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), óæðri parietal (flatarmál = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) og framúrskarandi parietal (flatarmál = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) cortices (Mynd 4). Lækkun á yfirborði var best lýst með teningsbraut (R2 = 0.095 fyrir vinstri miðju, R2 = 0.026 vinstri caudal-middle frontal, R2 = 0.024 vinstri supramarginal, R2 = 0.116 hægra heilahvel, R2 = 0.156 hægri yfir-parietal og R2 = 0.046 fyrir hægri miðjuþyrpingar). Engin marktæk áhrif kyns fundust fyrir breytingum á barkstærð, erfðabreyttum rúmmáli og yfirborði við FDR við 0.005
Fylgni milli Gyrification, Cortical Thickness, Surface Area og GM / WM-Volume
Til að prófa hvort tengsl væru á milli lGI-gilda og breytinga á GM / WM voru 8 svæði með mestu aldursháðu breytingarnar á gýrnun vald og lGI-gildi voru tengd við barkstigsþykkt, yfirborðsflatar og gsm / WM-rúmmál (Mynd 5, Tafla 2). Við fundum stór og jákvæð fylgni milli barkstigs yfirborðs og erfðabreytt magn með lGI gildi. Slík tengsl fundust ekki fyrir fylgni milli barkstigsþykktar og lGI-mats. Aukið WM-rúmmál sýndi einnig marktækt að vísu veikara samband en GM-rúmmál og yfirborðsflatarmál með aukinni gýrnun á nokkrum framhliðum og í heilaberkinum.
Ólínulegt samband milli breytinga á líffærafræðilegum breytum og aldri: Greining á hornpunkti eftir hornhimnu
lGI
Við fundum 16 (vinstra heilahvelið) og 7 þyrpingar (jarðar) þar sem aldur var2 og lGI voru neikvæð fylgni (Mynd S1). Sterkasta aldurinn 2 áhrif á lGI voru staðsett í vinstri framan framan (flatarmál = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 og 10), vinstri yfirborði parietal (flatarmál = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 og 4) og vinstri pericalcarine (flatarmál = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17) þyrpingar. Á hægra heilahveli komu fram áhrif á forstjórasvæði (flatarmál = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 og 6), eftir miðbæ (flatarmál = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 og 3) og í yfirborðsfrumubörkum (flatarmál = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Krabbameinsáhrif aldurs á lGI fundust í 18 (vinstra heilahveli) og 7 þyrpingum (hægra heilahveli). Svæði með sterkustu teningsáhrifunum voru staðsett í stórum framan-framan (flatarmál = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 og 47), yfirburða-parietal (flatarmál = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 og 9) og pericalcarine (flatarmál = 292.35 mm2, p = 10-3.73, BA 17) þyrping fyrir vinstra heilahvel. Á hægra heilahveli fundust sterkustu rúmmetraaldur og tengsl lGI í forstöðvum (flatarmál = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 og 7), caudal-miðju framhlið (flatarmál = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 og 9) og miðjan tímabundinn þyrping (flatarmál = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
Aldur2 áhrif á GMV voru bundin við vinstra heilahvelið (Mynd S2). Mestu áhrifin sáust í útstrikuðum hlutum pars opercularis (flatarmál = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 og 45), paracentral (flatarmál = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 og 31) og óæðri hlutafall (flatarmál = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 og 22) cortices.
Aldursáhrif á GMV voru staðsett í 3 cortices í vinstra heilahveli. Einn þyrping í afturhlutum gyrus cinguli (flatarmál = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), hluti af gyrus inferior frontalis-pars opercularis- (flatarmál = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) og bökkum betri tímabundins sulcus (stærð stærð = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) einkenndust af verulegum aldri3 og lGI samband (Mynd S2).
CT / SA: Enginn marktækur aldur2/Aldur3 áhrif sem við fundum fyrir CT og SA.
Discussion
Niðurstöður rannsóknarinnar benda á víðtækar breytingar á gýrnunarmynstri heilabarkins á unglingsárum. Fyrri slátrun [18] og Hafrannsóknastofnunin [19]-[21] benti til lækkunar á lGI-gildum á síðari þroskatímabilum en umfang breytinga, heila svæðanna sem tóku þátt og sambandið við samtímis líffærakerfið hefur verið óljóst. Barksterasvæði sem einkenndust af mestu lækkun á lGI-gildum voru for-, stundar- og framhliðarsvæði. Þessi heila svæði skarust aðeins að hluta til svæða sem einkenndust af breytingum á erfðabreyttu erfðaefni og áhrifastærðir voru á bilinu og þar að ofan fyrir barkstýringu og erfðabreytt magn, sem bendir til þess að þær breytingar sem orðið hafa á gýrnun tákni viðbótar, mikilvæga breytingu á heilabark á unglingsaldri.
Cortical Svæði IGl-breytingar
Stærsta heilaberki sem einkenndist af fækkun gyrification var þyrping í forta heilaberkinum sem innihélt BA 3, 6 og 7. Til samanburðar voru breytingar á þykkt og rúmmáli erfðabreyttra eiturlyfja beint að framan (BA 8 og 9) og tímabundnum (BA 20 og 21) barki, sem er í samræmi við gögn frá fyrri lengdarrannsóknum [6] en skarast aðeins að hluta til með lækkað lGI gildi.
Þrátt fyrir að forstöðuklasinn, sem náði til gírus fyrir / eftir miðju, suðramargýrna sem og yfirburða heilabarkar, hafi verið óbeint þátttakandi í þroska heila unglinga, eru vísbendingar sem benda til þess að þessi heilasvæði gætu tengst áframhaldandi breytingar á vitsmunum og hegðun. Nýleg rannsókn Ramsden o.fl. [44] sýnt fram á að sveiflur í upplýsingaöflun á unglingsárum eru náskyldar erfðabreyttum breytingum á vinstri mótorasvæðum. Að sama skapi er stöðug framför í mótor heilaberki eins og kemur fram í rannsóknum á segulörvun í heilaæðum (TMS) [45] og EEG [46]. Að lokum er BA 7 mikilvægt fyrir þroska barkstengisneta sem liggja til grundvallar hærri vitsmunalegum aðgerðum á unglingsárum, svo sem vinnsluminni (WM), vegna þess að BOLD virkni í yfirburða heilabarki sýnir verulega þroskaaukningu við meðferð WM-atriða [47].
Annað svæði með áberandi breytingar á IGl-gildum var framhluta heilaberkisins sem hefur stöðugt verið tengd breytingum á líffærafræði og hegðun á unglingsárum. Í þessari rannsókn fundust lækkað lGI-gildi í fremri stöng (BA 10), heilabólgu á framhand (BA 11) og óæðri framhlið (BA 47). Stór vinna hefur gefið til kynna að þessi svæði taki mið af þátttöku í hegðunarbreytingum á unglingsárum, svo sem endurbætur á vitsmunalegri hömlun [48], Taka áhættu [49] og geðrækt [50].
Að lokum fannst veruleg fækkun gyrification í þyrpingu sem samsvarar BA 19, 20 og 37 sem samanstendur af snemma sjónsvæðum og barkasvæðum sem eru tileinkuð viðurkenningu á hlutum. Til viðbótar við breytingar á hærri vitsmunalegum aðgerðum tengist unglingsárunum einnig endurbótum á taugasveiflum sem fást með einföldu og flóknu sjónrænu áreiti [51], [52] sem og með þroska hlutvinnslu í ventralstraumnum [53].
Sterk fjórföld áhrif aldurs á lGI fundust í vinstri framan-framan (BA 8, 9 og 10) og rétthisfrumu framan (BA 8) þyrpingar, sem er í takt við fyrri rannsókn sem gerð var af (Hogstrom o.fl. [22]. Teninga milli aldurs og lGI eru staðbundin í vinstri framan-framan (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 og 47), superior-parietal (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 21, XNUMX, XNUMX, XNUMX XNUMX), hægra megin við miðhluta framan (BA XNUMX og XNUMX) og miðjan tímabundið svæði (BA XNUMX).
Núverandi gögn veita þannig nýtt sjónarhorn á svæðum sem taka þátt í þroska gýs á unglingsárum sem einkennast í heild sinni af línulegri þroskabraut þar sem sum svæði sýna krækilegar og teningsáhrif. Fyrri rannsóknir með minni sýnisstærðum [20], [21] bent aðallega á breytingar á GI-gildi í stundar-, parietal- og framhliðarsvæðum. Að auki, Mutlu og samstarfsmenn [20] kom fram brattari lækkun á nýrnastarfsemi við aldur hjá körlum en konum á svindlum sem ekki var staðfest með þessari rannsókn.
Þróun á leggöngum samanbrot við unglinga: samband við erfðabreytta / WM-breytingu
Nokkrir aðferðir hafa verið lagðir til að breyta gýrnun meðan á þróun stendur [54]. Van Essen [55] lagði til að hægt væri að skýra samanleggingarmynstur heilabarkins með vélrænni spennu meðfram axons. Samkvæmt þessari kenningu er myndun gyri afleiðing vélrænna krafta milli þéttbundinna svæða þar sem spenna dregur mjög saman samtengd svæði. Að auki lögðu aðrar frásagnir áherslu á hlutverk mismunandi vaxtar milli innri og ytri barkalaga [17]. Að lokum eru vísbendingar um að leggamengun sé undir erfðaeftirliti [56] og að kynjamunur er á þroskaðri heilaberki [57].
Þrátt fyrir að núverandi rannsókn leyfir ekki innsýn í aðferðirnar sem liggja til grundvallar minnkun gyrification á unglingsárum, samanburður við breytingar á erfðabreyttum og WM-breytum getur verið mikilvægur fyrir spurninguna hvort þær breytingar sem orðið hafa á barkabólgu hafa áhrif á áframhaldandi líffræðilegar breytingar. Mikilvæg niðurstaða fyrirliggjandi rannsóknar er að lækkun á lGI-gildi kemur fram á heilabörnum sem eru að mestu leyti frábrugðin minnkun rúmmáls og þykkt erfðabreyttra lífvera. Fylgni milli lGI-gilda á svæðum sem einkenndust af áberandi aldursháðum fækkun og erfðabreytt / WM-færibreytur benda þó til þess að hve brátt barkstífla sé samt sem áður tengd erfðabreyttu magni og yfirborði. Sérstaklega sáum við jákvætt samband milli aukins gGI-gildi við yfirborð og rúmmál erfðabreyttra lífvera. Athyglisvert var að þetta var ekki tilfellið varðandi þykkt erfðabreyttra lífvera. Að lokum, WM-rúmmál stuðlaði einnig að hærra lGI-gildi í 5 af 7 barksterasvæðum.
Dreifing, hegðun og geðsjúkdómafræði
Þrátt fyrir víðtæka minnkun á leggöngum á leggöngum á unglingsárum og stórum áhrifastærðum í tengslum við minnkað lGI-gildi, er enn að staðfesta áhrifin á breytingar á vitsmuna og hegðun á unglingsárum. Fyrri rannsóknir hafa bent til þess að einstakur munur á leggöngum í framanverðu hafi áhrif á framkvæmd ferla hjá fullorðnum [58] og hegðunarbreytingar, svo sem hugleiðsla [59], áhrif á gýrnun, sem bendir til hlutverks barkabólgu í vitsmuna og reynsluháðri plastleika.
Ennfremur er mikill fjöldi vísbendinga um að gýrnismynstur sé tengt geðsjúkdómafræði sem undirstrikar hugsanlegt mikilvægi þess að skilja þroskabreytingar í gýrnun og tengsl við vitsmuna og hegðun. Nokkrir taugar þróunarraskanir, svo sem Williams heilkenni (WS) og einhverfurófsröskun (ASD), eru tengd óeðlilegum leggöngum í leggöngum. Nánar tiltekið einkennast þátttakendur með WS af lækkun á dýpt sulci á parieto-occipital svæðum sem eru áberandi þátt í sjón-uppbyggjandi halla [60]. Aftur á móti einkennist gyrificationmynstur í ASDs af aukinni samanburði miðað við börn sem venjulega þroskast [61].
Geðklofi er alvarlegur geðsjúkdómur með dæmigerð upphaf á meðan á umbreytingu stendur frá unglingsaldri til fullorðinsára sem felur einnig í sér afbrigðilega gýrnun. Eftir slátrun [62] og Hafrannsóknastofnunin [63], [64] kom fram aukning á leggöngum, einkum í forstilla heilaberki, sem jafnframt er spá fyrir þróun geðklofa hjá einstaklingum sem eru í áhættuhópi [65]. Nýlega hefur einnig verið sýnt fram á að galla í samanbroti spáir lélegri svörun við meðferð við geðrofi í fyrsta þætti [66].
Vegna þess að gögn okkar benda eindregið til þess að hjartaþræðing fari í gegnum meiriháttar breytingar á unglingsárum, er einn möguleiki sá að auk snemma taugaþróunar hefur óeðlileg þroska heila á unglingsárum stuðlað að frávikssjúkdómi í nýfrumukrabbameini og birtingarmynd hugræns vanvirkni og klínískra einkenna.
Niðurstaða
Niðurstöðurnar styðja þá skoðun að unglingsárin feli í sér grundvallarbreytingar á byggingarlist heilabarkins. Nánar tiltekið getum við sýnt að barkamynstroðningsmynstur breytast í áberandi breytingum sem fela í sér fækkun gers á stórum svæðum heilabörksins, einkum á svæðisbundnum, framan og tímabundnum svæðum. Framtíðarrannsóknir þurfa að sýna fram á virkni mikilvægis þessara breytinga fyrir samtímis breytingar á hegðun, vitsmuna og lífeðlisfræði með fylgni við taugasálfræðileg gögn og aðgerðir til að mynda heila, svo sem fMRI og MEG.
Stuðningsupplýsingar
Mynd S1
Ólínuleg aldursáhrif á staðbundna gyrification vísitöluna (lGI) í heilum heila, hornpunkt-við-hornpunkt greiningar varpað út á meðaltal sniðmátheilans. Efsta röðin: Aldur2 áhrif eru myndskreytt fyrir vinstri heilahvel (vinstri) og hægri heilahvel (hægri) frá hlið og miðju. Neðsta röð: Fylgni milli aldurs3 og lGI eru sýndir fyrir vinstri (vinstri) og hægri heilahvel (hægri) frá hliðar- og miðlungs sjónarmiðum. Bláir litir benda til verulegrar lækkunar á lGI-gildum með hækkandi aldri en hlýrri litir eru kóðaðir fyrir aukningu á lGI-gildum. Allar greiningar voru gerðar með því að hafa stjórn á áhrifum kyns, eTIV og aldurs (línuleg). Athugasemd: Engar marktækar fylgni milli aldurs3 og lGI fundust með því að stjórna fyrir áhrifum kyns, eTIV, aldri (línulegri) og aldri2.
(TIFF)
Mynd S2
Ólínuleg aldursáhrif á erfðabreytt lifrarsjúkdóm í heilum heila, hornpunktur fyrir hornhimnu greiningar varpað út á meðaltal sniðmátaheila. Vinstri: Aldur2 áhrif á GMV fyrir vinstra heilahvel frá hlið og miðju. Rétt: Áhrif aldurs3 eru myndskreytt fyrir vinstra heilahvelið frá hlið og miðju. Bláir litir benda til verulegrar lækkunar GMV með hækkandi aldri en hlýrri litir eru kóðaðir til að auka GMV. Allar greiningar voru gerðar með því að hafa stjórn á áhrifum kyns, eTIV og aldurs (línuleg). Athugasemd: Engar marktækar fylgni milli aldurs3 og GMV fundust með því að stjórna fyrir áhrifum kyns, eTIV, aldri (línulegri) og aldri2.
(TIFF)
Fjármögnunaryfirlit
Meðmæli
;