Dynamísk kortlagning á cortical þróun manna í bernsku með snemma fullorðinsárum (2004)

Fara til:

Abstract

Þroski manna heila er skipulagslega og virkni ólínulegt ferli (1-3) og skilningur á eðlilegum þroska heila er nauðsynlegur til að skilja taugarþróunarsjúkdóma (4, 5). Mismunandi eðli vitsmunalegs heilaþróunar er augljóst af rannsóknum á taugahegðandi frammistöðu (6, 7), virkni myndgreiningar (virkni segulómskoðun eða jákvætt geislamyndun) (8-10) og rannsóknir á samfelldri rafeindarófsmælikvarði (1, 2, 10). Fyrri myndgreiningarrannsóknir sýna svæðisbundna ólínulegar breytingar á þéttleika gráu efna á barnsaldri og unglingsaldri með aukinni frjósemi og síðan frestunartapi (11-14). Erfðabreytileysi í MRI er óbeinn mælikvarði á flókna byggingu glia, æðar og taugafrumna með dendritic og synaptic ferli. Rannsóknir á þroska erfðabreyttra sjúkdóma sýna tap á erfðabreyttum barksterum með tímanum (15, 16), sem samsvarar tímabundið niðurstöðum eftir fæðingu aukinnar synaptískrar pruning á unglingsárum og snemma á fullorðinsárum (17-19). Hér kynnum við rannsókn á erfðabreyttri barksterum hjá börnum og unglingum með því að nota heila-kortlagningartækni og væntanlega rannsakað sýnishorn af heilbrigðum börnum 13 (4 – 21 ára) sem voru skönnuð með MRI hvert 2 ár í 8 – 10 ár . Vegna þess að skannar voru fengnar ítrekað hjá sömu einstaklingum með tímanum, gerði tölfræðileg framreikningur punkta á milli skanna kleift að smíða hreyfimyndatímaröð („kvikmynd“) til að þróa heila barna. Við komumst að þeirri tilgátu að þróun erfðabreyttra sjúkdóma í barnæsku fram á fullorðinsaldur væri ólínuleg eins og lýst var áður og myndi þróast á staðbundinn, sértækan hátt á sama hátt og virkni þroska. Við spáðum því einnig að svæðin sem tengjast fleiri aðalaðgerðum (td aðal hreyfilbarki) myndu þróast fyrr í samanburði við svæðin sem taka þátt í flóknari og samþættari verkefnum (td tímabundinni lob).

Niðurstaðan er kvik kort af þroska erfðabreyttra lífvera á tímabilinu fyrir og eftir frestun. Niðurstöður okkar, meðan þær varpa ljósi á athyglisverða misleitni, sýna að þróun á barksterum í barksterum virðist fylgja starfrænum þroskunarröð, þar sem aðal skynjamótaröðin ásamt framan- og occipital pólum þroskast fyrst, og afgangurinn af heilaberkinum þróast í parietal-to- framan (aftan til framan) stefnu. Síðastliðinn tímabundinn heilaberki, sem hefur að geyma tengslasvæði sem samþætta upplýsingar úr nokkrum skynjunaraðferðum, þroskaðist síðast. Enn fremur virtist þroski heilaberkisins fylgja þróunarsviðinu þar sem þessi svæði voru búin til.

aðferðir

Efni. Lýðfræðisýni eru sýnd í Tafla 1. Allir einstaklingar voru ráðnir úr samfélaginu vegna áframhaldandi rannsóknar á National Institute of Mental Health rannsókn á þroska manna í heila (20). Stuttlega fékk hvert viðfangsefni skipulagt greiningarviðtal til að útiloka allar geðgreiningar við hverja heimsókn. Einstaklingar komu aftur á tveggja ára fresti í framhalds segulómskoðun ásamt endurmati á geð- og taugavitund. Valið var undirhópur allra barna sem höfðu þrjár eða fleiri nothæfar segulómskoðanir og voru á aldrinum 2 til 4 árs til að taka þátt í þessari rannsókn. Rannsóknin var samþykkt af stofnanarannsóknarnefnd National Institute of Mental Health og upplýst samþykki fékkst frá einstaklingum> 21 ára eða frá foreldrum minniháttar einstaklinga og viðbótar skrifleg samþykki fékkst frá hverju minniháttar einstaklingi.

 

Tafla 1.

Lýðfræði rannsóknarúrtaksins

Myndvinnsla og greining. Hafrannsóknastofnunarmyndir voru aflað hjá Rannsóknarstofnun geðheilbrigðis á sama 1.5-T General Electric skanni. Hafrannsóknastofnunin röð var stöðug í öllu rannsókninni. T1-vegnar myndir með samliggjandi 1.5-mm sneiðum í axial planinu og 2.0-mm sneiðar í kransa planinu voru fengnar með því að nota 3D spillt stig sem rifjaði upp bergmál í stöðugu ástandi. Breytir myndgreiningar voru: echo tími, 5 ms; endurtekningartími, 24 ms; snúningshorn, 45 °; öflunarmat, 256 × 192; fjöldi örvana, 1; og sjónsvið, 24 cm. Með hverri helstu uppfærslu á hugbúnaði og vélbúnaði var áreiðanleiki gagna fyrir og eftir uppfærslu prófaður með því að skanna safn myndefna fyrir og eftir uppfærsluna (20). Í stuttu máli, fyrir hverja skönnun, var notaður geislatíðni hlutdrægni reitleiðréttingarreit. Grunnmyndir voru staðlaðar og breyttu þeim í venjulegt 3D staðalímyndarými (21). Eftirfylgnir skannar voru síðan samstilltar við grunnskönnun frá sama einstaklingi og gagnkvæmar skráðar skannanir fyrir hvert námsgrein voru línulega kortlagðar í International Consortium for Brain Mapping (ICBM) rýmið (22). Algert fullgiltur vefjaflokkari myndaði nákvæmar kort af erfðabreyttu, hvítu efni og heila- og mænuvökva með því að nota dreifingu Gauss til að búa til hámarks a síðari skiptingu gagna (23, 24) og yfirborðslíkan af heilaberki var síðan sjálfkrafa dregið út fyrir hvert viðfangsefni og tímapunkt eins og lýst er (25).

Myndgreiningartækni þekktur sem samsvörun við kortisbundið mynstur (25-27) var notað til að staðsetja muninn á heilaberki með tímanum og auka máttinn til að greina kerfisbundnar breytingar (25). Þessi aðferð samsvarar táknrænni eiginleikum barkalíffærafræðinnar svo langt sem unnt er milli einstaklinga áður en gerður er samanburður á milli einstaklinga, meðaltöl hóps og tölfræðiskort. Vegna þess að þessi tækni útilokar ruglingslegt anatomískt dreifni er aukinn tölfræðilegur kraftur til að greina tölfræðileg áhrif á barksteraaðgerðir auk aukinnar getu til að staðsetja þessi áhrif miðað við helstu kennileiti súlkals og gyral. Í cortical samsvörunarskrefinu eru reiknaðar aukaaflögun sem samsvara gyralmynstri milli allra tímapunkta og allra einstaklinga, sem gerir kleift að meðaltali gögn og bera saman á samsvarandi barksturshéruðum. Sett af 34 kennslumerki á hvern heila takmarkar kortlagningu á einum heilaberki á hina með því að nota samsvarandi leggarsvæði yfir einstaklinga. Greiningaraðili myndar sem er blindur á sjálfsmynd einstaklinga, kyn og aldur rakið hvert 17 sulci á hverju hliðarhveli jarðar á yfirborði hvers heilans. Þessi sulci innihélt Sylvian sprungu, miðlæga, precentral og postcentral sulci, superior temporal sulcus (STS) meginhluta, STS stigandi grein, STS posterior grein, aðal og efri millistig sulci, og óæðri tímabundin, yfirburða og óæðri framan, innan mænu, þversum occipital, lyktarskynfæri, occipitotemporal og collateral sulci. Auk þess að útdeila helstu súlkum, var sett af sex miðlínu leiðarmerkjum sem liggja að lengdarsprungu í hverju heilahveli til að koma á mörkum hálfkúlulaga gyral. Kennileiti voru skilgreind samkvæmt nákvæmri líffræðilegri siðareglur. Þessi samskiptareglur eru fáanlegar á internetinu (www.loni.ucla.edu/∼khayashi/Public/medial_surface) og hefur þekkt áreiðanleika milli og innra aðila eins og greint er frá (25).

Tímabundið meðaltals 3D barkalíkan fyrir hópinn var búið til með því að fletja öll sulcal / gyral kennileiti í 2D plan ásamt barkalíkaninu sem úthlutaði litakóða til að halda 3D lögun upplýsingum. Þegar gögn voru komin í þetta flata rými voru súlkaleiginleikar í samræmi við einstaklinga að meðaltali sett af súlkalkúrfum. Brengluðu barkakortakortin voru stærðfræðilega endurflötuð til 3D og framleiddu skörp meðaltal barkstílslíkans með gyral einkenni á meðal anatomískum stöðum (28).

Til að mæla staðbundið erfðabreytt líf notuðum við mælikvarða sem er kallaður „erfðabreytt þéttleiki“, notaður í mörgum fyrri rannsóknum, sem mælir hlutfall erfðabreyttra lífvera á litlu svæði með fastan radíus (15 mm) umhverfis hvern barkæðapunkt (15, 25, 26, 28). Erfðabreytileikaþéttleiki mælist meðaltalsupplýsingar um erfðabreytt magn í litlu hverfi (15-mm kjarninn sem notaður er í þessari skýrslu), sem gefur aukið hlutfall hljóðmerks og hávaða og meðaltal það frá þeim hávaða sem fylgir því að leysa barkstera mörk í Hafrannsóknastofnun. Hins vegar, ef erfðabreyttra þéttleika er notuð, tapast einhver staðsetningarkraftur og nálgunin getur meðaltal gagna frá andstæðum sulcal bönkum. Mælikvarðinn getur einnig vísitölu erfðabreyttra breytinga sem stafa af mismun á yfirborðsspennu í barki þar sem aukin sveigja getur valdið því að minna erfðabreytt erfðabreytt magn sé tekið í kjarna með fastan radíus. Verk okkar sýna hins vegar að þéttleiki og þykkt erfðabreyttra efna er mjög mjög fylgni (K. Narr, RM Bilder, AW Toga, RP Woods, DE Rex, P. Szeszko, D. Robinson, Y. Wang, H. DeLuca, D. Asuncion og PM Thompson, óbirt gögn) og því líkleg til að skrá svipuð þroskaferli.

Til að ákvarða hvort nægur kraftur væri til að ná tölfræðilegri þýðingu á hverjum yfirborðsstigi á heilaberkinu, gerðum við líkan erfðabreyttra breytinga og áætluðum margfalda aðhvarfsstuðul (R²) á hverjum stað, sem er breytilegt á bilinu 0 til 1. Frá núll dreifingu R², leiðrétt fyrir fjölda frelsisgráða í tölfræðilíkaninu, er mögulegt að ákvarða hvort nægur kraftur sé til að hafna núlltilgátunni (R² = 0) á hverju barkstigi. Mikilvægi líkansins passar, p(R²), var síðan samsæri á hvern barkstigspunkt (gögn ekki sýnd). Kortið sem kom fram benti til þess R² er ekki núll á næstum öllum barkstigi, sem bendir til þess að breytingarnar sem sáust hafi verið mjög miklar.

Tölfræðilegar samsæri voru búnar til með því að nota aðhvarfsgreiningar á blönduðum gerðum (11, 30) fyrir erfðabreytt magnið á hverjum 65,536 punktum á öllu yfirborðinu á leggöngum sem og einstökum lobar-rúmmálum og einnig á nokkrum sérstökum áhugaverðum stöðum yfir yfirborðinu. Vegna þess að ólínulegt blandað líkan var notað var mismunur milli erfðabreyttra tegunda milli erfðabreyttra líkana gerður aðgreindur frá innra hlutfalli barkstigsbreytinga, sem gaf viðbótaraflið til að leysa lengdarbreytingar á hverjum barkstigsstað. Tilgátapróf fyrir líkanagerð voru byggð á F tölfræði með α = 0.05. Nánar tiltekið F próf voru notuð til að ákvarða hvort röð þróunarvaxtarlíkans var tenings, fjórðung eða línuleg. Ef teningslíkanið var ekki marktækt var fjórfætt líkan prófað; ef fjórfalds líkan var ekki marktækt var línulegt líkan prófað. Þannig var vaxtarlíkan margliða / ólínulegt ef annað hvort tenings- eða fjórðungstímabilið stuðlaði verulega að aðhvarfsjöfnunni. Í ljósi þess að hver tilgáta var aðeins prófuð einu sinni var leiðrétting á tölfræðinni fyrir marga samanburð ekki nauðsynleg.

Eftirfarandi svæði voru valin til greiningar á hverju heilahveli: forstýrisgírus, aðal hreyfilbarki (Mynd 1A), fremri gýrus að framan, aftari mörk nálægt miðlægum súlkus (Mynd 1B), óæðri gýrus að framan, aftari mörk (Mynd 1C), óæðri framsúlkur, fremri mörk (Mynd 1D), óæðri framan sulcus í bólgusótt forrétthyrndar heilaberki (Mynd 1E), fremri enda fremri sulcus framan (Mynd 1F), framstöng (Mynd 1G), aðal skynjabólga í gírus eftir miðbæ (Mynd 1H), gúrat í suðurhimnu (svæði 40) (Mynd 1I) hyrndur gyrus (svæði 39) (Mynd 1J), stoðstöng (Mynd 1K), fremri, miðja og aftari hluta betri tímabundins gýrus (STG) (Mynd 1 L – N), óæðri tímabundinn gyrus miðpunktur, svo og fremri og aftari mörk (Mynd 1 O – Q), og á óæðri yfirborði, fremri og aftari endar á lyktarskyns sulcus (Mynd 2 R og S) og fremri og aftari enda sulcus veð (Mynd 2 T og U). Samsvarandi stig voru valin á báðum heilahvelum með því að nota sömu kennsluskil.

 

Fig. 1.

Aðhvarfslóðir með blandaðri líkan á svæðum sem vekja áhuga yfir yfirborði barkstera. Eftirfarandi svæði voru valin til greiningar á hverju heilahveli: A, forstýrisgírus og aðal hreyfilbarki; B, yfirburði gýrus að framan, aftari enda nálægt miðjubrennisteini; ...

 

Fig. 2.

Neðsta mynd af heila sem sýnir snemma og seint tímaskekkja. Stig samsvara fremri og aftari endum lyktarskynsins (R og S) og veðsúlu (T og U), og myndrit af blönduðu líkani sem samsvarar þeim svæðum sem vekja áhuga á ...

Niðurstöður

Á heildina litið reyndist heildar erfðabreytt magnið aukast á fyrri aldri og síðan var viðvarandi tap sem byrjaði í kringum kynþroska. Hins vegar, eins og sést á tímaskekkjunarröðinni (mynd. (Fig. 22 og Og3), 3), ferlið við erfðabreyttu tapi (þroska) byrjar fyrst í barkæða heilaberki, einkum aðal skynjunarviðbragðssvæðum nálægt víddarmörkum, og dreifist síðan rostrally yfir framhluta heilabarka og caudally og laterally yfir parietal, occipital og að lokum tímabundinn heilaberki . (Þessi röð er fáanleg í kvikmyndum 1 – 4, sem eru gefnar út sem stuðningsupplýsingar á PNAS vefsíðunni.) Framan- og occipital staurar missa erfðabreytt snemma og í framhliðinni þroskast erfðabreytta erfðabreytingin að lokum dorsolateral forrontale heilaberki, sem tapar erfðabreyttum sjúkdómi aðeins í lok unglingsársins.

 

Fig. 3.

Hægri hlið og ofan á myndrænni röð erfðabreyttra kynþroska yfir yfirborð barkans. Hliðarstikan sýnir litaframsetningu í einingum með erfðabreytt magn. Upprunalegir rammar sýna svæði sem hafa áhuga á heilaberki eins og lýst er fyrir Fig. 1. Þetta ...

Til að skoða nánar þroskamynstrið innan einstakra barklægra undirsvæða notuðum við aðhvarfsgreiningar á blönduðum líkönum til að smíða samsæri línulegra sem og ólínulegra (fjórfalla eða rúmmetra) aldursáhrifa á erfðabreytt magn með áhugaverðum stöðum meðfram yfirborði barkins með því að nota helstu súlkunarmerki. til að tryggja að samsvarandi líffærafræði væri rétt tengd milli tíma og einstaklinga. Þegar við bárum saman meðalrúmmál í þessu úrtaki við stærra þversniðsýni okkar (n = 149), þróunin í heildar- og lobar erfðabreyttu magni var sammála í báðum hópum (gögn ekki sýnd) (11). Við einstaka undirsvæði yfir heilaberki sýnir erfðabreytt þroska hins vegar breytilegt þroskamynstur.

Innan framhluta heilaberkisins er forstöðugildrið (mynd. (Figs.1A1A og And3) 3) þroskast snemma. Erfðabreytitap gengur línulega fram á unga aldri, en fleiri róstrasvæði framhliðarinnar (meðfram yfirburði og óæðri framhlið Gyri; myndum. Figs.11 og 3, B – G) þroskast í röð í fremri framvindu, eins og einnig er gefið til kynna með smám saman síðari toppum ólínulegs erfðabreyttu taps (Mynd 1 B – D), með forstilltu heilaberki á gjalddaga síðast (mynd. 1, D og Eog Og3) .3). Í parietal lobe byrjar erfðabreytitapið í gilusinu eftir miðbæ (mynd. (Figs.1H1H og And3; 3; með ólínulegan upphafstopp), sem gengur út á hlið í skörpu gyrusins ​​(svæði 40; myndum. Figs.1I1I og Og3), 3), og sugramarginal gyrus (svæði 39; Fig. Figs.1J1J og Og3) .3). Framhliðar- og occipital staurarnir, svipaðir Gyri fyrir og eftir miðbæ, þroskast snemma (mynd. 1 G og K og And33).

Seinna þroska. Hlutar tímabundinnar laufa sýna aftur á móti einkennandi seinkun á þroska. Stundarloppið þroskast síðast nema stundarstöngin, sem sýnir erfðabreytitap um svipað leyti og framhliðar- og occipital staurarnir (mynd. (Figs.1O1O og Og3) .3). Aftur á móti, yfirburði og óæðri tímabundin gyri (STG og óæðri stundakvillar) sýna ekki jafn mikið af erfðabreyttu tapi á þessu aldursbili. Þetta er einnig sýnt með flatum myndritum fyrir aldursáhrif (mynd. 1 L og M og Og3) .3). Innan STG sýnir aftari hlutinn sérstaka línulega braut (Mynd 1N).

Á óæðri heilayfirborði þroskast miðgildisþættir óæðri stundarloppsins (ávísandi legslímubarkar, miðlungs við rillusveppinn, milli fremri enda veðsulkusar og aftari enda lyktarskynsins) snemma og breytast ekki mikið eftir það eins og sést með flatum myndritum fyrir aldursáhrif (Mynd 2T). Svipað þroskamynstur á sér stað í caudal og medial hlutum óæðri framan lob (Mynd 2S, áleitinn piriform heilaberki). Aðrir hlutar leggilsins tímabilsins sýna þroskamynstur hliðar til miðlungs, en svigrúm á framhliðinni þroskaðist fram á elsta aldur sem við rannsökuðum (Fig. 2).

Discussion

Hér sýnum við sjón á öflugri framvindu heilabólgu í heilaberki í tilvonandi, langsum rannsókn á heilbrigðum börnum og unglingum. Fyrri skýrslur hafa annað hvort verið þversnið (þ.e. að Hafrannsóknastofnun skönnun er aðeins aflað einu sinni á hverja viðfangsefni) eða notaðar aðferðir sem veita meðalstærð bindi í stað þess að bera saman stig fyrir stig sem er mögulegt með kortlagningaraðferðum (11, 15). Þversniðshönnuð áhrif hafa áhrif á mismunandi breytileika og árgangsáhrif, en aðferðir sem veita meðalstærð bindi veitir engin smáatriði í náttúrunni. Við höfum sigrast á þessum takmörkunum með því að kanna sýnilegt sýnishorn á undan og eftir frest, þar sem sömu börnum var afturkölluð til framtíðar á 10 ára tímabili. Niðurstöður okkar, en undirstrikum heterochronicity af cortical þroska manna, benda til þess að einstök undirsvæði fylgi tímabundið mismunandi þroska brautir þar sem hærri röð samtaka svæði þroskast aðeins eftir að neðri röð skynjara hreyfimynda, aðgerðir sem þeir samþætta, hafa þroskast. Að auki virðist sem nýmyndun eldri leggöngum hefur þroskast fyrr en nýrri leggöngum.

Þroski framan við lófi þróaðist í átt að framan, byrjaði í aðal mótor heilaberki (forstýrisgírusins) og dreifðist framan yfir yfirburða og óæðri framhliðina, þar sem forstilla heilaberki þróaðist síðast. Aftur á móti þroskaðist framhliðin á svipuðum tíma og aðal hreyfilbarkinn. Í aftari hluta heilans hófst þroskinn á aðal skynjunar svæðinu og dreifðist hliðar yfir restina af parietal lob. Svipað og framan stöng þroskaðist occipital stöng snemma. Seðlabankahliðar hliðar voru síðastir til að þroskast.

Þannig er sú röð sem heilaberki þroskaðist í samræmi við svæðisbundin tímamót í vitsmunalegum og hagnýtum þroska. Hlutar heilans sem tengjast grunnaðgerðum þroskuðust snemma: hreyfils og skynjunarheilasvæði þroskuðust fyrst, fylgt eftir með svæðum sem tóku þátt í staðbundinni stefnumörkun, tal- og málþroska og athygli (efri og neðri hluta mænu). Seinna til þroskaðra voru svæði sem tóku þátt í framkvæmdastarfsemi, athygli og samhæfingu hreyfils (framhliðagalla). Framhliðarstöngullinn, sem tók þátt í vinnslu á bragði og lykt, og stoðstöng, sem inniheldur aðal sjónbark, þroskast einnig snemma, eins og búist var við. Þessi þroskunarröð endurspeglaðist einnig á hámarksaldri fyrir hámarks erfðabreytt gildi, sem aukast þegar þróun líður fremri (Mynd 1 A – D og H – J). Sjónrænt þroskaðist forstilla heilaberki og óæðri parietal heilaberki vinstra megin fyrr en samsvarandi svæði hægra megin, sem getur verið vegna þess að meirihluti barna í þessu úrtaki er hægri hönd, með vinstri ráðandi jarðar sem þroskast snemma.

Brjóstholið fylgdi greinilegu þroskamynstri. Stundarstig þroskast snemma. Flestir tímabundnu lóbarnir sem þroskast voru á aldursbilinu í þessu sýni nema lítið svæði í aftari hluta STG, sem virtist þroskast síðast. Hjá mönnum er talið að stundar heilaberki, einkum afturhluti yfirburðar tímabundins sulcus, yfirburða tímabundins gýrus og miðlægs tímabundins gyrus, sé gagnkynhneigð tengingarsíða (ásamt forrétthyrndum og óæðri parietal cortices) og tengist samþættingu minni, samtök hljóð- og myndmiðla og viðurkenningu hlutar (31-34). Þannig heldur heilabörkur áfram að þroskast eftir að önnur samtökasvæði, hlutverk þess sem hún er samofin, eru tiltölulega þróuð.

Nokkur af elstu heilaberki liggja á flæðisbundnum hluta á óæðri heilayfirborði í miðjuþáttum brjóstholsins (aftari hluti brjóstholsins og legslímhúðin, til dæmis) eða á óæðri og miðlungs hlið framhliðarinnar nálægt caudal endinn af lyktarskyninu sulcus (fremri piriform heilaberki og periallocortex sporbrautar) (35-37). Þroskaferlið í nágrenni þessara svæða virtist byrjað snemma (ontogenetically) þegar um 4 ára aldur, eins og sést af línulegu eða sléttu plottunum (Mynd 2 S og T). Frá þessum svæðum gengur þroskun hægt og rólega á hliðina. Í óæðri framhluta heilabarka þroskuðust miðlægir og aftari þættir lyktarsterka snemma, en barksterar á framhlið þroskast síðar. Í afganginum af óæðri stundarloppinu birtist þroskinn seinna og í nokkuð hliðar-til miðlungs átt. Hjá spendýrum er óæðri heilabörkur ásamt hlutum STG, bakhluta heilabarkar og forrétthyrnd heilaberki með há röð, sem eru einnig nýjasta þróunin (38, 39). Athugun okkar á þessum svæðum sem virðist þroskast seinna gæti bent til þess að barksteraþróunin fylgi þróunarsviðinu að einhverju leyti.

Nákvæmt ferli sem liggur að baki erfðabreyttu tjóninu er ekki þekkt. Hvítt efni í heila eykst á fyrstu fjórum áratugunum vegna mænuvökva í axonal (40) og kann að hluta til að skýra fram erfðabreytt tjón (41, 42). Þrátt fyrir að breytingar á samanbrotsmynstri sulcal og gyral eða öðrum ófrumfræðilegum aðferðum eins og ofþornun gætu haft áhrif á erfðabreyttan þéttleika, er aðalástæðan fyrir tapi á erfðabreyttum þéttleika ekki þekkt. Við veltum því fyrir okkur að það megi keyra að minnsta kosti að hluta til með því að nota synaptic pruning (43) ásamt trophic glial og æðum breytingum og / eða rýrnun frumna (44). Þannig getur svæðisbundinn munur á erfðabreyttri þroska stafað af undirliggjandi, heterochronous synaptic pruning í heilaberki, eins og hefur verið sýnt í frumgerð og heilabarkæðaþróun í mönnum (18, 45-48). Athyglisvert er að í framhluta heilaberkisins þroskast bólgueyðandi forrétthyrndur heilaberki síðast, samhliða síðari mergjun hans, sem sýnir fram á að snyrtingu merglunar getur oft átt sér stað samhliða.

Þessar niðurstöður geta haft klínísk áhrif. Til dæmis, einhverfa, sem byrjaði fyrir aldur 3 ára, sýnir alþjóðlegt erfðabreytingar í heila á fyrstu 2 æviárunum (49) og stærra framan- og tímabundið erfðabreytt magn um 4 ár, fylgt eftir með hægari vexti á þessum svæðum um 7 ár (50, 51). Geðklofi við upphaf barns, með meðalaldur við upphaf um aldur 10 ára, tengist sláandi erfðabreyttu tapi á parietal, sem gengur framan af á unglingsaldri á baksýn (52), en geðklofi við fullorðinsaldur (dæmigerðara form) tengist sterkari skorti á tímabundnum tíma og framhliðum með þroska (53-55) og tengist sértækum frávikum á ólíkum svæðum (29). Breytingar, annað hvort í gráðu eða tímasetningu grunnþroskamynsturs, geta að minnsta kosti að hluta til verið undirliggjandi þessara taugaþróunarraskana.

Umfang breytinganna á sumum barkalögsvæðum er mjög marktækt og er í samræmi við vaxtar- og taphlutfall sem fram hefur komið í fyrri lengdarrannsóknum okkar. Í fyrri skýrslu (28), þróuðum við nálgun með því að nota tensor kortlagningu til að mæla staðbundinn vaxtarhraða og vefjatapshraða á staðbundnu stigi í líffærafræði caudate og corpus callosum. Á mjög litlum svæðum þessara mannvirkja fór staðbundinn vaxtarhraði yfir 40% á ári og staðbundið tap á vefjum náði 40% á ári í litlum svæðum í basal ganglia. Vegna aukinnar staðbundinnar upplausnar eru hámarks staðbundnar breytingar sem fást við líffærafræðilega kortlagningaraðferðir oft hærri en þær sem fengust í rúmmálsrannsóknum á anatomískum parcellated heila uppbyggingu. Mat á lobar rúmmáli, til dæmis, getur meðaltal vaxtar eða tapi á vefjum yfir stóru skipulagi og hámarkshlutfall rúmmálsbreytinga minnkað samsvarandi. Frumuhvarfið fyrir þessar barksterabreytingar getur verið sambland af mergmyndun, klemmu frá botnlanga og breytingum á þéttni taugafrumna, glials, æðum og taugafrumum í mismunandi legslímhúð. Einnig geta verið breytingar á relaxometric eiginleikum segulómunarmerkisins, sem byggist á undirliggjandi vatnsinnihaldi. Mígrenisþátturinn getur valdið mjög miklum nettó prósentabreytingum á barkstigi á nokkrum árum, sérstaklega þegar magnið sem er metið er tiltölulega lítið.

Það eru nokkrar takmarkanir við þessa rannsókn. Þessar greiningar eru byggðar á 52 skannum, þar sem 1,976 líffræðilíkön voru búin til, sem gefur nægjanlegan kraft til að fylgjast með breytingum, en eru frá aðeins13 börnum. Að auki er um að ræða íbúa sem ekki er fulltrúi með að meðaltali greindarvísitölu 125, sem endurspeglar vísan tilvísun Rannsóknarstofnunar geðheilbrigðisstofnunar. Okkur tókst ekki að grípa til forsögulegs ávinnings í tímarekstri kvikmyndaröð, þó að það væri auðvelt að sjá það í myndritum blönduðra líkana. Að sama skapi var ekki hægt að kanna kynjamismun á þroska heila vegna þess að það eru aðeins sex karlar og sjö konur í úrtakinu. Hins vegar afhjúpa niðurstöður okkar lykilupplýsingar um þroskunarröð snemma heilaþróunar og tengsl þeirra við starfandi og þróunaráfanga.

Viðbótarefni

Acknowledgments

Skýringar

Meðmæli