青年期の脳の成熟と皮質の折りたたみ：木化の減少の証拠（2014）

PLoS One 2014; 9（1）：e84914。

オンラインでJan 15、2014を公開しました。 土井：  10.1371 / journal.pone.0084914
PMCID：PMC3893168
Maurice Ptito、編集者

抽象

解剖学的および機能的イメージング研究からの証拠は、青年期の間の皮質回路の主要な変更を強調しました。 これらには、灰白質（GM）の減少、皮質 - 皮質結合の髄鞘形成の増加、および大規模皮質ネットワークのアーキテクチャの変化が含まれます。 しかし、現在進行中の発達過程がどのように大脳皮質の折り畳みに影響を与えるのか、そしてどのようにして回転の変化がGM / WM体積、厚さおよび表面積の成熟に関係するのかは明らかではない。 本研究では、3と79の年齢の間の34健常者（45男性および12女性）から高解像度（23 Tesla）磁気共鳴画像（MRI）データを取得し、皮質折りたたみパターンの全脳解析を行った。文字化指数（GI） ＧＩ値に加えて、本発明者らは、回旋の変化との相関を可能にする皮質厚、表面積、ＧＭおよび白質（ＷＭ）体積の推定値を得た。 我々のデータは、前中心部、側頭部および前頭部を含むいくつかの皮質領域における青年期の間のGI値の顕著なそして広範囲の減少を示している。 木化の減少は、GMの厚さ、体積および表面の変化と部分的にのみ重複し、全体として線形の発達軌跡によって特徴付けられた。 我々のデータは、GI値の観察された減少が、認知発達に関連している可能性がある、後期脳成熟中の大脳皮質の追加の重要な修正を表すことを示唆している。

イントロダクション

過去 20 年間の多くの研究により、皮質回路の継続的な成熟にとって青年期が重要であることが明らかになった[1] – [3] 。 Huttenlocher [4]によるシナプス結合数の著しい減少の観察から始まり、磁気共鳴画像法 (MRI) による研究では、灰白質 (GM) の体積と厚さの著しい減少が明らかになった[5]、[6]。 対照的に、皮質間接続の髄鞘化の改善の結果として、白質 (WM) の量が増加することが示されている[7] – [10]。 より最近の研究では、GM/WM の変化は 30 歳まで続き[11]、[12] 、解剖学的および機能的ネットワークの大規模な組織の変化を伴うことが示されている[13]。これらの発見は、思春期が人間の脳の発達における重要な時期であることの重要性について新たな洞察を与え、思春期から成人期への移行期に典型的に現れる統合失調症などの精神疾患の出現に関する重要な手がかりも持っている可能性がある[14]、[15]。

灰白質/白質の体積の変化については広く研究されているが、皮質表面の折り畳みの成熟に伴う変化については、比較的証拠が少ない。ヒトの大脳皮質は、その特徴の一つとして、皮質表面積が著しく増加する、非常に複雑な折り畳みパターンを有している。例えば、ヒトの皮質の表面積は、マカクザルの平均10倍であるが、厚さはわずか2倍である[16]。ヒトの皮質表面積の増加は、収容できるニューロン数と皮質間接続数が多いため、高次認知機能の出現に関連している可能性がある。

大脳皮質の折り畳みパターンは発達に伴って変化するという証拠がある。胎内5か月後には大脳皮質の折り畳みが現れ、少なくとも生後1年目まで発達し続ける[17] 。幼児期には、脳回形成の程度がさらに増加し​​、その後は安定すると考えられてきた。しかし、Armstrongら[18]による死後分析では、1歳まで大脳皮質の折り畳みが著しく過剰に発達し、その後成人期まで減少することが観察された。

この発見は、脳の成熟過程におけるGI値を調査した最近のMRI研究によって裏付けられています。Raznahanら[19]は、思春期における脳回形成の全体的な減少を示しました。さらに最近では、Mutluら[20]が、前頭皮質と頭頂皮質におけるGI値が6～29歳で低下することを示しました。これは、少数の子供と青年を対象に脳回形成測定の新しいアプローチを適用したSuら[21]のデータと一致しています。最後に、Hogstromら[22]のデータは、脳回形成の変化が老年期まで続くことを示唆しています。

本研究では、MRIデータの全脳GI値を調査することにより、思春期の女性化の発達を包括的に特徴付けることを目指した。 さらに、GMパラメータ（皮質の厚さ、体積および表面積）ならびにWM体積推定値を得て、回転の年齢依存性変化とGM / WMパラメータとの間の関係を決定した。 本発明者らの結果は、思春期の間の大脳皮質の進行中の解剖学的修飾を強調する、前中心領域、側頭部領域および前頭領域のような、重なり合うが異なるGM変化の領域においても起こるGI値の広範な減少を示す。

材料と方法

一般

12歳から23歳までの右利きの参加者85名（男性36名、女性49名）を地元の高校とフランクフルト・ゲーテ大学から募集し、精神疾患、神経疾患、薬物乱用の有無についてスクリーニングを行った。すべての参加者から書面によるインフォームドコンセントを得た。18歳未満の参加者については、保護者から書面による同意を得た。ハンブルガー・ウェクスラー知能検査バッテリー（HAWI-E/K）[23]、[24]を実施した。MRIデータが不足または不完全であったため、6名の参加者を除外した。本研究はフランクフルト・ゲーテ大学の倫理委員会の承認を得た。

MRデータ収集

構造磁気共鳴画像は、RF送信と信号受信にCPヘッドコイルを使用した3テスラSiemens Trioスキャナ（Siemens、ドイツ、エアランゲン）で取得しました。T1強調3次元（3D）磁化準備高速取得勾配エコー（MPRAGE）シーケンスを以下のパラメータで使用しました：繰り返し時間（TR）：2250 ms、エコー時間（TE）：2.6 ms、視野（FOV）：256×256 mm 3、スライス数：176、ボクセルサイズ：1×1×1.1 mm 3。

表面再構成

MRIデータはFreeSurferソフトウェアバージョン5.1.0（http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu）[25]、[26]の表面および体積パイプラインで処理され、皮質厚、灰白質および白質の体積、皮質表面積、3次元局所脳回指数（lGI）、および推定頭蓋内体積（eTIV）の推定値が得られた。標準的なFreeSurferパイプラインに従い、自動的に再構築された表面の精度を検査し、必要に応じてFreeSurfer補正ツールを使用した手動介入を行った。

前処理には、タライラッハ変換、モーション補正、強度正規化、非脳組織の除去、灰白質と白質の境界のセグメンテーションとテッセレーション、自動トポロジー補正と表面変形が含まれ、詳細は他の文献[25]、[27]～[29]に記載されている。さらに、個体間解析のために球面アトラス登録、膨張、および皮質表面の脳回/脳溝に基づく区分化が実行され、半球ごとに33の皮質領域が得られた[30]。

皮質の厚さ、皮質の表面積およびGM容量

皮質厚は、テッセレーションされた表面上の各点（頂点）における白質境界と灰白質表面間の距離として測定された[27]。皮質表面積マップは、標準化された表面テッセレーション内の各三角形の面積推定によって生成された[31]。面積推定は、球面アトラス登録によって個々の皮質空間にマッピングされた[32]。これにより、相対的な面積の拡大または圧縮の頂点ごとの推定値が得られた[33]。灰白質体積の推定値は、皮質厚の測定値と皮質表面上の対応する頂点の周囲の面積から導出された[34]。

3-D局所文字化インデックス（lGI）

3-D lGI が計算されました[35]。これは以前の MR 研究[36]、[37]で使用されています。簡単に言うと、lGI は皮質表面の 3D 再構成を含み、脳回形成の程度は、円形の関心領域で見える皮質の量と比較して、脳溝のひだ内に埋もれた皮質表面の量として定義されます[38]。最初のステップでは、形態学的閉鎖手順によって、軟膜表面をぴったりと包み込む三角形の外面が作成されました。軟膜メッシュをバイナリボリュームに変換した後、球体を生成するために、直径 15 mm を使用して主要な脳溝を閉じました[35]。円形の関心領域 (ROI) を作成するために、最適な解像度を得るために、複数の脳溝を含むように半径 25 mm を選択しました[38]。頂点の初期 lGI 値は、外側の ROI の表面と軟膜表面の表面との比として定義されました。統計的比較のために、外側のlGI値は個々の座標系にマッピングされ、個体間の溝のずれが軽減されました[35]。

WMボリューム

分割された皮質灰白質領域の下の領域的な白質体積が推定された。各白質ボクセルは、5 mmの距離制限で最も近い皮質灰白質ボクセルにラベル付けされ、対応する33の脳回ラベル付けされた灰白質領域の33の白質体積が得られた[39] 。これは以前の研究[9]、[40]で使用されている。

推定頭蓋内容量（eTIV）

FreeSurferパイプラインにおける推定頭蓋内体積（eTIV）は、アトラス正規化手順から導出された。アトラススケーリング係数（ASF）は、個人をアトラスターゲットに合わせるための体積スケーリング係数を表し、各eTIVの計算が実行された[41]。

統計分析

解析手順は図 1にまとめられています。79 人の参加者全員の右半球と左半球の表面を平均化し、個々の表面を平均球面座標系に再サンプリングしました。信号対雑音比を高めるため、皮質厚、灰白質体積、皮質表面積の推定には 20 mm の半値全幅 (FWHM) 平滑化を、lGI には 5 mm FWHM 平滑化を使用しました。

図1 

lGI値のステップと解剖学的パラメータとの相関関係（GM / WM容量、皮質表面積および皮質厚さ）を分析します。

最初のステップでは、全脳の lGI 値、皮質厚、皮質表面積、および灰白質の体積を頂点ごとの解析で調査しました。一般線形モデル (GLM) を使用して、年齢がさまざまな解剖学的パラメータ (lGI、皮質厚、皮質表面積、および灰白質体積) に及ぼす影響を分析しました。すべての解析は、性別と eTIV の影響を制御しながら実行しました。多重比較を補正するために、偽発見率 (FDR) [42]アプローチを採用し、皮質厚、表面積、および灰白質体積の基準は q 0.05、lGI 推定値の基準は q 0.005 としました。lGI 値は皮質厚、皮質表面積、および灰白質体積と比較して広範囲にわたる年齢依存的な変化を示すため、異なる統計的閾値を選択しました。さらに、年齢、性別、および eTIV の影響を制御したすべての解剖学的パラメータについて、年齢2と年齢3 の影響を分析しました。

領域サイズの推定値を得るために、lGI 値が最も大きい頂点とその対応する Talairach 座標を選択し、FreeSurfer ( http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster ) の自動 mri_surfcluster 関数を適用しました。さらに、最も若い参加者グループ (年齢: 12～14 歳、n = 13 ) と最も高齢の参加者グループ (年齢: 21～23 歳、n = 18) の平均値を比較することにより、年齢依存的な変化が最も大きい脳領域について Cohen の d [43] を取得しました。効果量は図の凡例に記載されています。

次に、年齢依存的な lGI 効果と皮質厚、皮質表面積、および GM/WM 体積の変化との間のピアソン相関係数を調べました。WM 体積データを含めるために、区分ベースの領域分析を実行しました。顕著な年齢 lGI 効果 (統計的閾値 p<10 −4 ) を持つ各半球の頂点ごとの分析から 4 つの頂点を FreeSurfers の脳回ベースの領域[30]に割り当て、対応するラベルの平均皮質厚、GM/WM 体積、および皮質表面積を抽出しました。

結果

lGIの加齢変化のバーテックス解析

左半球の12クラスターと右半球の10クラスターではlGI値は年齢とともに減少した（0.005でのFDR）（図2 (NAIST) と and3,3, テーブル1） 最大のｌＧＩ減少を有する脳領域は、左前中心に局在した（領域サイズ＝ ＸＮＵＭＸ ｍｍ）。2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-8.42、BA 6および7）、左前正面（面積サイズ= 3804.76 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-5.69、BA 10）、左下 - 一時的（領域サイズ= 2477.53 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.61、BA 19、20、および37）、左外側眼窩（領域サイズ= 1834.36 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.45、BA 47および11）および右中心前皮質（面積サイズ= 12152.39 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-7.47、BA 6および7）、右辺三角（領域サイズ= 271.76 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.57、BA 10および46）、右吻側 - 中央前頭（面積サイズ= 1200.69 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.57、BA 9）および上頭頂（面積サイズ＝ 1834.36 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.26、BA 19および39）。 0.005でのFDRでのlGI値の変化および非線形（立方）軌跡に従った文字化の年齢に関連した減少について、性別の有意な影響は見られなかった（図3).

図2 

青年期における局所的糖化指数（lGI）の全脳解析
図3 

年齢とlGI値との間に有意な相関がある9つの脳領域の散布図。
テーブル1 

加齢による加齢化の減少

皮質厚さ、GM体積および皮質表面積における年齢依存性変化の頂点毎の分析

皮質の厚さは前頭上部で最も顕著に減少した（面積サイズ= 2608.63 mm2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-7.13、BA 6、8および9）および吻側中央正面（面積サイズ= 12859.08 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-6.08、BA 11、44、45および46）左半球の皮質と右半球の前中心部のクラスター（面積= 14735.38 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-6.16、BA 6、44および45）（図4） 皮質の厚さの減少は立方体の軌跡（R2 =左吻側-中前頭回の場合は0.191、R2 =左上前頭およびRの場合は0.1262  =右中心前回クラスターの場合は0.134）。 さらに、上前頭回（面積サイズ= 45212.15 mm）に局在するGM体積の年齢依存性の両側性減少を発見しました。2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-7.60、BA 6、8、および9）左半球の葉および眼窩軌道に広がる（面積サイズ= 19200.11 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-6.68、BA 44、45および47）および下 - 頭頂部（面積= 16614.72 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-5.03 右半球の葉（BA 19および39）図4） GM体積の減少は立方体の軌跡に従った（R2 =左上前頭回の場合は0.132、R2 =右眼窩部およびRの場合は0.1852 =右下頭頂小葉クラスターの場合は0.204）。

図4 

GM体積、皮質厚さ、皮質表面積、および膠化の間の年齢に関連した変化の比較

表面積については、我々は前中心部の有意な減少を見出した（面積サイズ＝ ＸＮＵＭＸ ｍｍ2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-9.64、BA 4）、尾側中央前頭（面積サイズ= 609.mm2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-6.03、BA 6）および上限界（面積サイズ= 1647.24 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.88、ＢＡ ＸＮＵＭＸ）は左半球に集まる。 表面積は右半球で前中心部で最も顕著に減少した（面積サイズ= 22 mm2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-6.34、BA 4）、下頭頂（面積サイズ＝ 1248.36 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-5.99、BA 7）および上頭頂（面積サイズ＝ 652.77 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.11（BA 7）皮質（図4） 表面積の減少は立方体の軌跡（R2 =左中心前回の場合は0.095、R2 = 0.026左尾側-中前頭回、R2 = 0.024左縁上回、R2 = 0.116右半球、R2 = 0.156右上頭頂小葉およびR2  =右中心前回クラスターの場合は0.046）。 0.005のFDRでの皮質の厚さ、GM体積、および表面積の変化について、性別の有意な影響は見られませんでした。

木化、皮質厚、表面積およびGM / WM体積の間の相関

lGI値とGM/WMの変化との関係を調べるために、年齢依存的な脳回形成の変化が最も大きい8つの領域を選択し、lGI値と皮質厚、皮質表面積、GM/WM体積との相関を調べました（図5、表2）。皮質表面積とGM体積とlGI値の間には、大きく正の相関が見られました。皮質厚とlGI推定値との相関では、このような関係は見られませんでした。WM体積の増加も、いくつかの前頭葉領域と頭頂皮質における脳回形成の増強と、GM体積や表面積よりも弱いながらも有意な関係を示しました。

図5 

FreeSurfers Desikanのラベル付けに基づいて、XNUMXつの関心領域（ROI）を選択して、lGI、皮質の厚さ、GMの体積、皮質の表面積、およびWMの体積の関係を分析しました。
テーブル2 

平均lGI値と厚さ、WM、GM体積および表面積との間の相関。

解剖学的パラメータの変化と年齢との間の非線形関係：頂点ごとの解析

lGI

16（左半球）と7 Clusters（半球）が見つかりました2 とlGIは負に相関していた（図S1） 最強の時代 2 lGIへの影響は左上前頭葉に局在した（面積サイズ= 2147.01 mm2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-5.48、BA 8、9、および10）、左上頭頂（面積サイズ= 5233.35 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.51、BA 1、2、3、および4）および左ペリカルカリン（面積サイズ= 243.34 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-3.80、ＢＡ ＸＮＵＭＸ）クラスタ。 右半球では、前中心部（面積＝ 17 mm）で影響が見られた2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-4.81、BA 1、2、3、4、および6）、ポストセンター（面積サイズ= 465.07 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-3.53、BA 1、2および3）および上前頭皮質（面積サイズ= 330.55 mm）2、ｐ ＝ ＸＮＵＭＸ-3.48、BA 8）。

lGIに対する年齢の3次効果は、18（左半球）および7（右半球）のクラスターで認められた。最も強い3次効果を示す領域は、左半球では大きな上部前頭（面積 = 5598.96 mm 2、p = 10 −6.54、BA 8、9、10、11、45、46、47）、上部頭頂（面積 = 11513.02 mm 2、p = 10 −6.11、BA 1、2、3、4、5、6、7、8、9）、および傍カルカリング（面積 = 292.35 mm 2、p = 10 −3.73、BA 17）のクラスターに局在していた。右半球では、最も強い立方年齢とlGIの関係が前中心回（面積 = 5862.33 mm 2、p = 10 −5.52、BA 6、4、5、および7）、尾側中前頭回（面積 = 503.66 mm 2、p = 10 −3.56、BA 8および9）、および中側頭回クラスター（面積 = 152.44 mm 2、p = 10 −2.98、BA 21）で見られた。

GMW

2歳時のGMVへの影響は左半球に限られていた（図S2）。最も強い影響は、弁蓋部（面積 = 630.89 mm 2、p = 10 −4.35、BA 13、44、45）、傍中心皮質（面積 = 495.23 mm 2、p = 10 −4.11、BA 4、6、31）、下頭頂皮質（面積 = 144.45 mm 2、p = 10 −3.71、BA 39、22）の広範囲に見られた。

GMVに対する年齢の3乗効果は、左半球の3つの皮質に位置していた。帯状回後部（面積 = 175.00 mm 2、p = 10 −4.55、BA 31）、下前頭回弁蓋部の一部（面積 = 124.78 mm 2、p = 10 −4.25、BA 44）、および上側頭溝の縁（面積 = 7.12 mm 2、p = 10 −3.61、BA 39）の1つのクラスターは、年齢3とlGIの関係が有意であった（図S2）。

CT/SA: CTとSAについては、 2歳/ 3歳における有意な影響は認められませんでした。

議論

本研究の結果は、思春期における大脳皮質の脳回形成パターンの広範な変化を明らかにしている。これまでの死後研究[18]およびMRI研究[19]～[21]では、発達後期にlGI値が低下することが示されていたが、変化の程度、関与する脳領域、および同時進行する解剖学的プロセスとの関係は不明のままであった。lGI値が最も大きく低下した皮質領域は、中心前回、側頭葉、および前頭葉であった。これらの脳領域は、灰白質の変化によって特徴付けられる領域と部分的にしか重なっておらず、効果量は皮質厚および灰白質体積の範囲内以上であったことから、観察された脳回形成の変化は、思春期における大脳皮質の追加的かつ重要な変化を表していることが示唆される。

ＩＧ１変化の皮質領域

脳回形成の減少が特徴的な最大の皮質領域は、BA 3、6、7 を含む前中心皮質のクラスターでした。これに対し、灰白質の厚さと体積の変化は前頭皮質 (BA 8 および 9) と側頭皮質 (BA 20 および 21) に集中しており、これは以前の縦断研究のデータと一致していますが[6]、lGI 値の低下とは部分的にしか重なっていませんでした。

前中心回、後中心回、縁上回、上頭頂皮質にまで及ぶ前中心回クラスターは、思春期の脳の成熟に一貫して関与しているとは言えないものの、これらの脳領域が認知や行動の継続的な変化に関連している可能性を示唆する証拠がある。Ramsden らによる最近の研究[44]では、思春期の知能の変動が左運動言語領域の灰白質変化と密接に関連していることが示された。同様に、経頭蓋磁気刺激 (TMS) [45]および EEG [46]を用いた研究で明らかになったように、運動皮質には継続的な改善が見られる。最後に、BA 7 は、ワーキングメモリ (WM) などの思春期の高次認知機能の基盤となる皮質ネットワークの発達に不可欠である。なぜなら、上頭頂皮質の BOLD 活動は、WM 項目の操作中に発達的に大幅に増加するからである[47]。

IGl値に顕著な変化が見られた2番目の領域は前頭皮質であり、これは思春期の解剖学的変化や行動の変化と一貫して関連付けられてきた。本研究では、前頭極（BA 10）、眼窩前頭皮質（BA 11）、下前頭回（BA 47）でlGI値の低下が認められた。多くの研究で、これらの領域は認知抑制の改善[48]、リスクテイク[49]、メンタライゼーション[50]など、思春期の行動変化に中心的に関与していることが示されている。

最後に、BA 19、20、37 に対応するクラスターで脳回形成の大幅な減少が見られました。このクラスターは、初期視覚野と物体認識に特化した皮質領域で構成されています。高次認知機能の変化に加えて、青年期は単純および複雑な視覚刺激によって誘発される神経振動の改善[51]、[52]、および腹側経路での物体処理の成熟[53]とも関連しています。

年齢と lGI の強い二次効果は、左上前頭葉 (BA 8、9、10) および右半球前頭葉 (BA 8) クラスターで見られ、これは Hogstrom らによる以前の研究 ( 22)と一致しています。年齢と lGI の三次関係は、左上前頭葉 (BA 8、9、10、11、45、46、47)、上頭頂葉 (BA 1、2、3、4、5、6、7、8、9)、右尾側中前頭葉 (BA 8、9) および中側頭葉 (BA 21) 領域に局在しています。

したがって、現在のデータは、思春期の脳回形成の発達に関与する領域に関する新しい視点を提供しており、全体としては直線的な発達軌跡を特徴としているが、一部の領域では曲線的および3次的な効果を示している。サンプルサイズが小さい以前の研究[20]、[21]では、主に側頭葉、頭頂葉、前頭葉領域におけるGI値の変化が確認された。さらに、Mutluら[20]は、前頭前野領域において、年齢とともにlGIが女性よりも男性で急激に減少することを観察したが、これは本研究では確認されなかった。

青年期における皮質畳み込みの発達：GM / WM変化との関係

発達中の脳回形成の変化については、いくつかのメカニズムが提案されている[54]。Van Essen [55]は、大脳皮質の折り畳みパターンは軸索に沿った機械的張力によって説明できると示唆した。この理論によれば、脳回の形成は、張力が強く相互接続された領域を引っ張ることで、密に連結された領域間の機械的力の結果である。さらに、別の説明では、皮質の内側層と外側層の間の成長の差の役割が強調されている[17] 。最後に、皮質の折り畳みは遺伝的制御下にある[56]こと、成熟した皮質には性差が存在する[57]という証拠がある。

現在の研究では思春期の木化の減少の根底にあるメカニズムへの洞察はできませんが、GMとWMのパラメータの変化との比較は、観察された皮質の折り畳みの変化が進行中の解剖学的修正によって影響されるかどうかの問題にとって重要かもしれません。 現在の研究の重要な発見は、ＩＧＩ値の減少が、ＧＭの体積および厚さの減少とは大きく異なる皮質領域で起こるということである。 顕著な年齢依存性の減少およびＧＭ ／ ＷＭパラメータによって特徴付けられた領域におけるＩＧＩ値の間の相関関係は、しかしながら、皮質の折り畳みの程度はそれにもかかわらずＧＭ体積および表面積に関連することを示唆している。 具体的には、本発明者らは、増加したＩＧＩ値と表面積およびＧＭの体積との間に正の関係を観察した。 興味深いことに、GMの厚さの場合はそうではありませんでした。 最後に、WM量も5皮質領域のうち7におけるより高いlGI値に寄与した。

木化、行動および精神病理学

思春期における皮質褶曲の広範な減少とlGI値の低下に伴う大きな効果量にもかかわらず、思春期における認知と行動の変化への影響はまだ確立されていない。これまでの研究では、前頭葉領域の皮質褶曲の個人差が成人の実行機能に影響を与えること[58] 、瞑想[59]などの行動修正が脳回形成に影響を与えることが示されており、皮質褶曲が認知と経験依存性可塑性において役割を果たしていることが示唆されている。

さらに、脳回形成パターンが精神病理と関連しているという証拠が多数あり、脳回形成の発達的変化と認知や行動との関係を理解することの重要性が強調されています。ウィリアムズ症候群（WS）や自閉症スペクトラム障害（ASD）などのいくつかの神経発達障害は、異常な皮質折り畳みパターンと関連しています。具体的には、WSの参加者は、視覚構成障害に大きく関与する頭頂後頭領域の溝の深さの減少を特徴としています[60]。対照的に、ASDの脳回形成パターンは、正常に発達している子供と比較して折り畳みの増加を特徴としています[61]。

統合失調症は、思春期から成人期への移行期に典型的に発症する重篤な精神疾患であり、異常な脳回形成も伴います。死後研究[62]およびMRI研究[63]、[64]では、特に前頭前野における皮質折り畳みの増加が観察されており、これはリスクのある被験者における統合失調症の発症を予測するものです[65]。さらに最近では、折り畳みの欠陥は、初回精神病エピソードにおける治療反応不良を予測することも示されています[66]。

我々のデータは、皮質の折り畳みが青年期に大きな変化を受けることを強く示唆しているので、一つの可能​​性は、早期の神経発達の影響に加えて青年期の異常な脳発達が新皮質の異常な解剖学的構造および認知機能障害および臨床症状の発現に寄与するということである。

結論

この知見は、青年期が大脳皮質の構造の根本的な変化を含むという見解を支持している。 具体的には、大脳皮質の広い領域、特に前中心部、前頭部および側頭部において、皮質の折り畳みパターンが顕著な変化を受けることを示すことができる。 将来の研究では、神経心理学的データとfMRIやMEGなどの機能的な脳画像法との相関関係を通じて、行動、認知および生理機能の同時変化に対するこれらの修正の機能的関連性を確立する必要があります。

サポート情報

図S1

全脳における局所脳回指数（lGI）に対する非線形年齢効果、頂点ごとの解析を平均テンプレート脳に投影。上段：左半球（左）と右半球（右）について、側面図と内側図から年齢2の影響を示す。下段：左半球（左）と右半球（右）について、側面図と内側図から年齢3とlGIの相関関係を示す。青色は年齢の上昇に伴うlGI値の有意な減少を示し、暖色はlGIの増加を示す。すべての解析は、性別、eTIV、年齢（線形）の影響を制御して実行した。注：性別、eTIV、年齢（線形）、年齢2の影響を制御しても、年齢3とlGIの間に有意な相関関係は見つからなかった。

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図S2

全脳におけるGMVに対する非線形な年齢効果、頂点ごとの解析を平均テンプレート脳に投影したもの。左：左半球のGMVに対する年齢2の影響を外側および内側から見た図。右：左半球の年齢3の影響を外側および内側から見た図。青色は年齢の増加に伴うGMVの有意な減少を示し、暖色はGMVの増加を表す。すべての解析は、性別、eTIV、および年齢（線形）の影響を制御して実行した。注：性別、eTIV、年齢（線形）、および年齢2の影響を制御しても、年齢3とGMVの間に有意な相関は見られなかった。

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謝辞

MRIデータ収集のお手伝いをしてくれたSandra Antiに感謝します。

財務諸表

この作品は、マックスプランク協会（PJ Uhlhaas）と文部科学省（R32-10142、CE Han）から資金提供を受けた韓国国立研究財団によって支援されました。 資金提供者は、研究デザイン、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の作成には何の役割もありませんでした。

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