ヒト大脳皮質（2008）の神経発達軌跡

J Neurosci。 2008 Apr 2;28(14):3586-94. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5309-07.2008.

ショウP1, カバニニュージャージー州, Lerch JP, エックストランドK, Lenroot R, Gogtay N, グリーンスタインD, クラッセンL, エヴァンスA, Rapoport JL, ギードJN, ワイズSP.

抽象

大脳皮質の組織を理解することは、神経科学の中心的な焦点であり続けます。 皮質マップは、構造的、建築的マップを構築するために、死後の組織の検査にほぼ独占的に依存してきました。 これらのマップは、識別可能な層が少なく、全体的な層流パターンが複雑でなく、内部の粒状層がない領域と、より複雑な層流構造を持つ領域を常に区別しています。 前者にはいくつかの無顆粒辺縁系領域が含まれ、後者には同型および顆粒状の連合野と感覚皮質が含まれます。 ここでは、これらの従来のマップを非侵襲的ニューロイメージングからの発達データに関連付けます。 皮質の厚さの変化は、764人の典型的に発達している子供と若い成人から縦方向に取得された375の神経解剖学的磁気共鳴画像からinvivoで決定されました。 大脳全体の皮質成長の複雑さのレベルが異なり、確立された建築マップと密接に一致していることがわかります。 ほとんどの辺縁系領域を含む、単純な層状構造の皮質領域は、主に、より単純な成長軌道を示します。 これらの領域は、すべての哺乳類の脳で相同体を明確に特定しているため、初期の哺乳類で進化した可能性があります。 対照的に、層状構造の観点から最も複雑な領域である皮質の多感覚および高次連合野も、最も複雑な発達軌道を持っています。 これらの領域のいくつかは、霊長類に固有であるか、霊長類で劇的に拡大しており、調査結果に進化的重要性を与えています。 さらに、これらの発達軌道の重要な特性（皮質の厚さがピークに達する年齢）をマッピングすることにより、タイムラプスシーケンス（「映画」）を通じて大脳皮質の動的な異時性成熟を記録します。

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概要

ヒト大脳皮質の大部分の地図は、細胞体またはミエリンの分布などの組織学的特徴、そしてより最近では分子マーカーに従って分類した。フォン・エコノモとコスキナス、1925; Ongurら、2003; Zilles et al。、2004） いくつかの種の間での同様の分類の比較は進化論的展望を提供し、そしてそのような分析は二つの広い皮質タイプを同定した。 1つのタイプであるallocortexは、爬虫類におけるその同族体に強く似ている原始的な3層の形をしています。 もう1つのタイプ、等皮質はそのような同族体を欠き、3層以上（通常は6層）と求心性および遠心性の投射のより複雑なパターンを特徴とするより派生した構造を持っています（カース、1987; Puelles、2001; Allmanら、2002; ストライター、2005） 割り当て皮質と等皮質との間では、時々「移​​行皮質」と呼ばれる領域は中間的な性質を有する。 の構造的ニューロイメージングの使用 インビボの 脳を発達させながら、我々はこれらの異なる種類の皮質が小児期および青年期におけるそれらの成長の軌跡において異なるレベルの複雑さを示す可能性を探った。

計算神経解剖学を使用して、我々は40,000健康な子供と青年のコホートで大脳全体を通して375ポイント以上の皮質厚を定義した。 皮質の厚さは、皮質の柱状構造を捕らえ、典型的には発展途上の集団および臨床集団の発達の変化に敏感であるという尺度として選択された。Lerchら、2005; O'Donnell et al。、2005; Makrisら、2006; Shawら、2006a,b; Luら、2007; Sowellら、2007).

我々のコホートの子供たちの大部分は神経解剖学的画像診断を繰り返していた、そしてそのような縦断的データは横断的データと組み合わせて発達変化をモデル化することができ、縦断的データは特に有益である。 皮質の厚さの場合、経時的な変化を表すのに適した最も単純な軌跡は直線です。 より複雑な成長モデルには皮質の厚さの増減の異なる段階が含まれます。2次モデルにはそのような2つの段階があり（通常は減少する前にピークに達する初期増加）、3次モデルには3つあります。 成長の複雑さは大脳皮質間で異なる可能性があり、我々はこの変化が細胞構造特性と一致するかどうかを探求しようとしました。

さまざまな変曲点に達する年齢など、発達曲線の派生特性は、発達指標として頻繁に使用されます（Tannerら、1976; Jolicoeurら、1988） 皮質厚さについては、ピーク皮質厚さに達する年齢（増加が皮質厚さの減少に転じる点）は、立方体または二次（線形ではない）のいずれかの軌道を有する皮質点について決定することができ、したがって皮質発達の潜在的に有用なインデックス。 したがって、我々はさらに、大脳を横切るピーク皮質厚さを達成するパターンを調べて、一次感覚領域が多峰性の高次会合領域の前にピーク皮質厚さを達成する、ヘテロクロノスシーケンスの以前の観察を確認および拡大する。Gogtay et al。、2004).

材料と方法

参加者。

精神障害または神経障害の個人歴または家族歴のない健康な子供である355人の子供および青年が、合計で764個の磁気共鳴画像を有していた。 各被験者はスクリーニングツールとして小児行動チェックリストを完成させ、その後、精神科または神経学的診断を除外するために小児精神科医による構造化された診断面接を受けました。Gieddら、1996） 掌性は、PANESS（ソフトサインの身体的および神経学的検査）を使用して決定され、336（90％）は主に右利き、20（5％）は主に左利き、および19（5％）は両親媒性であった。 平均知能指数（IQ）は、年齢に応じたWechsler Intelligence Scalesのバージョンから決定される115（SD、13）です（Shawら、2006b） 社会経済的地位（SES）はHollingsheadスケールから決定され、平均スコアは40（SD、19）（Hollingshead、1975） 年齢の範囲は3.5から33歳までで、スキャンの年齢分布は次のとおりです。 図1。 被験者は292の異なる家族から来ました。 196（52％）は男性でした。 年齢範囲は3.5から33歳までです。 すべての被験者は少なくとも1回のスキャンを受けた（初回スキャン時の平均年齢、12.3歳、SD、5.3）。 203（54.1％）には少なくとも2回のスキャンがありました（平均年齢、13.8、SD、4.6）。 106（28.3％）には少なくとも3回のスキャンがありました（平均、15.3、SD、4.2）。 57（15.2％）には4回以上のスキャンがありました（平均18、SD 4.5）。

図1。 

データの年齢分布 各スキャンの年齢は青い菱形で示されます。 各被験者について、最初のスキャンは常に一番左です。 スキャンを繰り返す被験者は、最初のスキャンの年齢とその後のスキャンの年齢を結ぶ水平線が描かれます。

神経イメージング

ＸＮＵＭＸ − Ｔ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）Ｓｉｇｎａスキャナーで定常状態の３次元スポイルグラジエントリコールドエコーを使用して、隣接するＸＮＵＭＸ ｍｍアキシャルスライスおよびＸＮＵＭＸ ｍｍコロナルスライスを有するＴＸＮＵＭＸ加重画像を得た。 画像化パラメータは以下の通りであった：エコー時間、ＸＮＵＭＸミリ秒。 繰り返し時間、1ミリ秒。 フリップ角、1.5°。 取得マトリックス、ＸＮＵＭＸ×ＸＮＵＭＸ。 興奮の数、2.0。 そして視野、1.5 cm。 ヘッドの配置は前述のように標準化されました（Gieddら、1999） 研究を通して同じスキャナーを使用した。 ネイティブのＭＲＩスキャンは、線形変換を使用して標準化された定位空間に記録され、不均一性アーチファクトについて補正された（Sled et al。、1998） 登録され補正された量は、高度なニューラルネット分類器を用いて白質、灰白質、CSF、および背景に分割された。Zijdenbos et al。、2002） まず白質表面にフィットし、次に白質表面の各頂点とその灰白質表面の対応物との間の既知の関係を定義する灰白質−ＣＳＦ交点を見つけるために外方に広がる表面変形アルゴリズムが適用された。 皮質の厚さはこれらのリンクされた頂点間の距離として定義されます（そしてそのような頂点では40,962で測定されます）（マクドナルド他、2000） 30-mm帯域幅ぼかしカーネルを適用しました。 このサイズは、この帯域幅が統計的検出力を最大化し、同時に誤検出を最小化するという人口シミュレーションに基づいて選択されました。Lerch and Evans、2005） 30 mm拡散平滑化演算子を使用して表面に沿ってぼかしが皮質トポロジー的特徴を保存し、等価体積ガウスぼかしカーネルよりもかなり少ない皮質を表すので、このカーネルは解剖学的局在化を可能にする。

皮質の厚さの専門家による手動の神経解剖学的推定に対するこの自動化された手段の有効性は、成人集団における選択された皮質領域について以前に実証されている（Kabani他、2001私たちは、この検証研究を私たちの小児集団で、元の研究に含まれていた皮質領域（前後中央回、上前頭回、上前頭回、楔状部、上頭頂小葉および上顎前回）で繰り返した。Kabani他、2001） 我々はまた、この研究のために特に関心のある地域を調べた。 これらは、島、眼窩前頭皮質（その前部、後部、内側および外側部で両側測定）、および内側皮質領域（前部および後部帯状回、内側背側前頭前野、および海馬傍回）であった。 20人のスキャンがコホートから無作為に選ばれた（年齢6から15まで）。 各脳領域について、神経解剖学者（NK）は画像解析ソフトウェアを使用した。マクドナルド、1996）皮質の外面を表すCSFと灰白質の境界上の1点またはタグ、および皮質の内面を表す灰白質とボーダーの境界の別の点。 自動化ツールによって使用されるアルゴリズムを模倣して、２つのタグ間の距離を計算した。 神経解剖学者によって皮質外面上に配置された所与のタグについて、自動的に抽出された皮質面上の最も近い頂点が識別され、その関連する皮質厚さが記録された。 手動および自動方法の出力は、反復測定ANOVAとそれに続く対を用いて比較した。 t 地域の違いを確認するためのテスト。 自動推定値がマニュアルの平均値（平均値、4.62、SE、0.06）よりも大きく（平均値、4.41、SE、0.04）、測定タイプに大きな違いがありました。 F(1,684) = 8.8、 p = 0.02） 測定の種類と地域の間には有意な相互作用がありました。F(35,684) = 2.59、 p <0.001）これはさらに調査されました。 全体として、30地域のうち36地域で手動測定と自動測定の間に有意差はなく、中心前回、左中心後回、中前頭回、直回、楔部でパフォーマンスの低下が認められました。左半球。 特に、これらの領域のXNUMXつだけが、この研究で特に関心のある領域（左回直回）にあります。 年齢と自動推定と手動推定の違いの間に相関関係はありませんでした（r = 0.02、 p = 0.53） このように、2つの測定基準間の差が、年齢に関連した大きな偏りを持っているという証拠はありませんでした。

各皮質点における発達軌跡を決定するために、混合モデル回帰分析を選択した。それは、一人当たり複数の測定値、データの欠落、および測定間の不規則な間隔を含めることを可能にする。Pinheiro and Bates、2000） 発達軌道の我々の分類は、ステップダウンモデル選択手順に基づいた：各皮質点で、混合効果多項式回帰モデルを使用して皮質厚をモデル化し、立方体、二次および線形年齢効果について試験した。 立方体年齢効果が有意ではなかった場合 p <0.05の場合、削除され、XNUMX次モデルなどにステップダウンしました。 このようにして、各皮質点の発達を、年齢のXNUMX次、XNUMX次、または線形関数によって最もよく説明されるものとして分類することができました。 XNUMX次モデルはXNUMX次モデルよりも複雑であると見なし、XNUMX次モデルは線形モデルよりも複雑であると見なされます。 各個人の変量効果は、各家族の変量効果内にネストされていたため、個人内と家族内の両方の依存を説明しました。 したがって、立方体モデルの皮質点の場合、 kの皮質の厚さ iの個人 j番目の家族は厚さとしてモデル化されました私は =インターセプト+ dij +β1（年齢）+β2*（年齢）** 2 +β3*（年齢）** 3 + e私はここで、 dij 人と家族の依存の範囲内でモデル化された入れ子のランダム効果であり、切片とβの項は固定効果であり、 e私は 残差を表します。 二次モデルには立方体年齢期間がなく、線形モデルには立方体および二次年齢期間がありません。 共変量としてSESとIQを入力して分析を繰り返した。

ピーク皮質厚さが達成された年齢は、近似曲線の一次導関数から立方体モデルおよび二次モデルについて計算された。

結果

外側前頭葉、外側頭側頭頂、頭頂および後頭の等皮質の大部分を通して、発達の軌跡は立方体であり、初期の小児期の増加期間に続いて青年期の衰退およびその後の成人期における皮質厚の安定化が続く（図2） 増加と減少を特徴とするが、生後30年以内に安定期を欠く成長（二次モデル）が、島内および前帯状皮質の多くに見られる。 後眼窩前頭および前頭乳頭、梨状皮質の一部、内側側頭皮質、下側帯状域、および内側後側頭皮質に直線の軌跡が見られる。 立方体、二次または線形の軌跡を有する代表的な領域からの個々のデータ点を示すグラフを図４に示す。 図3.

図2。 

大脳皮質全体の発達軌跡の複雑さ 脳マップは立方体（赤）、二次（緑）または線形（青）の発達軌跡を持つ頂点を示しています。 グラフは、これらの各部門の成長パターンを示しています。 背面、右外側、左内側、左外側、および右内側のビューがあるために。 脳梁が黒くなっています。

図3。 

当てはめられた軌跡をピンクで重ね合わせた、青で生の皮質厚さデータを示すグラフ。 交流、最初の3つの画像は、代表的な領域の平均皮質厚さと軌道を順番に示しています。a; 緑で見られる二次軌道を持つ島の部分 図5 (b; 眼窩前頭皮質の直線状の軌跡を持つ部分。 図4 (c).

組織学的アトラスを使用してサイトアーキテクトニック場を割り当てることにより、異なるサイトアーキテクトクロン型の皮質領域に関する発達軌跡の複雑さを調べた。Ongurら、2003） この分析は、基本的な種類の皮質と皮質発達のパターンとの間の明らかな類似性を明らかにした。 眼窩前頭皮質は、皮質の種類と発達の軌跡との間の対応を例示しています（図4） この領域の最も前方の部分では、立方体の軌跡が前頭極と外側眼窩前頭領域の同型（6層）等皮質を特徴付ける。 対照的に、後眼窩表面の大部分の皮質は、比較的単純な二次および線形の成長軌道をたどる。 この領域は、移行皮質に典型的な積層パターンを有する：同型同質皮質と比較して、それはより少なく、より発達の少ない層を有し、層ＸＮＵＭＸの非錐体細胞の明確な濃度、内部顆粒層を欠く。ブロックハウス、1940; メスラムとマフソン、1982; Ongurら、2003） この領域の最も後方の部分では、直線的および二次的な成長が嗅状皮質、嗅覚を補助する原始的な割り当てられた領域を特徴付ける。

図4。 

A標準的な脳のテンプレートに投影、眼窩前頭皮質全体の発達の軌跡の複雑さ。 前方および外側眼窩前頭皮質は立方体のフィット感（赤）を持っています。 内側および後方眼窩前頭皮質は、より単純な二次（緑色）および線形（青色）の軌道を有する。 B軌跡は、次のようにして領域のサイトアーキテクトニックマップに重ね合わせられます。 Öngürら。 （2003） 細胞アーキテクトニクス分野と軌跡の地域差の間の重複を説明するために。 C、各部門の軌跡。

しかし 図4 眼窩前頭皮質に焦点を当てると、同じ原理が一般的に観察され、そこでは等皮質からより単純な形態への移行が起こる。 内側前頭皮質の結果は、眼窩前頭皮質の結果と類似しており、前方で立方体成長、特に異形または無顆粒構造の領域における内側前方極および同種または二次軌跡の同型的な皮質でのものである。図5、 上）。 島のために（図5、下）、パターンはほぼ同じです。 その前部島は、その無顆粒および不十分に積層された皮質を伴い、直線状の発達軌道を有する。 非顆粒状および同型の島に後方に移動すると、最初はより複雑な2次適合があります。 さらに後方に、皮質がますます同型になるにつれて、軌道は立方体になります。 側頭葉においても同様に、梨状皮質のような割り当てられた成分は主に線形の軌跡を示す。 これとは対照的に、側頭側方皮質は立方体の軌跡を持ち、内嗅領域や周辺域などの遷移領域は2次および線形の軌跡を持ちます。図2） これらの結果は以下に要約されている。 テーブル1。 皮質のタイプと発達の軌跡との間のこの関連が成り立たない皮質領域がいくつかあり、特に内側後頭頂領域および前側上腕側頭領域であり、これらは両方ともそれでも直線および二次軌道を有する等皮質領域である。 SESとIQが共変量として、別々にまたは一緒に入力されたときに保持された結果のパターン。

図5。 

等皮質領域が立方体の軌跡を持ち、移行領域が二次軌跡（例えば、帯状回の領域24aの顆粒状および不完全積層皮質）を持つ、右内側前頭前野の軌跡の上、詳細図。厚さ（例えば、直腸の薄くて大部分が顆粒状の皮質）。 下、右の島は徐々に複雑な軌跡を描いています。後部は立方体の軌跡（赤）、島の本体は二次近似（緑）、前の島は線形近似（青）をしています。 同様のパターンが左島にも当てはまります。

表1。 

異なる次数の軌跡が、対応する皮質領域とその背後にある皮質タイプとともに示されます。

次に、各点に対する近似曲線の一次導関数を使用して、立方体または二次軌道のいずれかですべての点でピーク皮質厚さが達成された年齢を決定した。 線形の軌跡を持つ点については、ピーク年齢を特定することはできません。 結果は、タイムラプス動的シーケンス（補足ムービー1、2、で入手可能）として提示されます。 www.jneurosci.org 補足資料として）、映画から取られた「静止画」（図656脳領域のピーク皮質厚の推定年齢（ANIMALセグメンテーションツールで定義）。

図6。 

大脳皮質を越えてピーク皮質厚に達する年齢。 ピークの厚さは、3次または2次の軌跡を持つ領域でのみ推定でき、線形変化を持つ領域では推定できません（これは、より濃い赤で表示されます）。 変更点は、追加の映画1および2で動的に示されています。 www.jneurosci.org 補足資料として。

結果をまとめると、等皮質内で、一次感覚野および運動野は一般に、隣接する二次野の前および他の多峰性会合領域の前にそれらのピーク皮質厚に達する。 後部脳では、そのピークの厚さに達する最初の領域は体性感覚皮質（〜7年）であり、続いて後部極に多くの線条体一次視覚領域（〜X NUMX年、および〜X NUMX年）が続く。多峰性領域（後頭頂皮質など）が後にピークの厚さに達する（〜7〜8年）後、残りの頭頂後頭皮質。 前頭皮質では、一次運動野が比較的早く（〜9年）ピーク皮質厚に達し、続いて補助運動野（〜X NUMX年）および大部分の前頭極（〜X NUM X年）が続く。 背外側前頭前皮質および帯状皮質などの高次皮質領域は、最後にピーク厚さに達する（〜ＸＮＵＭＸ年）。 内側ビューでは、後頭極と前頭極が早期にピークの厚さに到達し、次に求心性波がこれらの領域から一掃され、内側前頭前野と帯状皮質が最後にピークの厚さに達する。 発達の腹側への進行に対する著しい背後もある。 各脳領域の詳細な結果は テーブル2.

表2。 

ピーク皮質厚の推定年齢は56脳領域に対して与えられる

議論

発達の軌跡と皮質タイプのアライメント

この研究は、発達の軌跡と伝統的な細胞アーキテクチャ地図に描かれた皮質タイプとの間の密接な整合性を示しており、これらの古典的な地図に発達上の意義を与えている。 この研究は以前の研究を支持し拡張するGogtay et al。、2004; Sowellら、2004; O'Donnell et al。、2005）年齢の高次の影響の検出を可能にしたはるかに大きいサンプルサイズの包含による。

典型的な開発の他の縦断的研究は現在の調査結果のいくつかを支持する。 例えば、我々が割振りの一部である梨状領域で報告する単純な線形成長は、海馬についても以前に発見されている（Gogtay et al。、2006） 今回の研究では、海馬を直接測定することはできませんでしたが、Gogtayらは、同心円状の海馬の体積変化の軌跡が直線的であることを発見しました。 青年期における等皮質菲薄化の顕著性は灰白質密度のような他の皮質形態計測を用いた研究で確認されており、皮質特性のこれらの異なる尺度の相補的な性質を証明している。Gogtay et al。、2004; Sowellら、2004).

ここで使用されているモデルは対象となる年齢層のみに適用され、推定することはできません。 例えば、立方体の軌跡が年齢範囲を超えて拡張された場合、成人期に皮質の厚さが増加することを意味し（〜25の年齢頃）、これは生物学的に妥当でもなく、この年齢範囲の既存データによっても支持されない（Sowellら、2007） むしろ、皮質菲薄化の段階が停止する年齢（三次曲線における第２の変曲点）は、成人期の本質的に安定な皮質寸法への移行点としてよりよく概念化される。 三次軌跡を持つ領域は、二次曲線を持つ領域よりも速くこの変曲点に到達します。そしてこの意味で、より速い成長を持つものとして概念化することができます。

方法論の問題

結果に寄与する方法論的アーチファクトの可能性を考慮することが重要です。 これは、例えば、自動化技術の基礎である皮質表面再構成が、割皮質および過渡的皮質の領域において特に困難である可能性があり、結果として生じる測定誤差の増大が複雑な（立方体）成長パターンを不明瞭にし得るために起こり得る。 。 いくつかの要因がこれを起こりそうにない。 手動の推定値に対して判断された皮質の厚さの尺度の妥当性は、皮質の種類によって系統的には変化しなかった。 眼窩前頭皮質および内側皮質の皮質領域の自動皮質厚さ推定値は、皮質領域の測定値と同じくらい有効であった。 さらに、我々が使用したアルゴリズムとその派生物はまた、「ファントム」脳の皮質表面を正確に抽出し、皮質の模擬薄化を検出し、そして病理学的に確立された疾患進行パターンを捉えることができる。マクドナルド他、2000; Lerch and Evans、2005; Lerchら、2005; Lee他、2006） 最後に、我々の研究は、その大きなサンプルサイズと高い割合の予測データ、皮質成長に対する年齢の線形効果と曲線効果の検出を与えた要因から恩恵を受けています。

成長軌道への環境的および遺伝的影響

人間の皮質変化を支える細胞イベントの性質は確立されていません。 神経芽細胞が神経上皮からその成熟した層状位置へと移動する際のサブプレートの出現および消散など、皮質発達の最も初期の局面のいくつか（KostovicとRakic、1990; Kostovicら、2002）大脳の積層を決定する 子宮内で そして周産期に、しかし我々が勉強した年齢の窓の外に落ちる。 非ヒト動物における研究は、認知機能の発達のための臨界期における皮質寸法は、樹状突起棘および軸索リモデリングと共に皮質柱の構造の経験依存的成形を反映し得ることを示唆している（Chklovskii et al。、2004; Matagaら、2004; ヘンシュ、2005; シュールとルーベンシュタイン、2005） このような形態学的事象は、立方体または二次軌道のいずれかを有する領域で起こる皮質の厚さの増加という小児期に寄与し得る。 青年期を支配する皮質菲薄化の段階は、シナプスの用途依存的な選択的排除を反映している可能性がある（Huttenlocher and Dabholkar、1997認知能力を支える神経回路を含むヘンシュ、2004; クヌーセン、2004） 小児期および青年期における末梢皮質ニューロピルへのミエリンの増殖など、白質と灰白質との間の界面で起こる事象もまた、皮質の厚さに影響を及ぼし得る（ヤコブレフ＆ルクール、1967; Sowellら、2004).

起こりうる細胞イベントのこの説明は、皮質構造のXNUMXつの決定要因としての経験の役割を強調しています。 環境要因の評価は子供の社会経済的地位に限定されており、共変量としてこの測定値を入力しても結果のパターンは変わりませんでした。 しかし、他の重要な要因、特に家族や学校の環境が皮質の発達に与える影響を調べることは興味深いでしょう。 知能の個人差は、皮質の厚さとその発達に影響を与えます（Narrら、2006; Shawら、2006b） しかし、知能が皮質成長軌道の速度やピーク皮質厚さを達成する年齢などの特性に影響を与える可能性があるが、それが複雑さの間の基本的な関連性に影響を及ぼさないことを示唆する細胞構造と発生軌道の複雑さ

遺伝的要因も皮質構造を決定する上で重要です（Thompson et al。、2001; Lenroot他、2007） のような一般的な多型 カテコール-O-メチルトランスフェラーゼVal158Met 多型、Gタンパク質シグナリング4遺伝子の調節因子における一塩基多型、およびセロトニントランスポーター遺伝子のプロモーター領域多型5-HTTLPR）皮質の体積、厚さ、または複雑さに何らかの影響を与えることがわかったブラウンとハリリ、2006; Meyer-Lindenbergら、2006; Zinkstokら、2006; Buckholtzら、2007; Taylorら、2007） 特に興味深いのは、両方とも皮質の成長と複雑さの両方に寄与し、霊長類の進化、特に現代の人間につながる系統においてポジティブセレクションの下にあるように思われる遺伝子です。Gilbert他、2005） これらには ASPM （異常な紡錘状、小頭症）および MCPH1 （小頭症、一次常染色体劣性）遺伝子（Evans et al。、2004a,b） そのような遺伝子の局所皮質発現の変動が皮質の種類と発達の軌跡図の両方と一致するかどうかを判断することは興味深いであろう。

機能上の考慮事項

これらの発達パターンと認知発達との関係の可能性についての詳細な考察は将来の研究のために残っていますが、いくつかの点を挙げることができます。 例えば、後内側眼窩前部領域は辺縁系および自律神経系の制御と関連しており、それらは直線的な軌跡を示す。 これらの分野は、行動、特に罰や報酬に関連する結果を監視すると考えられています。ロール、2004; Kennerleyら、2006）認知機能が非常に基本的であるため、長期的な発達を経験する可能性は低い。 対照的に、同皮質領域は、より複雑な心理的機能をサポートすることが多く、それは重要な期間中の急速な発達を特徴とする明確な発達勾配を示す。 私たちは人間の能力開発のための重要な期間とここで説明されている発達の軌跡との間の可能な関係について推測することができるだけです。 人間の能力開発のための重要な期間の描写は複雑ですが、幼児期後期は計画、ワーキングメモリ、認知の柔軟性、外側前頭前野の皮質厚の増加と一致する年齢の実行能力の特に急速な発達の期間です。 （Chelune and Baer、1986; ダイヤモンド、2002; Huizingaら、2006; Jacobs他、2007） これとは対照的に、特定の視覚機能（文字の鋭さや全体的な動きの検出など）の臨界期は中年期（〜年齢6または7）で終わると推定されています（ルイスアンドマウラー、2005そして、同様に、視覚皮質における皮質の厚さの増加の期間もこの頃に終了します（およそ7〜8歳）。 ある臨界期の持続時間と皮質の厚さの増加の段階との間のこの相関関係は確かに普遍的ではありません。 それは必然的に、特定の感覚系で起こるように、それぞれ異なる時間窓を有する複数の臨界期を有する系（類似の皮質領域によって支持される）の存在によって制限される。 （Harrisonら、2005; レヴィ、2005; ルイスアンドマウラー、2005） この議論は重要な時期に焦点を当てており、皮質菲薄化の思春期の間に多くの認知スキルを継続的に洗練することの重要性を却下するものと見なされるべきではありません（ルナら、2004; Lucianaら、2005).

まとめ

ここに報告された調査結果は、大脳皮質の組織化が中心に等皮質（立方軌道を持つ）、周辺に割皮質（主に直線的な成長を示す）を持つ一連の同心円に関して理解できるという考えを支持する。そして、その間の遷移領域（二次および線形軌道の混合を有する）。 この意味でのこの皮質皮質は、この意味で大脳皮質の中心にあるだけでなく、梨状領域（外側割り当て）および海馬（内側割り当て）、ならびに追加の小さな割り当て領域よりも進化の後期に生じる。 したがって、 インビボの 神経解剖学的イメージング我々は皮質の発達が大脳皮質の細胞構造と歴史の両方を反映していることを実証した。

脚注

  • 11月に30、2007を受け取りました。
  • 改訂は2月7、2008を受け取りました。
  • 2月に受け入れられました26、2008。

  • この作品は、国立衛生研究所の学内研究プログラムによってサポートされていました。 研究に参加したすべての参加者とその家族に感謝します。

  • 著者らは、競合する経済的利益を宣言していません。

  • 対応はPhilip Shaw、小児精神科支部、Room 3 N X NUMX、Building X NUM X、センタードライブ、国立精神衛生研究所、ベセスダ、MD X NUM Xに宛ててください。 [メール保護]

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  • 主に少数の青年の都市サンプルにおける自己管理スキルと物質使用の間の長期的関係 薬物問題のジャーナル、1 1月2013、43（1）：103-118
  • 皮質菲薄化の加速：老化における痴呆または普遍的に特有か？ 大脳皮質、12 12月2012、0（2012）：bhs379v1-bhs379
  • ボクセルベースの形態計測によって生成された体積測定データと前頭葉の多峰性領域の手動区画化との比較 アメリカ神経放射線学会誌、1 11月2012、33（10）：1957-1963
  • 出生から2年までの皮質および皮質下灰白質の縦断的発達 大脳皮質、1 11月2012、22（11）：2478-2485
  • ヒト新皮質進化における長期髄鞘形成 PNAS、9 10月2012、109（41）：16480-16485
  • 自閉症スペクトラム障害における社会的脳回路の分画 脳、1 9月2012、135（9）：2711-2725
  • ヒトにおける出生前成長および思春期後期への出生後脳成熟 PNAS、10 7月2012、109（28）：11366-11371
  • 長期扁桃体損傷に起因する皮質形態の変化 社会的認知および情動神経科学、1 6月2012、7（5）：588-595
  • 幼児における未熟な統合と感情関連脳回路の分離 PNAS、15 2012、109（20）：7941-7946
  • 精神病発症中の進行性構造的脳の変化 精神分裂病速報、1 5月2012、38（3）：519-530
  • 胎児アルコールスペクトル障害における異常な皮質厚の変化とそれらの顔面形態異常との関係 大脳皮質、1 5月2012、22（5）：1170-1179
  • 思春期の脳成熟を測定した性、思春期、および睡眠時の脳波のタイミング PNAS、10 4月2012、109（15）：5740-5743
  • 発達中の脳における記憶過程の解離：分対日後の想起における海馬体積と皮質厚の役割 大脳皮質、1 2月2012、22（2）：381-390
  • 吻側前頭前野における発達に対する機能選択性の増加 Journal of Neuroscience、23 11月2011、31（47）：17260-17268
  • 医療施設における青年期から成人期への医療移行の支援 小児科、1 7月2011、128（1）：182-200
  • あなたの皮質はどのように成長しますか？ ジャーナルオブニューロサイエンス、11 5月2011、31（19）：7174-7177
  • 統合失調症における皮質脱抑制の青年期発症：動物モデルからの洞察 精神分裂病速報、1 5月2011、37（3）：484-492
  • 統合失調症の発症年齢：構造的神経画像研究からの展望 精神分裂病速報、1 5月2011、37（3）：504-513
  • 新規発症小児てんかんにおける前向き神経発達的変化の変形に基づく形態計測 脳、1 4月2011、134（4）：1003-1014
  • 青年期ラットにおける条件付け恐怖の長期絶滅の免疫組織化学的分析 大脳皮質、1 3月2011、21（3）：530-538
  • 思春期は男子で性的成熟のためにマッチされた女の子より異なって内側側頭葉と皮質灰白質成熟に影響する 大脳皮質、1 3月2011、21（3）：636-646
  • 思春期に測定された皮質厚に対する早産の影響 大脳皮質、1 2月2011、21（2）：300-306
  • 象徴、物、および顔の皮質表現は幼児期に刈り込まれる 大脳皮質、1 1月2011、21（1）：191-199
  • 構造的および機能的脳イメージングで評価した男性青年における攻撃的行動の発達的影響 社会的認知および情動神経科学、1 1月2011、6（1）：2-11
  • 小児におけるエピソード発話記憶符号化の発達的fMRI研究 神経学、7 12月2010、75（23）：2110-2116
  • 自閉症スペクトラム障害における加齢に伴う側頭および頭頂皮質の菲薄化 脳、1 12月2010、133（12）：3745-3754
  • 一緒に成長し、離れて成長する：機能的ホモトピーの寿命発達軌道における地域差および性差 Journal of Neuroscience、10 11月2010、30（45）：15034-15043
  • 灰白質の体積と読書関連スキルおよび失読症の歴史との関係を表す表面積の説明 大脳皮質、1 11月2010、20（11）：2625-2635
  • 発達中の脳におけるネットワークレベルの構造共分散 PNAS、19 10月2010、107（42）：18191-18196
  • 人生の最初の20年における皮質活動のマッピング：高密度睡眠脳波研究 Journal of Neuroscience、6 10月2010、30（40）：13211-13219
  • 青年期におけるヒト皮質成熟の動態に対する性およびアンドロゲンシグナル伝達の影響の縦断的マッピング PNAS、28 9月2010、107（39）：16988-16993
  • fMRIを用いた個々の脳の成熟度の予測 サイエンス、10 9月2010、329（5997）：1358-1361
  • 人間の発達と進化の間の皮質拡大の類似パターン PNAS、20 7月2010、107（29）：13135-13140
  • 急性および亜急性タイムスケールにわたる個々の被験者における中心前および中心後皮質平均厚のプロファイル 大脳皮質、1 7月2010、20（7）：1513-1522
  • 青年期における自己生成思考の選択と操作の発達 Journal of Neuroscience、2 6月2010、30（22）：7664-7671
  • 自閉症スペクトラム障害における皮質解剖学：年齢の影響に関するin vivo MRI研究 大脳皮質、1 6月2010、20（6）：1332-1340
  • 前頭前野におけるニューロンH3K4me3エピゲノムの発生的調節と個体差 PNAS、11 2010、107（19）：8824-8829
  • 青年期および若年成人期における脳の成熟：皮質厚さおよび白質量と局所構造の地域的加齢変化 大脳皮質、1 3月2010、20（3）：534-548
  • 思春期の動機は何ですか？ 青年期における報酬感度を媒介する脳領域 大脳皮質、1 1月2010、20（1）：61-69
  • 皮質下脳発達における不均一性：8から30年までの脳成熟の構造的磁気共鳴イメージング研究 Journal of Neuroscience、23 9月2009、29（38）：11772-11782
  • 統合失調症は思春期の脳の成熟を遅らせ、変化させる 脳、1 9月2009、132（9）：2437-2448
  • 鎌状赤血球症の小児における領域特異的皮質菲薄化 大脳皮質、1 7月2009、19（7）：1549-1556
  • 青年期の脳成熟の指標としての非急速眼球運動デルタおよびシータEEGの縦方向の軌跡 PNAS、31 3月2009、106（13）：5177-5180