소아과 뇌 발달의 구조적 MRI : 우리는 무엇을 배웠으며 어디로 갈 것인가? (2010)

뉴런. 저자 원고; PMC 2012 2 월 23에서 사용 가능합니다.

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추상

자기 공명 영상 (MRI)은 전리 방사선을 사용하지 않고 개발중인 뇌의 해부학과 생리학에 전례없는 액세스를 허용합니다. 지난 20 년 동안 건강한 청소년과 신경 정신병 환자의 뇌 MRI 스캔 수천 건이 진단, 성별, 유전학 및 / 또는 IQ와 같은 심리적 변수와 관련하여 획득 및 분석되었습니다. 큰 연령대에 걸쳐 평균화 된 다양한 뇌 성분의 크기 차이를 비교하는 초기 보고서는 시간이 지남에 따른 발달 궤적 및 신경 회로의 평가를 격리하는 구조와 비교하여 종 방향 연구를 일으켰다. MRI는 소아 신경 정신병 장애의 평가를위한 일상적인 진단 유틸리티가 아니지만, 병리학 적 기전을 밝히고 중재의 목표를 제시 할 수있는 전형적인 대 비정형 발달 패턴이 나타났다. 이 검토에서 건강과 질병의 신경 발달에 대 한 우리의 이해에 구조적 MRI의 일반적인 기여를 요약합니다.

전형적인 소아 발달에서 뇌 해부학의 MRI

인간의 뇌는 생애에 걸쳐 역동적 인 변화를 겪는 뚜렷한 발달 궤적을 갖는 상이한 조직 유형, 뇌 구조 및 신경 회로를 갖는 특히 장기 성숙을 갖는다. 일반적으로 발달하는 어린이 및 청소년의 종점 MR 스캔은 다른 지역에서 다른 시간에 피크 크기가 발생하는 백질 (WM) 부피와 역류 된 U 자형 회백질 (GM) 부피를 보여줍니다. 그림 1 829 대상에서 387 스캔, 3-27 세 연령으로 이루어진 종단 연구에서 크기별 궤적 별 연령 표시 (참조 그림 1 및 보충 실험 절차).

그림 1 

뇌 Morphometry의 발달 궤적 : 연령 6–20 년

총 대뇌 부피

위에서 언급 한 Child Psychiatry Branch 코호트에서 총 대뇌 부피는 소녀의 10.5 세, 소년의 14.5 세에서 역 U 자형 궤적 정점을 따릅니다 (Lenroot 등, 2007). 남성과 여성 모두 뇌는 이미 95에 의해 최대 크기의 6 %에 있습니다 (그림 1A). 이 연령대에서 남성의 그룹 평균 뇌 크기는 여성보다 ~ 10 % 더 큽니다. 이 10 % 차이는 방대한 성인 신경 영상 및 사후 연구 문헌과 일치하지만 종종 남성의 더 큰 신체 크기와 관련이있는 것으로 설명됩니다. 그러나 소아과 과목에서 사춘기 이후까지 남학생의 신체는 여아보다 크지 않습니다. 뇌 크기가 신체 크기와 밀접하게 관련되어 있지 않다는 추가 증거는 뇌와 신체 크기 성숙 궤적의 근본적인 분리이며, 신체 크기는 대략 나이 17까지 증가합니다.

뇌 크기의 차이가 반드시 어떤 종류의 기능적 장단점을 부여하는 것으로 해석되어서는 안됩니다. 남성 / 여성 차이의 경우, 총 구조적 측정은 뉴런 연결성 및 수용체 밀도와 같은 기능적으로 관련된 요소에서 성적 이형 적 차이를 반영하지 않을 수 있습니다.

Sowell과 동료들은 45와 2 연령 사이 (5 년 간격으로 두 번 스캔 한 11 어린이 그룹에서 뇌량의 변화를 측정했습니다 (Sowell 등, 2004). 뇌 표면과 뇌의 중심점 사이의 거리를 측정하는 매우 다른 방법을 사용하여이 연령대, 특히 전두엽과 후두부에서 뇌의 크기가 증가하는 것을 발견했습니다.

소뇌

캐비 네스 (Caviness) 등은 15 소년과 15–7 세 11 여자의 단면 샘플에서 소뇌가 암컷에서는 성인용이지만이 연령대의 남성에서는 그렇지 않은 것으로 나타 났으며, 이는 발달이 늦고 성적인 이형성이 있음을 시사한다 (Caviness et al., 1996). 소뇌의 기능은 전통적으로 운동 제어와 관련하여 설명되었지만, 소뇌는 또한 정서적 처리 및 청소년기 전체에 걸쳐 성숙되는 다른 높은인지 기능에 관여한다는 것이 일반적으로 받아 들여지고 있습니다.리바와 지 오르기, 2000; 슈마 만 (2004)).

Child Psychiatry Branch 코호트에서 총 소뇌 크기의 발달 곡선은 소녀의 11.3와 소년의 15.6에서 발생하는 피크 크기의 역 U 자형 발달 궤적에 따라 대뇌의 곡선과 유사했습니다. 거꾸로 된 U 자형 발달 궤적을 따르는 진화 적으로 더 최근의 소뇌 반구 엽과는 대조적으로, 소뇌 vermis 크기는이 연령대에 걸쳐 변하지 않았다 (Tiemeier 등, 2010).

하얀 물질

“백질”의 흰색은 축삭 주위를 감싸고 신경 신호의 속도를 크게 증가시키는 oligodendrocytes에 의해 형성된 지방이있는 흰색 칼집 인 myelin에 의해 생성됩니다. WM의 양은 일반적으로 어린 시절과 청소년기에 걸쳐 증가합니다 (Lenroot 등, 2007), 이종 신경 회로의 더 큰 연결성 및 통합의 기초가 될 수 있습니다. 최근에 인식 된 중요한 특징은 미엘린은 단순히 전송 속도를 최대화 할뿐만 아니라 뇌에서 기능적 네트워크를 생성하는 뉴런 발사 패턴의 타이밍과 동기를 조절한다는 것입니다.필드와 Stevens-Graham, 2002). 이것과 일치하게, 지역 백질 성장을지도 화하기 위해 백질 밀도 측정치를 사용한 연구는 아동기와 청소년기 사이에 국지적 인 빠른 증가를 발견했습니다. 부 신피질 관은 양쪽에서 크기가 비슷한 증가를 보였고, 정면과 측두엽을 연결하는 관은 왼쪽 언어 관련 영역에서 더 많은 증가를 보였습니다 (Paus et al., 1999).

회백질

유년기와 청소년기 동안 WM이 증가하는 반면, GM 부피의 궤도는 역 U 자형 발달 궤도를 따릅니다. WM과 GM의 다른 발달 곡선은 신경 회로의 동료 구성 요소이며 평생 상호 관계에 의해 연결된 뉴런, 아교 세포 및 미엘린 사이의 친밀한 연결입니다. 복셀 수준에서 대뇌 피질의 GM 변화는 ~ 4 년 간격으로 각각 4 번 스캔 된 20 피험자의 스캔에서 파생 된 13에서 2 년으로 변경됩니다. 그림 2 (애니메이션은 http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg()Gogtay et al., 2004b). 피크 GM 밀도의 연령은 1 차 감각 운동 영역에서 가장 빠르며, 배측 전두엽 피질, 하측 정수리 및 우수한 측두 이랑과 같은 고차 연관 영역에서 가장 최신입니다. 해결되지 않은 질문은 GM / WM 경계를 따라 시냅스 가지 치기 대 골수 화에 의해 대뇌 피질 GM 감소가 유도되는 정도입니다 (Sowell 등, 2001). 미 피질 GM 구조 인 꼬리 핵의 부피는 또한 역 U 자형 발달 궤적을 따르며, 전두엽과 유사한 봉우리는 광범위한 연결을 공유한다 (Lenroot 등, 2007).

그림 2 

대뇌 피질 두께의 지역 성숙 : 연령 4–21 년

발달 궤적 : 여행과 목적지

현재 신경 영상 문헌에서 확립 된 두드러진 신조는 크기 궤적에 따른 연령의 모양이 절대 크기보다 훨씬 더 기능적 특성과 관련 될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 692의 307 스캔을 포함하는 종 방향 연구에서 일반적으로 피험자에게 발생하는 피질 두께 발달 곡선에 의한 연령은 20 년 연령의 피질 두께 차이보다 IQ를 더 예측할 수있었습니다.Shaw 등, 2006a). 크기에 따른 연령 궤적은 또한 엽산 피크 GM 부피가 암컷에서 1-3 년 전에 발생하는 성적 이형성에 대한 정적 측정보다 더 차별적입니다.Lenroot 등, 2007). 궤적은 정신 병리학 연구에서 분별력있는 표현형으로 점점 더 많이 사용되고 있습니다.Giedd 등, 2008).

많은 정신과 적 장애 (아동과 성인 모두)는 오랫동안 뇌 발달의 미묘한 이상을 반영하기 위해 가정되어 왔습니다. 해부학 적 뇌 발달 연구는 질병에 대한 소성 반응뿐만 아니라 정상 및 비정상 발달 패턴에 대한 우리의 이해를 되 살리고 확장했습니다. 심층적으로 모든 장애를 논의하는 것은이 검토의 범위를 벗어나지 만, 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애 (ADHD), 매우 초기 (어린 시절) 발병 정신 분열증 (COS) 및 자폐증에 대한 일련의 연구에 대한 개요는 핵심 원칙.

주의 결핍 과잉 행동 장애

ADHD는 유년기의 가장 흔한 신경 발달 장애로, 학령기 아동의 5 % ~ 10 %와 성인의 4.4 % 사이에 영향을 미칩니다 (케슬러 (Kessler) 등, 2005). 생물학적 진단 검사의 부재, 일반 인구의 현저한 증상 빈도 (부주의, 불안, 충동), 어린 시절의 절반 정도에 대한 장기적인 결과 및 가능한 가능성으로 인해이 장애에 대한 논란이 남아 있습니다. 자극성 약물 치료의 남용.

ADHD의 단면 해부학 적 영상 연구는 전두엽의 관여를 일관되게 지적합니다 (Castellanoset al., 2002), 정수리 엽 (Sowell 등, 2003), 기저핵카스텔라 노스와 지 에드, 1994), 말뭉치Giedd 등, 1994) 및 소뇌 (Berquin et al., 1998). 뇌 생리학에 대한 영상 연구는 또한 소뇌의 강력한 조절 영향을 가진 오른쪽 전두엽 신경절 회로의 관여를 지원합니다 (참조 Giedd 등, 2001, 검토 용).

ADHD에서 볼 수있는 광범위한 임상 결과로 인해 종단 연구가 특히 흥미로웠다. 이러한 연구는 전두엽에 가장 현저한 피질 두께 궤적의 발달 지연을 나타냅니다 (Shaw 등, 2007a) ( 그림 3). ADHD 유무에 관계없이 다 봉형, 고차 연관 영역 전에 피크 피질 두께를 달성하는 일차 감각 영역의 일반적인 패턴. 그러나 피질 포인트의 50 %가 피크 두께에 도달 한 평균 연령은 ADHD의 경우 10.5 년이고 컨트롤의 경우 7.5 년입니다. 나이 차이가 가장 큰 영역은 중간 전전두엽 피질이었으며 ADHD 및 10.9 년을 가진 사람에서 5.9 년에 최고 두께에 도달했습니다.

그림 3 

ADHD에서 피질 두께의 발달 지연

ADHD 연구의 주제는 임상 발전이 종종 전형적인 발달에 대한 발달 궤적의 수렴에 의해 반영되며 ADHD의 지속성에는 전형적인 발달과는 점진적인 차이가 수반된다는 것입니다. 우리는 오른쪽 정수리 피질 정상화가 임상 개선을 수반하는 피질에 대해 이것을 증명했습니다 (Shaw 등, 2006b) — 하부 후엽의 점진적인 체적 손실이 ADHD의 지속성을 반영하는 소뇌의 경우Mackie et al., 2007). 해마에도 비슷한 원칙이 적용될 수 있습니다. ADHD를 가진 아이들은 전형적인 발달과 비슷한 궤적을 보여 주지만, 지속적인 ADHD는 해마 양의 점진적인 손실을 동반합니다 (Shaw 등, 2007b). 이러한 매우 중요한 결과는 독립적으로 발생하므로 ADHD를“지연된 전두 발달”로 볼 수는 없습니다. 현재까지 이러한 조치 만 또는 결합하여 진단이나 임상 결과에 임상 적으로 유용하지 않다는 점을 강조해야합니다.

각성제는 ADHD의 가장 효과적이고 널리 사용되는 치료법으로 유지되어 업무 행동을 개선하고 파괴적인 증상을 최소화합니다. 자극제가 피질 및 백질 발달에 정상화 영향을 미친다는 초기 연구 (Castellanoset al., 2002) 대뇌 피질의 발달로 확장되었습니다Shaw 등, 2009)와 시상 (Logvinov et al., 2009). 이 정상화가 활동 중심 또는 치료 관련 소성 변화를 나타내는 지 또는 약물의보다 직접적인 신경 효과는 알려지지 않은 채 남아 있습니다.

ADHD가 증상의 지속적인 분포와 근본적인인지 장애의 극단에 놓여있는 ADHD가 차원 적으로 가장 잘 고려된다는 상당한 역학 및 신경 심리학 적 증거가 있습니다. 따라서 우리는 일반적으로 과잉 행동과 충동 증상이있는 어린이를 개발할 때 대뇌 피질의 뇌 발달이 증후군에서 발견 된 것과 유사한 지 물었습니다. 구체적으로, 우리는 ADHD에서 이전에 발견되었던, 유년기 및 청소년기 동안의 피질 박화 속도가 느리다는 것이 또한 장애 아동의 차원에 대한 신경 생물학적 증거를 제공하면서, 전형적으로 아동 발달에있어 과잉 행동 및 충동 증상의 심각성과 관련이 있음을 발견 하였다.

정신 분열증

정신 분열증은 널리 신경 발달 장애로 간주됩니다 (Weinberger, 1987; Rapoport 등, 2005). COS 연구는 (1) 스캔이 가장 역동적이고 관련성있는 뇌 발달 기간 동안 얻을 수 있고 일반적으로 나타나는 성인 발병 질병의 (2) 아동기 발병 대응과 같이 신경 발달 편차의 특성을 조사 할 수있는 훌륭한 기회를 제공합니다. 더 심각한 표현형은 환경 적 요인에 의해 영향을받을 가능성이 적고 유전 적 영향을 나타낼 가능성이 더 높습니다.

1990 이후 NIMH에서 COS에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 진단은 수정되지 않은 DSM-III-R / IV 기준을 사용하여 이루어지며 대부분의 경우 약물이없는 입원 환자 관찰 후에 이루어집니다. 성인 발병 정신 분열 증 (AOS)만큼 자주 발생하는 ~ 1 / 500th 발생하는 COS 사례 (n = 102)는 임상 적으로 나쁜 결과 AOS 사례와 비슷하지만 COS의 모든 현상, 가족 및 신경 생물학 연구 결과는 이 두 가지 형태의 질병 사이의 연속성을 암시하는 AOS와 유사한 결과2008, Gogtay and Rapoport).

COS 코호트의 신경 영상 소견은 측면 심실 부피 증가, 총 및 국소 피질 GM 부피 감소, 해마 및 편도 부피 감소, 청소년기 동안 진행된 기저핵의 증가를 보여주는 AOS 문헌과 일치합니다 (참조 2008, Gogtay and Rapoport검토를 위해). 종단 데이터에 의해 가장 현저하게 드러난 것은 청소년기 동안 점진적 피질 GM 손실입니다 (톰슨 (Thompson) 등, 2001) 및 지연된 백질 개발 (Gogtay 외., 2008). 대뇌 피질의 GM 감소는 나이가 들어감에 따라 더욱 어려워진다 (COS에서 보이는 대뇌 피질 GM 손실의 가속화 된 패턴에 따라 대뇌 피질 박피의 건강한 집단 궤적이“잡는다”). 정신 분열증의 대뇌 피질의 GM 손실은 신경 교종, 시냅스 및 수지상 아버 및 혈관 구조로 구성된 "신경 손상"의 손실로 인한 것으로 나타났습니다.셀 레몬과 골드만 라크 1999). 사후 연구는 정신 분열증에서 광범위한 신경 손실 또는 잠재적 인 신경 손상에 대한 신경교 반응이 없음을 보여줍니다. 이들 및 다른 수렴 데이터에 기초하여, 비정상적인 시냅스 기능 또는 구조의 발달 모델이 우세하다 (와인 버거 (Winberger) 등의 1992).

자폐성

자폐증은 인생의 첫 3 년 동안 의사 소통, 사회적 관련성 및 고정 관념 영역에서 비정상적인 행동으로 정의됩니다. 자폐증이있는 어린이의 경우 뇌 성장이 조기에 가속화되어 전형적인 치수를 넘어서 일시적인 뇌 확대로 이어집니다 (Courchesne et al., 2007). COS의 뇌 영상 및 유전자 연구는 초기 뇌 발달에서 "오른쪽으로의 이동"과 관련하여 자폐증과의 예상치 못한 연결을 제공했습니다 (자폐증에서 삶의 첫해 동안 더 빠른 뇌 성장과 COS 청소년기의 피질 두께의 조기 감소) . 뇌 발달 사건의 변경된 타이밍의 가능한 중간 표현형Rapoport 등, 2009) 또는 대체 "극성"뇌 경로가 제안되었습니다 (Crespi 등, 2010). 우리는 미래 치료 연구가 뇌 발달에 더 일반적인“정상화 효과”를 갖는 물질에 초점을 맞출 것으로 예측합니다. 현재까지 자극제가 위에서 언급 한 것과 같은 영향을 미칠 수 있다는 증거는 제한적입니다 (Sobel et al., 2010).

요약하면, 임상 연구는 진단이 아니지만 비록 전형적인 발달로부터의 편차의 타이밍 및 성질을 설명하기 시작하는 진단-특이 적 그룹 해부학 적 뇌 차이를 나타낸다. 궤적 (예 : 연령별 형태 학적 측정)을 내인성 유형으로 사용하면 정적 측정이 그렇지 않은 경우 식별력을 제공 할 수 있습니다 (Giedd 등, 2008). 동일한 분자 유전자 위험이 자폐증, 양극성 장애, 정신 분열증, 정신 지체 및 간질을 포함한 다양한 정신 표현형과 관련 될 수 있다는 것이 점점 더 분명 해지고 있습니다. 반대로, 동일한 정신 표현형은 카피 수 변이와 같은 수많은 개별적으로 드문 유전자 이상을 반영 할 가능성이 있습니다.Bassett et al., 2010; 맥 클레 런과 킹, 2010). 뇌 발달시기에 유전 적 변이체의 역할을 탐구하면 이러한 민감성과 특이성 문제가 명확해질 수 있습니다.

개인에 따른 뇌 측정의 다양성

위에 제시된 모든 데이터는 개인마다 뇌 크기 측정의 놀랍도록 높은 변동성을 고려하여 해석되어야합니다 (랭 (Lange) 등, 1997). 이 높은 변동성은 뇌 하부 구조의 측정으로 확장됩니다. 비교되는 대부분의 그룹에 대한 대부분의 측정 값의 높은 변동성과 실질적인 중복은 정신 신경 영상의 진단 적 유용성과 특정 개인의 행동 또는 능력에 대한 예측을 만들기 위해 신경 영상을 사용하는 감도 / 특이성에 중대한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 모든 주요 정신과 질환에 대해 그룹 평균 해부학 적 MRI 차이가보고되었지만, MRI는 현재 일상적인 진단에 대해서는 나타나지 않았다. 마찬가지로, 그룹 평균에서는 남성과 여성의 뇌 사이에 통계적으로 강력한 차이가 있지만, 개인 MRI 뇌 스캔에는 그것이 남성인지 여성인지 여부를 자신있게 식별 할 수있는 것이 없습니다. 유사하게, 성인 남성의 키는 성인 여성의 키보다 상당히 높습니다. 그러나 많은 남성보다 키가 큰 여성이 많으므로 키만으로는 누군가의 성별을 결정하는 데 유용한 방법이 아닙니다. 키의 남성 / 여성 차이는 대부분의 신경 영상 또는 신경 심리학 적 측정의 효과 크기의 약 2 배입니다.

그룹 평균 차이에서 개인 사용으로 이동하는 것이 신경 영상의 주요 과제 중 하나입니다. 뉴로 이미징의 유용성은이 도전이 어느 정도까지 충족 될 수 있는가에 달려 있기 때문에 가변성을 설명하는 것이 가장 중요합니다. 다음 섹션에서는 뇌 발달의 변화에 ​​영향을 미치는 것으로 알려진 일부 매개 변수를 살펴볼 것입니다.

어린 시절과 청소년기 동안 뇌 해부학의 발달 궤적에 미치는 영향

유전자와 환경

동일한 유전자의 ~ 100 %를 공유하는 monozygotic (MZ) 쌍둥이와 같은 유전자의 ~ 50 %를 공유하는 dizygotic (DZ) 쌍둥이 사이의 유사성을 비교함으로써, 우리는 궤적에 대한 유전 적 영향과 비유 전자적 영향의 상대적 기여도를 추정 할 수 있습니다. 뇌 발달. 이 질문을 추구하기 위해, 우리는 쌍둥이의 세로 신경 영상 연구를 수행하고 있으며 현재 600 MZ 및 90 DZ 쌍둥이 쌍에서 ~ 60 스캔을 획득했습니다. SEM (Structural Equation Modeling)은 연령 × 유전자 × 환경 상호 작용 및 쌍둥이 데이터의 일반적인 해석에 도전하는 다른 전이 현상을 평가하는 데 사용됩니다. SEM은 상호 작용 효과를 (A) 부가 유전자, (C) 공유 환경 또는 (E) 독특한 환경 요인 (닐과 카돈, 1992). 검사 된 대부분의 뇌 구조에서 부가적인 유전 적 영향 (즉,“유산 성”)이 높고 환경에 미치는 영향은 낮습니다 (Wallace 등, 2006). 총 뇌 및 엽 부피 (GM 및 WM 하위 구획 포함)에 대한 부가적인 유전 적 영향은 0.77에서 0.88까지의 범위였으며; 미끼를 위해, 0.80; 말뭉치의 경우, 0.85. 소뇌는 0.49만의 부가적인 유전 효과를 갖는 독특한 유전 프로파일을 가지고 있지만, 넓은 신뢰 구간은 신중한 해석을 할 만합니다. 유전성이 높은 뇌 형태 측정법은 유전 적 특성에 대한 생물학적 마커를 제공하며 유전 적 연계 및 연관성 연구의 대상이 될 수 있습니다.Gottesman and Gould, 2003).

다변량 분석을 통해 동일한 유전 적 또는 환경 적 요인이 여러 신경 해부학 적 구조에 기여하는 정도를 평가할 수 있습니다. 일 변량 변수와 마찬가지로, 이러한 구조 간 상관 관계는 유전 적 또는 환경 적 기원의 관계로 분류 될 수 있습니다. 이 지식은 분포 된 신경망에 영향을 줄 수있는 유전자의 영향과 전 세계 뇌에 영향을 줄 수있는 개입을 포함하여 대부분의 쌍둥이 데이터를 해석하는 데 매우 중요합니다. 공유 효과는 피질 두께의 변동성의 60 %를 차지하는 단일 유전 적 요인으로 구조 별 효과보다 더 많은 분산을 설명합니다.슈미트 (Schmitt) 등의 2007). 6 개의 요인이 나머지 분산의 58 %를 차지하며 5 개의 구조 그룹이 동일한 기본 유전 적 요인에 의해 크게 영향을받습니다. 이러한 결과는 Rakic이 제안한 신피질 확장의 방사형 단위 가설과 일치합니다 (라키 크, 1995) 및 전 세계적으로 유 전적으로 매개 된 세포 분열의 차이가 전체 뇌 부피의 종간 차이의 원동력이라는 가설을 세웠다 (달링턴 등, 1999; 1995, 핀레이와 달링턴; Fishell, 1997). 특정 기능만을 선택할 때 뇌 전체를 확장하는 것은 대사 적으로 비용이 많이 들지만, 세포 분열에 영향을 미치는 데 필요한 돌연변이의 수는 뇌 조직을 완전히 변화시키는 데 필요한 것보다 훨씬 적습니다.

유전성에서의 연령 관련 변화는 유전자 발현시기 및 장애 발병 연령과 관련 될 수있다. 일반적으로 유전성은 WM의 연령에 따라 증가하고 GM 량의 경우 감소합니다 (Wallace 등, 2006), 전두엽 피질, 정수리 및 측두엽 내 영역의 피질 두께에 대한 유전성이 증가합니다 (Lenroot 등, 2009). 특정 뇌 구조가 발달 중 유전 적 또는 환경 적 영향에 특히 민감한시기에 대한 지식은 중요한 교육적 및 / 또는 치료 적 의미를 가질 수 있습니다.

남녀 차이

거의 모든 신경 정신병 적 장애가 남성과 여성의 유병률, 발병 연령 및 증상이 다르기 때문에 전형적인 발달 뇌 궤적의 성별 차이는 병리학 연구에 매우 적합합니다. 발달 궤적의 강력한 성차는 거의 모든 구조물에 대해 주목되며 GM 부피 피크는 일반적으로 암컷에서 1–3 년 전에 발생합니다 (Lenroot 등, 2007). 성 염색체와 호르몬의 상대적 기여도를 평가하기 위해 우리 그룹은 비정상적인 성 염색체 변형 (예 : XXY, XXX, XXXY, XYY)을 가진 대상체를 연구하고 있습니다 (Giedd 등, 2007), 이상 호르몬 수준 (예 : 선천성 부신 과형성, 가족 성 남성 조숙 한 사춘기, 쿠싱 증후군)이있는 대상 (Merke et al., 2003, 2005).

특정 유전자

정량화 가능한 행동 또는 물리적 매개 변수와 마찬가지로 개인은 유전자형에 따라 그룹으로 분류 할 수 있습니다. 다른 유전자형 그룹에있는 개인의 뇌 이미지를 평균화하고 통계적으로 비교할 수 있습니다. 성인 집단에서 가장 빈번하게 연구되는 유전자 중 하나는 아포지 단백질 E (apoE)로 알츠하이머 병의 위험을 조절합니다. apoE의 4 대립 유전자의 운반체는 위험을 증가시키는 반면, 2 대립 유전자의 운반체는 위험이 감소 될 수있다. apoE 대립 유전자가 유년기와 청소년기에서 식별 할 수있는 독특한 신경 해부학 적 시그니처를 가지고 있는지 알아보기 위해 529-239 세의 4 건강한 대상체에서 20 스캔을 조사했습니다 (Shaw et al., 2007c). 중요한 IQ- 유전자형 상호 작용은 없었지만, 4 그룹이 가장 얇고 3 동형 접합체를 중간 범위에서, 2 그룹이 가장 두껍게 보이는 XNUMX 그룹이있는, 내강 및 오른쪽 해마 영역에서 피질 두께에 단계적인 영향이 있었다. 이 데이터는 소아과 평가가 언젠가 성인 발병 장애에 유익 할 수 있음을 시사합니다.

요약 / 토론

건강과 질병과 관련된 성숙 주제에는 발달 궤적을 고려하는 중요성과 개인마다 다양한 측정 방법이 포함됩니다. 높은 개별 변동에도 불구하고, 평균 성숙도 변화의 통계적으로 강력한 몇 가지 패턴이 분명합니다. 구체적으로, WM 부피 증가 및 GM 부피는 등측 전전두엽 피질과 같은 높은 연관 영역에서 가장 높은 피크를 갖는 역 U 발달 궤적을 따른다. 이러한 해부학 적 변화는 뇌 발달, 뇌의 기능성 MRI, 사후 및 신경 심리학 적 연구와 일치하여 발달하는 뇌에서 증가하는 "연결성"을 나타냅니다. "연결성"은 몇 가지 신경 과학 개념을 특징으로합니다. 해부학 적 연구에서, 연결성은 일반적인 발달 궤적을 공유하는 뇌 영역 사이의 물리적 연결을 의미 할 수 있습니다. 뇌 기능 연구에서 연결성은 작업 중에 함께 활성화되는 뇌의 다른 부분 사이의 관계를 설명합니다. 유전 연구에서, 그것은 동일한 유전 적 또는 환경 적 요인에 의해 영향을받는 다른 지역을 말합니다. 이러한 유형의 연결성은 모두 청소년기 동안 증가합니다. 신경 회로 개발과 이종 뇌 구성 요소 간의 변화하는 관계를 특징 짓는 것은 신경 이미징 연구에서 가장 활발한 분야 중 하나입니다. Power et al. (2010) (이 문제 신경).

다른 더 높은 연관 영역도 비교적 늦게 성숙하지만, 배측 전두엽 피질의 발달 과정은 판단, 의사 결정 및 충동 통제에 관여하기 때문에 사회, 입법, 사법, 육아 및 교육 영역에 영향을 미치는 담론에 가장 두드러지게 등장했습니다. 또한 초기 성숙 변연계 네트워크 (감정의 자리, 나중에 성숙 전두엽 네트워크)와 이후 성숙 전두 시스템 (Casey et al., 2010a [이 문제 신경]). 정면 / 변동 관계는 매우 역동적입니다. 청소년의 의사 결정을 이해하려면 변연계와인지 시스템 간의 상호 작용을 이해하는 것이 필수적입니다.

심리 테스트는 일반적으로 "차가운인지"의 조건, 즉 가상의 감정이 적은 상황에서 수행됩니다. 그러나 실제 의사 결정은 종종 동료의 압력과 실제 결과와 함께“고 인식”의 조건에서 발생합니다. 신경 영상 조사는 계속해서 뜨겁고 차가운 인식에 관여하는 다양한 생물학적 회로를 식별하고 뇌의 일부가 의사 결정에 관여하는 방식을 매핑하기 시작했습니다. 예를 들어, 청소년들은 과장된 핵 축적 활성화를 보여 주지만 어린이와 비교할 때 보상 할 수 있지만 궤도 정면 활성화의 차이는 아닙니다 (Galvan et al., 2006). PFC의 장기간 성숙은 또한 경험의 세부 사항에 대한 기억의 연령 관련 개선과 관련이있는 것으로 나타났습니다 (비 경험적 기억을 보존하는 초기 성숙 내측 측두엽 구조와 대조적 인) (Ofen et al., 2007).

“여행과 목적지”교리는 어린이의 두뇌와인지 발달의 근본적인 역 동성을 강조합니다. 청소년기는 특히 신경 발달의 중요한 단계이며,이 연령 집단에서 전형적인 성숙 변화와 정신 병리의 시작 사이의 관계는 활발한 조사 분야입니다. 십대 시절에 여러 종류의 정신 질환의 발병 (예 : 불안 및 기분 장애, 정신병, 섭식 장애 및 물질 남용) (케슬러 (Kessler) 등, 2005)는이 기간 동안 발생하는 많은 뇌 변화 (Paus et al., 2008). 더 광범위하게, 어린 시절에 걸친 구조적 및 기능적 뇌 발달에 대한 메커니즘 및 영향을 이해하면 임상 장애에 대한 개입을 안내하고 최적의 건강한 발달을 촉진하는 경로를 밝히기 위해 뇌의 발달 가소성을 활용할 수 있습니다.

보충 자료

각주

보충 정보

보충 정보 방법 론적 고려 사항을 포함하며 doi : 10.1016 / j.neuron.2010.08.040에서 온라인으로이 기사를 찾을 수 있습니다.

참고자료

  1. Bassett AS, Costain G, Alan Fung WL, Russell KJ, Pierce L, Kapadia R, Carter RF, Chow EW, Forsythe PJ. 정신 분열증의 캐나다 인구 집단에서 임상 적으로 탐지 가능한 카피 수 변이. J Psychiatr Res. 2010 doi : 10.1016 / j.jpsychires.2010.06.013. 언론에서. 7 월 18, 2010 온라인 게시. [PMC 무료 기사] [PubMed] [교차 참조]
  2. 버퀸 PC, Giedd JN, Jacobsen LK, 햄버거 SD, Krain AL, Rapoport JL, Castellanos FX. 주의력 결핍 과잉 행동 장애의 소뇌 : 형태 학적 MRI 연구. 신경학. 1998; 50 : 1087–1093. [PubMed]
  3. 케이시 BJ, Duhoux S, Cohen MM. 청소년기 : 전염, 전이 및 번역과 관련이 있습니까? 뉴런. 2010a; 67 : 749–760. 이 문제. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  4. 카스텔라 노스 FX, 지 에드 JN. ADHD에서 꼬리 핵의 정량적 형태. Biol Psychiatry. 1994; 35 : 725. [PubMed]
  5. Castellanos FX, Lee PP, Sharp W, Jeffries NO, Greenstein DK, Clasen LS, Blumenthal JD, James RS, Ebens CL, Walter JM 등 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애를 가진 어린이와 청소년의 뇌량 이상에 대한 발달 궤적. JAMA. 2002; 288 : 1740–1748. [PubMed]
  6. Caviness VSJ, Jr, Kennedy DN, Richelme C, Rademacher J, Filipek PA. 7 – 11 년의 인간 두뇌 연령 : 자기 공명 영상을 기반으로 한 체적 분석. 대뇌 피질. 1996; 6 : 726–736. [PubMed]
  7. Courchesne E, Pierce K, Schumann CM, Redcay E, Buckwalter JA, Kennedy DP, Morgan J. 자폐증의 초기 뇌 발달지도. 뉴런. 2007; 56 : 399–413. [PubMed]
  8. 건강과 의학의 Crespi B, Stead P, Elliot M. Evolution Sackler colloquium : 자폐증과 정신 분열증의 비교 유전체학. Proc Natl Acad Sci USA. 2010; 107 (공급 1) : 1736–1741. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  9. 달링턴 RB, 던롭 SA, 핀레이 BL. metatherian과 eutherian 포유류의 신경 발달 : 변화와 제약. J Comp Neurol. 1999; 411 : 359–368. [PubMed]
  10. Fields RD, Stevens-Graham B. 뉴런-글 리아 통신에 대한 새로운 통찰력. 과학. 2002; 298 : 556–562. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  11. 핀레이 BL, 달링턴 RB 포유류 뇌의 발달과 진화에 연결된 규칙 성. 과학. 1995; 268 : 1578–1584. [PubMed]
  12. Fishell G. 포유류 Telencephalon의 지역화. Curr Opin Neurobiol. 1997; 7 : 62–69. [PubMed]
  13. Galvan A, Hare TA, Parra CE, Penn J, Voss H, Glover G, Casey BJ. 안와 선수의 초기 개발은 청소년에서 위험을 감수하는 행동의 기초가 될 수 있습니다. J Neurosci. 2006, 26 : 6885-6892. [PubMed]
  14. Giedd JN, Castellanos FX, Casey BJ, Kozuch P, King AC, Hamburger SD, Rapoport JL. 주의력 결핍 과잉 행동 장애에서 말뭉치의 양적 형태. J 정신과입니다. 1994; 151 : 665–669. [PubMed]
  15. Giedd JN, Blumenthal J, Molloy E, Castellanos FX. 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애의 뇌 영상. 앤 NY 아카데 과학 2001; 931 : 33–49. [PubMed]
  16. Giedd JN, Clasen LS, Wallace GL, Lenroot RK, Lerch JP, Wells EM, Blumenthal JD, Nelson JE, Tossell JW, Stayer C 등 XXY (클라인 펠터 증후군) : 소아 정량적 뇌 자기 공명 영상 사례 관리 연구. 소아과. 2007; 119 : e232–e240. [PubMed]
  17. Giedd JN, Lenroot RK, Shaw P, Lalonde F, Celano M, White S, Tossell J, Addington A, Gogtay N. 표현형으로서 해부학 적 뇌 발달의 궤도. 노바티스는 증상을 발견했다. 2008; 289 : 101–112. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  18. Gogtay N, Rapoport JL. 어린 시절 발병 정신 분열증 : 신경 영상 연구에서 통찰력. J는 Acad 아동 Adolesc 정신과입니다. 2008; 47 : 1120–1124. [PubMed]
  19. Gogtay N, Giedd JN, Lusk L, Hayashi KM, Greenstein D, Vaituzis AC, Nugent TF, 3rd, Herman DH, Clasen LS, Toga AW 등 어린 시절 초기 성인을 통해 인간 대뇌 피질 발달의 동적 매핑. Proc Natl Acad Sci USA. 2004a; 101 : 8174–8179. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  20. Gogtay N, Herman D, Ordonez A, Giedd J, Hayashi K, Greenstein D, Vaitiuzis C, Nugent TF, Classen L, Thompson P, Rapoport J. 소아 양극성 질환에서 대뇌 피질 뇌 발달의 동적 매핑. 신경 정신 약리학. 2004b; 29 : S82–S82.
  21. Gogtay N, Lu A, Leow AD, Klunder AD, Lee AD, Chavez A, Greenstein D, Giedd JN, Toga AW, Rapoport JL, Thompson PM. 유년기 정신 분열증의 3 차원 뇌 성장 이상은 텐서 기반의 morphometry를 사용하여 시각화했습니다. Proc Natl Acad Sci USA. 2008; 105 : 15979–15984. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  22. Gottesman II, Gould TD. 정신과의 내인성 개념 : 어원 및 전략적 의도. J 정신과입니다. 2003; 160 : 636–645. [PubMed]
  23. Kessler RC, Berglund P, Demler O, Jin R, Merikangas KR, Walters EE. National Comorbidity Survey Replication에서 DSM-IV 장애의 수명 유병률 및 발병 연령 분포. 아치 젠 정신과. 2005; 62 : 593–602. [PubMed]
  24. Lange N, Giedd JN, Castellanos FX, Vaituzis AC, Rapoport JL. 인간 뇌 구조 크기의 다양성 : 연령 4 – 20 년. 정신과 치료 1997; 74 : 1–12. [PubMed]
  25. Lenroot RK, Gogtay N, Greenstein DK, Wells EM, Wallace GL, Clasen LS, Blumenthal JD, Lerch J, Zijdenbos AP, Evans AC 등 유년기와 청소년기 동안 뇌 발달 궤적의 성적 이형성. 신경 이미지. 2007; 36 : 1065–1073. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  26. Lenroot RK, Schmitt JE, Ordaz SJ, Wallace GL, Neale MC, Lerch JP, Kendler KS, Evans AC, Giedd JN. 아동기 및 청소년기의 발달과 관련된 인간 대뇌 피질에 대한 유전 적 및 환경 적 영향의 차이. 험 뇌 Mapp. 2009; 30 : 163–174. [PubMed]
  27. Logvinov SV, Plotnikov MB, Zhdankina AA, Smol'iakova VI, Ivanov IS, Kuchin AV, Chukicheva IV, Varakuta EIu. 스트렙토 조 토신 당뇨병이있는 쥐에서 망막 뉴런의 형태 학적 변화와 O- 이소 보르 닐 페놀 유도체에 의한 교정. Morfologiia. 2009; 136 : 42–45. [PubMed]
  28. Mackie S, Shaw P, Lenroot R, Pierson R, Greenstein DK, Nugent TF, 3rd, Sharp WS, Giedd JN, Rapoport JL. 주의력 결핍 과잉 행동 장애에서 소뇌 발달 및 임상 결과. J 정신과입니다. 2007; 164 : 647–655. [PubMed]
  29. McClellan J, King MC. 인간 질병의 유전 적 이질성. 세포. 2010; 141 : 210–217. [PubMed]
  30. Merke DP, JD 필드, Keil MF, Vaituzis AC, Chrousos GP, Giedd JN 선천성 부신 과형성이있는 소아는 편도체의 양을 줄였습니다 : 태아 및 출산 후의 잠재적 인 호르몬 효과. J 클린 엔도 크리 놀 대사 2003; 88 : 1760–1765. [PubMed]
  31. Merke DP, Giedd JN, Keil MF, Mehlinger SL, Wiggs EA, Holzer S, Rawson E, Vaituzis AC, Stratakis CA, Chrousos GP. 쿠싱 증후군이 해결 된 지 1 년 후 뇌 위축이 역전 됨에도 불구하고 소아는인지 기능 저하를 경험합니다. J 클린 엔도 크리 놀 대사 2005; 90 : 2531–2536. [PubMed]
  32. Neale MC, Cardon LR. 북대서양 조약기구, 과학부. 쌍둥이 및 가족의 유전 연구 방법론. 도르 드 레흐트; 보스턴 : Kluwer Academic Publishers; 1992.
  33. Ofen N, Kao YC, Sokol-Hessner P, Kim H, Whitfield-Gabrieli S, Gabrieli JD. 인간 두뇌의 선언적 기억 시스템의 개발. Nat Neurosci. 2007; 10 : 1198–1205. [PubMed]
  34. Paus T, Zijdenbos A, Worsley K, Collins DL, Blumenthal J, Giedd JN, Rapoport JL, Evans AC. 어린이와 청소년의 신경 경로의 구조적 성숙 : 생체 내 연구. 과학. 1999; 283 : 1908–1911. [PubMed]
  35. Paus T, Keshavan M, Giedd JN. 청소년기 동안 많은 정신 장애가 나타나는 이유는 무엇입니까? Nat Rev Neurosci. 2008; 9 : 947–957. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  36. Power JD, Fair DA, Schlaggar BL, Petersen SE. 인간 기능 뇌 네트워크의 개발. 뉴런. 2010; 67 : 735–748. 이 문제. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  37. Rakic ​​P. 세포를위한 작은 발걸음, 인류를위한 거대한 도약 : 진화 중 신피질 확장의 가설. 트렌드 신경. 1995; 18 : 383–388. [PubMed]
  38. Rapoport JL, Addington AM, Frangou S, Psych MR. 정신 분열증의 신경 발달 모델 : 2005 업데이트. 몰 정신과. 2005; 10 : 434–449. [PubMed]
  39. Rapoport J, Chavez A, Greenstein D, Addington A, Gogtay N. 자폐증 스펙트럼 장애 및 아동기 정신 분열증 : 재검토 된 관계에 대한 임상 적 및 생물학적 기여. J는 Acad 아동 Adolesc 정신과입니다. 2009; 48 : 10–18. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  40. Riva D, Giorgi C. 소뇌는 발달하는 동안 더 높은 기능에 기여합니다. 뇌. 2000; 123 : 1051–1061. [PubMed]
  41. 슈마 만 JD. 소뇌의 장애 : 운동 실조증, 생각의 dysmetria 및 소뇌인지 정서 증후군. J 신경 정신과 클린 신경과. 2004; 16 : 367–378. [PubMed]
  42. Schmitt JE, Wallace GL, Rosenthal MA, Molloy EA, Ordaz S, Lenroot R, Clasen LS, Blumenthal JD, Kendler KS, Neale MC, Giedd JN. 유전자 정보 소아 샘플에서 신경 해부학 적 관계의 다변량 분석. 신경 이미지. 2007; 35 : 70–82. [PubMed]
  43. Selemon LD, Goldman-Rakic ​​PS. 감소 된 신경필 가설 : 정신 분열증의 회로 기반 모델. Biol Psychiatry. 1999; 45 : 17–25. [PubMed]
  44. Shaw P, Greenstein D, Lerch J, Clasen L, Lenroot R, Gogtay N, Evans A, Rapoport J, Giedd J. 어린이와 청소년의 지적 능력과 대뇌 피질 발달. 자연. 2006a; 440 : 676–679. [PubMed]
  45. Shaw P, Lerch J, Greenstein D, Sharp W, Clasen L, Evans A, Giedd J, Castellanos FX, Rapoport J. 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애가있는 어린이 및 청소년의 피질 두께 및 임상 결과의 종 방향 매핑. 아치 젠 정신과. 2006b; 63 : 540–549. [PubMed]
  46. Shaw P, Eckstrand K, Sharp W, Blumenthal J, Lerch JP, Greenstein D, Clasen L, Evans A, Giedd J, Rapoport JL. 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애는 피질 성숙이 지연되는 특징이 있습니다. Proc Natl Acad Sci USA. 2007a; 104 : 19649–19654. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  47. Shaw P, Gornick M, Lerch J, Addington A, Seal J, Greenstein D, Sharp W, Evans A, Giedd JN, Castellanos FX, Rapoport JL. 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애에서 도파민 D4 수용체의 다형성, 임상 결과 및 대뇌 피질의 구조. 아치 젠 정신과. 2007b; 64 : 921–931. [PubMed]
  48. Shaw P, Lerch JP, Pruessner JC, Taylor KN, Rose AB, Greenstein D, Clasen L, Evans A, Rapoport JL, Giedd JN. 다른 apolipoprotein E 유전자 다형성을 가진 어린이와 청소년의 대뇌 피질의 형태 : 관찰 연구. 란셋 뉴롤. 2007c; 6 : 494–500. [PubMed]
  49. Shaw P, Sharp WS, Morrison M, Eckstrand K, Greenstein DK, Clasen LS, Evans AC, Rapoport JL. 주의력 결핍 과잉 행동 장애에서 정신 자극제 치료 및 발달 피질. J 정신과입니다. 2009; 166 : 58–63. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  50. Sobel LJ, Bansal R, Maia TV, Sanchez J, Mazzone L, Durkin K, Liu J, Hao X, Ivanov I, Miller A 등 기초 결핵 표면 형태 및 주의력 결핍 과잉 행동 장애를 가진 청소년의 흥분제 약물의 효과. J 정신과입니다. 2010; 167 : 977–986. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  51. Sowell ER, Thompson PM, Tessner KD, Toga AW. 등쪽 정면 피 질에서 지속적인 두뇌 성장과 회백질 밀도 감소 매핑 : 사춘기 뇌 성숙 중 역 관계. J Neurosci. 2001; 21 : 8819–8829. [PubMed]
  52. Sowell ER, Thompson PM, Peterson BS, Henkenius AL, Toga AW, SE 환영합니다. 주의력 결핍 과잉 행동 장애를 가진 어린이와 청소년의 대뇌 피질의 이상. 랜싯. 2003; 362 : 1699–1707. [PubMed]
  53. Sowell ER, Toga AW, 톰슨 PM 수명 동안 인간 피질의 변화를 매핑합니다. 신경 과학자. 2004; 10 : 372–392. [PubMed]
  54. Thompson PM, Vidal C, Giedd JN, Gochman P, Blumenthal J, Nicolson R, Toga AW, Rapoport JL. 청소년기 뇌 변화를 매핑하면 초발성 정신 분열증에서 가속화 된 회백질 손실의 동적 파동이 드러납니다. Proc Natl Acad Sci USA. 2001; 98 : 11650–11655. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  55. 티에 미에 H, 렌트 루트 RK, 그린 스타 인 DK, 트란 L, 피어슨 R, 지 에드 JN. 유년기와 청소년기 동안 소뇌 발달 : 종 방향 Morphometric MRI 연구. 신경 이미지. 2010; 49 : 63–70. [PMC 무료 기사] [PubMed]
  56. Wallace GL, Eric Schmitt J, Lenroot R, Viding E, Ordaz S, Rosenthal MA, Molloy EA, Clasen LS, Kendler KS, Neale MC, Giedd JN. 뇌 morphometry의 소아 쌍둥이 연구. J 아동 사이코 톨 정신과. 2006; 47 : 987–993. [PubMed]
  57. 와인 버거 박사 정신 분열증의 병인에 대한 정상적인 뇌 발달의 의미. 아치 젠 정신과. 1987; 44 : 660–669. [PubMed]
  58. 와인 버거 박사, Berman KF, Suddath R, Torrey EF. 정신 분열증에서 전 전두 변연계 네트워크의 기능 장애의 증거 : 불일치 한 monozygotic 쌍둥이의 자기 공명 영상 및 국소 뇌 혈류 연구. J 정신과입니다. 1992; 149 : 890–897. [PubMed]