„PLoS One“. 2014; 9 (1): e84914.
Abstraktus
Iš anatominių ir funkcinių vaizdavimo tyrimų matyti, kad paauglystės metu buvo atlikti svarbūs žievės grandinių pakeitimai. Tai apima pilkosios medžiagos (GM) mažinimą, kortikosterikinių jungčių mielinizacijos padidėjimą ir didelio masto žievės tinklų architektūros pokyčius. Tačiau šiuo metu neaišku, kaip vykstantys vystymosi procesai daro poveikį smegenų žievės sulankstymui ir kaip genrifikacijos pokyčiai yra susiję su GM / WM tūrio, storio ir paviršiaus brandinimu. Šiame tyrime įsigijome 3 sveikų asmenų (79 vyrų ir 34 patelių) didelės skiriamosios gebos (45 Tesla) magnetinio rezonanso (MRI) duomenis tarp 12 ir 23 metų amžiaus ir atlikome visą smegenų žievės sulankstymo raštų analizę. žirginimo indeksas (GI). Be GI reikšmių, mes įvertinome žievės storio, paviršiaus, GM ir baltos medžiagos (WM) tūrį, kuris leido nustatyti koreliaciją su grifacijos pokyčiais. Mūsų duomenys rodo ryškius ir plačiai paplitusius GI vertės sumažėjimus paauglystėje keliose žievės dalyse, tarp kurių yra pirmtakų, laiko ir priekinės zonos. Grybelinio augimo sumažėjimas iš dalies sutampa tik su GM storio, tūrio ir paviršiaus pokyčiais ir apibūdintas iš esmės linijiniu vystymosi trajektorija. Mūsų duomenys rodo, kad pastebėtas GI verčių sumažėjimas yra papildomas svarbus smegenų žievės modifikavimas vėlyvojo smegenų brendimo metu, kuris gali būti susijęs su pažintiniu vystymusi.
Įvadas
Didelis darbas per pastaruosius du dešimtmečius parodė paauglystės svarbą tęstiniam žievės grandinių brandinimui [1]-[3]. Pradedant nuo Huttenlocher stebėjimo [4] pastebimai sumažėjęs sinaptinių kontaktų skaičius, magnetinio rezonanso tyrimo (MRI) tyrimai atskleidė ryškių pilkosios medžiagos (GM) apimties ir storio sumažėjimą. [5], [6]. Priešingai, baltųjų medžiagų kiekis (WM) padidėjo dėl pagerėjusio kortikosterikinių jungčių mielinizacijos [7]-[10]. Naujausi tyrimai parodė, kad GM / WM modifikacijos apima trečiąjį gyvenimo dešimtmetį [11], [12] ir apima didelio masto anatominių ir funkcinių tinklų organizavimo pokyčius [13]. Šie rezultatai suteikė naujų įžvalgų apie paauglystės svarbą kaip kritinį žmogaus smegenų vystymosi laikotarpį, kuris taip pat gali turėti svarbių užuominų dėl psichikos sutrikimų, pvz., Šizofrenijos, atsiradimo, kuris paprastai pasireiškia perėjimo nuo paauglystės iki suaugusiojo amžiaus metu. [14], [15].
Nors GM / WM tūrio modifikacijos buvo plačiai apibūdintos, egzistuoja palyginti mažai įrodymų apie brandinimo pokyčius, atsiradusius žievės paviršiaus lankstymo metu. Žmogaus smegenų žievė yra viena iš išskirtinių bruožų - labai sulankstytas sulankstomasis raštas, kuris lemia žymiai padidėjusį žievės paviršių. Pavyzdžiui, žmogaus žievės paviršiaus plotas yra vidutiniškai dešimt kartų didesnis nei makakų beždžionių, bet tik dvigubai storesnis [16]. Žmonėms padidėjęs žievės paviršius gali būti susijęs su aukštesnių kognityvinių funkcijų atsiradimu, nes gali atsirasti daug neuronų ir kortikosterikinių jungčių.
Yra įrodymų, kad žievės sulankstymo raida keičiasi. Po 5 mėnesių gimdoje, žievės raukšlės atsiranda ir toliau vystosi bent jau pirmaisiais metais [17]. Ankstyvosios vaikystės metu žirgybos laipsnis toliau didėja ir iki šiol daroma prielaida stabilizuotis. Post-mortem analizė, atlikta Armstrong ir kt. [18]tačiau pastebėta, kad iki pirmųjų metų žarnyno sulankstymas buvo per didelis, o po to sumažėjo iki pilnametystės.
Šią išvadą patvirtina naujausi MRI tyrimai, kuriuose buvo tiriamos GI vertės smegenų brandinimo metu. Raznahanas ir kt. [19] paaugliams pasireiškė visuotinis ginekologijos sumažėjimas. Visai neseniai, Mutlu et al. [20] parodė, kad tarp 6 – 29 amžiaus GI vertės sumažėjo priekinės ir parietinės žievės, kurios atitinka Su ir kolegų duomenis. [21] kuris taikė naują požiūrį į žirginimo matavimus mažam vaikų ir paauglių mėginiui. Galiausiai Hogstrom et al. [22] rodo, kad žydėjimo būdų modifikacijos tęsiasi iki senatvės.
Šiame tyrime siekėme visapusiškai apibūdinti žirgynės vystymąsi paauglystėje, tiriant visą smegenų GI reikšmes MRT duomenyse. Be to, mes nustatėme GM parametrus (žievės storis, tūris ir paviršiaus plotas), taip pat įvertinome WM kiekio vertinimus, kad nustatytume priklausomybę nuo priklausomybės nuo žirginimo ir GM / WM parametrų. Mūsų rezultatai rodo plačiai paplitusią GN reikšmę, kuri atsiranda sutampančiose, bet ir skirtingose GM pokyčių srityse, pvz., Regioniniuose, laikinuose ir priekiniuose regionuose, kurie pabrėžia paauglių anatominę galvos smegenų žievės modifikaciją.
Medžiagos ir metodai
Dalyviai
85 dešinieji dalyviai (36 vyrai ir 49 moterys) tarp 12 ir 23 metų amžiaus buvo įdarbinti iš vietinių aukštųjų mokyklų ir Goethe universiteto Frankfurto ir buvo tikrinami dėl psichikos sutrikimų, neurologinės ligos ir piktnaudžiavimo narkotikais. Rašytinis sutikimas buvo gautas iš visų dalyvių. Jaunesniems nei 18 metų dalyviams raštišką sutikimą davė jų tėvai. „Hamburger-Wechsler“ žvalgybos bandymas (HAWI-E / K) [23], [24] buvo atliekama. Šeši dalyviai buvo pašalinti dėl trūkstamų arba neišsamių MRT duomenų. Tyrimą patvirtino Frankfurto Goetės universiteto etikos taryba.
MR duomenų gavimas
Struktūriniai magnetinio rezonanso vaizdai buvo gauti naudojant „3-Tesla Siemens Trio“ skaitytuvą („Siemens“, „Erlangen“, Vokietija), naudojant CP galvutės ritę, skirtą RF perdavimui ir signalo priėmimui. Mes naudojome T1 svertinį trimatį (3D) magnetizacijos paruoštą greitojo įsigijimo gradiento Echo (MPRAGE) seką su šiais parametrais: laiko kartojimas (TR): 2250 ms., Laiko aidas (TE): 2.6 ms, regėjimo laukas (FOV): 256 × 256 mm3, griežinėliai: 176 ir 1 × 1 × 1.1 mm vokselio dydis3.
Paviršiaus rekonstrukcija
MRT duomenys buvo apdoroti naudojant FreeSurfer programinės įrangos versijos 5.1.0 paviršiaus ir tūrio vamzdyną (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] ir žievės storio, GM ir WM kiekio, žievės paviršiaus ploto, 3-D vietinio žydėjimo indekso (LGI) ir apskaičiuoto intrakranijinio tūrio (eTIV) įvertinimai. Buvo laikomasi standartinio „FreeSurfer“ dujotiekio, automatiškai rekonstruoti paviršiai buvo tikrinami tiksliai ir, jei reikia, buvo naudojami rankiniai įsikišimai naudojant „FreeSurfer“ korekcijos įrankius.
Išankstinis apdorojimas apėmė Talairach transformaciją, judesio korekciją, intensyvumo normalizavimą, ne smegenų audinių pašalinimą, segmentavimo ir pilkosios ir baltos medžiagos ribos pasiskirstymą, automatiškai topologijos korekciją ir paviršiaus deformaciją ir yra išsamiau aprašyta kitur [25], [27]-[29]. Be to, buvo atlikta sferinė atlaso registracija, infliacija ir giralinis / sulfacinis žievės paviršiaus dalijimasis tarp individualių tyrimų, kurie davė 33 žievės sritis per pusrutulį [30].
Žievės storis, žievės paviršiaus plotas ir GM tūris
Žievės storis buvo matuojamas kaip atstumas tarp WM-ribos ir GM-medžiagos paviršiaus kiekviename taške (viršūnėje) tesselated paviršiuje [27]. Kortikos paviršiaus žemėlapiai buvo sukurti pagal kiekvienos trikampio ploto įvertinimus standartizuotame paviršiaus tesselatione [31]. Apskaičiavimai buvo suskirstyti į atskirą žievės erdvę sferinio atlaso registracijos būdu [32]. Tai davė santykinio arealo išplėtimo arba suspaudimo vertex-by-vertex įvertinimus [33]. GM tūris buvo apskaičiuotas pagal žievės storio matavimus ir plotą aplink atitinkamą viršūnę ant žievės paviršiaus [34].
3-D vietinis žydėjimo indeksas (LGI)
Apskaičiuota 3-D lGI [35] kuris buvo naudojamas ankstesnėse MR studijose [36], [37]. Trumpai tariant, LGI apima 3-D rekonstravimą žievės paviršiuje, kur žirginimo laipsnis yra apibrėžiamas kaip žievės paviršiaus, palaidoto sulčių raukšlėse, kiekis, palyginti su regimuoju žievės kiekiu žiediniuose regionuose, kurie domina [38]. Pirmajame etape buvo sukurtas trikampis išorinis paviršius, glaudžiai susegiantis pialinį paviršių, naudojant morfologinę uždarymo procedūrą. Konvertavę tinklinį tinklą į dvejetainį tūrį, mes naudojome 15 mm skersmenį, kad uždarytume pagrindines sferas, skirtas sferai generuoti. [35]. Norint sukurti optimalų raišką, norėdami sukurti daugiau nei vieną sulcus, pasirenkame 25 mm spindulį. [38]. Pradinės viršūnės lGI reikšmės buvo apibrėžtos kaip išorinio ROI paviršiaus ir paviršiaus paviršiaus santykis. Statistiniams palyginimams išorinės LGI reikšmės buvo susietos su individualia koordinatės sistema, kuri sumažino tarpsluoksnį tarpsluoksnį nukrypimą [35].
WM apimtis
Apskaičiuota regioninė WM apimtis, mažesnė už paralelinius žievės GM regionus. Kiekvienas baltos medžiagos vokselis buvo paženklintas prie artimiausio žievės GM-vokelio su 5 mm atstumo riba, todėl 33 WM tūris atitiko atitinkamas GMN sritis. [39] kuris buvo naudojamas ankstesnėse studijose [9], [40].
Numatomas intrakranijinis tūris (eTIV)
Apskaičiuotas intrakranijinis tūris (eTIV) FreeSurfer vamzdyne buvo gautas iš atlaso normalizavimo procedūros. Per Atlas Scaling Factor (ASF), kuris atspindi tūrio skalės koeficientą, atitinkantį individą su atlaso tikslu, atlikti kiekvieno eTIV skaičiavimai [41].
Statistinė analizė
Analizės etapai apibendrinti 1 pav. Visų 79 dalyvių dešiniojo ir kairiojo pusrutulio paviršiai buvo vidutiniškai apskaičiuoti, o atskiri paviršiai buvo perorientuoti į vidutinę sferinę koordinačių sistemą. Norint padidinti žievės storio, GM tūrio ir žievės paviršiaus ploto ir 20 mm FWHM vertę, naudojome 5 mm pilno pločio pusiau maksimalų (FWHM) lyginimą, kad padidintume signalo ir triukšmo santykį.
Pirmajame etape tyrinėjome viso smegenų LGI reikšmes, žievės storį, žievės paviršiaus plotą ir GM tūrį. Siekiant įvertinti amžiaus poveikį skirtingiems anatominiams parametrams (lGI, žievės storis, žievės paviršiaus plotas ir GM tūris), buvo naudojamas bendrasis linijinis modelis (GLM). Visos analizės buvo atliktos kontroliuojant lyčių ir eTIV poveikį. Mes naudojome klaidingą atradimo metodą (FDR) [42] koreguoti kartotinius palyginimus su q 0.05 ir q 0.005 žievės storio, paviršiaus ploto ir GM tūrio kriterijais LGI įvertinimams. Dėl plačiai paplitusių, nuo amžiaus priklausančių LGI reikšmių pokyčių, palyginti su žievės storiu, žievės paviršiaus plotu ir GM tūriu, buvo pasirinktos skirtingos statistinės ribos. Be to, mes analizavome amžių2 ir amžius3 poveikis visiems anatominiams parametrams, kurie buvo kontroliuojami dėl amžiaus, lyties ir eTIV poveikio.
Norėdami gauti ploto dydžio vertinimus, mes pasirinkome viršūnes, kuriose yra didžiausios LGI reikšmės, o jų atitinkamos Talairach koordinatės ir taikė automatinę mri_surfcluster funkciją FreeSurfer (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Be to, Coheno d [43] buvo gautas smegenų plotams, turintiems didžiausią priklausomybę nuo amžiaus, lyginant vidutines vertes jauniausioje (amžiaus: 12 – 14, n = 13) ir seniausioje dalyvių grupėje (amžius: 21 – 23, n = 18). Efektų dydžiai pateikiami paveikslėlių legendose.
Antrame etape mes ištyrėme Pearsono koreliacijos koeficientus tarp amžiaus priklausančių lGI efektų ir žievės storio, žievės paviršiaus ploto ir GM / WM tūrio pokyčių. Norint įtraukti WM apimties duomenis, buvo atlikta parceliacija pagrįsta regioninė analizė. Keturios viršūnės iš viršūnių po taškus analizuojamos pusrutulyje su ryškiais amžiaus-lGI efektais (statistinė riba p <10-4) buvo priskirtos FreeSurfers gyral pagrindinėms sritims [30] ir atitinkamoms etiketėms išsiskiria žievės storis, GM / WM tūris ir žievės paviršiaus plotas.
rezultatai
Amžiaus priklausomų lGI pokyčių viršūnių analizė
LGI reikšmės sumažėjo su amžiumi 12 klasteriuose kairėje ir 10 grupėse dešinėje pusrutulyje (FDR 0.005) (2 pav ir And3,3, Lentelė 1). Smegenų plotai, kuriuose mažiausias LGI sumažėjimas, buvo lokalizuoti kairiajame centre (plotas = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 ir 7), kairėje pranašesnis už priekį (plotas = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), kairėn prastesnė (laiko dydis = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 ir 37), kairiosios - orbitofrontal (plotas = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 ir 11) ir dešiniojo vidurinio žievės (ploto dydis = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 ir 7), dešinė pars triangularis (ploto dydis = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 ir 46), dešinysis rostral-middlefrontal (ploto dydis = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) ir geresnis parietalas (plotas = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 ir 39). Nenustatyta jokių reikšmingų lyties pasekmių LGI reikšmių pokyčiams FDR, esant 0.005, ir su amžiumi susijusio žirginimo sumažėjimu, atlikus netiesines (kubines) trajektorijas (3 pav).
Kortikinio storio, GM-tūrio ir žievės paviršiaus srities pokyčių priklausomybės nuo viršūnių analizė
Kortikos storis labiausiai pastebimas viršutinėje priekinėje dalyje (ploto dydis = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 ir 9) ir rostral-middle-frontal (ploto dydis = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 ir 46) korpusai kairiajame pusrutulyje ir dešiniojo pusrutulio dešinėje (plotas = 14735.38 mm)2, p = 10-6.16, BA 6, 44 ir 45) (4 pav). Žievės storio sumažėjimą galima apibūdinti kubine trajektorija (R. \ T2 = 0.191 kairiosios kairės-vidurinės priekinės dalies atžvilgiu, R2 = 0.126 kairiajam viršutiniam priekiniam ir R2 = 0.134 dešiniųjų precentralinių grupių atveju). Be to, mes nustatėme nuo amžiaus priklausomą dvišalį GM tūrio sumažėjimą, kuris buvo lokalizuotas viršutiniame priekyje (ploto dydis = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 ir 9) skilties kairiajame pusrutulyje ir pars orbitalis (ploto dydis = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 ir 47) ir žemesnės parietalės (ploto dydis = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 ir 39) dešiniojo pusrutulio skiltelė (4 pav). GM kiekio mažinimas po kubinių trajektorijų (R2 = 0.132 kairiajam viršutiniam priekiniam, R2 = 0.185 dešiniojo pars orbitalio ir R atveju2 = 0.204 dešiniojo apatinio parietalinio klasterio atveju).
Dėl paviršiaus ploto, mes nustatėme reikšmingą pirmtako sumažėjimą (ploto dydis = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), vidinis priekinės dalies (plotas = 609.mm)2, p = 10-6.03, BA 6) ir supramarginalas (ploto dydis = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) klasteriai kairiajame pusrutulyje. Viršutiniame plote geriausiame pusrutulyje pastebimai sumažėjo centre (ploto dydis = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), žemesnis parietalas (plotas = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) ir geresnis parietalas (plotas = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7))4 pav). Paviršiaus ploto sumažinimą geriausiai apibūdino kubinė trajektorija (R. \ T2 = 0.095 kairiajam precentralui, R2 = 0.026 kairysis uodeginis-vidurinis priekinis, R2 = 0.024 kairysis viršžiedis, R2 = 0.116 dešinysis pusrutulis, R2 = 0.156 dešinioji viršutinė-parietalinė ir R2 = 0.046 dešiniesiems precentraliniams klasteriams). Reikšmingo lyties poveikio žievės storio, GM tūrio ir paviršiaus pokyčiams FDR esant 0.005 nenustatyta
Koreliacijos tarp žydėjimo, žievės storio, paviršiaus ploto ir GM / WM-tūrio
Norint ištirti ryšius tarp lGI-reikšmių ir GM / WM pokyčių, buvo pasirinktos 8 sritys, kuriose didžiausi priklausomybės nuo žydėjimo pokyčiai, ir LGI reikšmės buvo koreliuojamos su žievės storiu, žievės paviršiaus plotu ir GM / WM-Volume (5 pav, Lentelė 2). Nustatyta didelių ir teigiamų koreliacijų tarp žievės paviršiaus ploto ir GM apimties su LGI reikšmėmis. Toks ryšys nenustatytas koreliacijai tarp žievės storio ir LGI įvertinimų. Padidėjęs WM kiekis taip pat parodė reikšmingą, nors ir silpnesnį santykį nei GM apimtis ir paviršiaus plotas, sustiprinus žudynę keliose priekinės dalies ir parietinės žievės dalyje.
Anatominių parametrų ir amžiaus pokyčių linijiniai ryšiai: „Vertex-by-Vertex“ analizės
LGI
Mes radome 16 (kairiojo pusrutulio) ir 7 klasterius (pusrutulį), kur amžius2 ir LGI buvo koreliuojami neigiamai (Pav. S1). Stipriausias amžius 2 poveikis LGI buvo lokalizuotas kairėje viršutinėje priekinėje dalyje (ploto dydis = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 ir 10), kairėje viršutinė parietal (ploto dydis = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 ir 4) ir kairėje pericalcarine (plotas = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17). Dešiniajame pusrutulyje poveikis buvo pastebėtas centriniame regione (plotas = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 ir 6), postcentral (ploto dydis = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 ir 3) ir pranašesnėse kortelėse (ploto dydis = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Kubinis amžiaus poveikis LGI buvo nustatytas 18 (kairiajame pusrutulyje) ir 7 klasteriuose (dešinėje pusrutulyje). Regionai, turintys didžiausią kubinį efektą, buvo lokalizuoti dideliame viršutiniame priekyje (ploto dydis = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 ir 47), superior-parietal (plotas = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ir 9) ir pericalcarine (plotas = 292.35 mm2, p = 10-3.73, BA 17) klasteris kairiajame pusrutulyje. Dešiniajame pusrutulyje ryškiausias kubinis amžius ir LGI santykiai buvo nustatyti centrinėje dalyje (ploto dydis = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 ir 7), caudal-middlefrontal (ploto dydis = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 ir 9) ir vidutinio laiko klasteris (ploto dydis = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
amžius2 poveikis GMV buvo apribotas kairiajame pusrutulyje (Pav. S2). Stipriausi poveikiai buvo pastebėti išplėstose pars operuliarinės dalies dalyse (ploto dydis = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 ir 45), paracentrinis (plotas = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 ir 31) ir žemesnės parietalės (ploto dydis = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 ir 22).
Kubinio amžiaus poveikis GMV buvo kairiajame pusrutulyje esančiose 3 korekcijose. Vienas klasteris yra užpakalinėse gyrus cinguli dalyse (plotas = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), dalis gyrus inferior frontalis-pars operularis- (plotas = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) ir geresnio laikinio sulcus bankai (ploto dydis = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) pasižymėjo dideliu amžiumi3 ir LGI santykiai (Pav. S2).
CT / SA: Nėra reikšmingo amžiaus2amžius3 poveikis, kurį radome CT ir SA.
Diskusija
Mūsų tyrimo rezultatai rodo plačiai paplitusią smegenų žievės žydėjimo modelio kaitą paauglystės metu. Ankstesnė post mortem [18] ir MRT tyrimai [19]-[21] parodė, kad LGI reikšmės sumažėjo vėlesniais vystymosi laikotarpiais, tačiau pokyčių mastas, dalyvaujantys smegenų regionai ir santykis su tuo pačiu anatominiu procesu liko neaiškūs. Kortikos zonos, kurioms būdingas didžiausias LGI reikšmių sumažėjimas, buvo pirmieji, laikini ir priekiniai regionai. Šie smegenų plotai, sutapti tik iš dalies su regionais, kuriems būdingi GM ir poveikio dydžių pokyčiai, buvo žievės storio ir GM tūrio intervale ir aukščiau, o tai rodo, kad pastebėti žirginimo pokyčiai yra papildomas svarbus smegenų žievės modifikavimas paauglystės metu.
IGL pokyčių žievės regionai
Didžiausias žievės regionas, kuriam būdingas sumažėjęs žirgynas, buvo klasteris pirmtako žievėje, į kurią įeina BA 3, 6 ir 7. Palyginimui, GM storio ir tūrio pokyčiai buvo orientuoti į priekines (BA 8 ir 9) ir laikines (BA 20 ir 21) korteles, kurios atitinka ankstesnių išilginių tyrimų duomenis. [6] bet tik iš dalies sutapo su sumažėjusiomis LGI reikšmėmis.
Nors precentrinis klasteris, kuris išplito iki ikimokyklinio / centrinio gyrus, supramarginalinis gyrus, taip pat geresnis parietinis žievis, buvo mažiau nuosekliai susijęs su paauglių smegenų brendimu, yra įrodymų, kad šios smegenų sritys gali būti susijusios su vykstančius pažinimo ir elgesio pokyčius. Neseniai atliktas Ramsden et al. [44] parodė, kad intelekto svyravimai paauglystės metu yra glaudžiai susiję su GM pokyčiais kairiajame variklio kalbos regione. Panašiai ir toliau gerėja motorinė žievė, kaip matyti iš transkranijinės magnetinės stimuliacijos (TMS) tyrimų. [45] ir EEG [46]. Galiausiai, BA 7 yra labai svarbus vystant kortikinius tinklus, kurie paauglystės metu yra aukštesnės kognityvinės funkcijos, pvz., Darbo atminties (WM), nes BOLD aktyvumas viršutiniame parietiniame žieve rodo didelį vystymosi padidėjimą manipuliuojant WM-elementais [47].
Antrasis ryškus IGl reikšmių pokyčių regionas buvo priekinė žievė, kuri buvo nuosekliai susijusi su anatomijos ir elgesio pokyčiais paauglystės metu. Šiame tyrime sumažėjo lGI reikšmės buvo nustatytos priekinėje stulpelyje (BA 10), orbitofrontinėje žievėje (BA 11) ir prastesniame priekiniame gyrus (BA 47). Didelė dalis darbo parodė, kad šie regionai yra centralizuotai įtraukti į elgesio modifikacijas paauglystės metu, pavyzdžiui, pažinimo slopinimo patobulinimus. [48], rizikuoti [49] ir mentalizavimas [50].
Galiausiai, klasterio, atitinkančio BA 19, 20 ir 37, reikšmingas sumažėjimas buvo susijęs su ankstyvosiomis regėjimo vietomis ir žievės regionais, skirtiems objektų atpažinimui. Be didesnių kognityvinių funkcijų modifikacijų, paauglystė taip pat siejama su nervų virpesių pagerėjimu, kurį sukelia paprastas ir sudėtingas regėjimo stimulas [51], [52] taip pat objekto apdorojimo ventraliniame sraute brandinimas [53].
Stiprus kvadratinis amžiaus poveikis LGI buvo nustatytas kairėje viršutinėje priekinėje dalyje (BA 8, 9 ir 10) ir dešinėje pusėje esančiose frontalinėse (BA 8) grupėse, kurios atitinka ankstesnį tyrimą (Hogstrom et al. [22]. Kubinio amžiaus-LGI santykiai yra lokalizuoti kairiajame viršutiniame priekyje (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 ir 47), geresni parietaliai (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9 ir 21 XNUMX), dešiniojo caudal-middlefrontal (BA XNUMX ir XNUMX) ir vidutinio laiko (BA XNUMX) zonos.
Dabartiniai duomenys tokiu būdu suteikia naujų perspektyvų regionams, dalyvaujantiems paauglystės laikotarpiu, kuriai būdingas ginekologijos vystymasis, kuriam būdinga linijinė vystymosi trajektorija, kai kuriuose regionuose yra kreivieji ir kubiniai efektai. Ankstesni tyrimai su mažesniais imties dydžiais [20], [21] daugiausia nustatė GI reikšmių pokyčius laikinuose, parietiniuose ir priekiniuose regionuose. Be to, Mutlu ir kolegos [20] pastebėta, kad vyresnio amžiaus vyrų neišvengiamai mažėjantis lGI sumažėjo, palyginti su moterimis, esančiomis prefrontaliniuose regionuose.
Kortikos sulankstymo plėtra paauglystės metu: ryšys su GM / WM pokyčiais
Buvo pasiūlyta keletas mechanizmų, skirtų besivystančioms žirgynėms [54]. Van Essen [55] pasiūlė, kad smegenų žievės sulankstomasis raštas gali būti paaiškintas mechanine įtempimu palei ašis. Pagal šią teoriją gyri susidarymas yra mechaninių jėgų, atsirandančių tarp tankiai sujungtų regionų, rezultatas, nes įtampa stipriai sujungia tarpusavyje sujungtus regionus. Be to, alternatyvios sąskaitos pabrėžė skirtingo augimo tarp vidinių ir išorinių žievės sluoksnių vaidmenį [17]. Galiausiai yra įrodymų, kad žievės lankstymas yra genetinės kontrolės [56] ir kad lyties skirtumai egzistuoja brandoje žievėje [57].
Nors dabartinis tyrimas neleidžia įžvalgų dėl mechanizmų, kuriais grindžiamas žirginimo sumažėjimas paauglystėje, palyginimas su GM ir WM parametrų pokyčiais gali būti svarbus klausimui, ar pastebėtus žievės lankstymo pokyčius įtakoja nuolatiniai anatominiai pakeitimai. Svarbi dabartinio tyrimo išvada yra ta, kad LGI reikšmių sumažėjimas atsiranda žievės regionuose, kurie iš esmės skiriasi nuo GM kiekio ir storio sumažėjimo. Tačiau koreliacijos tarp lGI-reikšmių regionuose, kuriems būdingas ryškus amžių mažinantis ir GM / WM-parametras, rodo, kad žievės lankstymo laipsnis vis dėlto yra susijęs su GM-tūrio ir paviršiaus plotu. Konkrečiai, mes pastebėjome teigiamą ryšį tarp padidėjusių LGI reikšmių su GM ploto ir tūrio. Įdomu tai, kad nebuvo GM storio. Galiausiai, WM-apimtis taip pat prisidėjo prie didesnių LGI reikšmių 5 iš 7 žievės regionų.
Grifikacija, elgesys ir psichopatologija
Nepaisant plačiai paplitusio žievės lankstymo paauglystėje metu ir didelių efektų dydžių, susijusių su sumažėjusiomis LGI reikšmėmis, dar reikia nustatyti pasekmes pažinimo ir elgesio pokyčiams paauglystėje. Ankstesni tyrimai parodė, kad individualūs žievės lankstymo frontaliniuose regionuose skirtumai įtakoja suaugusiųjų vykdomuosius procesus [58] ir elgesio modifikacijos, pavyzdžiui, meditacija [59], poveikis žudynėms, nurodant žievės lankstymo vaidmenį pažinimo ir nuo patirties priklausančio plastiškumo.
Be to, yra daugybė įrodymų, kad ginekologijos modeliai siejami su psichopatologija, o tai rodo, kad svarbu suprasti vystymosi pokyčius grifikacijoje ir ryšį su pažinimu bei elgesiu. Keletas nervų sistemos vystymosi sutrikimų, pvz., Williamso sindromas (WS) ir autizmo spektro sutrikimai (ASD), yra susiję su nenormaliais žievės lankstymo modeliais. Konkrečiai, dalyviai, turintys WS, pasižymi sulciu gylio sumažėjimu parieto okcipitaliniuose regionuose, kurie yra aiškiai susiję su visuo-konstruktyviais trūkumais [60]. Priešingai, ŽIV auginimo būdai pasižymi didesniu lankstymu, palyginti su įprastai besivystančiais vaikais [61].
Šizofrenija yra sunkus psichikos sutrikimas, turintis tipišką pasireiškimą pereinant nuo paauglystės iki suaugusio amžiaus, kuris taip pat susijęs su aberrantiniu žudymu. Post mortem [62] ir MRT tyrimai [63], [64] pastebėtas žievės lankstymo padidėjimas, ypač prefrontalinėje žievėje, kuri, be to, yra prognozuojama šizofrenijos vystymuisi rizikos grupėse. [65]. Pastaruoju metu buvo įrodyta, kad pirmojo epizodo psichozės metu sulankstymo defektai prognozuoja prastą gydymo atsaką [66].
Kadangi mūsų duomenys rodo, kad žievės lankstymas patiria didelių pakeitimų paauglystės metu, viena iš galimybių yra tai, kad be ankstyvojo neurologinio vystymosi poveikio, neįprastas smegenų vystymasis paauglystėje prisideda prie anormos neocortex anatomijos ir kognityvinių sutrikimų bei klinikinių simptomų pasireiškimo.
Išvada
Rezultatai patvirtina nuomonę, kad paauglystėje yra esminių smegenų žievės architektūros pokyčių. Konkrečiai, mes galime parodyti, kad žievės sulankstymo raštai patiria ryškius pokyčius, o tai reiškia, kad žirginimas sumažėja dideliuose smegenų žievės plotuose, ypač regionuose, priekiniuose ir laikinuose regionuose. Ateityje atliekami tyrimai turi nustatyti šių modifikacijų funkcinę svarbą, tuo pačiu metu keičiant elgesį, pažinimą ir fiziologiją, koreliuojant su neuropsichologiniais duomenimis ir funkciniais smegenų vaizdavimo metodais, tokiais kaip fMRI ir MEG.
Pagalbinė informacija
Pav. S1
Netiesinis amžių poveikis vietiniam ginekologijos indeksui (LGI) visose smegenyse, vertex-by-vertex analizės, prognozuojamos ant vidutinio šablono smegenų. Į viršų eilutė: amžius2 efektai yra parodyti kairiajame pusrutulyje (kairėje) ir dešinėje pusrutulyje (dešinėje) iš šoninių ir vidurinių vaizdų. Bottom Row: Koreliacijos tarp amžiaus3 ir LGI rodomi kairėje (kairėje) ir dešinėje pusėje (dešinėje) iš šoninių ir vidurinių vaizdų. Mėlynos spalvos rodo, kad lGI reikšmės gerokai sumažėjo, didėjant amžiui, tuo tarpu šiltesnės spalvos yra koduojamos, kad padidėtų LGI. Visos analizės buvo atliktos kontroliuojant lyties, eTIV ir amžiaus (linijinės) poveikį. Pastaba: Nėra reikšmingų koreliacijų tarp amžiaus3 ir LGI buvo nustatyti kontroliuojant lyties, eTIV, amžiaus (linijinės) ir amžiaus poveikį2.
(TIFF)
Pav. S2
Netiesinis amžiaus poveikis GMV visose smegenyse, vertex-by-vertex analizės, prognozuojamos ant vidutinio šablono smegenų. Kairė: Amžius2 poveikis kairiojo pusrutulio GMV poveikiui iš šoninės ir medinės pusės. Teisė: amžiaus poveikis3 kairiajame pusrutulyje iliustruojami iš šoninio ir vidurinio vaizdo. Mėlynos spalvos rodo didelį GMV sumažėjimą su didėjančiu amžiumi, tuo tarpu šiltesnės spalvos žymimos GMV padidėjimu. Visos analizės buvo atliktos kontroliuojant lyties, eTIV ir amžiaus (linijinės) poveikį. Pastaba: Nėra reikšmingų koreliacijų tarp amžiaus3 ir GMV buvo nustatyti kontroliuojant lyties, eTIV, amžiaus (linijinės) ir amžiaus poveikį2.
(TIFF)
Finansavimo ataskaita
Nuorodos