Daug psichikos sutrikimų, įskaitant kai kuriuos suaugusiųjų atsiradimo sutrikimus, tokius kaip šizofrenija, vis dažniau suvokiami kaip neurologinio vystymosi anomalijos. Norint ištirti ligos vystymosi hipotezes, naudinga turėti gerai apibūdintus duomenis apie tipišką brendimą, kad jie taptų „rodikliu“, nuo kurio galima įvertinti galimus nukrypimus. Tipiško vystymosi tyrimai ir poveikis šiam vystymuisi taip pat gali atskleisti smegenų brendimo laiką ir mechanizmus, kuriais vadovaujamasi naujoms intervencijoms.
Šioje apžvalgoje aptarsime metodinius klausimus, susijusius su smegenų anatomijos magnetinio rezonanso (MRI) tyrimais, apibendrinsime neuroanatominių pokyčių MRT nustatymus vaikystėje ir paauglystėje, taip pat aptarsime galimą poveikį smegenų vystymosi trajektorijoms.
Kaip nurodyta ankstesniuose šios serijos straipsniuose, vienas iš pirmųjų žingsnių matuojant smegenų morfometrines charakteristikas įprastoje anatominėje MRT yra klasifikuoti (arba „segmentuoti“) atskirus voxels (mažiausius skirtingų MRI signalų elementus, paprastai apie 1 mL). kaip CSF, baltos medžiagos (WM) arba pilkosios medžiagos (GM). Skirstant pagal audinių tipą, galima atlikti įvairias daleles, kad būtų galima nustatyti kiekius skilčių lygmenyje (pvz., Priekinė, laikinė, parietinė, okcipitalinė); regionai, apibrėžti giraliniu, sulkaliniu arba GM, WM ir CSF ribomis (pvz., caudate branduolys); arba atskirų voxels.
MRI segmentavimas ir atskyrimas iš pradžių buvo atliekamas tik apmokytų asmenų, kurie rankiniu būdu apibūdino konkrečius dominančius regionus (dažnai sutrumpintus kaip ROI). Nors turint aukštą kvalifikaciją turintį asmenį rankiniu būdu nustatant smegenų regionus, tai yra artimiausias dalykas prie prieinamo „aukso standarto“, todėl laiko ir anatominė patirtis, reikalinga mokymų ratams ir tokio tipo analizei atlikti, gali būti pernelyg didelė. Tai paskatino daugelį laboratorijų sukurti kompiuterinius algoritmus, galinčius automatiškai klasifikuoti MRT vaizdų regionus kaip skirtingus audinių tipus ir anatominius regionus. Dėl sparčios pažangos šioje srityje buvo įmanoma atlikti didelės apimties tyrimus, reikalingus daugeliui pokyčių, susijusių su tipišku ir netipiniu smegenų vystymusi. Automatizuoti metodai taip pat atveria duris naujoviškiems smegenų struktūros ieškojimo būdams, pavyzdžiui, žievės lapo formos ir storio analizei.
Tačiau automatizuotų metodų ištikimybė priklauso nuo sienų tarp struktūrų aiškumo, o tai savo ruožtu lemia konkrečios struktūros anatomijos ir MRT vaizdo kokybės derinys. Pavyzdžiui, amygdala ir hipokampas yra sunku automatizuotiems metodams tinkamai atskirti, nes jie yra gretimos GM struktūros. Tokiais atvejais, kaip šie, rankų matavimai vis dar gali būti geriausias metodas, nors netgi žmogaus rateriai gali reikalauti nemažos patirties, kol jie gali nuosekliai nustatyti tokių struktūrų ribas tradicinėje MRT.
Šios apžvalgos duomenys iš esmės gaunami iš 387 tipiškai besivystančių subjektų (829 nuskaito), dalyvaujantys atliekant ilgalaikį tyrimą Nacionalinio psichikos sveikatos instituto Vaikų psichiatrijos skyriuje. Pradėjo 1989, kurį sukūrė MD, Markus Kruesi, MD ir Judith Rapoport (MD). Tyrimo projektas skirtas 3 metų amžiaus 30 dalyviams atvykti į Nacionalinius sveikatos institutus maždaug 2 metų intervalais smegenų vaizdavimo, psichologinio ir elgesio įvertinimo metu, ir DNR rinkimas. Pagrindinis dėmesys šiam vieninteliam šaltiniui yra ne devalvuoti kitų puikių kitų tyrėjų indėlių, bet suteikti integruotą sąskaitą iš didžiausių pasaulio vaikų ir paauglių smegenų MRI skenavimo rinkinių su duomenimis, gautais naudojant vienodas atrankos / vertinimo baterijas, tą patį skaitytuvą ir tuos pačius vaizdų analizės metodus. Mes papildėme nuorodas į kitų laboratorijų atliktus tyrimus, nors išsamus šios srities persvarstymas nepatenka į šio straipsnio taikymo sritį.
VISAS CEREBRAL, CEREBELLAR IR VENTRICULAR VOLUME
Vaikų psichiatrijos šakos kohortas, bendras smegenų tūrio smailių vidurkis 10.5 metais moterims ir 14.5 metais vyrams.1 Pagal amžių 6 metų smegenys yra maždaug 95% šio smailės (Pav 1). Smegenų tūrio smailės yra maždaug 2 metų vėliau nei smegenų tūris.2 Šoninis skilvelio tūris turi didžiausią skirtumą tarp individų3 ir didėja per visą vaikų ir paauglių vystymąsi. Šie tipiški padidėjimai turėtų būti vertinami aiškinant pacientų populiacijose plačiai paplitusią skilvelio padidėjimą.
Sowell ir bendradarbiai4 45 vaikų 2 ir 5 metų amžiaus 11 vaikų grupėje išmatuoti smegenų tūrio pokyčiai. Naudojant kitą metodą, kuriame atstumas buvo matuojamas tarp smegenų paviršiaus taškų ir smegenų centro, jie taip pat nustatė smegenų dydžio padidėjimą šioje amžiaus grupėje, ypač priekiniuose ir pakaušio regionuose.
Caviness ir kt.5 15 berniukų ir 15 mergaičių 7 ir 11 metų skerspjūvio mėginyje nustatyta, kad smegenys buvo suaugusiųjų tūrio moterims, bet ne vyresnio amžiaus vyrų šiame amžiuje, o tai rodo vėlyvą vystymąsi ir lytinį dimorfizmą .
BALTOJI MEDŽIAGA
„WM“ baltą spalvą gamina mielinas, riebios baltos apvalkalos, kurias sudaro oligodendrocitai, apvyniojantys ašis ir žymiai padidinantis neuronų signalų greitį. WM paprastai didėja vaikystėje ir paauglystėje,1 kuris gali būti didesnis ryšys ir skirtingų neuronų grandinių integracija. Svarbus tik neseniai įvertintas bruožas yra tai, kad mielinas ne tik padidina perdavimo greitį, bet ir moduliuoja neuronų šaudymo modelių, kurie sukuria funkcinius tinklus smegenyse, laiką ir sinchroniją.6 Atsižvelgiant į tai, atlikus tyrimą, kuriame buvo matuojamas WM tankis, siekiant nustatyti regioninį WM augimą, nustatyta, kad vaiko ir paauglystės laikotarpiu sparčiai didėja lokalizacija. Kortikosterinalinės linijos parodė, kad abiejose pusėse padidėjo panašūs dydžiai, o frontalinius ir laikinus regionus jungiantys kraštai parodė didesnį padidėjimą kairėje pusėje esančiuose kalbiniuose regionuose.7
PILKOJI MEDŽIAGA
Nors WM didėja vaikystėje ir paauglystėje, GM apimties trajektorijos seka apverstą U formos vystymosi trajektoriją. Įvairios WM ir GM vystymosi kreivės neleidžia intymiems ryšiams tarp neuronų, gliuzinių ląstelių ir mielino, kurie yra bendri komponentai neuroninėse grandinėse ir yra susieti su tarpusavio santykiais visą gyvenimą. Kortikos GM pokyčiai vokelio lygyje nuo 4 iki 20 metų, gauti iš 13 tiriamųjų, kurie kiekvienas buvo nuskaitytas 4 kartus maždaug 2 metų intervalais, rodomi 2 pav (animacija prieinama adresu http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg).8 Didžiausios GM tankio amžius yra anksčiausiai pirminių jutiklių zonų ir naujausių aukštesnės kategorijos asociacijos sričių, pvz., Dorsolaterinio prefrono žievės, prastesnės parietalinės ir viršutinės laikinosios gyrus. Neišspręstas klausimas yra tai, kokiu mastu žievės GM sumažinimas priklauso nuo sinaptinio genėjimo ir mielinacijos GM / WM sienos link.9 Caudatinio branduolio, subkortikinės GM struktūros, apimtis taip pat seka apverstą U formos vystymosi trajektoriją, kurios smailės yra panašios į priekinius skilimus, su kuriais jie dalijasi didelėmis jungtimis.1
Poveikis pluošto anatomijos vystymosi trajektorijoms
Genas ir aplinka
Lygindami, kaip vienišai monozigotiniai dvyniai yra palyginti su dvigubais dvigubais dvyniais, galime įvertinti santykinį genetinio (ty „paveldimumo“) ir poveikio aplinkai poveikį smegenų vaizdavimo rezultatams.10 Svarbu tai, kad galime įvertinti geno ir aplinkos sąveiką ir amžiaus bei lyties poveikį paveldimumui. Dabartinis ištisinio ištyrimo tyrimas yra maždaug 600 nuskaitymas iš 90 monozigotinių ir 60 dvigubų porų. Visų smegenų ir lobaro tūrių (įskaitant GM ir WM subkomponentus) paveldimumas svyravo nuo 0.77 iki 0.88.11 Labai paveldėtos smegenų morfometrinės priemonės suteikia biologinių žymenų paveldėtiems požymiams ir gali būti naudojami kaip genetinės sąsajos ir asociacijos tyrimų tikslai.12,13 Daugiamatės analizės, leidžiančios įvertinti, kiek tie patys genetiniai ar aplinkos veiksniai prisideda prie daugelio neuroanatominių struktūrų, rodo, kad vienas bendras genetinis poveikis sudaro 60% kortikos storio kintamumo.14
Su amžiumi susiję paveldimumo pokyčiai gali būti susiję su genų ekspresijos trukme ir susiję su sutrikimų atsiradimo amžiumi. Apskritai, paveldimumas didėja, kai amžius yra WM, ir sumažėja GM kiekis,11 kadangi frontalinės, parietinės ir laikinės skilties regionuose žievės storis padidėja paveldėjimo metu (\ tPav 3).15 Žinios apie tai, kada tam tikros smegenų struktūros yra ypač jautrios genetiniam ar aplinkos poveikiui vystymosi metu, gali turėti svarbių švietimo ir (arba) terapinių pasekmių.
Vyras Moteris
Atsižvelgiant į tai, kad beveik visi neuropsichiatriniai sutrikimai vyrams ir moterims yra skirtingi, jų atsiradimo amžius ir simptomai yra skirtingi, tipiškų vystymosi smegenų trajektorijų lyties skirtumai yra labai svarbūs vaikų psichiatrijai. Suderinama su suaugusiųjų neurografijos literatūra,16 vyrų vidutinis bendras smegenų tūris buvo maždaug 10% didesnis. Be to, GM tūrio smailės moterims dažniausiai pasireiškė 1 iki 3 metų.1
Spartus smegenų vystymasis per pirmuosius kelerius gyvenimo metus ir ankstyvųjų įvykių svarbos neurologinio vystymosi sutrikimų, pvz., Autizmo, pripažinimas lėmė didesnį susidomėjimą kūdikių ir mažų vaikų skenavimu. Šiaurės Karolinos universiteto tyrėjų 74 naujagimių tyrimas, atliktas per pirmąsias gyvenimo savaites, nustatė greitą smegenų tūrių augimą; Jau egzistavo smegenų tūrių seksualinis dimorfizmas, kai vyrams buvo būdingas didesnis intrakranijinis tūris, net po gimimo svorio skirtumų koregavimo.17
Bendras smegenų dydžio skirtumas tarp vyrų ir moterų neturėtų būti interpretuojamas kaip funkcinio pranašumo ar trūkumo. Bendrosios struktūrinės priemonės gali neatspindėti lytiškai dimorfinių skirtumų funkciniu požiūriu svarbiais veiksniais, tokiais kaip neuronų jungtis ir receptorių tankis. Nesvarbu, ar, ar koreguoti šį bendrą smegenų dydžio skirtumą, įvertinant smegenų sudedamąsias dalis (ty, ar tam tikros smegenų struktūros yra „santykinai“ didesnės moterims), tai stipriai veikia tai, kas literatūroje pateikiama kaip seksualiai dimorfinė.
Sowell et al.18 kurie nustatė, kad 176 ir 7 metų amžiaus 87 pacientų atrankos metu nustatyti regioniniai specifiniai lyties skirtumai (ty dešinėje pusėje storesnis parietinis ir užpakalinis laiko žievės storis) buvo pakartoti 18 patinų ir 18 moterų smegenų poaibyje. skirtingų smegenų dydžių.
DISKUSIJA
Bendras tipiškų smegenų vystymosi modelis pirmųjų 25 gyvenimo metų metu yra maždaug linijinis WM apimties padidėjimas ir regioninės specifinės atvirkštinės U formos vystymosi trajektorijos GM struktūroms, kurių didžiausias tūris atsiranda vėlyvoje vaikystėje ar ankstyvoje paauglystėje. Svarbi tema yra ta, kad, kaip ir gyvenime, neurofilmuojant, tai dažniau yra apie kelionę nei paskirties vieta. Ši tema svarbi tipiško vystymosi tyrimams, kuriuose egzistuoja stipri ikimokyklinio amžiaus sąveika, seksualinis dimorfizmas yra didesnis vystymosi keliams, nei galutinio dydžio, o amžiaus ir ląstelių storio vystymosi kreivės yra labiau nuspėjamos IQ nei žievės storis amžiaus 20 metais.19 „Kelionės ne tik paskirties vieta“ tema taip pat labai svarbi psichopatologijos tyrimuose, kur vystymosi trajektorijos labiausiai skiria kontrolę nuo tų, kuriems yra dėmesio deficito / hiperaktyvumo sutrikimas arba vaikystės pradžios šizofrenija.
Tinkamai apibūdinant vystymosi trajektorijas reikia arba didelių skerspjūvio mėginių, arba išilginių tyrimų, kurie abu kelia didelių metodologinių problemų. Dalyko ir valdymo atrankos kriterijų, vaizdo gavimo ir vaizdo analizės metodų skirtumai prisideda prie aukšto neveikimo pediatrijos neuromedualinėje literatūroje ir sunkių meta-analitinių tyrimų. Vyksta šešių vietų neurografinio tyrimo, skirto kontroliniams pediatriniams tyrimams, naudojant standartizuotą metodiką visose vietose, tyrimas ir toliau turėtų apšviesti tipiško smegenų vystymosi niuansus.20
Nors buvo pranešta apie vidutinius smegenų anatomijos skirtumus, susijusius su beveik visais neuropsichiatriniais sutrikimais, didelė klinikinių ir kontrolinių populiacijų vertybių sutapimas šiuo metu užkerta kelią diagnostiniam naudojimui (išskyrus tai, kad negalima atmesti galimų centrinės nervų sistemos įžeidimų, tokių kaip navikai, intrakranijinis kraujavimas, ar įgimtų anomalijų, pvz. simptomų etiologijos). Nėra nustatyto „pažeidimo“, kuris yra bendras visiems ar net labiausiai vaikams, turintiems dažniausiai tiriamų autizmo, dėmesio deficito / hiperaktyvumo sutrikimų, vaikystės pradžios šizofrenijos, disleksijos, trapios X, jaunatviško bipolinio sutrikimo, posttraumatinio streso sutrikimų sutrikimas, Sydenham chorėja arba Tourette sindromas. Neuroimavimas šiuo metu yra naudingiausias siekiant ištirti pagrindines ligų prigimtis ir pateikti endofenotipus, biologinius žymenis, kurie yra tarp genų ir elgesio. Endofenotipai taip pat gali padėti nustatyti ligų, turinčių skirtingą patofiziologiją, prognozę ar gydymo atsaką, potipius.
Tikėtina, kad pediatrinių neurografinių vaizdų ateitis lems vis daugiau tyrimų, apimančių kelis vaizdavimo būdus tiems patiems asmenims (pvz., Struktūrinis MRT, funkcinis MRT, difuzijos tenzorinis vaizdavimas, magnetizacijos perdavimo vaizdavimas, elektroencefalografija ir magnetoencefalografija). Tai suteikia „didesnę nei jų dalių sumą“ sinergiją, nes informacija iš kiekvienos modalumo informuoja kitų interpretaciją. Be to, derinant vaizdavimą su gyvūnais, atliktais po mirties, bus naudinga išaiškinti mechanizmus, skatinančius vaizdavimo išvadas, pvz., Nustatyti, kokiu mastu MRI nustatomi žievės GM pokyčiai yra susiję su neuronų sukėlimu / genėjimu arba WM įsiskverbimu į vidinį žievės ribos. Kita svarbi būsimų neuromedicininių tyrimų kryptis bus didesnė integracija su socialiniais ir švietimo mokslais, kuris išliko gana atskiras, nepaisant bendro tikslo sėkmingai vadovauti žmonėms per vaikystės ir paauglystės metus rengiantis suaugusiųjų pasauliui.
Padėka
Šis darbas buvo paremtas Nacionalinių sveikatos institutų „Intramural Research“ programa.
Išnašos
Atskleidimas: Autoriai praneša apie interesų konfliktus.
Šiame straipsnyje pateikti skaičiai buvo sukurti kaip autorių darbo su federaline vyriausybe dalis, todėl jie yra viešai prieinami.
NUORODOS
;