Proc Natl Acad Sci US A. 2004 gegužės 25 d.; 101(21): 8174–8179.
Paskelbta internete 2004 Gegužė 17. doi: 10.1073 / pnas.0402680101
PMCID: PMC419576
Neurologijos
Nitin Gogtay,*† Jay N. Giedd,* Leslie Lusk,* Kiralee M. Hayashi,‡ Deanna Greenstein,* A. Kotryna Vaituzis,* Tomas F. Nugentas, III,* Davidas H. Hermanas,* Liv S. Clasen,* Artūras V. Toga,‡ Judith L. Rapoport,* ir Paulas M. Thompsonas‡
Šis straipsnis buvo minimas kiti PMC straipsniai.
Abstraktus
Mes pranešame apie dinaminę anatominę žmogaus žievės pilkosios medžiagos vystymosi seką nuo 4 iki 21 metų amžiaus, naudodami kiekybinius keturių matmenų žemėlapius ir laiko intervalo sekas. Buvo tirta trylika sveikų vaikų, kuriems kas 2 metus, 8–10 metų, buvo daromi anatominiai smegenų MRT tyrimai. Naudojant žievės paviršiaus ir šulinių orientyrų modelius bei statistinį pilkosios medžiagos tankio modelį, žmogaus žievės vystymasis gali būti vizualizuojamas visame amžiaus intervale, laikantis erdvės ir laiko detaliu laiko intervalu. Gauti laiko intervalo „filmai“ atskleidžia, kad (i) aukštesnio laipsnio asociacijos žievės subręsta tik po to, kai išsivysto žemesnės eilės somatosensorinės ir regos žievės, kurių funkcijas jos integruoja, ir (ii) filogenetiškai senesnės smegenų sritys subręsta anksčiau nei naujesnės. Tiesioginis palyginimas su normaliu žievės vystymusi gali padėti suprasti kai kuriuos neurologinio vystymosi sutrikimus, tokius kaip vaikystėje prasidėjusi šizofrenija ar autizmas.
Žmogaus smegenų vystymasis struktūriškai ir funkciniu požiūriu yra netiesinis procesas.1-3), o norint suprasti neurologinio vystymosi sutrikimus, būtina suprasti normalų smegenų brendimą.4, 5). Kognityvinio smegenų vystymosi heteromodalinis pobūdis akivaizdus iš neurokognityvinės veiklos tyrimų.6, 7), funkcinis vaizdavimas (funkcinė MRT arba pozitronemisinė tomografija) (8-10) ir elektroencefalogramos darnos tyrimai (1, 2, 10). Ankstesni vaizdo tyrimai rodo regioninius netiesinius pilkosios medžiagos (GM) tankio pokyčius vaikystėje ir paauglystėje su padidėjimu prieš brendimą, o vėliau po brendimo.11-14). GM tankis MRT yra netiesioginis sudėtingos glia, kraujagyslių ir neuronų architektūros su dendritiniais ir sinapsiniais procesais matas. GM brendimo tyrimai rodo, kad laikui bėgant mažėja žievės GM tankis (15, 16), kuri laikinai koreliuoja su padidėjusio sinapsinio genėjimo pomirtiniais duomenimis paauglystėje ir ankstyvame pilnametystėje (17-19). Pateikiame vaikų ir paauglių žievės GM vystymosi tyrimą naudojant smegenų kartografavimo metodą ir perspektyviai ištirtą 13 sveikų vaikų (4–21 metų), kurie buvo nuskaitomi MRT kas 2 metus 8–10 metų. . Kadangi laikui bėgant buvo pakartotinai nuskaityti tie patys subjektai, statistinis taškų ekstrapoliavimas tarp nuskaitymų leido sukurti animuotą vaikų smegenų vystymosi laiko intervalo seką („filmą“). Iškėlėme hipotezę, kad GM vystymasis vaikystėje iki ankstyvo pilnametystės bus netiesinis, kaip aprašyta anksčiau, ir progresuos lokalizuotai, specifiniam regionui, sutampančiu su funkciniu brendimu. Mes taip pat numatėme, kad regionai, susiję su pagrindinėmis funkcijomis (pvz., Pirminė motorinė žievė), išsivystys anksčiau, palyginti su regionais, kurie yra susiję su sudėtingesnėmis ir integratyvesnėmis užduotimis (pvz., Laikinoji skiltis).
Rezultatas yra dinamiškas GM brendimo prieš ir po brendimo laikotarpis. Mūsų rezultatai, nors ir pabrėžiamas nepaprastas nevienalytiškumas, rodo, kad žievės GM vystymasis vyksta pagal funkcinę brendimo seką, kai pirmiausia subręsta pirminės sensomotorinės žievės su priekiniais ir pakaušio poliais, o likusi žievės dalis vystosi parietalinėje- priekinė (nugara į priekį) kryptis. Aukščiausia laikinoji žievė, kurioje yra asociacijos sritys, kurios integruoja informaciją iš kelių jutimo būdų, subrendo paskutinė. Be to, atrodė, kad žievės brendimas taip pat seka evoliucinę seką, kurioje šie regionai buvo sukurti.
Metodai
Dalykai. Demografinių rodiklių pavyzdžiai rodomi Lentelė 1. Visi tiriamieji buvo įdarbinti iš bendruomenės vykstančiam Nacionalinio psichikos sveikatos instituto žmogaus smegenų vystymosi tyrimui (20). Trumpai tariant, kiekvienam subjektui buvo suteiktas struktūrinis diagnostinis interviu, kad kiekvieno apsilankymo metu būtų atmesta bet kokia psichiatrinė diagnozė. Tiriamieji grįždavo kas 2 metus tolesniam MRT tyrimui kartu su psichiatriniu ir neurokognityviniu pakartotiniu įvertinimu. Į šį tyrimą buvo pasirinktas visų vaikų, kuriems buvo atlikti trys ar daugiau tinkamų MRT tyrimų ir kurių amžius buvo nuo 4 iki 21 metų, pogrupis. Tyrimą patvirtino Nacionalinio psichikos sveikatos instituto institucinė peržiūros taryba ir buvo gautas vyresnių nei 18 metų tiriamųjų arba nepilnamečių tiriamųjų tėvų sutikimas, o iš kiekvieno nepilnamečio tiriamojo buvo gautas papildomas rašytinis sutikimas.
Vaizdo apdorojimas ir analizė. MRT vaizdai buvo gauti Nacionaliniame psichikos sveikatos institute tuo pačiu 1.5-T General Electric skaitytuvu. MRT seka buvo vienoda viso tyrimo metu. T1 svertiniai vaizdai su gretimais 1.5, 2.0 mm pjūviais ašinėje plokštumoje ir 3, 5 mm pjūviais vainikinėje plokštumoje buvo gauti naudojant 24D sugadinto gradiento atšauktą aidą pastovioje būsenoje. Vaizdo parametrai buvo: aido laikas, 45 ms; pasikartojimo laikas, 256 ms; apvertimo kampas, 192°; gavimo matrica, 1 × 24; sužadinimo skaičius, XNUMX; ir matymo laukas, XNUMX cm. Su kiekvienu didesniu programinės įrangos / techninės įrangos atnaujinimu duomenų patikimumas prieš ir po atnaujinimo buvo patikrintas nuskaitant objektų rinkinį prieš ir po atnaujinimo (20). Trumpai tariant, kiekvienam nuskaitymui buvo pritaikytas radijo dažnio poslinkio lauko korekcijos algoritmas. Pradiniai vaizdai buvo normalizuoti, transformuojant juos į standartinę 3D stereotaksinę erdvę (21). Paskesni nuskaitymai buvo suderinti su to paties subjekto pradiniu skenavimu, o abipusiai užregistruoti kiekvieno subjekto skenavimas buvo tiesiškai susietas su Tarptautinio smegenų žemėlapių konsorciumo (ICBM) erdve.22). Plačiai patvirtintas audinių klasifikatorius sukūrė išsamius GM, baltosios medžiagos ir smegenų skysčio žemėlapius, naudodamas Gauso mišinio pasiskirstymą, kad būtų sukurtas didžiausias posteriori duomenų segmentavimas (23, 24), o žievės paviršiaus modelis buvo automatiškai išgautas kiekvienam subjektui ir laiko taškui, kaip aprašyta (25).
Vaizdo analizės metodas, žinomas kaip žievės modelio suderinimas (25-27) buvo naudojamas siekiant geriau lokalizuoti žievės skirtumus laikui bėgant ir padidinti gebėjimą aptikti sistemingus pokyčius (25). Šis metodas kiek įmanoma suderina žievės paviršiaus anatomijos giralinius ypatumus tarp tiriamųjų prieš atliekant skirtingų subjektų palyginimus, grupių vidurkius ir statistinius žemėlapius. Kadangi šis metodas pašalina kai kuriuos klaidinančius anatominius skirtumus, yra didesnė statistinė galia aptikti statistinį poveikį žievės matavimams, taip pat didesnis gebėjimas lokalizuoti šiuos efektus, palyginti su pagrindiniais šuliniais ir giraliniais orientyrais. Žievės suderinimo etape apskaičiuojamos antrinės deformacijos, atitinkančios giralinius modelius visuose laiko taškuose ir visuose tiriamuosiuose, o tai leidžia apskaičiuoti duomenis ir palyginti atitinkamus žievės regionus. 34 smegenyse esančių žievės taškų rinkinys riboja vienos žievės susiejimą su kita, naudojant atitinkamus tiriamųjų žievės regionus. Vaizdo analitikas, nematomas subjekto tapatybe, lytimi ir amžiumi, kiekviename šoniniame pusrutulyje kiekvienos smegenų paviršiuje atskleidė kiekvieną iš 17 griovelių. Šie grioveliai apėmė Silvio plyšį, centrinę, priešcentrinę ir postcentrinę vagą, viršutinę smilkininę vagą (STS) pagrindinį korpusą, STS kylančiąją šaką, STS užpakalinę šaką, pirminę ir antrinę tarpinę vagą ir apatinę laikinąją, viršutinę ir apatinę priekinę, intraparietalinę, skersinės pakaušio, uoslės, pakaušio ir laikinosios vagos ir kolateralinės vagos. Be pagrindinių griovelių kontūrų, kiekviename pusrutulyje buvo nubrėžtas šešių vidurinės linijos orientyrų kreivių rinkinys, besiribojantis su išilginiu plyšiu, siekiant nustatyti pusrutulio giralines ribas. Orientyrai buvo apibrėžti pagal išsamų anatominį protokolą. Šis protokolas yra prieinamas internete (www.loni.ucla.edu/∼khayashi/Public/medial_surface) ir yra žinomas tarp vertintojų ir vidinių vertintojų patikimumas, kaip pranešta (25).
Nuo laiko priklausantis vidutinis 3D žievės modelis grupei buvo sukurtas išlyginus visus šulinius / giralinius orientyrus į 2D plokštumą kartu su žievės modeliu, priskiriant spalvų kodą, kad būtų išsaugota 3D formos informacija. Kai duomenys buvo šioje plokščioje erdvėje, tarp tiriamųjų buvo išlygintos vagos ypatybės pagal vidutinį šulinių kreivių rinkinį. Iškreipti žievės žemėlapiai buvo matematiškai išpūsti iki 3D, sukuriant ryškų vidutinį žievės modelį su giralinėmis savybėmis jų vidutinėse anatominėse vietose (28).
Norėdami kiekybiškai įvertinti vietinį GM, naudojome daugelyje ankstesnių tyrimų naudotą matą, vadinamą „GM tankiu“, kuris matuoja GM dalį mažame fiksuoto spindulio (15 mm) regione aplink kiekvieną žievės tašką.15, 25, 26, 28). GM tankio matas apskaičiuoja informaciją apie GM apimtį mažoje kaimynystėje (šioje ataskaitoje naudojamas 15 mm branduolys), padidindamas signalo ir triukšmo santykį ir suvidurkina dalį triukšmo, būdingo žievės GM išsprendimui. MRT ribos. Tačiau, jei naudojamas GM tankis, prarandama tam tikra lokalizavimo galia, o metodas gali suvesti duomenis iš priešingų šulinių bankų. Priemonė taip pat gali indeksuoti GM pokyčius, atsirandančius dėl žievės paviršiaus kreivumo skirtumų, kai dėl padidėjusio kreivumo fiksuoto spindulio branduolyje gali būti paimama mažiau GM. Tačiau mūsų darbas rodo, kad GM tankis ir storis labai koreliuoja (K. Narr, RM Bilder, AW Toga, RP Woods, DE Rex, P. Szeszko, D. Robinson, Y. Wang, H. DeLuca, D. Asunsjonas ir PM Thompson, neskelbti duomenys), todėl greičiausiai indeksuojami panašūs brendimo procesai.
Norėdami nustatyti, ar buvo pakankamai galios pasiekti statistinį reikšmingumą kiekviename žievės paviršiaus taške, pritaikėme GM pokyčio modelį ir įvertinome daugkartinį regresijos koeficientą (R2) kiekviename taške, kuris kinta intervale nuo 0 iki 1. Iš nulinio pasiskirstymo R2, pakoregavus pagal statistinio modelio laisvės laipsnių skaičių, galima nustatyti, ar yra pakankamai galios atmesti nulinę hipotezę (R2 = 0) kiekviename žievės taške. Modelio tinkamumo reikšmė, p(R2), tada buvo pavaizduotas kiekviename žievės taške (duomenys nerodomi). Gautame žemėlapyje tai buvo nurodyta R2 nėra nulis beveik kiekviename žievės taške, o tai rodo, kad pastebėti pokyčiai buvo labai reikšmingi.
Statistiniai grafikai buvo sudaryti naudojant mišraus modelio regresijos analizę (11, 30) GM tūriams kiekviename iš 65,536 XNUMX taškų visame žievės paviršiuje, taip pat atskiruose skilties tūriuose ir taip pat keliose konkrečiose paviršiaus vietose. Kadangi buvo naudojamas netiesinis mišrus modelis, tarpsubjektiniai GM tankio skirtumai buvo modeliuojami atskirai nuo individualių žievės pokyčių greičio, suteikiant papildomos galios išspręsti išilginius pokyčius kiekviename žievės taške. Modelio kūrimo hipotezių testai buvo pagrįsti F statistika su α = 0.05. Tiksliau, F buvo naudojami testai, siekiant nustatyti, ar vystymosi augimo modelio tvarka buvo kubinė, kvadratinė ar linijinė. Jei kubinis modelis nebuvo reikšmingas, buvo išbandytas kvadratinis modelis; jei kvadratinis modelis nebuvo reikšmingas, buvo išbandytas tiesinis modelis. Taigi augimo modelis buvo polinominis / netiesinis, jei kubinis arba kvadratinis narys reikšmingai prisidėjo prie regresijos lygties. Atsižvelgiant į tai, kad kiekviena hipotezė buvo patikrinta tik vieną kartą, statistikos koreguoti daugkartiniams palyginimams nebuvo būtina.
Analizei kiekviename pusrutulyje buvo atrinktos šios sritys: priešcentrinis giras, pirminė motorinė žievė (1A), viršutinė priekinė gira, užpakalinė riba šalia centrinės vagos (1B), apatinė priekinė gira, užpakalinė riba (1C), apatinė priekinė vaga, priekinė riba (1D pav), apatinė priekinė vaga dorsolaterinėje prefrontalinėje žievėje (1E), viršutinės priekinės vagos priekinis galas (1F), priekinis stulpas (1G pav), pirminė jutiminė žievė postcentrinėje girnoje (1H pav), supramarginalinis giras (40 sritis) (1I), kampinis žiedas (39 plotas) (1J), pakaušio polius (1K pav), priekinė, vidurinė ir užpakalinė viršutinio smilkininio žiedo (STG) dalys (1 pav. L–N), apatinis laikinojo gyrus vidurio taškas, taip pat priekinė ir užpakalinė ribos (1 pav. O–Q), ir ant apatinio paviršiaus, priekinių ir užpakalinių uoslės griovelių galų (2 pav. R ir S) ir priekiniai bei užpakaliniai kolateralinės vagelės galai (2 pav. T ir U). Atitinkami taškai buvo parinkti abiejuose pusrutuliuose, naudojant tuos pačius šulinius orientyrus.
rezultatai
Apskritai buvo nustatyta, kad bendras GM kiekis padidėjo ankstesniame amžiuje, o po to, pradedant maždaug brendimo laikotarpiu, jis nuolat sumažėjo. Tačiau, kaip matyti iš laiko intervalo sekos (Pav. (22 pav ir Ir3), 3), GM nykimo (brendimo) procesas pirmiausia prasideda nugarinėje parietalinėje žievėje, ypač pirminėse sensomotorinėse srityse, esančiose šalia tarppusferinio krašto, o paskui plinta rostraliai per priekinę žievę ir uodegą bei šonus per parietalinę, pakaušio ir galiausiai smilkininę žievę. . (Šią seką galima rasti 1–4 filmuose, kurie paskelbti kaip pagalbinė informacija PNAS svetainėje.) Priekiniai ir pakaušio poliai praranda GM anksti, o priekinėje skiltyje GM brendimas galiausiai apima dorsolaterinę priekinę žievę, kuri netenka GM tik paauglystės pabaigoje.
Norėdami toliau ištirti brendimo modelius atskiruose žievės subregionuose, naudojome mišraus modelio regresijos analizę, kad sudarytume linijinio ir netiesinio (kvadratinio arba kubinio) amžiaus poveikio GM tūriui diagramas dominančiose vietose palei žievės paviršių, naudodami pagrindinius šulinius orientyrus. užtikrinti, kad atitinkama anatomija būtų tinkamai koreliuojama per laiką ir tiriamuosius. Kai palyginome šio mėginio vidutinius skilties tūrius su didesniu skerspjūvio mėginiu (n = 149), bendro ir lobarinio GM kiekio tendencijos sutapo abiejose grupėse (duomenys nerodomi) (11). Tačiau atskiruose žievės subregionuose GM brendimas rodo kintamą brendimo modelį.
Priekinėje žievėje yra priešcentrinis giras (Pav. (1A1A pav ir Ir3) 3) subręsta anksti. GM nykimas ankstyvame amžiuje progresuoja tiesiškai, tuo tarpu daugiau priekinės skilties rostralių sričių (išilgai viršutinės ir apatinės priekinės skilties; Fig. 11 pav ir 3, B–G) nuosekliai bręsta priekinėje progresavimo stadijoje, kaip rodo palaipsniui vėlesni netiesinio GM praradimo smailės (1 pav. B–D), o prefrontalinė žievė subręsta paskutinė (1 pav.). 1, D ir Eir Ir3) .3). Parietalinėje skiltyje GM nykimas prasideda postcentralinėje skiltyje (Pav. (1H1H pav ir Ir3; 3; su netiesine ankstyva smaile), progresuojanti į šoną į kampinį žiedą (40 sritis; Fig. Pav.1I1I ir Ir3), 3) ir virškraštinę girnelę (39 sritis; Fig. 1J1J pav ir Ir3) .3). Priekiniai ir pakaušio poliai, panašūs į priešcentrinį ir pocentrinį girią, subręsta anksti (1 pav.). 1 G ir K ir And33).
Vėlesnis brendimas. Kita vertus, laikinosios skilties dalys turi būdingą vėlyvojo brendimo modelį. Laikinoji skiltis subręsta paskutinė, išskyrus laikinąjį polių, kuris rodo GM praradimą maždaug tuo pačiu metu, kaip ir priekinis ir pakaušio poliai (1 pav.). (1O1O pav ir Ir3) .3). Priešingai, viršutinis ir apatinis temporalinis girias (STG ir apatinis laikinasis žiedas) nerodo tokio paties GM praradimo laipsnio visame šiame amžiaus intervale. Tai taip pat rodo plokščios amžiaus poveikio diagramos (Pav. 1 l ir M ir Ir3) .3). STG užpakalinė dalis rodo aiškią linijinę trajektoriją (1N pav).
Apatiniame smegenų paviršiuje apatinės smilkininės skilties medialiniai aspektai (numanoma entorhinalinė žievė, vidurinė į nosies vagą, tarp priekinio kolateralinės vagos galo ir užpakalinio uoslės griovelio galo) subręsta anksti ir po to beveik nesikeičia. , kaip matyti iš plokščių amžiaus efektų diagramų (2T pav). Panašus brendimo modelis pasireiškia apatinės priekinės skilties kaudalinėje ir vidurinėje dalyse (2S pav, numanoma piriforminė žievė). Kitos ventralinės smilkininės skilties dalys turi brendimo pobūdį nuo šono iki vidurio, tuo tarpu orbitofrontalinės sritys ir toliau brendo iki seniausio mūsų tirto amžiaus (Pav 2).
Diskusija
Čia parodome dinamiškos žmogaus žievės smegenų vystymosi progresavimo vizualizaciją perspektyviame išilginiame sveikų vaikų ir paauglių tyrime. Ankstesnėse ataskaitose buvo arba skersinis pjūvis (ty MRT nuskaitymas atliekamas tik vieną kartą vienam subjektui) arba naudojami metodai, kurie pateikia vidutinius pasaulinius tūrius, o ne taškinį palyginimą, kuris įmanomas naudojant kartografavimo metodus (11, 15). Skerspjūvio dizainą įtakoja tarpindividuali dispersija ir kohortos efektai, o metodai, kurie suteikia vidutinius pasaulinius tūrius, nepateikia jokios erdvės ir laiko detalės. Šiuos apribojimus įveikėme ištyrę išilginiu būdu gautą prieš ir po brendimo pavyzdį, kuriame tie patys vaikai buvo pakartotinai nuskaityti perspektyviai per 10 metų. Mūsų rezultatai, išryškindami žmogaus žievės vystymosi heterochroniškumą, rodo, kad atskiri subregionai laikosi skirtingomis brendimo trajektorijomis, kuriose aukštesnės eilės asociacijos sritys subręsta tik subrendus žemesnio laipsnio sensomotoriniams regionams, kurių funkcijas jie integruoja. Be to, atrodo, kad filogenetiškai senesnės žievės sritys subręsta anksčiau nei naujesni žievės regionai.
Priekinės skilties brendimas vyko atgal į priekį, prasidėjus pirminėje motorinėje žievėje (priecentrinėje žievėje) ir plintant į priekį virš viršutinės ir apatinės priekinės žievės, o priešakinė žievė vystėsi paskutinė. Priešingai, priekinis polius subrendo maždaug tokio pat amžiaus kaip ir pirminė motorinė žievė. Užpakalinėje smegenų dalyje brendimas prasidėjo pirminėje jutimo srityje, išplito į šonus per likusią parietalinę skiltį. Panašiai kaip priekinis polius, pakaušio ašigalis subrendo anksti. Šoninės smilkininės skiltys subrendo paskutinės.
Taigi seka, kurioje žievė subrendo, atitinka regioniniu požiūriu svarbius pažinimo ir funkcinio vystymosi etapus. Smegenų dalys, susijusios su pagrindinėmis funkcijomis, subrendo anksti: pirmiausia subrendo motorinės ir sensorinės smegenų sritys, o po to – sritys, susijusios su erdvine orientacija, kalbos ir kalbos vystymusi bei dėmesiu (viršutinė ir apatinė parietalinės skiltys). Vėliau subrendo sritys, susijusios su vykdomosiomis funkcijomis, dėmesiu ir motorine koordinacija (priekinės skiltys). Priekinis polius, susijęs su skonio ir kvapo apdorojimu, ir pakaušio polius, kuriame yra pirminė regėjimo žievė, taip pat anksti subrendo, kaip ir tikėtasi. Ši brendimo seka taip pat atsispindėjo didžiausių GM verčių didžiausiuose amžiuose, kurie didėja vystantis į priekį (1 pav. A–D ir H–J). Vizualiai prefrontalinė žievė ir apatinė parietalinė žievė kairėje pusėje subrendo anksčiau nei atitinkami regionai dešinėje, o tai gali būti dėl to, kad dauguma šios imties vaikų yra dešiniarankiai, kurių kairioji dominuoja. pusrutulis, kuris anksti subręsta.
Laikinoji skiltis atitiko aiškų brendimo modelį. Laikinieji poliai anksti subrendo. Didžioji dalis likusios smilkininės skilties subrendo šio mėginio amžiaus intervale, išskyrus nedidelį plotą užpakalinėje STG dalyje, kuri, atrodo, subręsta paskutinė. Manoma, kad žmonėms laikino žievė, ypač viršutinės smilkininės vagos užpakalinė dalis, viršutinė smilkininio riešo dalis ir vidurinė smilkininė žievė, yra heteromodalinė susiejimo vieta (kartu su prefrontaline ir apatine parietaline žieve) ir yra susijusi su atminties integravimu, audiovizualinės asociacijos ir objektų atpažinimo funkcijos (31-34). Taigi, laikinoji žievė toliau bręsta po to, kai kitos asociacijos sritys, kurių funkcijas ji integruoja, yra gana išvystytos.
Filogenetiškai kai kurie iš seniausių žievės regionų yra apatiniame smegenų paviršiuje laikinės skilties medialinėje dalyje (pavyzdžiui, užpakalinėje piriforminėje žievės dalyje ir entorhinalinėje žievėje) arba priekinės skilties apatinėje ir vidurinėje dalyje. uodeginis uoslės griovelio galas (priekinė piriforminė žievė ir orbitinė periallokorteksas) (35-37). Brendimo procesas šių vietovių apylinkėse prasidėjo anksti (ontogenetiškai) jau sulaukus 4 metų, kaip matyti iš linijinių arba plokščių sklypų (2 pav. S ir T). Iš šių sričių brendimas lėtai progresuoja į šoną. Apatinėje priekinėje žievėje medialiniai ir užpakaliniai uoslės žievės aspektai subrendo anksti, o orbitofrontalinės žievės subrendo vėliau. Likusioje apatinės smilkininės skilties dalyje brendimas pasireiškė vėliau ir šiek tiek šonine-medialine kryptimi. Žinduolių apatinė laikinoji žievė kartu su STG dalimis, užpakalinė parietalinė žievė ir priekinė žievė yra aukšto lygio asociacijos sritys, kurios taip pat yra naujausios evoliuciniu požiūriu (38, 39). Mūsų stebėjimas apie šias sritis, kurios, atrodo, subręsta vėliau, gali reikšti, kad žievės vystymasis tam tikru laipsniu seka evoliucinę seką.
Tikslus GM praradimo procesas nežinomas. Smegenų baltosios medžiagos padaugėja per pirmuosius keturis dešimtmečius dėl aksonų mielinizacijos (40) ir gali iš dalies paaiškinti pastebėtą GM praradimą (41, 42). Nors sulkalinio ir giralinio lankstymo modelių pokyčiai arba kiti nenatrofiniai procesai, tokie kaip dehidratacija, gali turėti įtakos GM tankiui, pagrindinė GM tankio praradimo priežastis nežinoma. Manome, kad tai bent iš dalies gali lemti sinapsinio genėjimo procesas (43) kartu su trofiniais glijos ir kraujagyslių pokyčiais ir (arba) ląstelių susitraukimu (44). Taigi, regionui būdingi GM brendimo skirtumai gali atsirasti dėl heterochroninio sinapsinio genėjimo žievėje, kaip buvo parodyta primatų ir žmogaus smegenų žievės vystyme.18, 45-48). Įdomu tai, kad priekinėje žievėje dorsolaterinė prefrontalinė žievė subręsta paskutinė, sutampanti su vėlesniu mielinizavimu, o tai rodo, kad genėjimo mielinizacija dažnai gali vykti lygiagrečiai.
Šie atradimai gali turėti klinikinių pasekmių. Pavyzdžiui, autizmas, pasireiškiantis iki 3 metų amžiaus, pasireiškia visuotine smegenų GM hiperplazija per pirmuosius 2 gyvenimo metus.49) ir didesnius priekinius ir laikinus GM kiekius 4 metais, o po to šiuose regionuose augimo tempas lėtesnis 7 metais (50, 51). Vaikystėje prasidėjusi šizofrenija, kurios vidutinis amžius prasideda apie 10 metų, yra susijusi su ryškiu parietaliniu GM praradimu, kuris paauglystėje progresuoja į priekį (nugara į priekį).52), kadangi suaugusiųjų šizofrenija (tipiškesnė forma) yra labiau susijusi su deficitu vėliau bręstančiose laikinosiose ir priekinėse srityse (53-55) ir yra susijęs su selektyviais heteromodalinių regionų anomalijomis (29). Taigi pagrindinio brendimo modelio laipsnio ar laiko pokyčiai bent iš dalies gali būti šių neurologinio vystymosi sutrikimų priežastis.
Kai kurių žievės regionų pokyčių mastas yra labai reikšmingas ir atitinka augimo ir praradimo rodiklius, pastebėtus mūsų ankstesniuose išilginiuose tyrimuose. Ankstesniame pranešime (28), sukūrėme metodą, naudodami tenzorinį kartografavimą, norėdami išmatuoti vietinį augimo greitį ir audinių praradimo greitį vietiniu lygmeniu uodegos ir korpuso anatomijoje. Labai mažuose šių struktūrų regionuose vietinis augimo tempas viršijo 40% per metus, o vietinis audinių praradimas siekė 40% per metus mažuose bazinių ganglijų regionuose. Dėl padidėjusios erdvinės skiriamosios gebos didžiausi vietiniai pokyčių rodikliai, gauti taikant anatominio kartografavimo metodus, dažnai yra didesni nei tie, kurie buvo gauti atliekant anatomiškai suskirstytų smegenų struktūrų tūrinius tyrimus. Pavyzdžiui, skilties tūrio įvertinimas gali nustatyti vidutinį augimo ar audinių praradimo greitį didelėje struktūroje, o didžiausias tūrio pokyčio greitis atitinkamai sumažinamas. Ląstelinis substratas šiems žievės pokyčiams gali būti mielinizacijos, dendritinio genėjimo ir neuronų, glijos, kraujagyslių ir neurito pakavimo tankio pokyčių įvairiose žievės sluoksniuose derinys. Taip pat gali pakisti MRT signalo relaksometrinės savybės, pagrįstos pagrindiniu vandens kiekiu. Mielinizacijos komponentas gali sukelti labai didelius grynuosius žievės tūrio procentinius pokyčius kelerius metus, ypač kai įvertinti tūriai yra palyginti maži.
Šiam tyrimui taikomi keli apribojimai. Šios analizės pagrįstos 52 nuskaitymais, kurių metu buvo sukurti 1,976 anatominiai modeliai, suteikiantys pakankamai galios pokyčiams sekti, tačiau yra tik 13 vaikų. Be to, tai yra nereprezentatyvi populiacija, kurios vidutinis IQ yra 125, o tai rodo Nacionalinio psichikos sveikatos instituto tyrimo kreipimąsi. Negalėjome užfiksuoti priešbrendimo padidėjimo laiko intervalo filmų sekoje, nors jis buvo lengvai vizualizuojamas mišraus modelio diagramose. Lygiai taip pat nepavyko ištirti smegenų brendimo skirtumų, nes imtyje yra tik šeši vyrai ir septynios moterys. Tačiau mūsų išvados atskleidžia pagrindinę informaciją apie ankstyvo smegenų vystymosi brendimo seką ir jos ryšį su funkciniais ir evoliuciniais etapais.
Padėka
Dėkojame dr. Stevenui Wise'ui (Nacionaliniai sveikatos institutai) ir Alexui Martinui (Nacionaliniai sveikatos institutai) už vertingą indėlį ir komentarus. Šis darbas buvo paremtas Nacionalinio psichikos sveikatos instituto vidiniu finansavimu; Nacionalinio biomedicininio vaizdo gavimo ir bioinžinerijos instituto (EB 001561) ir Nacionalinio tyrimų išteklių centro (P41 RR13642 ir R21 RR19771) stipendijos moksliniams tyrimams; ir Žmogaus smegenų projekto dotacija Tarptautiniam smegenų žemėlapių konsorciumui, bendrai finansuojamam Nacionalinio psichikos sveikatos instituto ir Nacionalinio piktnaudžiavimo narkotikais instituto (P20 MH/DA52176).
Nuorodos
;
