Daudzus psihiskus traucējumus, ieskaitot dažus ar pieaugušo sākumu, piemēram, šizofrēniju, arvien vairāk tiek uzskatīti par tādiem, kas izriet no neirodeformācijas anomālijām. Lai izpētītu slimības neirodeformācijas hipotēzes, ir noderīgi labi izkliedēti dati par tipisku nobriešanu, lai kalpotu par “etalonu”, no kura varētu novērtēt iespējamās novirzes. Tipiskas attīstības pētījumi un ietekme uz šo attīstību var arī atklāt smadzeņu nobriešanas laiku un mehānismus, kas ved uz jaunu iejaukšanos.
Šajā pārskatā mēs pievērsīsimies metodiskiem jautājumiem, kas saistīti ar smadzeņu anatomijas magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (MRI) pētījumiem, apkoposim MRI atklājumus par neiroanatomiskām izmaiņām bērnībā un pusaudža gados un apspriedīsim iespējamo ietekmi uz smadzeņu attīstības trajektorijām.
Kā norādīts šīs sērijas iepriekšējos rakstos, viens no pirmajiem smadzeņu morfometrisko raksturlielumu mērīšanas paņēmieniem parastā anatomiskajā MRI ir atsevišķu vokseļu klasifikācija (vai “segmentēšana”) (dažādu MRI signālu mazākie elementi - parasti aptuveni 1 ml). kas atbilst CSF, baltajai vielai (WM) vai pelēkajai vielai (GM). Pēc kategorijām pēc audu veida var veikt dažādas parcelācijas, lai iegūtu tilpumus daivu līmenī (piemēram, frontālās, īslaicīgās, parietālās, pakauša); reģioni, ko nosaka žirāla, sāļa vai GM, WM un CSF robežas (piemēram, caudate kodols); vai atsevišķi vokseļi.
MRI segmentēšanu un atdalīšanu sākotnēji veica tikai apmācīti cilvēki, ar roku norādot konkrētus interesējošos reģionus (bieži saīsinātus kā ROI). Kaut arī augsti apmācīta indivīda smadzeņu reģionu manuāla identificēšana tiek uzskatīta par vistuvāko pieejamo “zelta standartu”, laiks un anatomiskās zināšanas, kas nepieciešamas rādītāju apmācībai un šāda veida analīžu veikšanai, var būt pārmērīgi lielas. Tas daudzām laboratorijām ir motivējis izstrādāt datoru algoritmus, kas spēj automātiski klasificēt MRI attēlu reģionus kā piederīgus dažādiem audu tipiem un anatomiskajiem reģioniem. Straujie panākumi šajā jomā ļāva veikt liela mēroga pētījumus, kas nepieciešami, lai uztvertu daudzas izmaiņas, kas saistītas ar tipisku un netipisku smadzeņu attīstību. Automatizētās metodes ir arī ļāvušas novatoriskiem smadzeņu struktūras aplūkošanas veidiem, piemēram, garozas loksnes formas un biezuma analīzei.
Tomēr automatizēto metožu uzticamība ir atkarīga no robežu skaidrības starp struktūrām, ko savukārt nosaka noteiktas struktūras anatomijas un MRI attēla kvalitātes apvienojums. Piemēram, amygdala un hipokampu automatizētajām metodēm ir grūti pareizi atdalīt, jo tie attēlo blakus esošās ĢM struktūras. Tādos gadījumos kā šie, rokas mērīšana joprojām var būt labākā pieeja, lai gan pat cilvēku vērtētājiem var būt nepieciešama ievērojama pieredze, pirms viņi var konsekventi noteikt šādu struktūru robežas parastajā MRI.
Dati šim pārskatam lielākoties ir iegūti no 387 tipiski jaunattīstības subjektiem (829 skenē), kas piedalās notiekošajā gareniskajā pētījumā Nacionālā garīgās veselības institūta Bērnu psihiatrijas nodaļā. Sācis 1989, Markus Kruesi, MD, un Judith Rapoport, MD, pētījuma plāns ir paredzēts dalībniekiem no 3 līdz 30 gadiem, lai nāktu uz Nacionālajiem veselības institūtiem ar aptuveni 2 gada intervālu smadzeņu attēlveidošanai, psiholoģiskai un uzvedības novērtēšanai un DNS kolekcija. Uzsvars uz šo vienīgo avotu ir nevis tāpēc, lai devalvētu daudzos izcilos citu izmeklētāju ieguldījumus, bet gan lai nodrošinātu integrētu pārskatu no pasaules lielākās bērnu un pusaudžu smadzeņu MRI skenēšanas kolekcijas ar datiem, kas iegūti, izmantojot vienotas skrīninga / novērtēšanas baterijas, to pašu skeneri un tās pašas attēlu analīzes metodes. Mēs esam papildinājuši ar atsaucēm uz citu laboratoriju pētījumiem, kaut arī pilnīga nozares apskate ir ārpus šī raksta darbības jomas.
KOPĒJAIS CEREBRĀLAIS, CEREBELLĀRAIS UN VENTRIKULĀRĀS APJOMS
Bērnu psihiatrijas nodaļas kopapjomā kopējais smadzeņu tilpuma maksimums ir vidēji 10.5 gados sievietēm un 14.5 gadiem vīriešiem.1 Pēc vecuma 6 gadiem smadzenes ir aptuveni 95% no šī maksimuma (Fig. 1). Smadzenīšu tilpums sasniedz aptuveni 2 gadus vēlāk nekā smadzeņu tilpums.2 Sānu ventrikulārajam tilpumam ir vislielākās atšķirības starp indivīdiem3 un palielinās visā veselīgā bērna un pusaudža attīstībā. Šie parasti sastopamie pieaugumi jāņem vērā, interpretējot kambara paplašināšanos, par kuru plaši ziņots pacientu populācijā.
Sowell un kolēģi4 izmērītas smadzeņu tilpuma izmaiņas 45 bērnu grupā, kas skenēta divreiz (ar 2 gadu intervālu), sākot no 5 un 11 gadiem. Izmantojot citu metodi, kurā tika izmērīts attālums starp smadzeņu virsmas punktiem un smadzeņu centru, viņi arī šajā vecuma diapazonā konstatēja smadzeņu lieluma palielināšanos, īpaši frontālajā un pakauša apgabalā.
Caviness et al.,5 šķērsgriezuma paraugā no 15 zēniem un 15 meitenēm vecumā no 7 līdz 11 gadiem atklāja, ka smadzenītes bija pieauguša cilvēka apjomā sievietēm, bet ne vīriešiem šajā vecuma diapazonā, kas liecina par vēlu attīstību un dzimuma dimorfismu .
BALTĀ MATERIJA
WM balto krāsu rada mielīns, taukaini balti apvalki, ko veido oligodendrocīti, kas apvij aksonus un krasi palielina neironu signālu ātrumu. WM apjoms parasti palielinās visā bērnībā un pusaudža gados,1 kas var būt pamatā lielākai savienojamībai un atšķirīgu neironu shēmu integrācijai. Svarīga iezīme, kas tikai nesen tika novērtēta, ir tā, ka mielīns ne tikai palielina pārraides ātrumu, bet arī modulē neironu dedzināšanas shēmu laiku un sinhronitāti, kas smadzenēs rada funkcionālos tīklus.6 Atbilstoši tam pētījumā, kurā tika izmantots WM blīvuma rādītājs, lai kartētu WM reģionālo pieaugumu, tika atklāts straujš lokalizēts pieaugums starp bērnību un pusaudža vecumu. Kortikospinālie traktāti uzrādīja pieaugumu, kas bija līdzīgs pēc lieluma abās pusēs, turpretī traktos, kas savieno frontālo un temporālo reģionu, bija vērojams lielāks pieaugums ar kreiso pusi saistītajā valodā.7
PELĒKĀ VIELA
Kamēr WM palielinās bērnībā un pusaudža gados, ĢM apjoma trajektorijas seko apgrieztā U veida attīstības trajektorijā. Dažādās WM un GM attīstības līknes tic intīmajiem savienojumiem starp neironiem, glia šūnām un mielīnu, kas ir neironu ķēžu līdzstrādnieki un kurus saista mūža savstarpējās attiecības. Kortikālās ĢM izmaiņas vokselu līmenī no 4 līdz 20 gadiem, kas iegūtas no 13 subjektu skenēšanas, kuri katrs bija ieskenēti 4 reizes ar aptuveni 2 gada intervālu, ir parādīti Skaitlis 2 (animācija ir pieejama vietnē http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg).8 Ģenētiskā blīvuma maksimālais vecums ir agrākais primārajos sensomotoros apgabalos un jaunākais augstāka līmeņa asociācijas zonās, piemēram, dorsolaterālā prefrontālajā garozā, zemākajā pakāpē parietālā un augstākā temporālā ģerozā. Neatrisināts jautājums ir par to, cik lielā mērā garozas ģenētiski modificēto lielumu ietekmē sinaptiskā atzarošana salīdzinājumā ar mielinēšanu gar ĢM / WM robežu.9 Kaudatā kodola tilpums, subkortikālā ĢM struktūra, seko arī apgrieztai U formas attīstības trajektorijai, kuras virsotnes ir līdzīgas frontālām daivām, ar kurām tām ir plaši sakari.1
IETEKME UZ KAULA ANATOMIJAS ATTĪSTĪBAS TRAJEKTORIEM
Gēns un vide
Salīdzinot, cik līdzīgi monozigoti dvīņi ir pret dizigotiem dvīņiem, mēs varam novērtēt ģenētiskās (ti, “iedzimtības”) un vides ietekmes relatīvo devumu smadzeņu attēlveidošanas rezultātos.10 Svarīgi ir arī tas, ka mēs varam novērtēt mijiedarbību starp gēniem un vidi, kā arī vecuma un dzimuma ietekmi uz pārmantojamību. Pašreizējais parauga lielums no mūsu pašreizējā garengriezuma pētījuma ir aptuveni 600 skenēšana no 90 monozigotiskiem un 60 dizigotiskiem dvīņu pāriem. Kopēja cerebrum un lobar tilpuma (ieskaitot ĢM un WM apakšnodaļas) pārmantojamība svārstījās no 0.77 līdz 0.88.11 Ļoti iedzimtie smadzeņu morfometriskie pasākumi nodrošina iedzimto īpašību bioloģiskos marķierus un var kalpot par ģenētiskās saites un asociācijas pētījumu mērķiem.12,13 Daudzveidīgas analīzes, kas ļauj novērtēt pakāpi, kādā vieni un tie paši ģenētiskie vai vides faktori veicina vairāku neiroanatomisko struktūru veidošanos, norāda, ka viens kopīgs ģenētiskais efekts veido 60% no garozas biezuma mainībām.14
Ar vecumu saistītas pārmantojamības izmaiņas var būt saistītas ar gēnu ekspresijas laiku un saistītas ar traucējumu sākuma vecumu. Kopumā WM pārmantojamība palielinās līdz ar vecumu un samazinās ĢM apjomi,11 tā kā palielinās smadzeņu garozas biezuma pārmantojamība frontālās, parietālās un īslaicīgās daivas reģionos (Fig. 3).15 Zināšanai par to, kad noteiktas smadzeņu struktūras attīstības laikā ir īpaši jutīgas pret ģenētisko vai vides ietekmi, varētu būt nozīmīga ietekme uz izglītību un / vai ārstēšanu.
Vīrietis sieviete
Ņemot vērā, ka gandrīz visiem neiropsihiskiem traucējumiem ir atšķirīga izplatība, sākuma vecums un simptomi starp vīriešiem un sievietēm, dzimumu atšķirības tipiskajās smadzeņu attīstības trajektorijās ir ļoti nozīmīgas bērnu psihiatrijā. Saskaņā ar pieaugušo neiroattēlu literatūru,16 kopējais smadzeņu tilpums vīriešiem bija aptuveni 10% lielāks. Arī ģenētiski modificētā ķermeņa masas maksimums sievietēm novēroja 1 līdz 3 gadus agrāk.1
Smadzeņu straujā attīstība dažos pirmajos dzīves gados un agrīnu notikumu nozīmes atzīšana tādos neirodeformācijas traucējumos kā autisms ir palielinājusi interesi par zīdaiņu un mazu bērnu skenēšanu. Ziemeļkarolīnas universitātes pētnieku veiktais pētījums par 74 jaundzimušajiem, kuriem pirmajās dzīves nedēļās tika veikts attēlveidošana, tika atklāts straujš smadzeņu tilpuma pieaugums; Smadzeņu tilpumu seksuāla dimorfisms jau bija novērojams, vīriešiem intrakraniālais tilpums bija ievērojami lielāks pat pēc dzimšanas svara atšķirību korekcijas.17
Kopējās smadzeņu lieluma atšķirības starp vīriešu un sieviešu dzimuma subjektiem nevajadzētu interpretēt kā tādas, kas rada funkcionālas priekšrocības vai trūkumus. Bruto strukturālie pasākumi var neatspoguļot seksuāli dimorfiskas atšķirības funkcionāli nozīmīgos faktoros, piemēram, neironu savienojumā un receptoru blīvumā. Tas, vai, vai, kā pielāgot šo kopējo smadzeņu lieluma atšķirību, novērtējot smadzeņu apakškomponentus (ti, vai noteiktām smadzeņu struktūrām sievietēm ir “salīdzinoši” lielāks raksturs), spēcīgi ietekmē to, kas literatūrā tiek minēts kā seksuāli dimorfisks.
Par interesantu pieeju šīs mērogošanas problēmas risināšanai ziņoja Sovels et al.18 kurš atklāja, ka 176 cilvēku paraugā no 7 līdz 87 gadiem atklātas reģionālās specifiskās dzimumu atšķirības (ti, labākajiem parietālajiem un aizmugurējiem garozas garozas biezākiem sievietēm) bija replicētas 18 vīriešu un 18 sieviešu smadzenēs, kurām nebija atšķiras pēc kopējā smadzeņu lieluma.
DISKUSIJA
Vispārīgais smadzeņu tipiskās attīstības modelis pirmajos 25 dzīves gados ir aptuveni lineārs WM apjoma pieaugums un ĢM struktūru reģionāli specifiskas apgrieztas U formas attīstības trajektorijas, maksimālais tilpums rodas vēlīnā bērnībā vai agrīnā pusaudža vecumā. Ievērojama tēma ir tā, ka neiroattēlā, tāpat kā dzīvē, tas bieži ir saistīts ar ceļojumu, nevis par galamērķi. Šī tēma ir būtiska tipiskas attīstības pētījumos, kur dvīņu pētījumos ir izteikta mijiedarbība atkarībā no vecuma pēc dzimumam, seksuālā dimorfisms attīstības ceļiem ir lielāks nekā galīgais lielums, un vecuma līknes pēc garozas biezuma attīstības līknes vairāk prognozē IQ. nekā garozas biezums 20 gadu vecumā.19 Tēma “Ceļojums ne tikai uz galamērķi” ir ļoti būtiska arī psihopatoloģijas pētījumos, kad tieši attīstības trajektorijas visvairāk atšķir kontroli no tiem, kam ir uzmanības deficīta / hiperaktivitātes traucējumi vai bērnībā sākusies šizofrēnija.
Attīstības trajektoriju adekvātam raksturojumam nepieciešami vai nu lieli šķērsgriezuma paraugi, vai garengriezuma pētījumi, kas abi rada būtiskas metodoloģiskas problēmas. Priekšmetu un kontroles atlases kritēriju atšķirības, attēla iegūšana un attēla analīzes paņēmieni veicina bērnu neiroattēla literatūras augsto nereplikāciju un apgrūtina derīgus metaanalītiskos pētījumus. Patlaban tiek veikts sešu vietu neiroattēlu pētījums ar kontrolētiem pediatriskiem pacientiem, izmantojot standartizētu metodoloģiju visās vietās, un tam vajadzētu vēl vairāk atspoguļot tipiskas smadzeņu attīstības nianses.20
Kaut arī gandrīz visiem neiropsihiskiem traucējumiem ir ziņots par vidējām smadzeņu anatomijas atšķirībām, plaša klīnisko un kontroles grupu vērtību pārklāšanās šobrīd izslēdz diagnostikas izmantošanu (izņemot, lai izslēgtu iespējamus centrālās nervu sistēmas apvainojumus, piemēram, audzējus, intrakraniālus asiņojumus vai iedzimtas anomālijas, piemēram, simptomu etioloģijas). Nav identificēts “bojājums”, kas būtu kopīgs visiem vai pat lielākajai daļai bērnu ar visbiežāk pētītajiem autisma traucējumiem, uzmanības deficīta / hiperaktivitātes traucējumiem, bērnībā sāktu šizofrēniju, disleksiju, trauslu X, nepilngadīgo sākuma bipolāriem traucējumiem, pēctraumatisko stresu. traucējumi, Sydenham horeja vai Tourette sindroms. Neiroattēls šobrīd ir visnoderīgākais, lai izpētītu slimību galveno raksturu un nodrošinātu endofenotipus, bioloģiskos marķierus, kas ir starpposms starp gēniem un uzvedību. Endofenotipi var arī palīdzēt noteikt slimību apakštipus, kuriem ir atšķirīga patofizioloģija, prognoze vai atbildes reakcija uz ārstēšanu.
Pediatriskā neirofotogrāfijas nākotnē, iespējams, redzēs arvien pieaugošu pētījumu skaitu, apvienojot vairākus attēlveidošanas veidus ar vieniem un tiem pašiem indivīdiem (piemēram, strukturālais MRI, funkcionāls MRI, difūzijas tenzora attēlveidošana, magnetizācijas pārneses attēlveidošana, elektroencefalogrāfija un magnetoencefalogrāfija). Tas nodrošina “lielāku nekā tā daļu summu” sinerģiju, jo informācija par katru no modalitātēm nodrošina citu interpretāciju. Attēla apvienošana ar postmortem pētījumiem ar dzīvniekiem būs noderīga, noskaidrojot attēlveidošanas atklājumus veicinošos mehānismus, piemēram, nosakot pakāpi, kādā kortikālās ĢM izmaiņas, kas atklātas, izmantojot MRI, ir saistītas ar neironu arborēšanu / atzarošanu vai WM iejaukšanos iekšējā vidē. garozas robeža. Vēl viens svarīgs turpmāko neiromātisko pētījumu virziens būs pastiprināta integrācija ar sociālo un izglītības zinātni, kas joprojām ir salīdzinoši nodalīta, neskatoties uz kopīgo mērķi veiksmīgi vadīt cilvēkus bērnībā un pusaudža gados, gatavojoties pieaugušo pasaulei.
Pateicības
Šis darbs tika atbalstīts ar Nacionālo veselības institūtu Intramulāro pētījumu programmu.
Zemsvītras piezīmes
Informācijas atklāšana: autori ziņo, ka nav interešu konfliktu.
Skaitļi šajā rakstā tika izveidoti kā daļa no autoru nodarbinātības federālajā valdībā, un tāpēc tie ir publiski pieejami.
ATSAUCES
;