Mapeamento dinâmico do desenvolvimento cortical humano durante a infância até o início da idade adulta (2004)

Proc Natl Acad Sci EUA A. 2004 maio 25; 101 (21): 8174 – 8179.

Publicado on-line 2004 May 17. doi:  10.1073 / pnas.0402680101

PMCID: PMC419576

Neuroscience

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Sumário

Relatamos a sequência anatômica dinâmica do desenvolvimento da massa cinzenta cortical humana entre a idade dos anos 4-21 usando mapas quantitativos quantitativos e seqüências de lapso de tempo. Treze crianças saudáveis ​​para quem exames anatômicos de ressonância magnética cerebral foram obtidos a cada ano 2, para 8 10 anos, foram estudados. Usando modelos da superfície cortical e pontos de referência sulcal e um modelo estatístico para a densidade da massa cinzenta, o desenvolvimento cortical humano pôde ser visualizado através da faixa etária em uma sequência de lapso de tempo espácio-temporalmente detalhada. Os “filmes” de lapso de tempo resultantes revelam quei) os córtices de associação de ordem superior amadurecem somente depois que os córtices somatossensoriais e visuais de menor ordem, cujas funções integram, são desenvolvidos, e (iiáreas filogeneticamente mais antigas do cérebro amadurecem mais cedo do que as mais novas. A comparação direta com o desenvolvimento cortical normal pode ajudar na compreensão de alguns distúrbios do neurodesenvolvimento, como a esquizofrenia de início na infância ou o autismo.

O desenvolvimento do cérebro humano é estrutural e funcionalmente um processo não linear (1-3), e compreender a maturação normal do cérebro é essencial para a compreensão dos distúrbios do neurodesenvolvimento (4, 5). A natureza heteromodal do desenvolvimento cognitivo do cérebro é evidente a partir de estudos de desempenho neurocognitivo (6, 7), imagem funcional (RM funcional ou tomografia por emissão de pósitrons) (8-10) e estudos de coerência do eletroencefalograma (1, 2, 10). Estudos prévios de imagem mostram alterações regionais não lineares na densidade da substância cinzenta (GM) durante a infância e adolescência, com aumento pré-puberal seguido de perda pós-puberal (11-14). A densidade GM na RM é uma medida indireta de uma arquitetura complexa da glia, vasculatura e neurônios com processos dendríticos e sinápticos. Estudos de maturação de GM mostram uma perda na densidade GM cortical ao longo do tempo (15, 16), que temporalmente se correlaciona com os achados post-mortem de aumento da poda sináptica durante a adolescência e início da idade adulta (17-19). Apresentamos aqui um estudo do desenvolvimento de OGM cortical em crianças e adolescentes usando uma técnica de mapeamento cerebral e uma amostra prospectivamente estudada de crianças saudáveis ​​13 (4-21 anos), que foram escaneadas com MRI a cada 2 anos para 8-10 anos . Como as varreduras foram obtidas repetidamente nos mesmos sujeitos ao longo do tempo, a extrapolação estatística dos pontos entre as varreduras permitiu a construção de uma seqüência animada de lapso de tempo (“filme”) do desenvolvimento do cérebro pediátrico. Nossa hipótese é que o desenvolvimento do GM na infância até o início da idade adulta seria não-linear, como descrito anteriormente, e progrediria de maneira localizada, específica da região, coincidindo com a maturação funcional. Também previmos que as regiões associadas a mais funções primárias (por exemplo, córtex motor primário) se desenvolvem mais cedo em comparação com as regiões que estão envolvidas com tarefas mais complexas e integrativas (por exemplo, lobo temporal).

O resultado é um mapa dinâmico da maturação de GM no período pré e pós-puberal. Nossos resultados, embora ressaltem a notável heterogeneidade, mostram que o desenvolvimento do GM cortical parece seguir a sequência de maturação funcional, com os córtices sensório-motor primário juntamente com os polos frontal e occipital amadurecendo primeiro, e o restante do córtex desenvolvendo-se em parietal a direção frontal (de trás para frente). O córtex temporal superior, que contém áreas de associação que integram informações de várias modalidades sensoriais, amadureceu por último. Além disso, a maturação do córtex também parecia seguir a sequência evolutiva em que essas regiões foram criadas.

O Propósito

Assuntos. Os dados demográficos da amostra são mostrados em tabela 1. Todos os indivíduos foram recrutados da comunidade para um estudo em curso do Instituto Nacional de Saúde Mental do desenvolvimento do cérebro humano (20) Resumidamente, cada sujeito recebeu uma entrevista diagnóstica estruturada para descartar qualquer diagnóstico psiquiátrico em cada visita. Os indivíduos retornaram a cada 2 anos para uma ressonância magnética de acompanhamento, juntamente com uma reavaliação psiquiátrica e neurocognitiva. Um subconjunto de todas as crianças com três ou mais exames de ressonância magnética utilizáveis ​​e com idades entre 4 e 21 anos foi escolhido para ser incluído neste estudo. O estudo foi aprovado pelo conselho de revisão institucional do National Institute of Mental Health, e um consentimento informado foi obtido de indivíduos com idade> 18 anos ou dos pais de indivíduos menores, e um consentimento adicional por escrito foi obtido de cada indivíduo menor.

Tabela 1. 

Demografia da amostra do estudo

Processamento e Análise de Imagens. Imagens de ressonância magnética foram adquiridas no Instituto Nacional de Saúde Mental no mesmo scanner 1.5-T General Electric. A sequência de ressonância magnética foi consistente ao longo do estudo. As imagens ponderadas por T1 com cortes 1.5-mm contíguos no plano axial e fatias 2.0-mm no plano coronal foram obtidas usando o eco recuperado de gradiente estragado 3D no estado estacionário. Os parâmetros de imagem foram: tempo de eco, 5 ms; tempo de repetição, 24 ms; ângulo de viragem, 45 °; matriz de aquisição, 256 × 192; número de excitações, 1; e campo de visão, 24 cm. Com cada atualização principal de software / hardware, a confiabilidade dos dados antes e depois da atualização foi testada por meio da verificação de um conjunto de assuntos antes e depois da atualização (20). Resumidamente, para cada varredura, um algoritmo de correção de campo de polarização de radiofrequência foi aplicado. Imagens de linha de base foram normalizadas, transformando-as em um espaço estereotáxico 3D padrão (21). As varreduras de acompanhamento foram então alinhadas com a varredura da linha de base do mesmo indivíduo, e as varreduras registradas mutuamente para cada sujeito foram mapeadas linearmente no espaço do Consórcio Internacional para Mapeamento do Cérebro (ICBM) (22). Um classificador de tecido extensivamente validado gerou mapas detalhados de GM, substância branca e líquido cefalorraquidiano usando uma distribuição de mistura de Gauss para gerar um máximo a posteriori segmentação dos dados (23, 24), e um modelo de superfície do córtex foi então extraído automaticamente para cada sujeito e ponto temporal como descrito (25).

Uma técnica de análise de imagem conhecida como correspondência de padrões corticais (25-27) foi utilizado para melhor localizar as diferenças corticais ao longo do tempo e aumentar o poder de detectar alterações sistemáticas (25). Esta abordagem combina características gyral da anatomia da superfície cortical, tanto quanto possível entre os sujeitos antes de fazer comparações entre os sujeitos, médias de grupo e mapas estatísticos. Como essa técnica elimina alguma variância anatômica confusa, há um aumento do poder estatístico para detectar efeitos estatísticos nas medidas corticais, bem como maior capacidade de localizar esses efeitos em relação aos principais pontos de referência sulcal e giral. Na etapa de correspondência cortical, computam-se deformações secundárias que correspondem aos padrões giroscêntes em todos os pontos de tempo e todos os indivíduos, o que permite que os dados sejam calculados e comparados entre as regiões corticais correspondentes. Um conjunto de pontos de referência sulcal 34 por cérebro restringe o mapeamento de um córtex sobre o outro usando as regiões corticais correspondentes entre os indivíduos. Um analista de imagem cego à identidade, ao gênero e à idade do sujeito traçou cada um dos sulcos 17 em cada hemisfério lateral no processamento superficial de cada cérebro. Esses sulcos incluíam a fissura Sylviana, os sulcos central, pré-central e pós-central, o corpo principal do sulco temporal superior (STS), ramo ascendente STS, ramo posterior STS, sulcos intermediários primário e secundário e temporal inferior, superior e inferior frontal, intraparietal, os sulcos transversais occipitais, olfativos, occipitotemporais e colaterais. Além de contornar os principais sulcos, um conjunto de seis curvas de linha média que delimitam a fissura longitudinal foi delineado em cada hemisfério para estabelecer limites hemisféricos de giros. Os marcos foram definidos de acordo com um protocolo anatômico detalhado. Este protocolo está disponível na Internet (www.loni.ucla.edu/∼khayashi/Public/medial_surface) e conheceu a fiabilidade entre inter e intrarater como reportado (25).

Um modelo cortical 3D médio dependente do tempo para o grupo foi criado pelo achatamento de todos os pontos de referência sulcal / gyral em um plano 2D junto com o modelo cortical que atribui um código de cores para reter informações de forma 3D. Uma vez que os dados estavam nesse espaço plano, as características sulcais foram alinhadas entre os sujeitos até um conjunto médio de curvas sulcal. Os mapas corticais deformados foram matematicamente reinflados para 3D, produzindo um modelo cortical médio com características gíricas em suas localizações anatômicas médias (28).

Para quantificar GM local, usamos uma medida denominada “densidade GM”, usada em muitos estudos anteriores, que mede a proporção de GM em uma pequena região de raio fixo (15 mm) ao redor de cada ponto cortical (15, 25, 26, 28). A medida de densidade GM mede informações sobre os volumes GM em uma pequena vizinhança (o núcleo 15-mm usado neste relatório), fornecendo uma relação sinal / ruído aumentada, e calcula a média de parte do ruído inerente à resolução do GM cortical. limites em MRI. No entanto, se a densidade GM for usada, algum poder de localização é perdido, e a abordagem pode calcular dados médios de bancos sulcos opostos. A medida também pode indexar mudanças GM decorrentes de diferenças na curvatura da superfície cortical, nas quais a curvatura aumentada pode causar menos GM a ser amostrado dentro do núcleo de um raio fixo. Nosso trabalho, entretanto, mostra que a densidade e a espessura da GM estão altamente correlacionadas (K. Narr, RM Bilder, AW Toga, RP Woods, DE Rex, P. Szeszko, D. Robinson, Y. Wang, H. DeLuca, D. Assunção e PM Thompson, dados não publicados) e, portanto, provavelmente indexam processos maturacionais similares.

Para determinar se havia poder suficiente para alcançar significância estatística em cada ponto de superfície no córtex, ajustamos o modelo de mudança GM e estimamos o coeficiente de regressão múltipla (R2) em cada ponto, que varia no intervalo de 0 para 1. Da distribuição nula de R2, ajustado para o número de graus de liberdade no modelo estatístico, é possível determinar se há poder suficiente para rejeitar a hipótese nula (R2 = 0) em cada ponto cortical. O significado do ajuste do modelo, p(R2), em seguida, foi plotado em cada ponto cortical (dados não mostrados). O mapa resultante indicava que R2 não é zero em quase todos os pontos corticais, sugerindo que as mudanças observadas foram altamente significativas.

Os gráficos estatísticos foram gerados usando uma análise de regressão de modelo misto (11, 30) para os volumes GM em cada um dos pontos 65,536 em toda a superfície cortical, bem como nos volumes lobares individuais e também em vários pontos específicos de interesse sobre a superfície. Como um modelo misto não-linear foi usado, as diferenças intersubjetivas na densidade GM foram modeladas separadamente das taxas intraindividuais de mudança cortical, dando poder adicional para resolver mudanças longitudinais em cada ponto cortical. Os testes de hipóteses para construção de modelos foram baseados F estatística com α = 0.05. Especificamente, F Os testes foram usados ​​para determinar se a ordem de um modelo de desenvolvimento de crescimento era cúbico, quadrático ou linear. Se um modelo cúbico não fosse significativo, um modelo quadrático foi testado; se um modelo quadrático não fosse significativo, um modelo linear foi testado. Assim, um modelo de crescimento foi polinomial / não linear se o termo cúbico ou quadrático contribuiu significativamente para a equação de regressão. Dado que cada hipótese foi testada apenas uma vez, a correção da estatística para comparações múltiplas não foi necessária.

As seguintes regiões foram selecionadas para análises em cada hemisfério: giro pré-central, córtex motor primárioFig. 1Agiro frontal superior, limite posterior próximo ao sulco central (Fig. 1B), giro frontal inferior, limite posterior (Fig. 1C), sulco frontal inferior, limite anterior (Fig. 1D), sulco frontal inferior no córtex pré-frontal dorsolateral (Fig. 1E), extremidade anterior do sulco frontal superior (Fig. 1F), pólo frontal (Fig. 1G), córtex sensorial primário no giro pós-central (Fig. 1Hgiro supramarginal (área 40) (Fig. 1Igiro angular (área 39) (Fig. 1J), pólo occipital (Fig. 1K), porções anterior, média e posterior do giro temporal superior (STG) (Fig. 1 L – N), ponto médio do giro temporal inferior, bem como os limites anterior e posteriorFig. 1 O – Q), e na face inferior, nas extremidades anterior e posterior do sulco olfatório (Fig. 2 R e S) e as extremidades anterior e posterior do sulco colateral (Fig. 2 T e U). Pontos correspondentes foram escolhidos em ambos os hemisférios usando os mesmos pontos de referência sulcal.

FIG. 1. 

Gráficos de regressão de modelo misto em regiões de interesse sobre a superfície cortical. As seguintes regiões foram selecionadas para análises em cada hemisfério: A, giro pré-central e córtex motor primário; B, giro frontal superior, extremidade posterior perto do sulco central; ...
FIG. 2. 

Vista inferior do cérebro mostrando imagens de lapso de tempo precoces e tardias. Os pontos correspondem às extremidades anterior e posterior do sulco olfativo (R e S) e sulco colateral (T e U), e gráficos de modelo misto correspondentes às regiões de interesse no ...

Consistentes

No geral, o volume total de GM foi encontrado para aumentar em idades mais precoces, seguido por perda sustentada começando em torno da puberdade. No entanto, como visto na sequência de lapso de tempo (Figs. (Figs. 22 e E3), 3), o processo de perda de GM (maturação) começa primeiro nos córtices parietais dorsais, particularmente nas áreas sensório-motoras primárias perto da margem inter-hemisférica, e então se espalha rostralmente sobre o córtex frontal e caudalmente e lateralmente sobre o córtex parietal, occipital e finalmente temporal . (Esta sequência está disponível em Filmes 1 – 4, publicados como Informações de Apoio no pólo PNAS.) Os pólos frontal e occipital perdem a GM precocemente e, no lobo frontal, a maturação da GM envolve o córtex pré-frontal dorsolateral, que perde GM apenas no final da adolescência.

FIG. 3. 

Vista lateral direita e superior da sequência dinâmica de maturação GM sobre a superfície cortical. A barra lateral mostra uma representação de cores em unidades de volume GM. Os quadros iniciais mostram regiões de interesse no córtex como descrito para FIG. 1. Este ...

Para examinar mais detalhadamente os padrões de maturação em sub-regiões corticais individuais, usamos análises de modelos de regressão para construir gráficos lineares e não-lineares (quadráticos ou cúbicos) sobre os volumes GM em pontos de interesse ao longo da superfície cortical para garantir que a anatomia correspondente foi correlacionada corretamente ao longo do tempo e assuntos. Quando comparamos os volumes lobar médios nesta amostra com nossa amostra transversal maior (n = 149), as tendências para volumes GM total e lobar estavam de acordo em ambos os grupos (dados não mostrados) (11). No entanto, em sub-regiões individuais através do córtex, a maturação GM mostra um padrão de maturação variável.

Dentro do córtex frontal, o giro pré-central (Figs. (Fig. 1A1A e E3) 3) amadurece cedo. A perda de GM progride linearmente em uma idade precoce, enquanto regiões mais rostrais do lobo frontal (ao longo dos giros frontais superiores e inferiores; Figs. Figs.11 e 3, B-G) amadurecem sucessivamente em uma progressão anterior, como também indicado pelos picos progressivamente posteriores da perda não linear de GM (Fig. 1 B – D), com o córtex pré-frontal amadurecendo por último (Figs. 1, D e E e E3) .3). No lobo parietal, a perda do GM começa no giro pós-central (Figs. (Figs. 1H1H e E3; 3; com um pico inicial não linear), progredindo lateralmente no giro angular (área 40; Figs. Figs.1I1I e E3), 3) e giro supramarginal (área 39; Figs. Figs.1J1J e E3) .3). Os pólos frontais e occipitais, semelhantes aos giros pré e pós-centrais, amadurecem cedo (Figs. 1 G e K e E33).

Maturação Posterior. Partes do lobo temporal, por outro lado, mostram um padrão característico de maturação tardia. O lobo temporal amadurece por último, exceto pelo pólo temporal, que mostra a perda de GM ao mesmo tempo que os pólos frontal e occipital (Figs. (Fig. 1O1O e E3) .3). Por outro lado, os giros temporais superior e inferior (STG e giro temporal inferior) não apresentam o mesmo grau de perda de GM ao longo dessa faixa etária. Isto também é mostrado pelos gráficos planos para efeitos de idade (Figs. 1 L e M e E3) .3). Dentro do STG, a parte posterior mostra uma trajetória linear distinta (Fig. 1N).

Na superfície do cérebro inferior, os aspectos mediais do lobo temporal inferior (córtex entorinal presuntiva, medial ao sulco da rima, entre a extremidade anterior do sulco colateral e a extremidade posterior do sulco olfatório) amadurecem precocemente e não mudam muito depois disso. , como visto pelos gráficos planos para os efeitos da idade (Fig. 2T). Um padrão maturacional semelhante ocorre nas partes caudal e medial do lobo frontal inferior (Fig. 2S, córtex piriforme presuntiva). Outras partes do lobo temporal ventral mostram um padrão de maturação lateral-medial, enquanto as regiões orbitofrontais continuaram a amadurecer até a idade mais avançada que nós estudamos (FIG. 2).

Discussão

Aqui nós mostramos uma visualização da progressão dinâmica do desenvolvimento do cérebro cortical humano em um estudo prospectivo e longitudinal de crianças e adolescentes saudáveis. Os relatórios anteriores foram transversais (isto é, um exame de ressonância magnética é adquirido apenas uma vez por indivíduo) ou métodos utilizados que fornecem volumes globais médios em vez de comparação ponto a ponto que é possível com os métodos de mapeamento (11, 15). Desenhos transversais são influenciados por variância interindividual e efeitos de coorte, enquanto métodos que fornecem volumes globais médios não fornecem detalhes espaço-temporais. Superamos essas limitações estudando uma amostra pré e pós-puberal adquirida longitudinalmente, na qual as mesmas crianças foram reexaminadas prospectivamente ao longo de um período de 10 anos. Nossos resultados, embora ressaltem a heterocronicidade do desenvolvimento cortical humano, sugerem que sub-regiões individuais seguem trajetórias maturacionais temporariamente distintas, nas quais áreas de associação de alta ordem amadurecem somente depois que as regiões sensorimotoras de ordem inferior amadureceram. Além disso, parece que as áreas corticais filogeneticamente mais velhas amadurecem mais cedo do que as novas regiões corticais.

A maturação do lobo frontal progrediu numa direção de trás para a frente, começando no córtex motor primário (o giro pré-central) e se espalhando anteriormente sobre os giros frontais superiores e inferiores, com o córtex pré-frontal se desenvolvendo por último. Por outro lado, o pólo frontal amadureceu aproximadamente na mesma idade que o córtex motor primário. Na metade posterior do cérebro, a maturação começou na área sensorial primária, espalhando-se lateralmente sobre o restante do lobo parietal. Semelhante ao polo frontal, o polo occipital amadureceu cedo. Os lobos temporais laterais foram os últimos a amadurecer.

Assim, a sequência na qual o córtex amadureceu concorda com marcos regionais relevantes no desenvolvimento cognitivo e funcional. Partes do cérebro associadas a funções mais básicas amadureceram cedo: áreas cerebrais motoras e sensoriais amadureceram primeiro, seguidas por áreas envolvidas na orientação espacial, desenvolvimento de fala e linguagem e atenção (lobos parietais superiores e inferiores). Mais tarde, amadureceram as áreas envolvidas na função executiva, atenção e coordenação motora (lobos frontais). O polo frontal, envolvido no processamento do paladar e do olfato, e o polo occipital, contendo o córtex visual primário, também amadureciam precocemente, como esperado. Esta sequência maturacional também se refletiu nas idades de pico para valores máximos de GM, que aumentam à medida que o desenvolvimento avança anteriormente (Fig. 1 A – D e H – J). Visualmente, o córtex pré-frontal e o córtex parietal inferior do lado esquerdo amadureceram mais cedo do que as regiões correspondentes no lado direito, o que pode ser devido ao fato de a maioria das crianças nesta amostra serem destras, com uma dominante dominante hemisfério que amadurece cedo.

O lobo temporal seguiu um padrão distinto de maturação. Postes temporais amadureceram cedo. A maior parte do lobo temporal remanescente amadureceu durante a faixa etária desta amostra, exceto por uma pequena área na parte posterior do STG, que parecia ter amadurecido por último. Em humanos, o córtex temporal, em particular o aspecto posterior do sulco temporal superior, giro temporal superior e giro temporal médio, é considerado um local de associação heteromodal (juntamente com os córtices parietais pré-frontal e inferior) e está envolvido com a integração da memória. associação audiovisual e funções de reconhecimento de objetos (31-34). Assim, o córtex temporal continua amadurecendo depois que outras áreas de associação, cujas funções integram, são relativamente desenvolvidas.

Filogeneticamente, algumas das regiões corticais mais antigas situam-se na superfície inferior do cérebro no aspecto medial do lobo temporal (a parte posterior do córtex piriforme e do córtex entorrinal, por exemplo) ou no aspecto inferior e medial do lobo frontal próximo a extremidade caudal do sulco olfativo (córtex piriforme anterior e periallocórtex orbitário) (35-37). O processo de maturação na vizinhança destas áreas parece ter começado cedo (ontogeneticamente) já na idade de 4 anos, como se vê nas parcelas lineares ou planas (Fig. 2 S e T). Destas áreas, a maturação progride lentamente lateralmente. No córtex frontal inferior, os aspectos mediais e posteriores dos córtices olfatórios amadureceram precocemente, enquanto os córtices orbitofrontais amadureceram mais tarde. No restante do lobo temporal inferior, a maturação apareceu mais tarde e em uma direção um pouco lateral-medial. Nos mamíferos, o córtex temporal inferior, juntamente com partes do STG, córtex parietal posterior e córtex pré-frontal, são áreas de associação de alta ordem, que também são mais recentes evolutivamente (38, 39). Nossa observação dessas áreas que parecem amadurecer mais tarde pode sugerir que o desenvolvimento cortical segue a sequência evolutiva em algum grau.

O processo exato subjacente à perda do GM é desconhecido. A substância branca cerebral aumenta nas primeiras quatro décadas devido à mielinização axonal (40) e pode explicar parcialmente a perda de GM observada (41, 42). Embora as mudanças nos padrões de dobramento sulcal e giral ou outros processos não-atróficos, como a desidratação, possam influenciar a densidade GM, a causa primária para a perda de densidade GM é desconhecida. Nós especulamos que ela pode ser dirigida pelo menos parcialmente pelo processo de poda sináptica (43) juntamente com alterações gliais e vasculares tróficas e / ou encolhimento celular (44). Assim, diferenças específicas de região na maturação de GM podem resultar da poda sináptica heterocrônica subjacente no córtex, como foi mostrado no desenvolvimento cortical cerebral de primatas e humanos (18, 45-48). Curiosamente, no córtex frontal, o córtex pré-frontal dorsolateral amadurece por último, coincidindo com a sua mielinização posterior, demonstrando que a mielinização da poda pode ocorrer em paralelo.

Esses achados podem ter implicações clínicas. Por exemplo, o autismo, com início antes dos anos 3, mostra hiperplasia GM cerebral global nos primeiros anos de vida 2 (49) e volumes GM frontais e temporais maiores nos anos 4, seguidos por uma taxa de crescimento mais lenta nestas regiões em 7 anos (50, 51). A esquizofrenia com início na infância, com uma idade média de início em torno da idade de 10 anos, está associada a uma perda marcante da GM parietal, que progride anteriormente durante a adolescência de forma back-to-front (52), enquanto a esquizofrenia de início na idade adulta (a forma mais típica) está mais fortemente associada a déficits em regiões temporais e frontais de maturação tardia (53-55) e está associada a anormalidades seletivas das regiões heteromodais (29). Assim, alterações no grau ou no tempo do padrão maturacional básico podem, pelo menos parcialmente, estar subjacentes a essas desordens do desenvolvimento neurológico.

A magnitude das mudanças em algumas regiões corticais é altamente significativa e consistente com as taxas de crescimento e perda observadas em nossos estudos longitudinais anteriores. Em um relatório anterior (28), desenvolvemos uma abordagem usando o mapeamento tensorial para medir as taxas de crescimento local e as taxas de perda de tecidos em nível local na anatomia do corpo caloso e do corpo caloso. Em regiões muito pequenas dessas estruturas, as taxas de crescimento local excederam 40% ao ano, e as taxas locais de perda de tecidos atingiram 40% por ano em pequenas regiões dos gânglios da base. Devido ao aumento da resolução espacial, as taxas de pico de mudança locais obtidas a partir de abordagens de mapeamento anatômico são freqüentemente maiores do que aquelas obtidas em estudos volumétricos de estruturas cerebrais anatomicamente parceladas. A avaliação dos volumes lobares, por exemplo, pode calcular o crescimento médio ou as taxas de perda de tecido em uma estrutura grande, e as taxas máximas de mudança volumétrica são reduzidas correspondentemente. O substrato celular para essas alterações corticais pode ser uma combinação de mielinização, poda dendrítica e alterações na densidade de empacotamento neuronal, glial, vascular e de neurite em diferentes lâminas corticais. Também pode haver alterações nas propriedades relaxométricas do sinal de ressonância magnética, que é baseado no conteúdo de água subjacente. O componente de mielinização pode resultar em grandes mudanças percentuais líquidas nos volumes corticais durante períodos de vários anos, especialmente quando os volumes avaliados são relativamente pequenos.

Existem várias limitações para este estudo. Essas análises são baseadas em varreduras 52, nas quais modelos anatômicos 1,976 foram criados, fornecendo poder suficiente para rastrear mudanças, mas são de apenas crianças 13. Além disso, trata-se de uma população não representativa com um QI médio de 125, refletindo um viés de referência do estudo do Instituto Nacional de Saúde Mental. Não conseguimos captar o ganho pré-púberes na sequência de filmes com lapso de tempo, embora tenha sido facilmente visualizada nos gráficos de modelo misto. Da mesma forma, diferenças de gênero na maturação do cérebro não puderam ser exploradas, porque há apenas seis homens e sete mulheres na amostra. No entanto, nossos achados revelam informações importantes sobre a sequência maturacional do desenvolvimento inicial do cérebro e sua relação com os marcos funcionais e evolutivos.

Material suplementar

Filmes de apoio: 

Agradecimentos

Agradecemos ao Drs. Steven Wise (Institutos Nacionais de Saúde) e Alex Martin (Institutos Nacionais de Saúde) para informações valiosas e comentários. Este trabalho foi apoiado pelo financiamento do Instituto Nacional de Saúde Mental Intramural; bolsas de pesquisa do Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia (EB 001561) e do Centro Nacional de Recursos de Pesquisa (P41 RR13642 e R21 RR19771); e uma subvenção do Human Brain Project ao Consórcio Internacional para o Mapeamento do Cérebro, financiado conjuntamente pelo Instituto Nacional de Saúde Mental e pelo Instituto Nacional sobre Abuso de Drogas (P20 MH / DA52176).

Notas

Abreviaturas: GM, substância cinzenta; STG, giro temporal superior.

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