MRI estrutural do desenvolvimento cerebral pediátrico: o que aprendemos e para onde estamos indo? (2010)

Neurônio Manuscrito do autor; disponível no PMC 2012 Feb 23.

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PMCID: PMC3285464

NIHMSID: NIHMS347429

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Sumário

A ressonância magnética (MRI) permite acesso sem precedentes à anatomia e fisiologia do cérebro em desenvolvimento sem o uso de radiação ionizante. Nas últimas duas décadas, milhares de exames de ressonância magnética por parte de jovens saudáveis ​​e pessoas com doença neuropsiquiátrica foram adquiridos e analisados ​​com relação ao diagnóstico, sexo, genética e / ou variáveis ​​psicológicas, como o QI. Os relatórios iniciais comparando as diferenças de tamanho dos vários componentes cerebrais calculados em média ao longo dos grandes períodos de idade deram origem a estudos longitudinais examinando trajetórias de desenvolvimento ao longo do tempo e avaliações de circuitos neurais em oposição a estruturas isoladas. Embora a ressonância magnética ainda não seja de utilidade diagnóstica de rotina para avaliação de transtornos neuropsiquiátricos pediátricos, surgiram padrões de desenvolvimento típico versus atípico que podem elucidar os mecanismos patológicos e sugerir alvos para intervenção. Nesta revisão, resumimos as contribuições gerais da ressonância magnética estrutural para nossa compreensão do neurodesenvolvimento em saúde e doença.

RM de Anatomia Cerebral no Desenvolvimento Pediátrico Típico

O cérebro humano tem uma maturação particularmente prolongada, com diferentes tipos de tecidos, estruturas cerebrais e circuitos neurais tendo distintas trajetórias de desenvolvimento sofrendo mudanças dinâmicas ao longo da vida. Exames longitudinais de RM de crianças e adolescentes com desenvolvimento típico demonstram volumes crescentes de substância branca (MM) e trajetórias invertidas em forma de U de volumes de substância cinzenta (GM) com tamanhos de pico ocorrendo em diferentes momentos em diferentes regiões. Figura 1 mostra trajetórias de idade por tamanho a partir de um estudo longitudinal que compreende varreduras 829 de indivíduos 387, com idades entre 3 e 27 anos Figura 1 e Procedimentos Experimentais Suplementares).

Figura 1 

Trajetórias de Desenvolvimento da Morfometria Cerebral: Idades 6 - 20 Anos

Volume Cerebral Total

Na coorte do Ramo de Psiquiatria Infantil mencionada acima, o volume cerebral total segue uma trajetória em forma de U invertido, com um pico na idade 10.5 em meninas e 14.5 em meninos (Lenroot e outros, 2007). Tanto em machos como em fêmeas, o cérebro já está em 95% do seu tamanho máximo por idade 6 (Figura 1A). Ao longo destas idades, o tamanho médio do cérebro do grupo para os homens é ~ 10% maior do que para as mulheres. Estas diferenças de 10% são consistentes com uma vasta literatura sobre neuroimagem e post-mortem em adultos, mas é frequentemente explicada como estando relacionada com o maior tamanho corporal dos homens. No entanto, em nossos pacientes pediátricos, os corpos dos meninos não são maiores do que as meninas até depois da puberdade. Outra evidência de que o tamanho do cérebro não está intimamente ligado ao tamanho do corpo é a dissociação fundamental das trajetórias maturacionais do tamanho do cérebro e do corpo, com o tamanho do corpo aumentando até aproximadamente a idade 17.

Diferenças no tamanho do cérebro não devem ser interpretadas como necessariamente conferindo qualquer tipo de vantagem ou desvantagem funcional. No caso de diferenças entre homens e mulheres, as medidas estruturais brutas podem não refletir diferenças sexualmente dimórficas em fatores funcionalmente relevantes, como a conectividade neuronal e a densidade de receptores.

Sowell e colegas mediram as alterações no volume cerebral num grupo de crianças 45 analisadas duas vezes (2 anos de intervalo) entre as idades 5 e 11 (Sowell e outros, 2004). Usando um método muito diferente, no qual a distância foi medida entre os pontos na superfície do cérebro e no centro do cérebro, eles encontraram aumentos no tamanho do cérebro durante essa faixa etária, particularmente nas regiões frontal e occipital.

Cerebelo

Caviness et al., Em uma amostra transversal de meninos 15 e meninas 15 de 7-11, descobriram que o cerebelo estava no volume adulto em mulheres, mas não em machos nessa faixa etária, sugerindo a presença de desenvolvimento tardio e dimorfismo sexual (Caviness et al., 1996). A função do cerebelo tem sido tradicionalmente descrita como relacionada ao controle motor, mas agora é comumente aceito que o cerebelo também está envolvido no processamento emocional e em outras funções cognitivas superiores que amadurecem durante toda a adolescência (Riva e Giorgi, 2000; Schmahmann, 2004).

Na coorte do Ramo de Psiquiatria Infantil, as curvas de desenvolvimento do tamanho total do cerebelo foram semelhantes às do encéfalo seguindo uma trajetória invertida de desenvolvimento em forma de U com tamanho de pico ocorrendo em 11.3 em meninas e 15.6 em meninos. Em contraste com os lobos hemisféricos cerebelar evolutivamente mais recentes que seguiram a trajetória de desenvolvimento em U invertida, o tamanho do vermis cerebelar não se alterou ao longo dessa faixa etária (Tiemeier et al., 2010).

Matéria branca

A cor branca da “substância branca” é produzida pela mielina, bainhas brancas e gordurosas formadas por oligodendrócitos que envolvem os axônios e aumentam drasticamente a velocidade dos sinais neuronais. O volume de WM geralmente aumenta ao longo da infância e adolescência (Lenroot e outros, 2007), que pode estar na base de maior conectividade e integração de circuitos neurais díspares. Uma característica importante que só foi recentemente avaliada é que a mielina não apenas maximiza a velocidade de transmissão, mas modula o tempo e a sincronia dos padrões de disparo neuronal que criam redes funcionais no cérebro (Campos e Stevens-Graham, 2002). Em consonância com isso, um estudo usando uma medida da densidade da massa branca para mapear o crescimento regional da substância branca encontrou aumentos rápidos e localizados entre a infância e a adolescência. Os tratos corticospinais mostraram aumentos semelhantes em magnitude em ambos os lados, enquanto os tratos conectando as regiões frontal e temporal mostraram maior aumento nas regiões associadas à linguagem do lado esquerdo (Paus et al., 1999).

Matéria cinzenta

Enquanto os WM aumentam durante a infância e adolescência, as trajetórias dos volumes GM seguem uma trajetória de desenvolvimento em forma de U invertido. As diferentes curvas de desenvolvimento de WM e GM desmentem as conexões íntimas entre neurônios, células gliais e mielina, que são componentes semelhantes em circuitos neurais e estão ligadas por relações recíprocas ao longo da vida. Mudanças GM corticais no nível de voxel das idades de 4 a 20 anos derivadas de varreduras de indivíduos 13 que foram varridas quatro vezes em intervalos de ano 2 são mostradas em Figura 2 (a animação está disponível em http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg) (Gogtay e outros, 2004b). A idade do pico da densidade GM é mais precoce nas áreas sensório-motoras primárias e mais recente nas áreas de associação de ordem mais alta, como o córtex pré-frontal dorsolateral, parietal inferior e giro temporal superior. Uma questão não resolvida é o grau em que as reduções corticais de GM são dirigidas pela poda sináptica versus mielinização ao longo da fronteira GM / WM (Sowell e outros, 2001). O volume do núcleo caudado, uma estrutura GM subcortical, também segue uma trajetória de desenvolvimento em U invertido, com picos semelhantes aos lobos frontais com os quais eles compartilham conexões extensas (Lenroot e outros, 2007).

Figura 2 

Maturação Regional da Espessura Cortical: Idades 4 – 21 Anos

Trajetórias de desenvolvimento: a jornada e o destino

Um princípio proeminente agora estabelecido na literatura de neuroimagem é que a forma da idade por trajetórias de tamanho pode estar relacionada a características funcionais ainda mais do que o tamanho absoluto. Por exemplo, em um estudo longitudinal que compreende varreduras 692 de indivíduos 307 tipicamente em desenvolvimento, a idade por curvas de desenvolvimento de espessura cortical foi mais preditiva de QI do que diferenças na espessura cortical em anos 20 de idade (Shaw et al., 2006a). As trajetórias de idade por tamanho também são mais discriminativas do que as medidas estáticas para o dimorfismo sexual, em que ocorrem volumes picos de pico lobar 1-3 anos antes em mulheres (Lenroot e outros, 2007). Trajetórias estão sendo cada vez mais empregadas como um fenótipo de discernimento em estudos de psicopatologia (Giedd et al., 2008).

Muitos distúrbios psiquiátricos (tanto de crianças como de adultos) têm, há muito tempo, a hipótese de refletir anormalidades sutis no desenvolvimento do cérebro. Os estudos anatômicos do desenvolvimento do cérebro reviveram e ampliaram nossa compreensão dos padrões normais e anormais de desenvolvimento, bem como da resposta plástica à doença. Está além do escopo desta revisão discutir qualquer desordem em grande profundidade, mas uma visão geral de uma série de estudos sobre transtorno de déficit de atenção / hiperatividade (TDAH), esquizofrenia precoce (infância) e autismo ilustram alguns princípios chave.

Transtorno de Déficit de Atenção / Hiperatividade

O TDAH é o distúrbio neurológico mais comum da infância, afetando entre 5% e 10% das crianças em idade escolar e 4.4% dos adultos (Kessler et al., 2005). Permanece a controvérsia sobre este transtorno devido à falta de qualquer teste de diagnóstico biológico, a freqüência de sintomas salientes (desatenção, inquietude e impulsividade) na população em geral, o bom resultado a longo prazo para cerca de metade dos casos infantis e o possível uso excessivo de tratamento com drogas estimulantes.

Estudos de imagens anatômicas transversais do TDAH consistentemente apontam para o envolvimento dos lobos frontais (Castellanos et al., 2002), lobos parietais (Sowell e outros, 2003), Gânglios basais (Castellanos e Giedd, 1994), corpo caloso (Giedd et al., 1994) e cerebelo (Berquin et al., 1998). Estudos de imagem da fisiologia do cérebro também apoiam o envolvimento dos circuitos dos gânglios frontais da base direita com uma poderosa influência modulatória do cerebelo (ver Giedd et al., 2001, para revisão).

Devido à ampla gama de resultados clínicos observados no TDAH, os estudos longitudinais têm sido de particular interesse. Tais estudos indicam um atraso no desenvolvimento das trajetórias de espessura cortical mais marcadamente para os lobos frontais (Shaw et al., 2007a) (Vejo Figura 3). O padrão geral de áreas sensoriais primárias atingindo o pico de espessura cortical antes de áreas de associação de alta ordem polimodais ocorreu em ambos com e sem TDAH. No entanto, a idade mediana pela qual 50% dos pontos corticais atingiram o pico de espessura foi de 10.5 anos para o TDAH e 7.5 anos para os controles. A área com a maior diferença de idade foi o córtex pré-frontal médio, atingindo o pico de espessura em 10.9 anos naqueles com TDAH e 5.9 anos para os controles.

Figura 3 

Atraso no Desenvolvimento da Espessura Cortical no TDAH

Um tema de nossos estudos de TDAH é que a melhora clínica é muitas vezes refletida por uma convergência de trajetórias de desenvolvimento em direção ao desenvolvimento típico e que a persistência do TDAH é acompanhada por uma divergência progressiva em relação ao desenvolvimento típico. Nós demonstramos isso para o córtex, onde a normalização cortical parietal direita acompanhou a melhora clínica (Shaw et al., 2006b) - e para o cerebelo, onde a perda progressiva de volume dos lobos posteriores inferiores espelha a persistência do TDAH (Mackie et al., 2007). Um princípio semelhante pode ser válido para o hipocampo: crianças com TDAH que remitem mostram uma trajetória semelhante à do desenvolvimento típico, enquanto o TDAH persistente é acompanhado por uma perda progressiva do volume do hipocampo (Shaw et al., 2007b). Essas descobertas altamente significativas ocorrem de forma independente e, portanto, não se pode simplesmente ver o TDAH como “desenvolvimento frontal retardado”. Também deve ser ressaltado que, até o momento, essas medidas isoladas ou combinadas não são clinicamente úteis para diagnóstico ou desfecho clínico.

Os estimulantes continuam a ser o tratamento mais eficaz e amplamente utilizado para o TDAH, melhorando o comportamento das tarefas e minimizando os sintomas disruptivos. Estudos anteriores indicando que os estimulantes têm uma influência normalizadora no desenvolvimento subcortical e da substância branca (Castellanos et al., 2002) foram alargados ao desenvolvimento cortical (Shaw et al., 2009) e ao tálamo (Logvinov et al., 2009). Se esta normalização representa mudanças plásticas relacionadas à atividade ou relacionadas ao tratamento ou se um efeito neural mais direto da medicação permanece desconhecido.

Existem consideráveis ​​evidências epidemiológicas e neuropsicológicas de que o TDAH é melhor considerado dimensionalmente, encontrando-se no extremo de uma distribuição contínua de sintomas e deficiências cognitivas subjacentes. Assim, perguntamos se o desenvolvimento do cérebro cortical em crianças com desenvolvimento típico, com sintomas de hiperatividade e impulsividade, se assemelha ao encontrado na síndrome. Especificamente, descobrimos que uma taxa mais lenta de afinamento cortical durante o final da infância e adolescência, que encontramos anteriormente no TDAH, também está relacionada à gravidade dos sintomas de hiperatividade e impulsividade em crianças com desenvolvimento típico, fornecendo evidências neurobiológicas para a dimensionalidade do transtorno.

Esquizofrenia

A esquizofrenia é amplamente considerada um transtorno do neurodesenvolvimentoWeinberger, 1987; Rapoport e outros, 2005). O estudo da COS oferece uma excelente oportunidade para investigar as especificidades dos desvios do neurodesenvolvimento, uma vez que os exames (1) podem ser obtidos durante os períodos mais dinâmicos e relevantes do desenvolvimento cerebral e (2). um fenótipo mais grave, menos propenso a ser influenciado por fatores ambientais e mais propensos a mostrar influências genéticas.

Um estudo do COS está em andamento no NIMH desde o 1990. O diagnóstico é feito utilizando critérios não modificados do DSM-III-R / IV e, na maioria dos casos, após observação de pacientes internados sem drogas. Embora raros, ocorrendo com freqüência tão precoce quanto a esquizofrenia de início na vida adulta, os casos de COS (n = 1 até o momento) assemelham-se clinicamente a casos de AOS de desfecho desfavorável, em que todos os estudos fenomenológicos, familiares e neurobiológicos em COS mostram achados semelhantes aos do AOS, sugerindo continuidade entre essas duas formas da doença (Gogtay e Rapoport, 2008).

Os achados de neuroimagem da coorte de COS são consistentes com a literatura sobre AOS mostrando aumento do volume ventricular lateral, diminuição dos volumes GM corticais totais e regionais, diminuição dos volumes hipocampais e amigdalianos e aumento dos volumes dos gânglios da base que progrediram durante a adolescência Gogtay e Rapoport, 2008, para revisão). Mais notavelmente revelado por dados longitudinais é a perda progressiva de GM cortical durante a adolescência (Thompson et al., 2001) e atraso no desenvolvimento da matéria branca (Gogtay et al., 2008). A redução do GM cortical torna-se mais circunscrita com a idade (já que a trajetória saudável do grupo de afinamento cortical "alcança" o padrão acelerado de perda do GM cortical observado na COS). A perda de GM cortical na esquizofrenia tem se mostrado devida à perda de “neuropil”, que consiste de arbores glia, sinápticos e dendríticos e vasculatura (Selemon e Goldman-Rakic, 1999). Estudos postmortem não mostram perda neuronal generalizada na esquizofrenia ou uma resposta glial a uma possível lesão neuronal. Com base nesses e em outros dados convergentes, predominaram modelos de desenvolvimento de função ou estrutura sináptica anormal (Weinberger et al., 1992).

Autismo

O autismo é definido por comportamentos anormais nas esferas da comunicação, relacionamento social e comportamentos estereotipados nos primeiros anos de vida da 3. Em crianças com autismo, há uma aceleração precoce do crescimento do cérebro, que ultrapassa as dimensões típicas, levando a um aumento cerebral transitório (Courchesne et al., 2007). Imagens do cérebro e estudos genéticos do COS forneceram ligações inesperadas ao autismo com relação a uma "mudança para a direita" no desenvolvimento cerebral inicial (crescimento cerebral mais rápido durante os primeiros anos de vida no autismo e diminuição prematura da espessura cortical durante a adolescência para COS) . Um possível fenótipo intermediário do tempo alterado dos eventos de desenvolvimento do cérebro (Rapoport e outros, 2009) ou foram propostas vias cerebrais “polares” alternativas (Crespi et al., 2010). Prevemos que a pesquisa futura sobre tratamento se concentrará em agentes que tenham “efeitos normalizadores” mais gerais sobre o desenvolvimento do cérebro. Até o momento, há evidências limitadas de que drogas estimulantes podem ter tal efeito como mencionado acima (Sobel et al., 2010).

Em resumo, estudos clínicos indicam diferenças cerebrais anatômicas de grupo específicas para o diagnóstico que, embora não sejam diagnósticas, estão começando a elucidar o tempo e a natureza dos desvios do desenvolvimento típico. A utilização de trajetórias (isto é, medidas morfométricas por idade) como um endofenótipo pode fornecer um poder discriminatório onde as medidas estáticas não o fazem (Giedd et al., 2008). Está cada vez mais claro que o mesmo risco genético molecular pode estar associado a uma série de fenótipos psiquiátricos, incluindo autismo, transtorno bipolar, esquizofrenia, retardo mental e epilepsia. Por outro lado, o mesmo fenótipo psiquiátrico provavelmente reflete numerosas anormalidades genéticas individualmente raras, como as variantes do número de cópias (Bassett et al., 2010; McClellan e King, 2010). Explorar o papel das variantes genéticas no tempo de desenvolvimento do cérebro pode esclarecer algumas dessas questões de sensibilidade e especificidade.

Alta variabilidade de medidas cerebrais entre indivíduos

Todos os dados apresentados acima devem ser interpretados à luz da grande variabilidade das medidas do tamanho do cérebro entre os indivíduos (Lange et al., 1997). Essa alta variabilidade se estende a medidas de subestruturas cerebrais também. A alta variabilidade e substancial sobreposição da maioria das medidas para a maioria dos grupos que estão sendo comparados tem profundas implicações para a utilidade diagnóstica da neuroimagem psiquiátrica e a sensibilidade / especificidade em usar a neuroimagem para fazer previsões sobre comportamento ou habilidade em um indivíduo em particular. Por exemplo, embora tenham sido relatadas diferenças anatômicas médias de RM do grupo para todos os principais transtornos psiquiátricos, a RM não é atualmente indicada para o diagnóstico de rotina de nenhuma. Da mesma forma, embora na média do grupo haja diferenças estatisticamente robustas entre os cérebros masculino e feminino, não há nada em um exame individual de ressonância magnética do cérebro para discernir com segurança se é de um homem ou uma mulher. Como analogia, a altura para homens adultos é significativamente maior que a altura para mulheres adultas. No entanto, existem tantas mulheres mais altas do que tantos homens que a altura sozinha não seria uma maneira muito útil de determinar o sexo de alguém. As diferenças entre homens e mulheres na altura são aproximadamente o dobro do tamanho do efeito da maioria das medidas de neuroimagem ou neuropsicológicas.

Ir de diferenças de média de grupo para uso individual é um dos desafios preeminentes da neuroimagem. Como grande parte da utilidade da neuroimagem depende da extensão em que esse desafio pode ser alcançado, a contabilização da variabilidade é de primordial importância. Na seção seguinte, examinaremos alguns dos parâmetros conhecidos por influenciar a variação no desenvolvimento do cérebro.

Influências nas Trajetórias de Desenvolvimento da Anatomia do Cérebro durante a Infância e a Adolescência

Genes e Meio Ambiente

Ao comparar semelhanças entre gêmeos monozigóticos (MZ), que compartilham ~ 100% dos mesmos genes, e gêmeos dizigóticos (DZ), que compartilham ~ 50% dos mesmos genes, podemos estimar as contribuições relativas de influências genéticas e não genéticas nas trajetórias de genes. Desenvolvimento do cérebro. Para prosseguir com essa questão, estamos realizando um estudo longitudinal de neuroimagem de gêmeos e atualmente adquirimos digitalizações 600 dos pares de gêmeos 90 MZ e 60 DZ. A modelagem de equações estruturais (SEM) é usada para avaliar as interações idade × gene × ambiente e outros fenômenos epistáticos que desafiam a interpretação convencional de dados gêmeos. SEM descreve os efeitos de interação como (A) genético aditivo, (C) ambiental compartilhado ou (E) fatores ambientais únicos (Neale e Cardon, 1992). Para a maioria das estruturas cerebrais examinadas, os efeitos genéticos aditivos (isto é, “herdabilidade”) são altos e os efeitos ambientais compartilhados são baixos (Wallace et al., 2006). Os efeitos genéticos aditivos para os volumes totais cerebrais e lobar (incluindo os subcompartimentos GM e WM) variaram de 0.77 a 0.88; para o caudado, 0.80; e para o corpo caloso 0.85. O cerebelo tem um perfil distintivo de herdabilidade com um efeito genético aditivo de apenas 0.49, embora intervalos de confiança amplos mereçam uma interpretação cautelosa. Medidas morfométricas altamente hereditárias do cérebro fornecem marcadores biológicos para características hereditárias e podem servir como alvos para estudos de ligação e associação genética (Gottesman e Gould, 2003).

Análises multivariadas permitem avaliar o grau em que os mesmos fatores genéticos ou ambientais contribuem para múltiplas estruturas neuroanatômicas. Como as variáveis ​​univariadas, essas correlações entre estruturas podem ser divididas em relações de origem genética ou ambiental. Esse conhecimento é de vital importância para a interpretação da maioria dos dados de gêmeos, incluindo a compreensão do impacto de genes que podem afetar redes neurais distribuídas, bem como intervenções que podem ter impactos globais no cérebro. Os efeitos compartilhados respondem por mais da variância do que os efeitos específicos da estrutura, com um único fator genético representando 60% da variabilidade na espessura cortical (Schmitt et al., 2007). Seis fatores são responsáveis ​​por 58% da variação remanescente, com cinco grupos de estruturas fortemente influenciadas pelos mesmos fatores genéticos subjacentes. Estes achados são consistentes com a hipótese da unidade radial de expansão neocortical proposta por Rakic ​​(Rakic, 1995) e com hipóteses de que as diferenças globais, mediadas geneticamente, na divisão celular foram a força motriz por trás das diferenças interespécies no volume total do cérebro (Darlington et al., 1999; Finlay e Darlington, 1995; Fishell, 1997). Expandir o cérebro inteiro quando apenas funções específicas podem ser selecionadas é metabolicamente caro, mas o número de mutações necessárias para afetar a divisão celular seria muito menor do que o necessário para mudar completamente a organização cerebral.

Alterações na herdabilidade relacionadas à idade podem estar ligadas ao tempo de expressão gênica e relacionadas à idade de início dos distúrbios. Em geral, a herdabilidade aumenta com a idade para WM e diminui para os volumes GM (Wallace et al., 2006), enquanto que a herdabilidade aumenta para a espessura cortical em regiões dentro do córtex frontal, parietal e temporal (Lenroot e outros, 2009). O conhecimento de quando certas estruturas cerebrais são particularmente sensíveis a influências genéticas ou ambientais durante o desenvolvimento pode ter implicações educacionais e / ou terapêuticas importantes.

Diferenças Masculinas / Femininas

Dado que quase todos os distúrbios neuropsiquiátricos têm diferentes prevalências, idade de início e sintomatologia entre homens e mulheres, as diferenças entre os sexos nas trajetórias cerebrais típicas do desenvolvimento são altamente relevantes para os estudos de patologia. Diferenças de sexo robustas nas trajetórias de desenvolvimento são notadas para quase todas as estruturas, com picos de volume GM ocorrendo geralmente 1-3 anos antes em fêmeas (Lenroot e outros, 2007). Para avaliar as contribuições relativas de cromossomos sexuais e hormônios, nosso grupo está estudando sujeitos com variações anômalas de cromossomos sexuais (por exemplo, XXY, XXX, XXXY, XYY) (Giedd et al., 2007), bem como indivíduos com níveis hormonais anômalos (por exemplo, hiperplasia adrenal congênita, puberdade precoce familiar masculina, síndrome de Cushing) (Merke et al., 2003, 2005).

Genes Específicos

Como com qualquer parâmetro comportamental ou físico quantificável, os indivíduos podem ser categorizados em grupos com base no genótipo. As imagens cerebrais de indivíduos nos diferentes grupos genotípicos podem ser calculadas e comparadas estatisticamente. Em populações adultas, um dos genes mais estudados tem sido a apolipoproteína E (apoE), que modula o risco para a doença de Alzheimer. Os portadores do alelo 4 da apoE têm risco aumentado, enquanto os portadores do alelo 2 estão possivelmente em risco reduzido. Para investigar se os alelos apoE têm assinaturas neuroanatômicas distintas identificáveis ​​na infância e adolescência, examinamos os exames 529 de indivíduos saudáveis ​​239 com idade de 4 a 20 (Shaw et al., 2007c). Embora não houvesse interações significativas entre genótipos e QI, houve um efeito gradual na espessura cortical nas regiões entorrinal e hipocampal direita, com o grupo 4 exibindo o mais fino, os 3 homozigotos na faixa média e o 2, o mais espesso. Esses dados sugerem que as avaliações pediátricas podem um dia ser informativas para transtornos de início na idade adulta.

Resumo / Discussão

Temas maturacionais relevantes para a saúde e a doença incluem a importância de considerar as trajetórias de desenvolvimento e a alta variabilidade de medidas entre os indivíduos. Apesar da alta variação individual, vários padrões estatisticamente robustos de mudanças maturacionais médias são evidentes. Especificamente, os volumes de WM aumentam e os volumes GM seguem uma trajetória de desenvolvimento U invertido com picos mais recentes em áreas de alta associação, como o córtex pré-frontal dorsolateral. Essas alterações anatômicas são consistentes com estudos eletroencefalográficos, ressonância magnética funcional, post-mortem e neuropsicológicos, indicando uma crescente “conectividade” no cérebro em desenvolvimento. “Conectividade” caracteriza vários conceitos de neurociência. Em estudos anatômicos, a conectividade pode significar uma ligação física entre áreas do cérebro que compartilham trajetórias de desenvolvimento comuns. Em estudos de função cerebral, a conectividade descreve a relação entre diferentes partes do cérebro que se ativam juntas durante uma tarefa. Em estudos genéticos, refere-se a diferentes regiões que são influenciadas pelos mesmos fatores genéticos ou ambientais. Todos esses tipos de conectividade aumentam durante a adolescência. Caracterizar o desenvolvimento de circuitos neurais e as relações mutáveis ​​entre os diferentes componentes do cérebro é uma das áreas mais ativas da pesquisa de neuroimagem, conforme detalhado por Power et al. (2010) (esta questão de Neurônio).

Embora outras áreas de associação mais alta também amadureçam relativamente tarde, o curso de desenvolvimento do córtex pré-frontal dorsolateral entrou mais proeminentemente no discurso afetando os domínios social, legislativo, judicial, educativo e educativo devido a seu envolvimento no julgamento, tomada de decisões e controle de impulsos. Também é consistente com um crescente corpo de literatura indicando uma mudança no equilíbrio entre as redes do sistema límbico de maturação mais precoce (que são a sede da emoção e redes de lobo frontal que amadurecem mais tarde) e os sistemas frontais de maturação tardia (Casey et al., 2010a [esta questão de Neurônio]). A relação frontal / límbica é altamente dinâmica. Apreciando a interação entre os sistemas límbico e cognitivo é imperativo para a compreensão da tomada de decisão durante a adolescência.

Testes psicológicos são geralmente conduzidos sob condições de “cognição fria” - situações hipotéticas e de baixa emoção. No entanto, a tomada de decisão no mundo real ocorre com frequência sob condições de “cognição quente” - alta estimulação, com pressão dos pares e consequências reais. As investigações de neuroimagem continuam a discernir os diferentes circuitos biológicos envolvidos na cognição quente e fria e estão começando a mapear como as partes do cérebro envolvidas na tomada de decisão amadurecem. Por exemplo, os adolescentes mostram uma ativação exagerada do núcleo accumbens para recompensar em comparação às crianças, mas não uma diferença na ativação frontal orbital (Galvan et al., 2006). Também se demonstrou que a maturação prolongada do PFC está relacionada à melhora da memória relacionada à idade para detalhes de experiências (em contraste com estruturas de lobo temporal medial que amadurecem anteriormente e que mantêm memórias não-experimentais) (Ofen et al., 2007).

O princípio da “jornada, bem como do destino” destaca a natureza fundamentalmente dinâmica do desenvolvimento cerebral e cognitivo em crianças. A adolescência é um estágio particularmente crítico do desenvolvimento neural, e a relação entre mudanças maturacionais típicas e o início da psicopatologia nessa faixa etária é uma área de investigação ativa. O início de várias classes de doenças psiquiátricas na adolescência (por exemplo, transtornos de ansiedade e de humor, psicose, distúrbios alimentares e abuso de substâncias) (Kessler et al., 2005) pode estar relacionado às muitas alterações cerebrais ocorridas durante esse período (Paus et al., 2008). Mais amplamente, compreender os mecanismos e influências no desenvolvimento cerebral estrutural e funcional durante a infância pode nos ajudar a aproveitar a plasticidade do desenvolvimento do cérebro para ajudar a orientar as intervenções para distúrbios clínicos e para elucidar o caminho para promover um desenvolvimento saudável ideal.

Material suplementar

Dados suplementares

Notas de rodapé

INFORMAÇÃO COMPLEMENTAR

Informação complementar inclui considerações metodológicas e pode ser encontrado com este artigo on-line em doi: 10.1016 / j.neuron.2010.08.040.

Referências

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