PLoS One. 2014; 9 (1): e84914.
Minimalizem
Dokazi iz anatomskih in funkcionalnih slikarskih študij so poudarili večje spremembe kortikalnih vezij v mladostništvu. Sem spadajo zmanjšanja sive snovi (GM), povečanje mielinacije kortikokortikalnih povezav in spremembe v arhitekturi velikih kortikalnih mrež. Trenutno pa ni jasno, kako trajni razvojni procesi vplivajo na upogibanje možganske skorje in kako se spremembe v girifikaciji nanašajo na zorenje volumna, debeline in površine GM / WM. V trenutni študiji smo pridobili podatke z magnetno resonanco (MRI) z visoko ločljivostjo (MRI) pri zdravih osebah 3 (samci 79 in ženske 34) med starostjo 45 in 12 let ter izvedli celostno analizo možganov kortikalnih zgibnih vzorcev z indeks girifikacije (GI). Poleg vrednosti GI smo dobili ocene o kortikalni debelini, površini, GM in volumnu bele snovi (WM), kar je omogočilo povezave s spremembami girifikacije. Naši podatki kažejo izrazito in razširjeno znižanje vrednosti GI med adolescenco v več kortikalnih regijah, ki vključujejo precentralna, časovna in čelna področja. Zmanjšanje girifikacije se prekriva le delno s spremembami debeline, prostornine in površine GM, na splošno pa je značilna linearna razvojna usmeritev. Naši podatki kažejo, da opaženo znižanje vrednosti GI predstavlja dodatno, pomembno spremembo možganske skorje med poznim zorenjem možganov, ki je lahko povezana s kognitivnim razvojem.
Predstavitev
Veliko dela v zadnjih dveh desetletjih je poudarilo pomen mladostništva za nadaljnje zorenje kortikalnih vezij [1]-[3]. Začenši z opazovanjem Huttenlocherja [4] Z izrazitim zmanjšanjem števila sinaptičnih stikov so študije z magnetno resonanco (MRI) pokazale izrazita zmanjšanja prostornine in debeline sive snovi (GM) [5], [6]. V nasprotju s tem se kaže, da se količina bele snovi (WM) povečuje kot posledica izboljšane mielinizacije kortikokortikalnih povezav [7]-[10]. Novejše raziskave kažejo, da se spremembe v GM / WM razširijo v tretje desetletje življenja [11], [12] in vključujejo spremembe v obsežni organizaciji anatomskih in funkcionalnih omrežij [13]. Te ugotovitve so dale nov vpogled v pomen mladostništva kot kritičnega obdobja razvoja človeških možganov, ki lahko vsebuje tudi pomembne namige za nastanek psihiatričnih motenj, kot je shizofrenija, ki se navadno manifestira med prehodom iz mladostništva v odraslost [14], [15].
Medtem ko so bile spremembe volumna GM / WM obsežno značilne, obstaja relativno malo dokazov o zrelih spremembah zvijanja kortikalne površine. Možganska skorja pri ljudeh ima kot eno od svojih značilnosti zelo zvit pregibni vzorec, ki vodi do znatno povečane kortikalne površine. Na primer, površina človeške skorje je v povprečju desetkrat večja od površine opice makaki, vendar le dvakrat debelejša [16]. Povečana kortikalna površina pri ljudeh je lahko povezana z nastankom višjih kognitivnih funkcij zaradi velikega števila nevronov in kortikokortikalnih povezav, ki jih je mogoče prilagoditi.
Obstajajo dokazi, da se vzorec kortikalne zloge lahko spremeni v razvoju. Po 5 mesecih v maternici se pojavijo kortikalne gube in se še naprej razvijajo vsaj v prvem poporodnem letu [17]. V zgodnjem otroštvu se stopnja girifikacije še poveča in za zdaj se domneva, da se bo nato stabilizirala. Postmortem analize Armstrong in sod. [18]vendar so opazili pomemben presežek kortikalne zloženosti do prvega leta, čemur je sledilo zmanjšanje do odraslosti.
To ugotovitev podpirajo nedavne MRI-študije, ki so med zorenjem možganov raziskovale vrednosti GI. Raznahan et al. [19] pokazali globalno zmanjšanje girifikacije med adolescenco. Pred kratkim sta Mutlu in sod. [20] pokazali, da so se vrednosti GI med frontalnimi in parietalnimi kortikli med starostjo 6 – 29 znižale, kar je skladno s podatki iz Su in kolegov [21] ki je na majhnem vzorcu otrok in mladostnikov uporabil nov pristop merjenja girifikacije. Nazadnje, podatki Hogstrom in sod. [22] predlagajo, da se modifikacije girifikacije nadaljujejo do starosti.
V pričujoči študiji smo skušali celovito opisati razvoj girifikacije med adolescenco s preiskovanjem vrednosti GI vrednosti celotnega možganov v MRI-podatkih. Poleg tega smo pridobili GM-parametre (debelina kortikala, prostornino in površino), pa tudi ocene volumna WM za določitev razmerja med starostno odvisnimi spremembami girifikacije in GM / WM parametrov. Naši rezultati kažejo na široko znižanje vrednosti GI, ki se pojavljajo na prekrivajočih se, pa tudi ločenih območjih sprememb GM, na primer v precentralnih, časovnih in čelnih regijah, ki poudarjajo nenehno anatomsko spreminjanje možganske skorje med adolescenco.
Materiali in metode
udeleženci
Udeleženci desničarjev 85 (moški 36 in ženske 49), stari med 12 in 23 let, so bili rekrutirani iz lokalnih srednjih šol in univerze Goethe v Frankfurtu in so bili pregledani zaradi prisotnosti psihiatričnih motenj, nevroloških bolezni in zlorabe snovi. Vsi udeleženci so dobili pisno informirano soglasje. Za udeležence, mlajše od 18 let, so starši dali pisno soglasje. Akumulator za testiranje obveščevalnih podatkov Hamburger-Wechsler (HAWI-E / K) [23], [24] izvedeno. Šest udeležencev je bilo izključenih zaradi pomanjkanja ali nepopolnih MRI podatkov. Študijo je odobrila etična komisija univerze Goethe v Frankfurtu.
Zbiranje podatkov MR
Slike strukturne magnetne resonance so bile pridobljene s skenerjem 3-Tesla Siemens Trio (Siemens, Erlangen, Nemčija) z uporabo glave CP-tuljave za prenos RF in sprejem signala. Uporabili smo T1-tehtano tridimenzionalno (3D) magnetno pripravljeno zaporedje hitrega odkupa Gradient Echo (MPRAGE) z naslednjimi parametri: ponovitev časa (TR): 2250 ms., Čas odmeva (TE): 2.6 ms., Vidno polje (FOV): 256 × 256 mm3, rezine: 176 in velikost voksela 1 × 1 × 1.1 mm3.
Rekonstrukcija površine
MRI-podatki so bili obdelani s površinskim in prostorninskim cevovodom različice programske opreme FreeSurfer 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] dobljene so bile ocene kortikalne debeline, GM- in WM-volumna, kortikalne površine, lokalnega indeksa girifikacije 3-D (lGI) in ocenjene intrakranialne prostornine (eTIV). Sledil je standardni cevovod FreeSurfer in samodejno rekonstruirane površine so bile pregledane glede točnosti, po potrebi pa so bili uporabljeni ročni posegi z orodji za korekcijo FreeSurfer.
Predobdelava je vključevala Talairachovo transformacijo, korekcijo gibanja, normalizacijo intenzitete, odstranjevanje možganskega tkiva, segmentacijo in tessellacijo meje sive in bele snovi, samodejno korekcijo topologije in površinsko deformacijo, podrobneje pa je opisano drugje [25], [27]-[29]. Poleg tega je bila izvedena registracija sferičnega atlasa, napihovanje in parcelacija kortikalne površine, ki temelji na žiralni / sulkalni osnovi, za inter-posamične analize, ki so dale kortikalne površine 33 na hemisferi [30].
Kortikalna debelina, kortikalna površina in prostornina GM
Kortikalna debelina je bila izmerjena kot razdalja med mejo WM in površino GM snovi v vsaki točki (vrhovi) na tesselirani površini [27]. Kartične karte površin so bile ustvarjene s pomočjo ocen površin vsakega trikotnika v standardizirani površinski tessellaciji [31]. Ocene površin so bile s pomočjo registracije sferičnega atlasa preslikane nazaj v posamezni kortikalni prostor [32]. To je prineslo ocene oddaljenosti do vrha relativnega raztezanja ali stiskanja površin [33]. Ocene volumna GM so bile pridobljene z meritvami debeline kortiksa in površine okoli ustrezne vrhove na kortikalni površini [34].
3-D lokalni indeks grifikacije (lGI)
Izračunan je bil 3-D lGI [35] ki je bil uporabljen v prejšnjih raziskavah MR [36], [37]. Na kratko, lGI vključuje rekonstrukcijo kortikalne površine 3-D, pri čemer je stopnja girifikacije opredeljena kot količina kore možganov, zakopana v sulkalnih gubah, v primerjavi s količino vidne skorje v krožnih območjih, ki nas zanimajo [38]. V prvem koraku je bila skozi morfološki postopek zapiranja ustvarjena trikotna zunanja površina, ki tesno zavije površino pial. Ko pretvorimo mrežnico v binarni volumen, smo uporabili premer 15 mm, da smo zaprli glavne sulice za generiranje krogle [35]. Za ustvarjanje krožnega zanimivega območja (ROI) izberemo polmer 25 mm, ki vključuje več kot en sulkus, da dobimo optimalno ločljivost [38]. Začetne vrednosti lGI vrha so bile opredeljene kot razmerje med površino zunanjega ROI in površino na površini pial. Za statistične primerjave so bile zunanje vrednosti lGI preslikane nazaj v posamični koordinatni sistem, kar je zmanjšalo interindividualno sulkalno neskladje [35].
Volumen WM
Ocenjen je bil regionalni volumen WM pod parcelnimi kortikalnimi GM-regijami. Vsak voxel bele snovi je bil označen na najbližji kortikalni GM-voxel z omejitvijo razdalje 5 mm, kar ima za posledico volumne 33 WM ustreznih 33 žiralskih GM območij [39] ki je bil uporabljen v prejšnjih študijah [9], [40].
Ocenjeni intrakranialni volumen (eTIV)
Ocenjeni intrakranialni volumen (eTIV) v cevovodu FreeSurfer je bil izpeljan iz postopka normalizacije atlasa. Preko Atlas Scaling Factorja (ASF), ki predstavlja faktor za določanje obsega, da se posameznik prilega atlanskemu cilju, so bili izvedeni izračuni vsakega eTIV-a [41].
Statistična analiza
Koraki analiz so povzeti v Slika 1. Površine desne in leve poloble vseh udeležencev 79 so bile povprečene, posamezne površine pa so bile vgrajene v povprečni sferični koordinatni sistem. Za povečanje razmerja signal / šum smo uporabili glajenje 20 mm polne širine na polovici največjega (FWHM) glajenja za oceno kortikalne debeline, prostornine GM in kortikalne površine in 5 mm FWHM za lGI.
V prvem koraku smo raziskovali vrednosti lGI za celotne možgane, debelino kortiksa, površino kortikalne površine in volumen GM v analizi vrha po vertikali. Za analizo vpliva starosti na različne anatomske parametre (lGI, debelina kortikalne površine, kortikalna površina in prostornina GM) smo uporabili Splošni linearni model (GLM). Vse analize so bile izvedene ob kontroli učinkov spola in eTIV. Uporabili smo lažni pristop stopnje odkrivanja (FDR) [42] popraviti za več primerjav s merilom za kortikalno debelino, površino in GM-volumen q 0.05 in q 0.005 za ocene lGI. Različni statistični pragovi so bili izbrani zaradi širokih, od starosti odvisnih sprememb vrednosti lGI v primerjavi z debelino kortiksa, površino kortiksa in GM-volumnom. Poleg tega smo analizirali starost2 in starost3 učinki za vse anatomske parametre, ki so bili nadzorovani glede na starost, spol in eTIV.
Za pridobitev ocene velikosti območja smo izbrali točki z največjimi vrednostmi lGI in ustreznimi koordinatami Talairach in uporabili funkcijo samodejnega mri_surfcluster v FreeSurfer (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster). Poleg tega je Cohenova d [43] smo dobili za možganska območja z največjimi starostnimi spremembami s primerjavo med srednjimi vrednostmi pri najmlajših (starost: 12 – 14, n = 13) in najstarejšo skupino udeležencev (starost: 21 – 23, n = 18). Velikosti učinkov so opisane v številnih legendah.
V drugem koraku smo preučili Pearsonove korelacijske koeficiente med starostno odvisnimi učinki lGI in spremembami v debelini skorje, površini skorje in prostornini GM / WM. Za vključitev podatkov o količini WM so bile opravljene regionalne analize na podlagi parcelacije. Štiri oglišča iz analiz po posameznih tockah na polobli z izrazitimi učinki starostnega lGI (statistični prag p <10-4) so bili dodeljeni prostorom na živalskih območjih FreeSurfers [30] in za ustrezne nalepke so bili ekstrahirani kortikalna debelina, volumen GM / WM in kortikalna površina.
Rezultati
Vertex-by-vertex analize starostno odvisnih sprememb lGI
Vrednosti lGI so se s starostjo zmanjšale v skupinah 12 na levi in v skupinah 10 na desni polobli (FDR pri 0.005) (Slika 2 in In3,3, Tabela 1). Območja možganov z največjim zmanjšanjem lGI so bila lokalizirana v levi precentral (velikost območja = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 in 7), levo nadstandardno (velikost območja = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), levo inferior-temporal (velikost območja = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 in 37), levo bočno-orbitofrontalno (velikost območja = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 in 11) in desnega precentralnega korteksa (velikost površine = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 in 7), desno pars triangularis (velikost površine = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 in 46), desno rostralno-srednji prednji (velikost območja = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) in vrhunski parietal (velikost površine = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 in 39). Pri spremembah vrednosti lGI pri FDR pri 0.005 ni bilo ugotovljenih pomembnih učinkov spola in s starostjo zmanjšanimi girifikacijami so sledili nelinearnim (kubičnim) usmeritvam (Slika 3).
Vertex-by-vertex analize starostno odvisnih sprememb v kortikalni debelini, količini GM in kortikalni površini
Kortikalna debelina se je najbolj vidno zmanjšala v zgornjem in čelnem delu (velikost območja = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 in 9) in rostralno-srednji frontalni (velikost območja = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 in 46) kortiki na levi polobli in v precentralni grozdi na desni polobli (velikost območja = 14735.38 mm2, p = 10-6.16, BA 6, 44 in 45) (Slika 4). Zmanjšanje kortikalne debeline lahko opišemo s kubično potjo (R2 = 0.191 za levo rostralno-srednje-čelno, R2 = 0.126 za levo zgornjo in sprednjo stran2 = 0.134 za desne precentralne skupine). Poleg tega smo ugotovili starostno odvisno obojestransko zmanjšanje količine GM, ki je bilo lokalizirano do zgornje čelne (velikost površine = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 in 9) režnja na levi polobli in do pars orbitalis (velikost območja = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 in 47) in do nižje-parietalne (velikost površine = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 in 39) režnja desne poloble (Slika 4). Zmanjšanje količine GM je sledilo kubičnim usmeritvam (R2 = 0.132 za levo zgornje-čelno, R2 = 0.185 za desni pars orbitalis in R2 = 0.204 za desno spodnjo parietalno skupino).
Za površino smo ugotovili znatno zmanjšanje precentralnega (velikost površine = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), kaudalni srednji čelni (velikost območja = 609.mm)2, p = 10-6.03, BA 6) in supramarginal (velikost območja = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) grozdi na levi polobli. Površina površine se je v desni polobli zmanjšala, najbolj izrazito v precentralni (velikost območja = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), manjši parietal (velikost površine = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) in vrhunski parietal (velikost površine = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) kortiki (Slika 4). Zmanjšanje površin je najbolje opisal kubična pot (R2 = 0.095 za levi precentral, R2 = 0.026 levo repno-srednje čelno, R2 = 0.024 levo supramarginalno, R2 = 0.116 desna polobla, R2 = 0.156 desno nad-parietalno in R2 = 0.046 za desne precentralne skupine). Pri spremembah debeline skorje, prostornine GM in površine pri FDR pri 0.005 niso ugotovili pomembnih učinkov spola
Povezave med Gyrification, kortikalno debelino, površino in količino GM / WM
Za preverjanje razmerja med vrednostmi lGI in spremembami v GM / WM so bili izbrani območji 8 z največjimi starostno odvisnimi spremembami girifikacije in vrednosti lGI korelirane z debelino kortiksa, površino kortiksa in količino GM / WM (Slika 5, Tabela 2). Ugotovili smo velike in pozitivne korelacije med površino kortikalne površine in volumnom GM z vrednostmi lGI. Takšne povezave ni bilo mogoče najti za povezavo med kortikalno debelino in oceno lGI. Povečana količina WM je pokazala tudi znatno šibkejšo razmerje kot prostornina GM in površine z izboljšano girifikacijo v več čelnih predelih in v parietalni skorji.
Nelinearna razmerja med spremembami anatomskih parametrov in starostjo: analize med vrhovi
lGI
Našli smo 16 (leva hemisfera) in 7 grozde (hemisfera), kjer se starost2 in lGI sta bila negativno povezana (Slika S1). Najmočnejša starost 2 učinki na lGI so bili lokalizirani v levem nadstandardnem (velikost območja = 2147.01 mm)2, p = 10-5.48, BA 8, 9 in 10), levo nadrejeno-parietalno (velikost območja = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3 in 4) in levi pericalcarin (velikost območja = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17) grozdi. Na desni polobli so opazili učinke v precentralnem območju (velikost območja = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 in 6), postcentralno (velikost površine = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 in 3) in v nadrejenih korteksih (velikost površine = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Kubični učinki starosti na lGI so bili ugotovljeni v skupinah 18 (leva hemisfera) in 7 grozdih (desna polobla). Regije z najmočnejšim kubičnim učinkom so bile lokalizirane v velikem nadstandardnem (velikost območja = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 in 47), nadrejeno-parietalno (velikost površine = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 in 9) in pericalcarine (velikost površine = 292.35 mm2, p = 10-3.73, BA 17) grozd za levo poloblo. Na desni polobli smo našli najmočnejšo razmerje kubične starosti in lGI v precentralu (velikost območja = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 in 7), kaudalno-srednji prednji (velikost območja = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 in 9) in srednje-časovni grozd (velikost območja = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
Starost2 učinki na GMV so bili omejeni na levo poloblo (Slika S2). Najmočnejši učinki so bili opaženi na razširjenih delih pars opercularis (velikost območja = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 in 45), paracentral (velikost območja = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 in 31) in nižje-parietalni (velikost območja = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 in 22) kortiksa.
Učinki kubične starosti na GMV so bili locirani v kortiksah 3 na levi polobli. En grozd v zadnjih delih gyrus cinguli (velikost površine = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), del gyrus inferior frontalis-pars opercularis- (velikost površine = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) in bregovi vrhunskega časovnega sulkusa (velikost območja = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) je zaznamovala pomembna starost3 in razmerje lGI (Slika S2).
CT / SA: Ni pomembne starosti2/ starost3 učinke, ki smo jih ugotovili za CT in SA.
Razprava
Rezultati naše študije izpostavljajo široke spremembe v vzorcu girifikacije možganske skorje med adolescenco. Prejšnja obdukcija [18] in MRI-študije [19]-[21] kažejo na znižanje vrednosti lGI v poznejših razvojnih obdobjih, vendar je obseg sprememb, možganske regije in povezava s sočasnim anatomskim procesom ostala nejasna. Kortikalna območja, za katera je bilo značilno najmočnejše znižanje vrednosti lGI, so bila precentralna, časovna in čelna regija. Ta področja možganov so se le delno prekrivala z regijami, za katere so bile značilne spremembe GM in velikosti učinka, in sicer v območju in zgoraj za debelino kortiksa in količino GM, kar kaže na to, da opažene spremembe girifikacije predstavljajo dodatno, pomembno spremembo možganske skorje v adolescenci.
Kortikalne regije sprememb IGl
Največja kortikalna regija, za katero je bilo značilno zmanjšanje girifikacije, je bila grozd v precentralni skorji, ki je vključeval BA 3, 6 in 7. V primerjavi s tem so bile spremembe v debelini in volumnu GM osredotočene na čelni (BA 8 in 9) in časovni (BA 20 in 21) kortiks, kar je skladno s podatki iz prejšnjih longitudinalnih študij [6] vendar se le delno prekriva z zmanjšanimi vrednostmi lGI.
Čeprav je precentralni grozd, ki se je razširil na pre- / post-centralni gyrus, supramarginalni gyrus in tudi nadrejeno parietalno skorjo, manj dosledno vključen v dozorevanje možganov mladostnika, obstajajo dokazi, ki kažejo, da so ta področja možganov morda povezana stalne spremembe kognicije in vedenja. Nedavna raziskava Ramsden et al. [44] dokazali, da so nihanja inteligence med adolescenco tesno povezana s spremembami GM v levo motoričnih govornih regijah. Podobno se motorična skorja nenehno izboljšuje, kar se je pokazalo v študijah z transkranialno magnetno stimulacijo (TMS) [45] in EEG [46]. Končno je BA 7 kritičen za razvoj kortikalnih omrežij, na katerih temeljijo večje kognitivne funkcije med adolescenco, kot je delovni pomnilnik (WM), ker BOLD-aktivnost v nadrejeni parietalni skorji kaže bistveno povečanje razvoja med manipulacijo z WM-predmeti [47].
Drugo območje izrazitih sprememb vrednosti IGl je bila čelna skorja, ki je bila ves čas povezana s spremembami v anatomiji in obnašanju med adolescenco. V tej študiji so bile ugotovljene nižje vrednosti lGI v čelnem polu (BA 10), orbitofrontalni skorji (BA 11) in nižjem čelnem girusu (BA 47). Veliko dela je pokazalo, da so te regije v osrednjem obdobju vključene v vedenjske spremembe v mladostništvu, kot so izboljšave kognitivne inhibicije [48], eksperimentiranje, tveganje [49] in mentaliziranje [50].
Končno smo ugotovili znatno zmanjšanje girifikacije v grozdu, ki ustreza BA 19, 20 in 37, ki obsega zgodnja vidna območja in kortikalne regije, namenjene prepoznavanju predmetov. Poleg modifikacije višjih kognitivnih funkcij je mladostništvo povezano tudi z izboljšanjem nevronskih nihanj, ki jih povzročajo preprosti in zapleteni vizualni dražljaji [51], [52] kot tudi z zorenjem obdelave predmetov v ventralnem toku [53].
Močni kvadratni učinki starosti na lGI so bili ugotovljeni v levih zgornjih-čelnih (BA 8, 9 in 10) in desni hemisferičnih frontalnih (BA 8) grozdih, kar je v skladu s prejšnjo študijo (Hogstrom et al. [22]. Kubična razmerja starost-lGI so lokalizirana v levem nadrejenem-čelnem (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 in 47), nadrejeno-parietalnem (BA 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 9, 21, XNUMX, XNUMX, XNUMX), desno kaudalno-srednjefrontalno (BA XNUMX in XNUMX) in srednje-časovno (BA XNUMX) območja.
Trenutni podatki tako ponujajo novo perspektivo o regijah, ki so vključene v razvoj girifikacije v mladostništvu, za katere je značilna linearna razvojna usmeritev, pri čemer nekatere regije kažejo krivoline in kubične učinke. Prejšnje študije z manjšimi velikostmi vzorcev [20], [21] prepoznali pretežno spremembe vrednosti GI v časovnih, parietalnih in čelnih regijah. Poleg tega Mutlu s sodelavci [20] opazili strmo zmanjšanje lGI s starostjo pri moških kot ženskah v predfrontalnih regijah, kar ni potrjeno s to študijo.
Razvoj kortikalne zloženosti v adolescenci: odnos z GM / WM-spremembo
Za spremembe girifikacije med razvojem je bilo predlaganih več mehanizmov [54]. Van Essen [55] je predlagal, da lahko zložljivi vzorec možganske skorje razložimo z mehansko napetostjo vzdolž aksonov. V skladu s to teorijo je nastanek žirije posledica mehanskih sil med gosto povezanimi območji, ko napetost potegne močno povezana področja skupaj. Poleg tega so alternativni računi poudarili vlogo diferencialne rasti med notranjo in zunanjo kortikalno plastjo [17]. Nazadnje obstajajo dokazi, da je kortikalno pregibanje pod genskim nadzorom [56] in da v zreli skorji obstajajo razlike med spoloma [57].
Medtem ko trenutna študija ne omogoča vpogleda v mehanizme, na katerih temelji zmanjšanje girifikacije med adolescenco, je primerjava s spremembami parametrov GM- in WM pomembna pri vprašanju, ali na opažene spremembe kortikalne zloženosti vplivajo nenehne anatomske spremembe. Pomembna ugotovitev trenutne študije je, da se znižanje vrednosti lGI zgodi v kortikalnih regijah, ki se v veliki meri razlikujejo od zmanjšanja obsega in debeline GM. Povezave med vrednostmi lGI v regijah, za katere je bilo značilno izrazito znižanje starosti, in parametri GM / WM kažejo, da je stopnja kortikalnega pregiba kljub temu povezana z obsegom GM in površino. Konkretno smo opazili pozitiven odnos med povečanimi vrednostmi lGI s površino in volumnom GM. Zanimivo je, da pri debelini GM ni šlo. Končno je volumen WM prispeval tudi k višjim vrednostim lGI v 5 iz kortikalnih regij 7.
Žirifikacija, vedenje in psihopatologija
Kljub obsežnemu zmanjšanju kortikalne zloženosti v mladostništvu in velikim velikostim učinka, povezanim z zmanjšanimi vrednostmi lGI, posledice za spremembe kognicije in vedenja med adolescenco še vedno niso ugotovljene. Prejšnje raziskave so pokazale, da posamezne razlike v kortikalnem pregibu v čelnih regijah vplivajo na izvršilne procese pri odraslih [58] in vedenjske spremembe, kot je meditacija [59], vpliv na girifikacijo, kar kaže na vlogo kortikalne zloženosti pri spoznanju in plastičnosti, odvisni od izkušenj.
Poleg tega obstaja veliko dokazov, da so vzorci girifikacije povezani s psihopatologijo, kar poudarja potencialni pomen razumevanja razvojnih sprememb girifikacije in povezave do kognicije in vedenja. Številne nevrorazvojne motnje, kot sta Williamsov sindrom (WS) in motnje spektra avtizma (ASD), so povezane z nenormalnimi vzorci kortikalnega pregiba. Za udeležence z WS je značilno zmanjšanje globine sulke v parieto-okcipitalnih regijah, ki so vidno vključene v vidno-konstruktivni primanjkljaj. [60]. Nasprotno pa je za vzorce girifikacije pri ASD značilno povečano zgibanje glede na normalno razvijajoče se otroke [61].
Shizofrenija je huda psihična motnja z značilnim pojavom med prehodom iz mladostništva v odraslo dobo, ki vključuje tudi aberrantno girifikacijo. Obdukcija [62] in MRI-študije [63], [64] opazili povečanje kortikalne zloženosti, zlasti v predfrontalni skorji, kar je tudi napovedno za razvoj shizofrenije pri ogroženih osebah [65]. Pred kratkim so pokazali tudi pomanjkljivosti zgibanja, ki napovedujejo slab odziv zdravljenja pri psihozi prve epizode [66].
Ker naši podatki močno kažejo, da se kortikalno zgibanje med mladostništvom močno spremeni, obstaja ena možnost, da poleg zgodnjih nevrorazvojnih vplivov nenormalen razvoj možganov med adolescenco prispeva k odklonjeni anatomiji neokorteksa in manifestaciji kognitivnih motenj in kliničnih simptomov.
zaključek
Ugotovitve podpirajo stališče, da adolescenca vključuje temeljne spremembe v arhitekturi možganske skorje. Natančneje lahko pokažemo, da se kortikalni pregibni vzorci močno spremenijo, kar vključuje zmanjšanje girifikacije na velikih območjih možganske skorje, zlasti v precentralnih, čelnih in časovnih regijah. Prihodnje študije morajo ugotoviti funkcionalni pomen teh sprememb za sočasne spremembe v vedenju, kogniciji in fiziologiji s korelacijami z nevropsihološkimi podatki in funkcionalnimi metodami slikanja možganov, kot sta fMRI in MEG.
Podporne informacije
Slika S1
Nelinearni starostni učinki na lokalni indeks grifikacije (lGI) v celotnem možganu, analize od vrha do vrha, projicirane na povprečne možganske predloge. Zgornja vrstica: Starost2 učinki so prikazani za levo poloblo (levo) in desno hemisfero (desno) s stranskih in medialnih pogledov. Spodnja vrstica: Korelacije med starostjo3 in lGI sta prikazana za levo (levo) in desno poloblo (desno) s stranskih in medialnih pogledov. Modre barve kažejo na znatno zmanjšanje vrednosti lGI z naraščajočo starostjo, medtem ko so toplejše barve označene za povečanje lGI. Vse analize so bile izvedene s kontrolo učinkov spola, eTIV in starosti (linearno). Opomba: Med starostjo ni pomembnih korelacij3 in lGI smo ugotovili z nadzorom učinkov spola, eTIV, starosti (linearne) in starosti2.
(TIFF)
Slika S2
Nelinearni starostni učinki na GMV v celotnih možganih, analize od vrha do vrha, projicirane na povprečne možganske predloge. Levo: Starost2 učinki na GMV na levi polobli s stranskega in medialnega vidika. Pravica: učinki starosti3 so prikazani za levo poloblo s stranskega in medialnega pogleda. Modre barve kažejo na znatno zmanjšanje GMV z naraščajočo starostjo, medtem ko so toplejše barve označene za povečanje GMV. Vse analize so bile izvedene s kontrolo učinkov spola, eTIV in starosti (linearno). Opomba: Med starostjo ni pomembnih korelacij3 in GMV so ugotovili z nadzorom učinkov spola, eTIV, starosti (linearne) in starosti2.
(TIFF)
Izjava o financiranju
Reference
;
