Dinamično kartiranje razvoja človeške kortike v otroštvu skozi zgodnjo odraslost (2004)

Pojdi na:

Minimalizem

Razvoj človeških možganov je strukturno in funkcionalno nelinearni proces (1-3) in razumevanje normalnega zorenja možganov je bistvenega pomena za razumevanje nevrorazvojnih motenj (4, 5). Heteromodalna narava kognitivnega razvoja možganov je razvidna iz študij nevrokognitivne uspešnosti (6, 7), funkcionalno slikanje (funkcionalna MRI ali positronemisijska tomografija) (8-10) in koherenca elektroencefalograma (1, 2, 10). Predhodne slikovne študije kažejo regionalne nelinearne spremembe gostote sive snovi (GM) v otroštvu in mladostništvu s prepubertalnim povečanjem, ki mu sledi izguba po porodu (11-14). Gostota GM na MRI je posredno merilo zapletene arhitekture glia, vaskulature in nevronov z dendritičnimi in sinaptičnimi procesi. Študije zorenja GM kažejo na izgubo kortikalne gostote GM sčasoma (15, 16), ki se časovno ujema z obdukcijskimi ugotovitvami povečanega sinaptičnega obrezovanja med adolescenco in zgodnjo odraslostjo (17-19). Tukaj predstavljamo študijo razvoja kortikalnih GM pri otrocih in mladostnikih s tehniko preslikave možganov in prospektivno preučevan vzorec zdravih otrok 13 (starost 4 – 21), ki so jih preiskali z MRI vsakih 2 let za 8 – 10 leta . Ker so bile sčasoma večkrat preiskane pri istih osebah, je statistična ekstrapolacija točk med preiskavami omogočila izdelavo animiranega zaporedja časovnega zamika ("filma") otroškega razvoja možganov. Predpostavili smo, da bi bil razvoj gensko spremenjenih organizmov v zgodnji odrasli dobi nelinearen, kot je opisano prej, in bi napredoval na lokaliziran, za regijo specifičen način, ki bi sovpadal s funkcionalnim zorenjem. Predvideli smo tudi, da se bodo regije, povezane z več primarnimi funkcijami (npr. Primarna motorična skorja), razvile prej, v primerjavi z regijami, ki so vključene v bolj zapletene in integrativne naloge (npr. Časovni reženj).

Rezultat je dinamičen zemljevid zorenja GM v pred- in popubertalnem obdobju. Naši rezultati, medtem ko poudarjajo izjemno heterogenost, kažejo, da kortikalni razvoj GM sledi funkcijskemu zorenju zaporedja, primarni senzimotorni korteksi skupaj s frontalnim in okcipitalnim polom najprej dozorevajo, preostanek skorje pa se razvija v parietalni do- čelna (od spredaj naprej) smer. Vrhunski časovni korteks, ki vsebuje asociacijska področja, ki vključujejo informacije iz več senzoričnih modalitet, je dozorel zadnji. Poleg tega se zdi, da je zorenje skorje sledilo tudi evolucijskemu zaporedju, v katerem so te regije nastale.

Metode

Predmeti. Vzorčni demografski podatki so prikazani v Tabela 1. Vsi predmeti so bili vpoklicani iz skupnosti za tekočo študijo Nacionalnega inštituta za duševno zdravje o razvoju človeških možganov (20). Na kratko je bil vsak preiskovanec deležen strukturiranega diagnostičnega razgovora, da je ob vsakem obisku izključil kakršne koli psihiatrične diagnoze. Preiskovanci so se vsaki dve leti vrnili na nadaljnji MRI skupaj s psihiatrično in nevrokognitivno ponovno oceno. Za vključitev v to študijo je bila izbrana podskupina vseh otrok, ki so imeli tri ali več uporabnih slik MRI in so bili stari med 2 in 4 leti. Študijo je odobril institucionalni nadzorni odbor Nacionalnega inštituta za duševno zdravje, pri osebah, starejših od 21 let, ali od staršev manj pomembnih oseb pa je bilo pridobljeno informirano soglasje, od vsake manj pomembne osebe pa je bilo pridobljeno dodatno pisno soglasje.

 

Tabela 1.

Demografija vzorca študije

Obdelava in analiza slik. MRI slike so bile pridobljene na Nacionalnem inštitutu za duševno zdravje na istem optičnem bralniku 1.5-T General Electric. MRI zaporedje je bilo v celotni študiji dosledno. T1-utežene slike z mejnimi rezinami 1.5 mm v osni ravnini in 2.0-mm rezine v koronalni ravnini so bile pridobljene z uporabo 3D pokvarjenega gradienta, ki je bil odpoklican v odmernem stanju. Parametri slikanja so bili: odmevni čas, 5 ms; čas ponovitve, 24 ms; nagibni kot, 45 °; matrika pridobivanja, 256 × 192; število vzburjenja, 1; in vidno polje, 24 cm. Z vsako večjo nadgradnjo programske in strojne opreme je bila zanesljivost podatkov pred in po nadgradnji preizkušena s skeniranjem nabora predmetov pred in po nadgradnji (20). Na kratko je bilo za vsako skeniranje uporabljen algoritem za korekcijo poljubne radiofrekvenčne pristranosti. Osnovne slike so bile normalizirane, ki so jih pretvorile v standardni stereotaksični prostor 3D (21). Nadaljnje preiskave so bile nato poravnane z osnovnim skeniranjem iz istega predmeta in vzajemno registrirani pregledi za vsak predmet so linearno preslikani v prostor Mednarodnega konzorcija za preslikavo možganov (ICBM) (22). Obsežno validiran klasifikator tkiv je ustvaril podrobne karte GM, bele snovi in ​​cerebrospinalne tekočine z uporabo Gaussove porazdelitve mešanice za ustvarjanje največ Naknadno segmentacija podatkov (23, 24) in površinski model skorje je bil nato samodejno ekstrahiran za vsak predmet in časovno točko, kot je opisano (25).

Tehnika analize slike, znana kot kortikalno ujemanje vzorca (25-27) je bil uporabljen za boljšo lokalizacijo kortikalnih razlik sčasoma in povečanje moči za zaznavanje sistematičnih sprememb (25). Ta pristop se čim bolj ujema z žiralnimi značilnostmi kortikalne površinske anatomije pri osebah, preden se primerjajo medpredmetne primerjave, skupinske povprečnosti in statistični zemljevidi. Ker ta tehnika odpravlja nekatere zmede anatomske razlike, je večja statistična moč za zaznavanje statističnih učinkov na kortikalnih ukrepih, pa tudi večja sposobnost lokalizacije teh učinkov glede na glavne mejnike žolčnih in žiralnih poti. V koraku kortikalnega ujemanja so izračunane sekundarne deformacije, ki ustrezajo žiralnim vzorcem v vseh časovnih točkah in pri vseh preiskovancih, kar omogoča povprečenje in primerjavo podatkov v ustreznih kortikalnih regijah. Nabor 34 sublkalnih mejnikov na možgane omejuje preslikavo ene skorje na drugo z uporabo ustreznih kortikalnih regij med osebami. Slikovni analitik, ki je slep za subjekt, identiteto, spol in starost, je izsledil vsakega od 17 sulcev v vsaki stranski polobli na površinskem upodabljanju vseh možganov. Ti sulci so vključevali silvijsko razpoko, osrednjo, precentralno in postcentralno sulklo, glavno telo vrhunskega temporalnega sulka (STS), naraščajočo vejo STS, zadnjo vejo STS, primarne in sekundarne vmesne sulice ter inferior temporal, superior in inferior frontalno, intraparietalno, prečne okcipitalne, olfaktorne, okcipitotemporalne in kolateralne sulice. Poleg obrisa glavnih sulcev je bil na vsaki polobli začrtan sklop šestih mejnih krivin srednjih linij, ki mejijo na vzdolžno razpoko, da se določijo meje hemisfernih žiral. Mejniki so bili določeni v skladu s podrobnim anatomskim protokolom. Ta protokol je na voljo na internetu (www.loni.ucla.edu/∼khayashi/Public/medial_surface) in ima znano inter- in intrarater zanesljivost, kot je poročano (25).

Časovno odvisen povprečni kortikalni model 3D za skupino je bil ustvarjen s sploščenjem vseh sulkalnih / žiralnih mejnikov v ravnino 2D, skupaj s kortikalnim modelom, ki je dodelil barvno kodo za ohranitev informacij o obliki 3D. Ko so bili podatki v tem ravnem prostoru, so bile značilnosti sulkalne razvrstitve po subjektih prilagojene povprečnemu nizu sulkalnih krivulj. Izkrivljeni kortikalni zemljevidi so bili matematično ponovno napolnjeni v 3D, kar je dalo svež povprečen kortikalni model z žiralnimi značilnostmi na njihovih srednjih anatomskih lokacijah (28).

Za količinsko določitev lokalnega GM smo uporabili ukrep, imenovan "GM gostota", uporabljen v mnogih predhodnih študijah, ki meri delež GM v majhnem območju fiksnega polmera (15 mm) okoli vsake kortikalne točke (15, 25, 26, 28). Mera gostote GM povpreči podatke o količini GM v majhni soseščini (jedro 15 mm, uporabljeno v tem poročilu), ki zagotavlja povečano razmerje med signalom in šumom in povprečno odnese nekaj hrupa, ki je prisoten pri razreševanju kortikalne GM meje v MRI. Če pa uporabimo gostoto GM, se izgubi nekaj možnosti lokalizacije, pristop pa lahko povpreči podatke nasprotnih sulkalnih bank. Ukrep lahko tudi indeksira GM spremembe, ki izhajajo iz razlik v kortikalni površinski ukrivljenosti, pri čemer lahko povečana ukrivljenost povzroči, da se v jedru z določenim polmerom vzorči manj GM. Naše delo pa kaže, da sta gostota in debelina GM zelo povezana (K. Narr, RM Bilder, AW Toga, RP Woods, DE Rex, P. Szeszko, D. Robinson, Y. Wang, H. DeLuca, D. Asuncion in PM Thompson, neobjavljeni podatki) in zato verjetno indeksirajo podobne maturitetne procese.

Da bi ugotovili, ali je bilo dovolj moči za dosego statističnega pomena v vsaki površinski točki korteksa, smo prilagodili model spremembe GM in ocenili koeficient večkratne regresije (R²) na vsaki točki, ki se spreminja v območju od 0 do 1. Od ničelne porazdelitve R², prilagojeno številu stopenj svobode v statističnem modelu, je mogoče ugotoviti, ali je dovolj moči za zavrnitev ničelne hipoteze (R² = 0) na vsaki kortikalni točki. Pomen prileganja modela, p(R²), nato je bila narisana na vsaki kortikalni točki (podatki niso prikazani). Tako dobljeni zemljevid je to nakazoval R² skoraj na vsaki kortikalni točki ni nič, kar kaže na to, da so bile opažene spremembe zelo pomembne.

Statistične ploskve so nastale z uporabo regresijske analize mešanega modela (11, 30) za količino GM na vsaki od točk 65,536 na celotni kortikalni površini, pa tudi za posamezne volbarne volumne in tudi na več posebnih zanimivih točkah nad površino. Ker smo uporabili nelinearni mešani model, smo medpredmetne razlike v gostoti GM-ja modelirali ločeno od intraindividualnih stopenj kortikalne spremembe, kar je dalo dodatno moč za reševanje vzdolžnih sprememb na vsaki kortikalni točki. Temeljili so testi hipotez za gradnjo modelov F statistika z α = 0.05. Natančneje, F testi so bili uporabljeni za določitev, ali je vrstni red razvojnega modela kubičen, kvadratni ali linearen. Če kubični model ni pomemben, je bil preizkušen kvadratni model; če kvadratni model ni pomemben, smo preizkusili linearni model. Model rasti je bil torej polinomen / nelinearen, če k kubični ali kvadratni izraz bistveno prispeva k regresijski enačbi. Glede na to, da je bila vsaka hipoteza preizkušena samo enkrat, popravljanje statistike za več primerjav ni bilo potrebno.

Naslednje regije so bile izbrane za analize na vsaki polobli: precentralni girus, primarna motorična skorja (Slika 1A), nadstandardni čelni gyrus, zadnjični del blizu osrednjega sulkusa (Slika 1B), spodnji čelni girus, zadnja meja (Slika 1C), spodnji frontalni sulkus, sprednja meja (Slika 1D), spodnji frontalni sulkus v dorsolateralni prefrontalni skorji (Slika 1E), sprednji konec superiornega čelnega sulka (Slika 1F), prednji pol (Slika 1G), primarna senzorična skorja v postcentralnem girusu (Slika 1H), supramarginalni gyrus (območje 40) (Slika 1I), kotni gyrus (območje 39) (Slika 1J), okcipitalni pol (Slika 1K), sprednji, srednji in zadnji del nadrejenih temporalnih girusov (STG) (Sl. 1 L – N), spodnja temporalna polovica gyrus, kot tudi sprednja in zadnja meja (Slika 1 O – Q), na spodnji površini pa sprednji in zadnji del olfaktornega sulkusa (Sl. 2 R in S) in sprednji in zadnji konec kolateralnega sulkusa (Sl. 2 T in U). Ustrezne točke so bile izbrane na obeh poloblah z uporabo istih luknjastih mejnikov.

 

Fig. 1.

Regresijske parcele v mešanem modelu na območjih, ki jih zanimajo kortikalne površine. Naslednje regije so bile izbrane za analize na vsaki polobli: A, precentralni girus in primarna motorična skorja; B, vrhunski čelni gyrus, zadnji del v bližini osrednjega sulcusa; ...

 

Fig. 2.

Pogled od spodaj do možganov, ki prikazuje zgodnje in pozne posnetke. Točke ustrezajo sprednjim in zadnjim koncem olfaktornega sulkusa (R in S) in kolateralnim sulkusom (T in U) ter grafom mešanega modela, ki ustrezajo interesnim regijam na ...

Rezultati

Na splošno je bilo ugotovljeno, da se skupna količina gensko spremenjenih organizmov v zgodnejši dobi povečuje, čemur je sledila trajna izguba, ki se začne okoli pubertete. Vendar, kot je razvidno iz zaporedja časovnega zamika (sl. (Sliki.22 in In 3), 3), proces izgube GM (zorenja) se začne najprej v hrbtnih parietalnih kortiksah, zlasti v primarnih senzorimotornih območjih v bližini medresmiselnega roba, nato pa se rostralno razširi čez čelno skorjo ter kaudalno in bočno nad parietalno, okcipitalno in na koncu temporalno skorjo . (To zaporedje je na voljo v filmih 1 – 4, ki so objavljeni kot podporne informacije na spletni strani PNAS.) Čelni in okcipitalni polov zgodaj izgubijo GM, v čelnem reženju pa zorenje GM končno vključuje dorsolateralno predfrontalno skorjo, ki izgubi GM šele ob koncu adolescence.

 

Fig. 3.

Desni bočni in zgornji pogled na dinamično zaporedje zorenja GM nad kortikalno površino. Stranska vrstica prikazuje barvno predstavitev v enotah prostornine GM. Začetni okviri prikazujejo področja, ki jih zanima skorja, kot je opisano za Slika 1. To ...

Za nadaljnjo preučitev vzorcev zorenja v posameznih kortikalnih podregijah smo uporabili regresijske analize mešanega modela, da smo lahko z uporabo glavnih mejnikov v obliki luknje konstruirali ploskve linearnih in nelinearnih (kvadratnih ali kubičnih) starostnih vplivov na količine GM v točkah, ki so zanimivi vzdolž kortikalne površine. zagotoviti, da je bila ustrezna anatomija pravilno povezana s časom in osebami. Ko smo povprečni volumen lobarjev v tem vzorcu primerjali z našim večjim vzorcem prečnega prereza (n = 149), trendi skupnih in lobarskih količin GM so bili v obeh skupinah v soglasju (podatki niso prikazani) (11). Vendar pa v posameznih podregijah korteksa zorenje GM kaže spremenljiv vzorec zorenja.

Znotraj čelne skorje je precentralni gyrus (Sl. (Sliki.1A1A in In3) 3) zori zgodaj. Izguba gensko spremenjene gline linearno napreduje, medtem ko ima več rostralnih predelov čelnega režnja (vzdolž superiorne in spodnje čelne žile; Sl. Fig.X.XUMUMX in 3, B – G) dozorevajo zaporedoma v anteriorni progresiji, na kar kažejo tudi postopno poznejši vrhovi nelinearne izgube GM (Slika 1 B – D), pri čemer zadnji zorenje možganske skorje (sl. 1, D in Ein In3) .3). V parietalnem reženju se izguba GM začne v postcentralnem girusu (Sl. (Sliki.1H1H in In 3;; z nelinearnim zgodnjim vrhom), ki bočno napreduje v kotni girus (območje 40; Sl. Fig ..1I1I in In 3), 3) in supramarginalni gyrus (območje 39; Figs. Fig ..1J1J in In3) .3). Čelni in okcipitalni polov, podoben pred- in postcentralnemu žiriju, zori zgodaj (sl. 1 G in K in In33).

Kasnejše zorenje. Na drugi strani so dele temporalnega režnja značilni vzorec poznega zorenja. Zorenje temporalnega režnja traja, razen časovnega pola, ki kaže izgubo GM približno v istem času kot prednji in okcipitalni polov (sl. (Sliki.1O1O in In3) .3). Nasprotno pa superiorni in slabši časovni gyri (STG in inferior temporal gyrus) ne kažeta enake stopnje izgube GM v tem starostnem obdobju. To kažejo tudi ploski grafi za učinke na starost (sl. 1 L in M in In3) .3). Znotraj STG zadnji del prikazuje izrazito linearno usmeritev (Slika 1N).

Na spodnji možganski površini medialni vidiki inferiornega temporalnega režnja (domnevna entorhinalna skorja, medial do nosoroga sulkusa, med sprednjim koncem kolateralnega sulkusa in zadnjim koncem olfaktornega sulkusa) zorijo zgodaj in se pozneje ne spremenijo , kot je razvidno iz ploščatih grafov za starostne učinke (Slika 2T). Podoben zreli vzorec se pojavlja v kaudalnih in medialnih delih spodnjega čelnega režnja (Slika 2S, domnevna piriformna skorja). Drugi deli ventralnega temporalnega režnja kažejo zorenje med lateralnim in medialnim vzorcem, medtem ko so orbitofrontalne regije še naprej dozorevale do najstarejše starosti, ki smo jo preučevali (Slika 2).

Razprava

Tukaj prikazujemo vizualizacijo dinamičnega napredovanja možganskega kortikalnega razvoja možganov v perspektivni, vzdolžni študiji zdravih otrok in mladostnikov. Prejšnja poročila so bila v prerezu (tj. Pregled MRI se pridobi samo enkrat na posameznika) ali uporabljena metoda, ki zagotavlja povprečne globalne količine namesto primerjave po točkah, kar je mogoče z načini preslikave (11, 15). Na načrtovanje preseka vplivajo interindividualne variacije in kohortni učinki, medtem ko metode, ki zagotavljajo povprečne svetovne količine, ne vsebujejo prostorskotemporalnih podrobnosti. Te omejitve smo premagali s preučevanjem vzdolžno pridobljenega vzorca pred in po porodu, v katerem so se isti otroci v obdobju 10-letnikov potencialno odpravili. Naši rezultati, medtem ko poudarjajo heterohronost človekovega kortikalnega razvoja, kažejo, da posamezne podregije sledijo časovno ločenim maturacijskim usmeritvam, v katerih združujejo območja višjega reda zoreti šele po senzimotoričnih regijah nižjega reda, v katere se združujejo funkcije. Poleg tega se zdi, da filogenetsko starejša kortikalna območja dozorijo prej kot novejša kortikalna območja.

Zorenje prednjega režnja je napredovalo v smeri od spredaj naprej, začenši v primarni motorični skorji (precentralni gyrus) in se je razširilo spredaj nad nadrejeno in spodnjo čelno giri, pri čemer se je zadnji predel razvijal. Frontalni pol je obratno dozorel približno v isti starosti kot primarna motorična skorja. V zadnji polovici možganov se je zorenje začelo v primarnem senzoričnem območju, razširilo se bočno čez preostali del parietalnega režnja. Podobno kot frontalni pol je okcipitalni pol zrel zgodaj. Zadnje dozorele so stranske temporalne režnje.

Tako se zaporedje, v katerem je dozorela skorja, ujema z regionalno pomembnimi mejniki kognitivnega in funkcionalnega razvoja. Deli možganov, povezani z bolj osnovnimi funkcijami, so zoreli zgodaj: najprej so zoreli motorični in senzorični možganski predeli, nato so sledila območja prostorske orientacije, govora in jezikovnega razvoja ter pozornosti (zgornji in spodnji parietalni reženj). Pozneje so zrela področja, ki so vključena v izvršilno funkcijo, pozornost in motorično koordinacijo (čelni reženji). Čelna polovica, ki sodeluje pri predelavi okusa in vonja, in okcipitalna polovica, ki vsebuje primarno vidno skorjo, sta tudi dozorela zgodaj, kot je bilo pričakovano. To zrelo zaporedje se je odražalo tudi v starosti najvišjih vrednosti najvišjih vrednosti gensko spremenjenih snovi, ki se povečujejo z razvojem napredka (Sl. 1 A – D in H – J). Vizualno sta prefrontalna skorja in inferiorna parietalna skorja na levi strani dozorela prej kot ustrezne regije na desni strani, kar je lahko posledica dejstva, da je večina otrok v tem vzorcu desničarjev, levo-prevladujoča polobla, ki zori zgodaj.

Temporalni reženj je sledil izrazitemu vzorcu zorenja. Časovni drogovi so zoreli zgodaj. Večina preostalega časovnega režnja je zorela v starostnem obdobju tega vzorca, razen majhnega območja v zadnjem delu STG, za katerega se zdi, da je dozorel zadnji. Pri ljudeh se temporalna skorja, zlasti zadnjični del nadrejenega temporalnega sulkusa, vrhunski temporalni gyrus in srednji temporalni gyrus, šteje kot mesto heteromodalnih asociacij (skupaj s predfrontalnimi in inferiornimi parietalnimi kortikli) in sodeluje pri integraciji spomina oz. avdiovizualne povezave in funkcije za prepoznavanje predmetov (31-34). Tako časovna skorja še naprej dozoreva po drugih asociacijskih področjih, katerih funkcije, ki jih združuje, so razmeroma razvite.

Filologenetsko nekatere najstarejše kortikalne regije ležijo na spodnji možganski površini v medialnem aspektu temporalnega režnja (na primer zadnji del piriformne skorje in entorhinalna skorja) ali na spodnjem in medialnem vidiku čelnega režnja v bližini kavdalen konec olfaktornega sulkusa (sprednja piriformna skorja in orbitalni perialkortex) (35-37). Zdi se, da se je postopek zorenja v bližini teh območij začel (ontogenetsko) zgodaj že v starosti 4 let, kot kažejo linearne ali ravne ploskve (Sl. 2 S in T). Z teh območij zorenje počasi napreduje bočno. V spodnjem čelnem korteksu sta medialni in zadnjični del olfaktornih kortiksov zorela zgodaj, medtem ko so orbitofrontalni kortikli dozorevali pozneje. V preostalem delu spodnjega temporalnega režnja se je zorenje pojavilo kasneje in v nekoliko bočno-medialni smeri. Pri sesalcih so spodnja temporalna skorja skupaj z deli STG, posteriorno parietalno skorjo in prefrontalno skorjo združitvena območja visokega reda, ki so tudi najnovejša evolucijsko (38, 39). Naše opazovanje teh področij, ki se pozneje dozorevajo, lahko kaže, da kortikalni razvoj do neke mere sledi evolucijskemu zaporedju.

Natančen postopek, na katerem temelji izguba GM, ni znan. Cerebralna bela snov se v prvih štirih desetletjih poveča zaradi aksonske mijelinizacije (40) in lahko delno razloži opaženo izgubo gensko spremenjenih organizmov (41, 42). Čeprav bi lahko spremembe v vzorcih zložljivega in žiralnega zvijanja ali drugi nenatrofni procesi, kot je dehidracija, vplivali na gostoto GM, primarni vzrok za izgubo gostote GM ni znan. Špekuliramo, da ga lahko vsaj delno poganja postopek sinaptičnega obrezovanja (43) skupaj s trofičnimi glijalnimi in žilnimi spremembami in / ali krčenjem celic (44). Tako so razlike v zorenju gensko spremenjenih celic lahko posledica osnovnega heterohronega sinaptičnega obrezovanja v skorji, kot je bilo prikazano v možganski kortikalni razvoju primatov in človeka (18, 45-48). Zanimivo je, da v čelni skorji dorsolateralna prefrontalna skorja dozori, kar sovpada s kasnejšo mielinizacijo, kar kaže na to, da se mielinacija obrezovanja lahko pogosto pojavi vzporedno.

Te ugotovitve imajo lahko klinične posledice. Na primer, avtizem, ki se je pojavil pred starostjo 3 let, kaže na globalno možgansko hiperplazijo v prvih 2 letih življenja (49) in večji frontalni in časovni obseg GM v letih 4, čemur sledi počasnejša rast v teh regijah po letih 7 (50, 51). Shizofrenija, ki se je začela v otroštvu, s povprečno starostjo nastanka okrog starosti 10 let, je povezana s presenetljivo parietalno izgubo GM, ki napreduje v mladosti v mladostništvu na način, ki se vrača od spredaj naprej (52), ker je shizofrenija pri odraslih (bolj tipična oblika) močneje povezana s primanjkljajem v poznejšem zorenju časovne in čelne regije (53-55) in je povezana s selektivnimi nepravilnostmi heteromodalnih regij (29). Tako so lahko te nevrorazvojne motnje vsaj delno odvisne od sprememb v stopnji ali časovnem obdobju osnovnega dozorevanja.

Obseg sprememb v nekaterih kortikalnih regijah je zelo pomemben in skladen s stopnjami rasti in izgube, ugotovljenimi v naših predhodnih longitudinalnih študijah. V prejšnjem poročilu (28), smo razvili pristop, ki je uporabil tenzorsko kartiranje za merjenje lokalnih stopenj rasti in izgube tkiva na lokalni ravni v anatomiji kaudata in žlezdastega telesa. V zelo majhnih regijah teh struktur so lokalne stopnje rasti presegle 40% na leto, lokalne izgube tkiva pa so v majhnih regijah bazalnih ganglij dosegle 40% na leto. Zaradi povečane prostorske ločljivosti so največje krajevne hitrosti sprememb, ki jih dobimo iz pristopov anatomskih preslikav, pogosto večje od tistih, ki smo jih dobili v volumetričnih študijah anatomsko ločenih možganskih struktur. Na primer ocena lobarskih volumnov lahko povprečno poveča stopnjo rasti ali izgube tkiva v veliki strukturi, najvišje stopnje volumskih sprememb pa se ustrezno zmanjšajo. Celični substrat za te kortikalne spremembe je lahko kombinacija mielinacije, dendritičnega obrezovanja in sprememb gostote pakiranja nevronov, glial, vaskular in nevrita v različnih kortikalnih laminah. Lahko se spremenijo tudi relaksometrične lastnosti signala MRI, ki temelji na osnovni vsebnosti vode. Mielinacijska komponenta lahko povzroči zelo velike neto odstotne spremembe kortikalnih volumnov v obdobju več let, zlasti kadar so ocenjene količine razmeroma majhne.

V tej študiji obstaja več omejitev. Te analize temeljijo na pregledih 52, v katerih so bili ustvarjeni anatomski modeli 1,976, ki dajejo dovolj moči za sledenje sprememb, vendar so samo od otrok 13. Poleg tega gre za nereprezentativno populacijo s povprečnim IQ 125, kar odraža pristranskost napotkov študije Nacionalnega inštituta za duševno zdravje. Predpobertalnega dobička nam ni uspelo zajeti v časovnem zaporedju filmov, čeprav je bilo to hitro prikazano v grafih mešanega modela. Prav tako razlik med spoloma pri zorenju možganov ni bilo mogoče raziskati, saj je v vzorcu le šest moških in sedem samic. Vendar pa naše ugotovitve odkrivajo ključne podatke o maturitetnem zaporedju zgodnjega razvoja možganov in njegovem odnosu do funkcionalnih in evolucijskih mejnikov.

Dodatni material

Priznanja

Opombe

Reference