PLoS Një. 2014; 9 (1): e84914.
Abstrakt
Dëshmitë nga studimet anatomike dhe funksionale të imazhit kanë theksuar modifikimet e mëdha të qarqeve kortikale gjatë adoleshencës. Këto përfshijnë reduktimin e materies gri (GM), rritjet në myelimin e lidhjeve kortiko-kortikale dhe ndryshimet në arkitekturën e rrjeteve të mëdha corticale. Megjithatë, është e paqartë se si proceset zhvillimore në zhvillim ndikojnë në palosjen e korteksit cerebral dhe se si ndryshimet në gyrifikim kanë të bëjnë me maturimin e volumit GM / WM, trashësisë dhe sipërfaqes. Në studimin aktual, ne kemi marrë të dhëna rezonancë magnetike me rezolucion të lartë (3 Tesla) nga subjektet e shëndetshme 79 (meshkujt 34 dhe femrat 45) në mes të moshave të 12 dhe 23 vite dhe kryen analiza të tërësishme të trurit të modeleve të palosjes kortizale me indeksi i zhdukjes (GI). Përveç vlerave të miratuara nga qeveria, morëm vlerësime të trashësisë kortizale, sipërfaqes, vëllimit të GM dhe boshllëkut (WM) që lejoi korrelacionin me ndryshimet në gyrifikim. Të dhënat tona tregojnë reduktime të theksuara dhe të përhapura në vlerat GI gjatë adoleshencës në disa rajone kortikale të cilat përfshijnë zonat precentral, temporal dhe frontal. Zvogëlimi i gyrifikimit përputhet vetëm pjesërisht me ndryshimet në trashësinë, vëllimin dhe sipërfaqen e GM dhe karakterizohen përgjithësisht nga një trajektore lineare zhvillimore. Të dhënat tona sugjerojnë se reduktimet e vëzhguara në vlerat e miratuara nga qeveria përfaqësojnë një modifikim tjetër të rëndësishëm të korteksit cerebral gjatë maturimit të vonë të trurit që mund të lidhet me zhvillimin kognitiv.
Prezantimi
Një pjesë e madhe e punës gjatë dy dekadave të fundit ka theksuar rëndësinë e adoleshencës për maturimin e vazhdueshëm të qarqeve kortikale [1]-[3]. Duke filluar me vëzhgimin e Huttenlocher [4] e zvogëlimeve të shënuara në numrin e kontakteve sinaptike, studimet e imazheve të rezonancës magnetike (MRI) kanë zbuluar reduktime të theksuara në vëllimin dhe trashësinë e materies gri (GM) [5], [6]. Në të kundërt, sasia e materialit të bardhë (WM) është treguar të rritet si rezultat i përmirësimit të mylinacionit të lidhjeve kortiko-kortikale [7]-[10]. Hulumtimet më të fundit kanë treguar se modifikimet në GM / WM shtrihen në dekadën e tretë të jetës [11], [12] dhe të përfshijë ndryshime në organizimin në shkallë të gjerë të rrjeteve anatomike dhe funksionale [13]. Këto gjetje ofruan njohuri të reja në rëndësinë e adoleshencës si një periudhë kritike e zhvillimit të trurit njerëzor, i cili gjithashtu mund të mbajë gjurmë të rëndësishme për shfaqjen e çrregullimeve psikiatrike, të tilla si skizofrenia, të cilat shfaqen zakonisht gjatë tranzicionit nga adoleshenca deri në moshën e rritur [14], [15].
Ndërsa modifikimet në vëllimin e GM / WM janë karakterizuar gjerësisht, ekzistojnë dëshmi relativisht të pakta për ndryshimet maturuese në palosjen e sipërfaqes kortikale. Lëkura cerebrale tek njerëzit ka si një nga karakteristikat dalluese të saj një model shumë të komplikuar palosjen që të çon në një sipërfaqe të konsiderueshme të rritur korti. Për shembull, sipërfaqja e lëvore të njeriut është për mesatarisht dhjetë herë më e madhe se ajo e macakëve majmun por vetëm dy herë më i trashë [16]. Sipërfaqja e përmirësuar kortikale tek njerëzit mund të lidhet me shfaqjen e funksioneve më të larta njohëse për shkak të numrit të madh të lidhjeve neuroneve dhe cortiko-kortikal që mund të akomodohen.
Ekzistojnë dëshmi se modeli i palosjes kortikale është subjekt i ndryshimeve zhvillimore. Pas muajve 5 në utero, shfaqen palosjet kortizale dhe vazhdojnë të zhvillohen së paku në vitin e parë pas lindjes [17]. Gjatë fëmijërisë së hershme, shkalla e gyrififikimit rritet më tej dhe deri më tani është supozuar të stabilizohet më pas. Analizat post mortem nga Armstrong et al. [18], megjithatë, vërejti një mbivendosje të konsiderueshme në palosjen kortizale deri në vitin e parë pasuar nga një reduktim deri në moshën e rritur.
Ky gjetje mbështetet nga studimet e fundit të MRI që kanë hulumtuar vlerat e GI gjatë maturimit të trurit. Raznahan et al. [19] tregoi një rënie globale të gyrifikimit gjatë adoleshencës. Kohët e fundit, Mutlu et al. [20] tregoi se vlerat e GI-së ranë në mes të 6-29 moshës në kortet frontale dhe parietale e cila është në përputhje me të dhënat nga Su dhe kolegët [21] i cili aplikoi një qasje të re të matjes së zhdukjes drejt një mostre të vogël fëmijësh dhe adoleshentësh. Së fundmi, të dhënat nga Hogstrom et al. [22] sugjerojnë se modifikimet në gyrifikim vazhdojnë deri në pleqëri.
Në studimin e tanishëm, ne kërkuam të përshkruajmë tërësisht zhvillimin e gyrifikimit gjatë adoleshencës përmes hetimit të vlerave të të gjithë GI-së të trurit në të dhënat MRI. Përveç kësaj, kemi marrë parametra GM (trashësia kortikale, vëllimi dhe sipërfaqja) si dhe vlerësimet e volumit WM për të përcaktuar marrëdhëniet midis ndryshimeve të varura nga mosha në gyrifikimin dhe parametrat GM / WM. Rezultatet tona tregojnë një reduktim të gjerë të vlerave të miratuara nga qeveria, të cilat ndodhin në fushat mbivendosëse, por edhe të dallueshme të ndryshimit të GM-së, si në rajonet precentral, temporal dhe frontal, të cilat theksojnë modifikimin e vazhdueshëm anatomik të korteksit cerebral gjatë adoleshencës.
Materialet dhe Metodat
Pjesëmarrësit
Pjesëmarrësit e djathtë 85 (36 meshkuj dhe femra 49) midis moshave 12 dhe 23 vite u rekrutuan nga shkollat e mesme lokale dhe nga Universiteti Goethe në Frankfurt dhe u shqyrtuan për praninë e çrregullimeve psikiatrike, sëmundjeve neurologjike dhe abuzimit të substancave. Pëlqimi i informuar me shkrim është marrë nga të gjithë pjesëmarrësit. Për pjesëmarrësit më të vegjël se 18 vjet, pëlqimi me shkrim është dhënë nga prindërit e tyre. Bateria e testimit të inteligjencës Hamburger-Wechsler (HAWI-E / K) [23], [24] u krye. Gjashtë pjesëmarrës u përjashtua nga shkaku i mungesës ose i të dhënave MRI të paplota. Studimi u miratua nga bordi i etikës i Universitetit Goethe Frankfurt.
MR Acquisition Data
Imazhet strukturore të rezonancës magnetike u siguruan me një skaner 3-Tesla Siemens Trio (Siemens, Erlangen, Gjermani), duke përdorur një spirale kokë CP për transmetimin e RF dhe marrjen e sinjalit. Ne kemi përdorur një sekuencë tre-dimensionale (1D) të ponderuar T3 me shpejtësi të përshpejtuar të grumbullimit të shpejtë (MPRAGE) me parametrat e mëposhtëm: përsëritja e kohës (TR): 2250 ms, koha echo (TE): 2.6 ms. (FOV): 256 × 256 mm3, feta: 176 dhe një madhësi voxel e 1 × 1 × 1.1 mm3.
Rindërtimi i sipërfaqes
MRI-të dhënat u përpunuan me tubacion sipërfaqësor dhe vëllimi të versionit të softuerit FreeSurfer 5.1.0 (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) [25], [26] dhe vlerësimet e trashësisë kortikale, volumit GM- dhe WM-, sipërfaqes cortical sipërfaqësore, indeksin e zhdukjes lokale 3-D (lGI) dhe volumit të vlerësuar intrakranial (eTIV). Tubacioni standard FreeSurfer u ndoq dhe automatikisht rindërtuar sipërfaqet u inspektuan për saktësinë dhe nëse është e nevojshme, u përdorën ndërhyrjet manuale duke përdorur mjetet korrektuese FreeSurfer.
Pre-përpunimi përfshinte transformimin Talairach, korrigjimin e lëvizjes, normalizimin e intensitetit, heqjen e indit të trurit, segmentimin dhe tessellimin e kufirit të lëndës gri dhe të bardhë, korrigjimin automatik të topologjisë dhe deformimin e sipërfaqes dhe është përshkruar më në detaje gjetkë [25], [27]-[29]. Përveç kësaj, një regjistrim atlas i sferës, inflacioni dhe një ndarje e gurtë / sulcal e sipërfaqes kortikale u krye për analizat ndër-individuale të cilat dhanë zonat cortical 33 për hemisferën [30].
Trashësia kortizale, Zona Sipërfaqësore e Kortikalit dhe vëllimi GM
Trashësia kortizale është matur si distanca ndërmjet kufirit WM dhe sipërfaqes së materies GM në secilën pikë (kulmi) në sipërfaqen e tesselated [27]. Harta e zonës së sipërfaqes kortikale u krijuan nëpërmjet vlerësimeve të zonës së çdo trekëndëshi në një sipërfaqe të standardizuar [31]. Vlerësimet e zonës u mapuan përsëri në hapësirën individuale të kortikalit me anë të regjistrimit të atlasit sferik [32]. Kjo dha vlerësimet e vertex-by-vertex të zgjerimit relative ose compression relative [33]. Vlerësimet e vëllimit GM janë nxjerrë nga masat e trashësisë së korteksit dhe zona rreth kulmit përkatës në sipërfaqen cortical [34].
Indeksi i zmadhimit lokal 3-D (lGI)
Është llogaritur një 3-D lGI [35] e cila është përdorur në studimet e mëparshme MR [36], [37]. Shkurtimisht, lGI përfshin një rindërtim 3-D të sipërfaqes cortical ku shkalla e gyrifikimit përcaktohet si sasia e sipërfaqes së korteksit varrosur brenda foldave sulcal krahasuar me sasinë e korteksit të dukshëm në rajonet rrethor me interes [38]. Në hapin e parë, një sipërfaqe e jashtme e trekëndëshit e cila përfundon fort sipërfaqen e kaltër u krijua nëpërmjet një procedure mbyllëse morfologjike. Pas konvertimit të rrumbullakët në një vëllim binar, ne përdorëm një diametër prej 15 mm për të mbyllur sulqet kryesore për gjenerimin e sferës [35]. Për krijimin e rajonit rrethore me interes (ROI), ne zgjedhim një rreze 25 mm për të përfshirë më shumë se një sulcus për të marrë një rezolucion optimal [38]. Vlerat fillestare të një kulme u përcaktuan si raport midis sipërfaqes së ROI-ve të jashtme dhe sipërfaqes në sipërfaqen e kaltër. Për krahasime statistikore, vlerat e jashtme lGI u hartuan përsëri në sistemin individual të koordinatave, i cili reduktoi anomalivin sulcal interindividual [35].
MM-volum
Vlera rajonale e WM-së nën zonat paralele GM të parceluara u llogaritën. Çdo voxel i bardhë i emrit ishte i etiketuar në GM-voxel më të afërt cortical me një limit distancë prej 5 mm duke rezultuar në 33 WM-volumet e zonave përkatëse GM nominal 33 gyral [39] e cila është përdorur në studimet e mëparshme [9], [40].
Vëllimi i vlerësuar intracranial (eTIV)
Vëllimi i vlerësuar intracranial (eTIV) në tubacionin FreeSurfer është nxjerrë nga një procedurë e normalizimit të atlasit. Përmes Faktorit të Shkallëzimit Atlas (ASF), i cili përfaqëson një faktor të shkallëzimit të volumit që përputhet me një individ me një objektiv të atlasit, u kryen llogaritjet e secilit eTIV [41].
Analiza statistikore
Hapat e analizave janë përmbledhur në Figura 1. Sipërfaqet e hemisferës së djathtë dhe të majtë të të gjithë pjesëmarrësve të 79 ishin mesatarisht dhe sipërfaqet individuale u riemëruan në sistemin mesatar sferik të koordinatave. Për të rritur sinjalin ndaj raportit të zhurmës, ne përdorëm gjerësinë e plotë 20 mm me gjysmën maksimale (FWHM) për zbutjen e vlerës së trashësisë kortikale, volumin GM dhe sipërfaqen cortical dhe 5 mm FWHM për lGI.
Në hapin e parë, ne kemi hulumtuar vlerat lGI të tërë trurit, trashësinë kortizale, sipërfaqen cortical dhe vëllimin e GM në një analizë vertex-by-vertex. Modeli i Përgjithshëm i Linjës (GLM) është përdorur për të analizuar efektin e moshës në parametrat e ndryshëm anatomikë (lGI, trashësia cortical, sipërfaqja cortical dhe vëllimi GM). Të gjitha analizat janë kryer gjatë kontrollit për efektet e gjinisë dhe eTIV. Ne kemi përdorur një qasje të rreme të zbulimit (FDR) [42] për të korrigjuar krahasimet e shumta me një kriter për trashësinë kortizale, sipërfaqen dhe vëllimin GM të q0.05 dhe q 0.005 për vlerësimet e lGI. Pragjet e ndryshme statistikore u zgjodhën për shkak të ndryshimeve të gjera, të varura nga mosha në vlerat lGI krahasuar me trashësinë kortizale, sipërfaqen cortical dhe volumin GM. Përveç kësaj ne analizuam moshën2 dhe mosha3 efektet për të gjitha parametrat anatomike të cilat janë kontrolluar për ndikimin e moshës, gjinisë dhe eTIV.
Për të marrë vlerësime të madhësisë së zonës, ne kemi zgjedhur vertices me vlerat më të mëdha lGI dhe koordinatat e tyre përkatëse Talairach dhe zbatuar funksionin automatik mri_surfcluster në FreeSurfer (http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/mri_surfcluster) Përveç kësaj, Cohen-së d [43] (12-14, n = 13) dhe grupi më i vjetër pjesëmarrës (mosha: 21-23, n = 18) është marrë për zonat e trurit me variablat më të mëdha të varur nga mosha. Madhësitë e efekteve janë raportuar në legjenda figura.
Në një hap të dytë, kemi ekzaminuar koeficientët e korrelacionit Pearson midis efekteve të varura nga mosha lGI dhe ndryshimeve në trashësinë e kortikalit, sipërfaqes së kortikalit dhe vëllimit të GM / WM. Për të përfshirë të dhënat e vëllimit WM, u kryen analiza rajonale të bazuara në parcela. Katër kulme nga analizat kulm pas kulme për hemisferë me efekte të theksuara të moshës-lGI (pragu statistikor p <10-4) u caktuan në zonat e bazuara në FreeSurfers gyral [30] dhe për etiketat përkatëse do të thotë trashësi cortical, GM / WM-volum dhe sipërfaqe cortical sipërfaqe janë nxjerrë.
Rezultatet
Vertex-nga-vertex analizat e ndryshimeve të varur nga mosha në lGI
Vlera e lGI-së u zvogëlua me moshën në grupet 12 në të majtën dhe grupimet 10 në hemisferën e djathtë (FDR në 0.005) (Figura 2 and3,3, Tabela 1). Zonat e trurit me ulje më të madhe të lGI-së u lokalizuan në precentralin e majtë (madhësia e zonës = 22211.63 mm2, p = 10-8.42, BA 6 dhe 7), majtas superior-frontal (madhësia e zonës = 3804.76 mm2, p = 10-5.69, BA 10), majtas inferior-kohor (madhësia e zonës = 2477.53 mm2, p = 10-4.61, BA 19, 20 dhe 37), majtas orbitofrontal lateral (madhësia e zonës = 1834.36 mm2, p = 10-4.45, BA 47 dhe 11) dhe korteksit të drejtë precentral (madhësia e zonës = 12152.39 mm2, p = 10-7.47, BA 6 dhe 7), pars drejtë triangularis (madhësia e zonës = 271.76 mm2, p = 10-4.57, BA 10 dhe 46), e drejta rostral-middlefrontal (madhësia e zonës = 1200.69 mm2, p = 10-4.57, BA 9) dhe parietal superior (madhësia e zonës = 1834.36 mm2, p = 10-4.26, BA 19 dhe 39). Nuk ka pasur efekte domethënëse të gjinisë për ndryshimet në vlerat lGI në një FDR në 0.005 dhe reduktimet e lidhura me moshën në gyrifikim pasuan trajektoret jolineare (kubike) (Figura 3).
Analizat e vertex-by-vertex të ndryshimeve të varur nga mosha në Trashësia e Kortikalit, Sasia e Vëllimit GM dhe Sipërfaqja Kortikal
Trashësia kortizale ulet më dukshëm në sipërfaqen e përparme (madhësia e zonës = 2608.63 mm2, p = 10-7.13, BA 6, 8 dhe 9) dhe rostral-mes-frontal (madhësia e zonës = 12859.08 mm2, p = 10-6.08, BA 11, 44, 45 dhe 46) në hemisferën e majtë dhe në grupin precentral në hemisferën e djathtë (madhësia e zonës = 14735.38 mm2, p = 10-6.16, BA 6, 44 dhe 45) (Figura 4). Rënia e trashësisë së korteksit mund të përshkruhet nga një trajektore kubike (R2 = 0.191 për pjesën e majtë rostrale-mes-ballore, R2 = 0.126 për superiore-frontale të majtë dhe R2 = 0.134 për grupe të drejta precentrale). Për më tepër, kemi gjetur ulje bilaterale të varur nga mosha, në vëllimin e GM, të cilat u lokalizuan në front-superior (madhësia e zonës = 45212.15 mm2, p = 10-7.60, BA 6, 8 dhe 9) në hemisferën e majtë dhe pars orbitalis (madhësia e zonës = 19200.11 mm2, p = 10-6.68, BA 44, 45 dhe 47) dhe në inferior-parietal (madhësia e zonës = 16614.72 mm2, p = 10-5.03 BA 19 dhe 39) lob i hemisferës së djathtë (Figura 4). Reduktimet e vëllimit të GM-së ndoqën trajektoret kubike (R2 = 0.132 për epror-frontal të majtë, R2 = 0.185 për pars orbitalis të djathtë dhe R2 = 0.204 për tufat parietale të djathtë inferiore).
Për sipërfaqen, kemi gjetur një reduktim të ndjeshëm në precentral (madhësia e zonës = 2296.99 mm2, p = 10-9.64, BA 4), frontal mesatar caudal (madhësia e zonës = 609.mm2, p = 10-6.03, BA 6) dhe supramarginal (madhësia e zonës = 1647.24 mm2, p = 10-4.88, BA 22) në hemisferën e majtë. Sipërfaqja u zvogëlua në hemisferën e djathtë më të dukshme në precentral (madhësia e zonës = 1371.37 mm2, p = 10-6.34, BA 4), parietal inferior (madhësia e zonës = 1248.36 mm2, p = 10-5.99, BA 7) dhe parietal superior (madhësia e zonës = 652.77 mm2, p = 10-4.11, BA 7) cortices (Figura 4). Reduktimet në sipërfaqe u përshkruan më së miri nga një trajektore kubike (R2 = 0.095 për precentralin e majtë, R2 = 0.026 ballore majtas kaudale-mesme, R2 = 0.024 supramargjinale e majtë, R2 = 0.116 hemisferën e djathtë, R2 = 0.156 epror-parietal i djathtë dhe R2 = 0.046 për grupe të drejta precentrale). Asnjë efekt i rëndësishëm i gjinisë nuk u gjet për ndryshimet në trashësinë kortikale, vëllimin e GM dhe sipërfaqen në një FDR në 0.005
Korrelacionet ndërmjet Gyrifikimit, Trashësisë Kortikalë, Sipërfaqes dhe GM / WM-Volume
Për të testuar marrëdhëniet midis vlerave të lGI dhe ndryshimeve në GM / WM, u përzgjodhën zonat 8 me ndryshimet më të mëdha të varësisë në gyrifikim dhe vlerat lGI u korreluan me trashësi kortizale, sipërfaqe cortical dhe GM / WM-VolumeFigura 5, Tabela 2). Ne gjetëm korrelacione të mëdha dhe pozitive midis sipërfaqes së sipërfaqes kortizale dhe vëllimit GM me vlera lGI. Një raport i tillë nuk u gjet për korrelacion midis trashësisë cortical dhe vlerësimeve të lGI. Rritja e volumit të WM gjithashtu tregoi një marrëdhënie të konsiderueshme, edhe pse më të dobët sesa vëllimi i GM-së dhe sipërfaqja me zmadhim të shtuar në disa rajone ballore dhe në korteksin parietal.
Marrëdhëniet jo-lineare ndërmjet ndryshimeve në parametrat anatomikë dhe moshës: Analizat e vertex-by-vertex
LGI
Ne kemi gjetur 16 (hemisferën e majtë) dhe 7 Clusters (hemisferë) ku mosha2 dhe lGI ishin të lidhura negativisht (Figura S1). Mosha më e fortë 2 efektet në lGI u lokalizuan në pjesën e majtë superiore-frontale (madhësia e zonës = 2147.01 mm2, p = 10-5.48, BA 8, 9 dhe 10), e majta parietale e majta (madhësia e zonës = 5233.35 mm2, p = 10-4.51, BA 1, 2, 3, dhe 4) dhe kanë mbetur në pjesën e jashtme (madhësia e zonës = 243.34 mm2, p = 10-3.80, BA 17). Për hemisferën e duhur, efektet u vëzhguan në një rajon precentral (madhësia e zonës = 1165.59 mm2, p = 10-4.81, BA 1, 2, 3, 4 dhe 6), postcentral (madhësia e zonës = 465.07 mm2, p = 10-3.53, BA 1, 2 dhe 3) dhe në kortikalet superiorfront (madhësia e zonës = 330.55 mm2, p = 10-3.48, BA 8).
Efektet kubike të moshës në lGI u gjetën në 18 (hemisferën e majtë) dhe 7 Clusters (hemisferën e djathtë). Rajonet me efektet më të forta kubike u lokalizuan në një sipërfaqe të madhe të përparme (madhësia e zonës = 5598.96 mm2, p = 10-6.54, BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 dhe 47), superior-parietal (madhësia e zonës = 11513.02 mm2, p = 10-6.11, 1, 2, 3, 4, 5 dhe 6) dhe pericalcarine (madhësia e zonës = 7 mm2, p = 10-3.73, BA 17) për hemisferën e majtë. Në hemisferën e djathtë, mosha më e fortë kubike dhe marrëdhëniet e lGI u gjetën në një precentral (madhësia e zonës = 5862.33 mm2, p = 10-5.52, BA 6, 4, 5 dhe 7), kaudal-mesatar (madhësia e zonës = 503.66 mm2, p = 10-3.56, BA 8 dhe 9) dhe grupi mesatar (madhësia e zonës = 152.44 mm2, p = 10-2.98, BA 21).
GMW
moshë2 efektet mbi GMV ishin të kufizuara në hemisferën e majtë (Figura S2). Efektet më të forta janë parë në pjesët e zgjatura të pars opercularis (madhësia e zonës = 630.89 mm2, p = 10-4.35, BA 13, 44 dhe 45), paracentral (madhësia e zonës = 495.23 mm2, p = 10-4.11, BA 4, 6 dhe 31) dhe inferiore-parietale (madhësia e zonës = 144.45 mm2, p = 10-3.71, BA 39 dhe 22).
Efektet e moshës kubike në GMV ishin të vendosura në kortikalet 3 në hemisferën e majtë. Një grumbull në pjesët e pasme të gingers cinguli (madhësia e zonës = 175.00 mm2, p = 10-4.55, BA 31), një pjesë e gyrus inferior frontalis-pars opercularis- (madhësia e zonës = 124.78 mm2, p = 10-4.25, BA 44) dhe brigjet e sulkut sipëror të përkohshëm (madhësia e zonës = 7.12 mm2, p = 10-3.61, BA 39) u karakterizuan nga një moshë e konsiderueshme3 dhe lidhja e lGI (Figura S2).
CT / SA: Nuk ka moshë të konsiderueshme2/ Mosha3 efektet që kemi gjetur për CT dhe SA.
Diskutim
Rezultatet e studimit tonë nxjerrin në pah ndryshimet e përhapura në modelin e gyrifikimit të korteksit cerebral gjatë adoleshencës. Pas vdekjes [18] dhe studimet MRI [19]-[21] tregoi një ulje të vlerave të lGI gjatë periudhave të mëvonshme të zhvillimit, por niveli i ndryshimit, rajonet e trurit të përfshirë dhe marrëdhënia me procesin anatomik në harmoni kanë mbetur të paqarta. Sferat kortikale të cilat u karakterizuan nga reduktimet më të forta të vlerave të lGI-së ishin rajonet precentral, temporal dhe frontal. Këto zona të trurit u mbivendosën vetëm pjesërisht me regjione të karakterizuara nga ndryshimet në GM dhe madhësitë e efektit ishin në rang dhe më lart për trashësi cortical dhe vëllim GM, duke sugjeruar që modifikimet e vërejtura në gyrifikim paraqesin një shtesë, modifikim të rëndësishëm të korteksit cerebral gjatë adoleshencës.
Rajonet Kortike të IGl-Ndryshimet
Rajoni më i madh kortikal i karakterizuar nga reduktimet në gyrifikim ishte një grumbull në korteksin precentral që përfshinte BA 3, 6 dhe 7. Në krahasim, ndryshimet në trashësinë dhe vëllimin e GM u përqendruan në frontale (BA 8 dhe 9) dhe kortale të përkohshme (BA 20 dhe 21), që është në përputhje me të dhënat nga studimet e mëparshme gjatësore [6] por u mbivendos vetëm pjesërisht me vlera të ulura të lGI-së.
Megjithëse grupi precentral, i cili shtrihet në gyrus para / post qendror, gyrus supramarginal, si dhe në korteksin parietal të lartë, ka qenë më pak i përfshirë vazhdimisht në maturimin e trurit adoleshent, ka prova që sugjerojnë që këto zona të trurit mund të lidhen me ndryshime të vazhdueshme në njohjen dhe sjelljen. Një studim i kohëve të fundit nga Ramsden et al. [44] tregoi se luhatjet në inteligjencën gjatë adoleshencës janë të lidhura ngushtë me ndryshimet e GM-së në rajonet e majtë të motorit të të folurit. Ngjashëm, ekziston një përmirësim i vazhdueshëm në lëvoren motorike siç tregohet nëpërmjet studimeve me stimulim transkranial magnetik (TMS) [45] dhe EEG [46]. Së fundmi, BA 7 është kritike për zhvillimin e rrjeteve kortikale nën funksionet më të larta njohëse gjatë adoleshencës, siç është memoria e punës (WM), sepse aktiviteti BOLD në korteksin parietal superior tregon rritje të ndjeshme zhvillimore gjatë manipulimit të artikujve WM [47].
Një rajon i dytë me ndryshime të theksuara në vlerat IGl ishte korteksia frontale e cila ka qenë vazhdimisht e lidhur me ndryshimet në anatominë dhe sjelljen gjatë adoleshencës. Në këtë studim, u gjetën vlera të ulëta të lGI-së në polin ballore (BA 10), korteksin orbitofrontal (BA 11) dhe gyrusin e poshtëm ballor (BA 47). Një pjesë e madhe e punës ka treguar se këto rajone janë përfshirë në mënyrë qendrore në modifikimet e sjelljes gjatë adoleshencës, siç janë përmirësimet në frenimin njohës [48], marrja e rrezikut [49] dhe mentalizimi [50].
Së fundi, reduktime substanciale në gyrifikim u gjetën në një grumbull që korrespondon me BA 19, 20 dhe 37 të cilat përfshijnë zona të hershme vizuale dhe rajone cortical dedikuar për njohjen e objektit. Përveç modifikimeve në funksionet më të larta njohëse, adoleshenca është gjithashtu e lidhur me përmirësimet në oscilimet nervore të nxitura nga stimujt e thjeshtë dhe kompleksë vizualë [51], [52] si dhe me maturimin e përpunimit të objekteve në rrjedhën e barkut [53].
Efekte të forta kuadratike të moshës në lGI u gjetën në grupet e sipërme të ballit superior (frontet BA 8, 9 dhe 10) dhe ballore të drejtëmispheric frontale (BA 8), që është në përputhje me një studim të mëparshëm nga (Hogstrom et al. [22]. Marrëdhëniet kubike të moshës-lGI janë të lokalizuara në pjesën e përparme të majtë (BA 8, 9, 10, 11, 45, 46 dhe 47), superior-parietal (BA1, 2, 3, 4, 5, 6), të drejtë caudal-middlefrontal (BA 7 dhe 8) dhe mesme-tokësore (BA 9) fusha.
Të dhënat aktuale japin një perspektivë të re në rajonet e përfshira në zhvillimin e zhdukjes gjatë adoleshencës të cilat në përgjithësi karakterizohen nga një trajektore lineare zhvillimore me disa rajone që tregojnë efekte curvilineare dhe kubike. Studime të mëparshme me madhësi më të vogla të mostrës [20], [21] identifikuar kryesisht ndryshimet në vlerat e GI-së në rajonet temporale, parietale dhe ballore. Përveç kësaj, Mutlu dhe kolegët [20] vëzhguar një ulje më të lartë të lGI me moshën në meshkuj sesa femrat në zonat paraballore të cilat nuk u konfirmuan nga studimi aktual.
Zhvillimi i Folding Cortical gjatë Adoleshencës: Lidhja me GM / WM-ndryshim
Disa mekanizma janë propozuar për ndryshimet në gyrifikim gjatë zhvillimit [54]. Van Essen [55] sugjeroi që modeli palosës i korteksit cerebral mund të shpjegohet nga tensioni mekanik përgjatë akseve. Sipas kësaj teorie, formimi i gyrit është rezultat i forcave mekanike midis rajoneve të lidhura ngushtë, pasi tensioni tërheq së bashku rajonet e ndërlidhura fort. Përveç kësaj, llogaritë alternative theksuan rolin e rritjes diferenciale midis shtresave të brendshme dhe të jashtme cortical [17]. Së fundmi, ka dëshmi se palosja korale është nën kontroll gjenetik [56] dhe se dallimet gjinore ekzistojnë në korteksin e pjekur [57].
Ndërsa studimi i tanishëm nuk lejon njohuri në mekanizmat që i nënshtrojnë reduktimet në gyrifikim gjatë adoleshencës, krahasimi me ndryshimet në parametrat GM dhe WM mund të jetë e rëndësishme për pyetjen nëse ndryshimet e vërejtura në palosjen e kortikalit ndikohen nga modifikimet anatomike në vazhdim. Një gjetje e rëndësishme e studimit të tanishëm është se reduktimet në vlerat lGI ndodhin në rajonet kortikale të cilat dallohen në masë të madhe nga reduktimet në vëllimin dhe trashësinë e GM. Korrelacionet midis vlerave lGI në rajonet të cilat karakterizohen nga zvogëlime të theksuara të moshës dhe parametrave GM / WM, sugjerojnë megjithatë se shkalla e palosjes kortizale megjithatë lidhet me vëllimin GM dhe sipërfaqen. Në mënyrë të veçantë, kemi vërejtur një marrëdhënie pozitive në mes të vlerave në rritje të lGI-së me sipërfaqen dhe vëllimin e GM. Interesante, kjo nuk ishte rasti për trashësinë e GM. Së fundi, vëllimi i WM-së gjithashtu kontribuoi në vlerat më të larta të lGI në 5 nga rajonet e korteksit 7.
Gyrifikimi, Sjellja dhe Psikopatologjia
Përkundër reduktimeve të mëdha në palosjen e kortikozës gjatë adoleshencës dhe madhësive të mëdha të efekteve të lidhura me vlerat e ulëta të lGI-së, mbetet të përcaktohen implikimet për ndryshimet në njohjen dhe sjelljen gjatë adoleshencës. Hulumtimet e mëparshme kanë treguar se dallimet individuale në palosjen në korti në rajonet ballore ndikojnë në proceset ekzekutive në të rriturit [58] dhe modifikimet e sjelljes, të tilla si meditimi [59], ndikojnë në gyrifikimin, duke sugjeruar një rol të palosjes kortizale në njohuri dhe në plogështinë e pavarur nga përvoja.
Për më tepër, ekziston një numër i madh dëshmish që modelet e gyrifikimit janë të lidhura me psikopatologjinë e cila nënvizon rëndësinë e mundshme të kuptimit të ndryshimeve zhvillimore në gjykim dhe marrëdhënies me njohjen dhe sjelljen. Disa çrregullime të neuro-zhvillimeve, të tilla si Sindromi i Williamsit (WS) dhe çrregullimet e spektrit të autizmit (ASDs), shoqërohen me forma anormale të palosjes kortikale. Në mënyrë të veçantë, pjesëmarrësit me WS karakterizohen nga reduktime në thellësinë e sulkut në rajonet parieto-okcipitale të cilat janë të përfshira dukshëm në deficitet visuo-konstruktive [60]. Në të kundërt, modelet e zhdukjes në ASD karakterizohen nga rritja e palosjes në krahasim me fëmijët normalisht në zhvillim [61].
Skizofrenia është një çrregullim psikiatrik i rëndë me një fillim tipik gjatë tranzicionit nga adoleshenca deri në moshën e rritur, e cila gjithashtu përfshin një gabim të parregullt. Pas vdekjes [62] dhe studimet MRI [63], [64] vërehet një rritje në palosjen e kortizolit, sidomos në korteksin paraballor, i cili për më tepër është parashikues për zhvillimin e skizofrenisë në lëndët në rrezik [65]. Kohët e fundit, defekte të palosshme gjithashtu janë treguar të parashikojnë përgjigje të dobët trajtimi në psikozën e episodit të parë [66].
Për shkak se të dhënat tona sugjerojnë fuqishëm se palosja kortizale i nënshtrohet modifikimeve të mëdha gjatë adoleshencës, një mundësi është se përveç ndikimeve të hershme neuro-zhvillimore, zhvillimi jonormal i trurit gjatë adoleshencës kontribuon në anatominë aberrante të neokorteksit dhe manifestimin e disfunksioneve kognitive dhe simptomave klinike.
Përfundim
Gjetjet mbështesin pikëpamjen se adoleshenca përfshin ndryshime rrënjësore në arkitekturën e korteksit cerebral. Në mënyrë të veçantë, ne mund të tregojmë se modelet e palosshme kortizale i nënshtrohen një ndryshimi të theksuar që përfshin një reduktim të gyrifikimit nëpër zonat e mëdha të korteksit cerebral, veçanërisht në rajonet precentral, frontal dhe temporal. Studimet e ardhshme duhet të përcaktojnë rëndësinë funksionale të këtyre modifikimeve për ndryshime të njëkohshme në sjellje, njohje dhe fiziologji nëpërmjet korrelacioneve me të dhënat neuropsikologjike dhe metodat funksionale të imazhit të trurit, si fMRI dhe MEG.
Informacion mbështetës
Figura S1
Efektet jo lineare të moshës në indeksin e zhdukjes lokale (lGI) në një tru të tërë, analizat vertex-by-vertex projektuar mbi një trung template mesatare. Rreshti i parë: Mosha2 efektet ilustrohen për hemisferën e majtë (majtas) dhe hemisferën e djathtë (djathtas) nga pikëpamjet laterale dhe mediale. Rreshti i poshtëm: Korrelacionet ndërmjet moshës3 dhe lGI janë treguar për hemisferën e majtë (majtas) dhe të djathtë (djathtas) nga pikëpamjet laterale dhe mediale. Ngjyrat blu tregojnë një rënie të ndjeshme të vlerave të lGI me moshën në rritje, ndërsa ngjyrat më të ngrohta janë koduar për një rritje në lGI. Të gjitha analizat janë kryer duke kontrolluar për efektet e gjinisë, eTIV dhe moshës (lineare). Shënim: Nuk ka lidhje korrekte mes moshës3 dhe lGI u gjetën duke kontrolluar për efektet e gjinisë, eTIV, moshës (lineare) dhe moshës2.
(TIFF)
Figura S2
Efektet jolineare të moshës në GMV në një tru të tërë, analizat e vertex-nga-vertex projektuar mbi një trung template mesatare. Majtas: Mosha2 efekte në GMV për hemisferën e majtë nga këndvështrimi lateral dhe medial. E drejta: Efektet e moshës3 janë ilustruar për hemisferën e majtë nga këndvështrimi lateral dhe medial. Ngjyrat blu tregojnë një rënie të ndjeshme të GMV me moshën në rritje, ndërsa ngjyrat më të ngrohta janë koduar për një rritje në GMV. Të gjitha analizat janë kryer duke kontrolluar për efektet e gjinisë, eTIV dhe moshës (lineare). Shënim: Nuk ka lidhje korrekte mes moshës3 dhe GMV u gjetën duke kontrolluar për efektet e gjinisë, eTIV, moshës (lineare) dhe moshës2.
(TIFF)
Deklarata e Financimit
Referencat