Je, Cortex Yako Inazidi Kukua? (2011)

abstract

kuanzishwa

Tangu ujio wa katika-vivo uharibifu wa miundo, anatomy ya kamba iko chini ya uchunguzi wa makini, na kiasi cha cortical (CV) kuwa kielelezo cha msingi cha maslahi. Awali, masomo ya kuvuka sehemu imara imara uhusiano mazuri kati ya CV na mambo kama umri, ngono, uwezo wa kutambua na ugonjwa (Mechelli et al., 2005). Kisha, masomo ya muda mrefu ya kupima moja kwa moja mabadiliko ya anatomical yalionyesha kwamba (i) maendeleo ya kawaida ya CV yanafuata trajectory ya "inverted-U"Giedd et al., 1999) na (ii) katika hali hii, tofauti ya CV kwa hatua moja kwa wakati mara nyingi ni alama mbaya ya maturation ya ubongo, dimorphism ya kijinsia, na ugonjwa kuliko ugonjwa wa jinsi CV inavyobadilika kwa muda (Giedd na Rapoport, 2010). Pamoja na maendeleo haya, hata hivyo, mistari kadhaa ya ushahidi yamejiunga na kuonyesha kwamba CV ni kipimo cha "composite" cha anatomy ya cortical, ambayo inaunganisha (na hivyo inawezekana kuficha habari kuhusu) tabia kadhaa za kimwili zinazojitokeza za ubongo.

Kiwango cha kortical kinatambuliwa na vipimo viwili tofauti vya karatasi ya gamba - eneo la uso (SA), na unene wa gamba (CT). Eneo la uso pia linajumuisha eneo la uso wazi wa gamba au "eneo lenye ngozi" (CHA), na eneo la gamba lililofichwa kwenye sulci. Shahada ya sulcation inaweza kuhesabiwa kwa kuhesabu "fahirisi ya gyrification" (GI) - uwiano kati ya jumla ya SA na CHA (Van Essen na Drury, 1997). Kama CV (Schmitt et al., 2007), na mabadiliko ya CV (Brans et al., 2008), hizi phenotypes za nyuzi za aina tofauti, ambazo pamoja huamua CV, zote zinafaa sana (Panizzon et al., 2009; Rogers et al., 2010). Hata hivyo, vigezo tofauti vya CV hupata mageuzi tofauti (Rakic, 1995), maumbile (Panizzon et al., 2009; Raznahan et al., 2010b) na mkononi (Chenn na Walsh, 2002) michakato ambayo yote imefungwa kwa kipimo kimoja cha CV. Kwa mfano, magonjwa inasema (Raznahan et al., 2010a), vigezo vya kawaida vya maumbile (Joyner et al., 2009), na marekebisho ya mazingira (Park HJ, 2009) wote wanaweza kuwa na matokeo tofauti kwa vipengele tofauti vya CV.

Ingawa CHA, GI, SA na CT kila hutoa taarifa za kibiolojia ya pekee, CT tu imekuwa ikijifunza kwa muda mrefu (Shaw na al., 2008). Kwa ufanisi, kidogo hujulikana kuhusu mabadiliko katika CHA, GI, SA, na CT kuingiliana kwa muda ili kuunda maendeleo ya kawaida ya CV (Giedd et al., 1999), au tofauti katika maendeleo ya CV kati ya vikundi vinavyoelezewa na jinsia au hali ya ugonjwa (Giedd na Rapoport, 2010). Jaribio la misalaba ya kugawanya maendeleo ya CV yamezalisha matokeo yasiyotokana (Salat et al., 2004; Ostby et al., 2009).

Ikiwa mabadiliko katika CT na SA (na ndani ya SA-CHA na GI) yanatoa michango kwa mabadiliko ya CV ambayo hutofautiana kama kazi ya hatua ya ukuaji na ngono, basi kugawanya mabadiliko ya CV inakuwa hatua muhimu kuelekea kuelewa vizuri msingi wa ukuaji wa kibaolojia wa maendeleo ya afya na magonjwa (Geschwind na Konopka, 2009). Kwa hiyo, tulitumia database iliyojulikana zaidi ya longitudinal ya maendeleo ya ubongo, kuelezea trajectories ya matukio ya matukio ya aina tofauti ya ubongo ambao hufafanua CV, na kuamua ikiwa mabadiliko katika mali hizi za ubongo huchangia kwenye CV kwa namna ambayo inatofautiana na umri na ngono.

Vifaa na mbinu

Tulijumuisha jumla ya maonyesho ya ubongo ya ubongo ya 1274 ya ufunuo wa magnetic, iliyotokana na wanawake wenye afya ya 647 (alama za watu 319 / 607) na wanaume (watu wa 328 / 667) kati ya miaka 3 na miaka 30 [Tabia ya washiriki ni muhtasari katika Meza 1]. Vipimo vyote vya SMRI vilivyowekwa vyema vya T-1 na vipande vya 1.5 mm axial na vipande vya 2.0mm vilivyopatikana, vilivyopatikana kwenye 1.5-T General Electric (Milwaukee, WI) Signa scanner kwa kutumia 3D kuharibiwa kwa uharibifu alikumbuka mlolongo wa echo. Kila Scan ilipatiwa kwa kutumia mbinu yenye uthibitisho na kikamilifu-automatiska kwa uchambuzi wa MRI (Im et al., 2008) inakadiriwa CV jumla, na hujenga upya wa 3-dimensional karatasi ya cortical iliyosababishwa na ambayo metri nne zinatokana; inamaanisha CT karibu na pointi 80,0000 (vertices) kwenye uso wa kamba; Jumla ya SA; jumla CHA; na GI.

 

Meza 1

Tabia ya Washiriki

Tulifanya mifano mchanganyiko (Pinheiro na DM, 2000) kukadiria athari za kudumu za umri, jinsia na mwingiliano kati ya maneno haya, kwa kila kipimo. Masharti ya athari za nasibu zilizowekwa ndani ya familia na kwa utegemezi wa mtu wa uchunguzi. Kwa hivyo, (kwa kutumia ukuaji wa ujazo wa CT na umri kama mfano), CT kwa wakati wa kth ya familia ya jth ilibadilishwa kama:

CT_ijk = Pata + d_i +d_ij + ß₁(ngono) + ß₂(umri) + ß₃(umri²) + ß₄(umri³) ß₅(ngono *) + ß₆(ngono * umri²) + ß₇(ngono * umri³) + e_ijk

Kwa kila ripoti ya maslahi ya maslahi, mtihani wa F ulitumiwa kwanza ikiwa mfano wa ujazo, wa quadratic au linear ukuaji bora kufaa data. Kisha, mtihani wa uwiano wa uwezekano ulitumiwa ikiwa ni mfano unaohusisha mwingiliano kati ya suala la umri na ngono ilielezea kutofautiana kwa kiasi kikubwa kwa kiwango cha riba ikilinganishwa na mfano rahisi ikiwa ni pamoja na suala la umri tu na athari kuu ya ngono (ie ukuaji jima "sura" kwa kiwango cha riba ilikuwa tofauti sana kati ya wanaume na wanawake). Wakati wowote tofauti za kijinsia hazikutokea kwa sura ya trajectory ya ukuaji, kipimo cha pili cha Upimaji wa Upimaji kilitumika kutambua kama mfano unaohusisha umri na athari kuu ya ngono ilielezea kutofautiana kwa kiasi kikubwa kwa kiwango cha riba ikilinganishwa na mfano ikiwa ni pamoja na masharti ya umri peke yake (yaani kama ukuaji wa "urefu" wa "urefu" ulikuwa tofauti sana kati ya wanaume na wanawake kwa kiwango cha riba). Mifano zote ziliendeshwa kwa kutumia "maneno yaliyozingatia umri" ili mgawo wa muda wa ngono utaelezea athari kuu ya ngono kwa umri wa maana (13.11 yrs) badala ya umri wa sifuri. Kwa fahirisi hizo za kimazingira ambazo zilifuata trajectories zisizo za kawaida za maendeleo, "umri-wa-kilele" iliamua kwa kutatua matokeo ya kwanza ya ukuaji wa trajectory equation ambayo yameelezwa kwa index hiyo ya morphometric kwa kutumia mfano mchanganyiko.

Ili kuthibitisha mchango wa jamaa wa CT na SA mabadiliko ya mabadiliko ya CV, na ya GI na CHA mabadiliko ya mabadiliko ya SA - tuligeuza trajectories ya ukuaji kwa kila kipimo katika trajectories ya kila mwaka ya asilimia. Ikiwa kamba ni kuchukuliwa kama karatasi, CV ni bidhaa ya CT na SA. Kutokana na hili, asilimia CV mabadiliko ni jumla ya mabadiliko ya asilimia katika CT na SA. Vilevile, kwa kuwa SA ni bidhaa ya CHA na GI, mabadiliko ya asilimia SA ni jumla ya mabadiliko ya asilimia katika CHA na GI. Mahusiano haya yanaweza kutumiwa kupima mchango wa jamaa wa mabadiliko katika CT, SA, CHA na GI kwa mabadiliko katika CV.

Matokeo

Kwa mabadiliko ya kwanza ya CV ya mabadiliko na umri wa wanaume na wanawake [Fig1], tulielezea matokeo yetu mapema katika sampuli ndogo (Lenroot et al., 2007); CV ifuatavyo trajectory ya ulalo wa U-inverted (F_2,629 = 64.7, p^rd miaka kumi ya maisha; CV kamili ni kubwa zaidi kwa wanaume kisha wanawake (t = 14, p <0.00005); na trajectories za CV ni dimorphic ya kijinsia [Likelihood Ratio (LR) = 18, p = 0.0002], ikiongezeka baadaye kwa wanaume (miaka 9.3) kuliko wanawake (miaka 8). Viambishi viwili vya CV - CT na SA- zote mbili pia zinafuata njia ya ujazo iliyogeuzwa-U (F_2,629= 12.8, p <0.0001 na F_2,629= 66.8, p <0.0001 mtawaliwa), ambayo huongezeka mapema kwa CT kuliko kwa SA katika jinsia zote. Maumbo ya trajectory na viwango vya kufikia umri-kufikia-kilele ni hali ya kijinsia kwa SA (tofauti ya trajectory: LR = 32.9, p <0.0001 / kilele = 9.7 yrs wanaume dhidi ya 8.1 yr wanawake), lakini sio CT (LR = 0.45, p = 0.8 / kilele = miaka 8.6 wanaume dhidi ya wanawake wa miaka 8.4). Viashirio viwili vya SA - CHA na GI - pia zote mbili zinafuata njia za ujazo zilizobadilishwa-U [CHA (F_2,629= 26.2, p <0.0001), GI (F_2,629= 28.9, p <0.0001)]. Maumbo ya trajectory yalikuwa ya kimapenzi kwa wote CHA (LR = 27.4, p <0.0001), na GI (LR = 11.1, p = 0.01). Eneo la kibanda cha mbonyeo huongezeka kwa nguvu kutoka umri wa miaka 3 kwa jinsia zote mbili, lakini hufikia kilele chake baadaye kwa wanaume (miaka 15.2) kuliko wanawake (miaka 11.8). Kwa upande mwingine, viwango vya juu vya GI hufanyika katika kikomo cha chini cha kiwango chetu cha umri katika jinsia zote, na hupungua polepole baadaye. Wote CHA (t = 15.7, p <0.00005) na GI (t = 4.8, p <0.00005) ni kubwa kwa wanaume kuliko wanawake. Wakati wa anuwai ya kusoma, makadirio ya trajectori wastani wa kikundi kwa wanaume na wanawake hayapita kwa CV, CT, SA, CHA au GI.

 

Kielelezo 1

Trajectories Maendeleo ya Volume Cortical na Kila moja ya Sub-vipengele katika Wanaume na Wanawake

Ili kuonyesha vizuri michango ya CT na SA kwa mabadiliko ya CV, na CHA na GI kwa SA mabadiliko, tulipanga mabadiliko ya kila mwaka kwa kila hatua hizi dhidi ya umri [Kielelezo 2]. Kielelezo 2a inaonyesha kwamba wakati upanuzi wa haraka wa CV wakati wa utoto unaendeshwa sawa na mabadiliko katika CT na SA kwa wanawake, takribani 2 / 3 ya mabadiliko ya CV kwa wanaume ni akaunti ya SA. Pia, katika kipindi chote cha utafiti, tofauti za jinsia katika mabadiliko ya CV hutokea kutokana na tofauti za ngono katika jinsi SA badala ya CT inabadilika na umri. Kwa sababu tempo ya kukomaa kwa CT inatofautiana kidogo kati ya ngono, kasi na zaidi ya kuongezeka kwa SA katika wanaume (ikifuatiwa na kupoteza kwa kasi kwa SA), inaelezea kilele cha CV kilichochelewa kwa wanawake (ikifuatiwa na hasara ndogo ya CV). Kielelezo 2b inaonyesha kuwa sababu za kuendesha tofauti hii ya ngono katika ufugaji wa SA hutofautiana na umri. Tofauti za kijinsia kwa kiwango cha upanuzi wa SA wakati wa utoto pia huchangia kwa tofauti za ngono katika ufugaji wa CHA na GI, lakini baada ya muda, tofauti za ngono katika ukuaji wa GI zimekuwa sehemu ndogo ya tofauti za ngono katika mabadiliko ya SA. Kwa hiyo, zaidi ya umri wa 12.9 (wakati GI mabadiliko ya trajectories katika wanaume na wanawake kugeuza), tofauti za ngono katika mabadiliko ya SA zinakaribiwa kabisa na CHA. Hata hivyo, katika ngono zote mbili, kupoteza CHA kuna akaunti ndogo ya kupoteza kwa vijana wa marehemu SA kuliko kupunguza kwa GI.

 

Kielelezo 2

a) Asilimia Mabadiliko ya Volume Cortical (CV), Uzani (CT) na Uwanja wa Surface (SA) uliopangwa dhidi ya Umri kwa Wanaume na Wanawake: Michango ya jamaa ya CT na SA kuongezeka kwa CV katika utoto ni dimorphic ya ngono. Tofauti za ngono kwa mabadiliko ya kiasi na ...

Majadiliano

Utafiti wetu unaonyesha kwa mara ya kwanza jinsi mabadiliko ya maturational na dimorphisms ya ngono ya CV hutokea kwa njia ya maingiliano magumu ya mambo kadhaa tofauti ya anatomy ya cortical. "Si mabadiliko yote ya CV yameundwa sawa", kwa sababu mabadiliko ya CV ni tofauti sana na mabadiliko katika CT, CHA na GI, kulingana na ngono na awamu ya maendeleo chini ya kuzingatia. Kujua juu ya uharibifu huu inaruhusu kupungua kwa chini kwa kutafuta kwa sababu za maumbile na mazingira ambazo zinaweka tofauti za kawaida na za patholojia katika maendeleo ya kamba. Kwa mfano, tafiti za ubongo wa ubongo wa dimorphic katika wanadamu wenye afya na hivi karibuni zimehamia kutoka kwa kulinganisha msalaba wa hatua za volumetric, kuzingatia zaidi juu ya tofauti za ngono katika tempo ya kukomaa kwa ubongo wa ubongo (Lenroot et al., 2007). Sasa tunaonyesha kuwa dimorphism ya kijinsia katika mienendo ya kukomaa kwa CV yenyewe ni mali kubwa ya kutofautiana kwa ngono ya ngono katika CHA (ambayo inatofautiana na ukubwa wa ubongo wa radial), badala ya kiwango cha kupunja kamba (indexed by GI) au CT. Hasa, tofauti za kijinsia katika mabadiliko ya CV na umri ni kwa kiasi kikubwa huendeshwa na kilele kilichochelewa na kushuka kwa kasi kwa CHA kwa wanaume ikilinganishwa na wanawake. Aidha, kwa kuwa hatuwezi kupata tofauti kubwa ya ngono katika tempo ya mabadiliko ya jumla ya CT, utafiti wetu unaonyesha kwamba wengine, wasio cortical, waamuzi wa radial ukubwa wa ukubwa lazima underli ya ngono dimorphic CHA na maendeleo ya CV. Kwa hivyo, hatua muhimu zinazofuata katika kutofautisha tofauti za kijinsia katika tempo ya mabadiliko ya CV itakuwa: (i) kwa muda mrefu kuchunguza jinsi vipimo vya radial vya masiba ya tishu vinavyobadilika kwa umri, na (ii) kuanzisha jinsi tofauti za jinsia katika maturation hii ya radial hutokea katika mabadiliko ya maendeleo kwa kiasi cha suala la nyeupe ya ubongo, sugu ya kijivu ya kijivu na maji ya cerebrospinal.

Matokeo yetu pia yana maana kubwa kwa masomo ya baadaye ya maendeleo ya ubongo atypical. Kwa mfano, ni wazi kuwa wanaume wana hatari kubwa zaidi kuliko wanawake kwa ugonjwa wa utoto, na kwamba kujitokeza kwa ugonjwa huo katika utoto wa mwanzo ni kuhusishwa sana na upungufu wa CV (Raznahan na Bolton, 2008). Sehemu yetu ya upasuaji wa CV sasa inaonyesha jinsi mambo haya mawili ya msingi ya phenotype ya ASD yanaweza kuzingatiwa wakati huo huo na riwaya (lakini inavyoonekana) kwamba vitu vya hatari vya ASD vinafanya kazi kwa kupungua kwa kukomaa kwa SA (badala ya CT). Kielelezo 2a inaeleza kwa nini ufugaji wa SA uharibifu unatarajia kuwa na athari yake kubwa juu ya maendeleo ya CV wakati wa utotoni, na kwa wanaume badala ya wanawake. Ufahamu huo unawakilisha unahitajika sana unaongoza katika utafiti wa kibaolojia wa hali nzuri sana ya uharibifu wa neurodevelopment kama vile autism, kutokana na kwamba ushawishi wa maumbile kwenye CT na SA unajulikana kwa kiasi kikubwa kuwa haujaingiliana (Panizzon et al., 2009), na tofauti na mabadiliko ya allelic ndani ya jeni hatari hatari kwa ajili ya maendeleo ya ugonjwa (Joyner et al., 2009). Matokeo yetu pia hutoa ushahidi wenye nguvu zaidi hadi sasa kuwa kutambua mabadiliko yaliyotenganishwa ya vipengele tofauti vya CV katika mataifa ya magonjwa yanaweza kusaidia "tarehe" ya matusi ya maendeleo. Kwa mfano, kwa sababu tunaona kuwa kilele cha GI kinapatikana wakati wa kabla au kabla ya kutembea (ambayo inafanana na masomo ya u-utero ya vinyago vingine (Kochunov et al., 2010)), tofauti katika gyrification ya cortical inajitokeza kuwa alama muhimu ya dirisha hili muhimu la maendeleo mapema.

Matokeo tunayowasilisha yanapaswa kuzingatiwa kulingana na mipango fulani. Kwanza, vigezo vya kutengwa vilitumiwa wakati wa ajira ya washiriki (kina katika (Giedd et al., 1996)) kupunguza vikwazo vinavyoweza kuvuruga kama historia ya kibinafsi au familia ya ugonjwa wa akili au ulemavu wa maendeleo. Faida zenye matokeo ya kuimarisha uhalali wa ndani wa sampuli zetu nyingi za muda mrefu zinapaswa kuwa na usawa dhidi ya mapungufu ya kutosha ya uchaguzi usiofaa kwa sifa nyingine ambazo pia zinaweza kuhusishwa na tofauti katika maendeleo ya ubongo, kama vile IQ. Pili, wakati utafiti wetu ni wa kwanza kwa muda mrefu unaonyesha trajectories ya maendeleo kwa vipimo kadhaa tofauti vya CV sambamba, hatukuweza kuchunguza jinsi tofauti tofauti za maumbile na mazingira zinaweza kutenda na kuingiliana wakati wa maendeleo ili kuzalisha kila trajectories ya anatomiki ilivyoelezwa. Tatu, ili kukabiliana na swali letu kuhusu jinsi mabadiliko katika CT, CHA na GI yanashirikiana na mabadiliko ya CV, makadirio ya mabadiliko kamili ya anatomical kwa kila moja ya hatua hizi tofauti ilibadilishwa kuwa mabadiliko ya kawaida ya asilimia. Mabadiliko mabaya yanaweza hata kuwa phenotype inayofaa zaidi kuliko mabadiliko ya asilimia kwa kusudi la kukabiliana na maswali tofauti kuhusu mabadiliko ya maendeleo katika anatomy ya ubongo. Nne nne ya vipengele vya CV vilivyochunguliwa katika utafiti wetu zinaweza kuwa sehemu ndogo zaidi (kwa mfano mabadiliko ya unene katika tabaka tofauti za cortical zinazochangia CT, mabadiliko katika kina cha sulcal vs urefu wa sulcal kama wachangiaji wa GI), na hii itakuwa lengo muhimu kwa kazi ya baadaye kama mbinu za upatikanaji wa sMRI na usindikaji kuendelea kuendelea.

Licha ya mapungufu haya, utafiti wetu unaonyesha kwa mara ya kwanza jinsi viumbe vya CV vinavyotokana na biolojia vinavyochangia kwa mabadiliko ya CV kwa namna ambayo inatofautiana kwa kiasi kikubwa kama kazi ya ngono na hatua ya maendeleo. Ujuzi wa kutofautisha haya inaruhusu maswali ya baadaye juu ya sababu na matokeo ya maturation ya cortical kuulizwa kwa njia bora zaidi.

Shukrani

Maelezo ya chini

Marejeo