In vivo ushahidi wa kukomaa kwa neurophysiological ya striatum ya vijana wa binadamu (2015)

Maelezo ya Mwandishi

abstract

Keywords:

Ujana; Maendeleo; Kuchunguza muundo wa muundo; Neurophysiolojia; Striatum; T2 *

Takwimu za T2 * zilizokusanywa kama sehemu ya utafiti tofauti kuchunguza usindikaji wa malipo. Kwa kifupi, masomo yalishiriki katika kazi iliyopangwa ya antisaccade, ambayo walitakiwa kufanya mikutano kwenye maeneo ya kioo yaliyowasilishwa kwa njia moja kwa moja. Mwanzoni mwa kila jaribio, masomo yalitolewa na malipo, hasara, au cue zisizo na upande ambazo zilionyesha uwezekano wa malipo unategemea utendaji. Utendaji ulipimwa kwa kutumia kufuatilia macho na washiriki walipokea maoni ya ukaguzi kwa majaribio sahihi na yasiyo sahihi.

2.3. Dasaset ya hali ya kupumzika

Masomo mia moja pia yalishiriki katika suluhisho la hali ya kupumzika. Kumi na moja walikuwa kutengwa kutokana na mabaki ya mwendo na hivyo masomo ya 89 yalijumuishwa katika uchambuzi huu (miaka 10-25, M = 16.2, SD = 3.77; 43 kiume). Tulikusanya skana ya hali ya kupumzika ya dakika 5 (ujazo 200) kwa kila somo kwa kutumia vigezo sawa vya skana vilivyoorodheshwa hapo juu. Wakati wa skana ya hali ya kupumzika, washiriki waliulizwa kufunga macho yao, kupumzika, lakini wasilale.

2.4. Kuendeleza data ya T2 *

Utangulizi wote ulifanyika kwa kutumia Maktaba ya Programu ya FMRIB (FSL; Smith et al., 2004) na Uchambuzi wa Mfuko wa Programu ya Neuro Picha (AFNI) (Cox, 1996). Hatua za awali za kusindika ni sawa na zile zinazotumiwa katika fMRI ya kawaida. Takwimu zenye uzito wa T2 * zilikuwa zimepunguzwa mwanzoni na wakati wa kipande ulirekebishwa kwa akaunti ya ununuzi mfululizo. Ili kushughulikia mwendo, tulitumia makadirio ya mwendo wa kichwa na wa kutafsiri ili kuhesabu hatua za harakati za mraba (RMS), na washiriki walio na RMS ya jamaa kubwa kuliko kizingiti kikali cha 0.3 mm kwa zaidi ya 15% ya ujazo walitengwa zaidi uchambuzi. Kwa masomo yaliyosalia, tulitumia marekebisho ya mwendo kwa kulinganisha kila ujazo katika safu ya wakati na ujazo uliopatikana katikati ya ununuzi. Takwimu zenye uzito wa kila mshiriki wa T2 * zilisajiliwa sawasawa kwa MPRAGE kwa kutumia huduma ya FSL ya FLIRT na kisha picha ya MPRAGE ilisajiliwa bila mkondo katika nafasi ya MNI (Montreal Neurological Institute) ikitumia shirika la FNLT la FSL. Utaftaji wa usajili wa laini kutoka EPI hadi MPRAGE na usajili usio na laini kutoka MPRAGE hadi nafasi ya MNI ilitumika kwa picha zote za EPI kwa kila mshiriki. Kiasi kilichujwa kupita kiwango cha juu saa .008 Hz. Takwimu hazijalainishwa ili kutosumbua mifumo ya busara ya voxel kwa uchambuzi wa MVPA unaofuata. Laini inaweza kupendelea utendaji wa mashine za vector za msaada wa laini (Misaki et al., 2013). Data ya kupumua na data zinazohusiana na kazi zilifanyiwa tofauti kwa kutumia taratibu zinazofanana.

2.4.1. Kawaida na wastani

Kwa kawaida, T2 * -weighted data EPI ni kuchambuliwa wakati wote, quantifying kushuka kwa kiasi kidogo katika signal T2 * -ighted kuhusiana na damu-oksijeni-tegemezi tegemezi (BOLD). Tunataka kusisitiza kuwa katika somo hili, hatujali mabadiliko haya mafupi ya BOLD. Badala yake, tunavutiwa na mali ya signal ya T2 * yenye uzito isiyobadilika kwa muda na inaonyesha ya mali ya neurophysiological inayoendelea ya tishu za ubongo. Kwa hiyo, mkondo wa awali unatofautiana kutoka kwa uchambuzi wa kawaida wa BOLD katika hatua hii. Taratibu za usindikaji picha zetu za T2 * zilizopimwa kwa karibu zifuatiwa Vo et al. (2011). Kila jalada lilirekebishwa kwanza kwa maana yake mwenyewe, na ishara iliyowekwa kawaida ilikuwa wastani, busara ya sauti, kwa njia zote nne (ujazo 1208) wa upatikanaji wa kazi. Utaratibu huu ulisababisha picha moja ya kawaida ya T2 * kwa kila mshiriki. Takwimu za hali ya kupumzika zilichambuliwa kando na zilihesabiwa kwa ujazo wote wa 200 kutoka kwa upatikanaji wa dakika 5. Hatua ya kuhalalisha ni muhimu kwa sababu ishara yenye uzani wa T2 * ni nyeti kwa tofauti zinazowezekana kati ya skan za MRI - iwe ndani ya masomo kwa wakati au kati ya masomo - ambayo inaweza kusababisha mabadiliko katika kiwango cha ishara cha uzani wa T2 *. Usawazishaji kwa hivyo huruhusu kulinganisha maadili ya T2 * kwa washiriki. Ijapokuwa ishara ya T2 * inaweza kuhesabiwa kutoka kwa ujazo mmoja, tulipima wastani kwa kuongeza ishara na uwiano wa kelele.

2.5. Utambuzi wa mikoa ya kujifungua

Tuligundua kiotomiki putamen, caudate, na accumbens ya kiini kulingana na atlasi za ubongo zilizojumuishwa kwenye kifurushi cha programu ya AFNI. Masks ya mkoa yalifanywa kihafidhina zaidi kwa kuondoa sauti zozote zinazowezekana kuwa na giligili ya ubongo (CSF). CSF iligawanywa kwa kutumia sehemu ya FAST ya FSL, na voxels ambazo zilikuwa na uwezekano wa wastani wa busara kubwa kuliko 0.15 ya kuwa CSF ziliondolewa kutoka mikoa iliyoainishwa kiatomiki.

2.6. Uchunguzi usiofaa

Tulianza kutumia uchambuzi wa jadi usio na kipimo ili tathmini tofauti tofauti za maendeleo ya ngazi katika T2 * ya kujifungua. Kwa kila somo, tumehesabu kiashiria cha anga cha T2 * kilichosababishwa na vidokezo katika saxels ndani ya kanda iliyotambulika na kuchambua uhusiano kati ya njia za nafasi na umri wa wakati. Hasa, tulisisitiza umri juu ya maadili ya T2 * yenye urekebishaji rahisi na kuhesabiwa usawa wa Pearson kati ya maadili ya umri uliowekwa na umri wa kweli wa masomo ndani ya kila mkoa wa riba.

2.7. Uchanganuzi wa muundo wa multivariate

Inasisitizwa kuwa striatum na mikoa yake (caudate, putamen) si spatially homologous katika kazi, kuunganishwa, au neurobiology (Cohen et al., 2009, Martinez et al., 2003, Middleton na Strick, 2000 na Postuma na Dagher, 2006). Zaidi ya hayo, maendeleo ya miundo ya striatum inaendelea kwa njia isiyo ya sare (spatially yasiyo ya sare (Raznahan et al., 2014). Kwa hiyo, maendeleo ya neurophysiolojia ya uzazi ya msingi, ikiwa ni pamoja na mkusanyiko wa tishu-chuma, inawezekana pia sio sare. Kwa hiyo, sisi tunafikiri kwamba tofauti zinazohusiana na umri katika T2 * ya kuzaa * ingekuwa bora zaidi kwa njia ya nyeti, multivariate. Ili kuchambua uhusiano kati ya mifumo mzuri ya ufanisi wa T2 * na umri, tulitumia multivariate linear msaada wa kurekebisha mashine ya vector (SVR) katika MATLAB (The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA) kwa kutumia LIBSVM (Chang na Lin, 2011). Kupunguza vector regression imekuwa zana maarufu uchambuzi katika neuroimaging tafiti kutokana na uwezo wake wa kushughulikia datasets high-dimensional na kuzalisha utabiri sahihi (Misaki et al., 2010). Njia ya multivariate inaruhusu tathmini ya mabadiliko katika mifumo ya hekima ya T2 * katika striatum inayohusiana na umri. Muhimu sana, uchambuzi huu una faida juu ya mkoa wa kawaida wa mchango wa maslahi usiojulikana kwa kuwa ni nyeti kwa heterogeneity ya nafasi ya maendeleo ya maendeleo ya T2 * katika striatum ambayo haifai kwa wastani wa wastani wa nafasi. Ya umuhimu fulani katika utafiti huu, SVR ilikuwa awali kutumika na Vo et al. (2011) kutabiri mafanikio ya kujifunza kutokana na mwelekeo wa nafasi ya T2 * ya kuzaa, na kwa Dosenbach et al. (2010) kutabiri umri kutoka kwa mifumo ya kuunganishwa kwa kazi ya hali ya kupumzika. Mitambo ya vector imeelezwa kwa undani kutoka kwa vitendo (Luts et al., 2010 na Pereira et al., 2009) na maelezo ya kina ya mtazamo wa hisabati (Burges Christopher, 1998, Chih-Wei et al., 2003 na Vapnik, 1999), na itaelezewa kwa ufupi hapa tu.

Udhibiti wa vector ya mstari wa mstari ni ugani wa misaada ya vector ya msaada ambayo inaruhusu chama cha mwelekeo wa kipengele na kutofautiana kwa thamani halisi, hivyo kuruhusu utabiri wa thamani halisi. Sampuli (pointi za data) na maandiko ya thamani halisi zinawakilishwa katika nafasi ya juu na vipimo sawa na kiasi cha vipengele vya kutofautiana kwa riba. SVR inafafanua mstari wa kurekebisha kwa njia ya kipengele cha kipengele cha juu ambacho kikamilifu kinaonyesha uhusiano wa kazi kati ya vipengele vya kutofautiana, x (kwa mfano, thamani ya voxel T2 * katika eneo la riba), na maandiko yenye thamani ya thamani, y (mfano umri wa somo). Sampuli zinaadhibiwa kulingana na umbali wao kutoka kwenye mstari wa kurekebisha. Tumeomba SVR isiyosababishwa na epsiloni ambayo inafafanua tube karibu na mstari wa kurekebisha na upana unaodhibitiwa na parameter, epsilon, ndani ambayo sampuli hazikuwepo adhabu. Ya biashara kati ya kiwango ambacho sampuli ambazo huanguka nje ya tube ya kutosha ya epsiloni huadhibiwa na upofu wa mstari wa udhibiti hudhibitiwa na mara kwa mara, C. Kama thamani ya C huongezeka, mstari wa kurejesha huruhusiwa kuwa chini ya gorofa, ambayo inaweza kuongeza utawala wa mfano.

Tulifundisha na kuthibitisha mtindo wetu wa SVR katika masomo yote (seti moja ya maadili ya voxel-wise T2 * na lebo moja ya umri kwa kila somo) kwa kutumia uthibitishaji wa kuondoka-moja-subject-out (LOSO). LOSO ni mchakato wa kurudia ambao data ya somo moja hutumiwa kwa uthibitisho wakati nyingine n - Masomo 1 hutumiwa kwa mafunzo. Utabiri wa umri hutengenezwa kwa sampuli iliyoachwa kwa kuzingatia maadili ya voxel-bus T2 * peke yake, na mchakato unarudiwa mpaka kila somo limetumika kwa uthibitisho. Hii inasababisha utabiri wa umri mmoja kwa kila somo, na utendaji wa modeli ya SVR inaweza kuamua na uhusiano kati ya miaka ya somo la kweli na ile iliyotabiriwa na modeli. Kigezo C ilitengenezwa kwa kila fungu la uthibitisho wa kupitishwa kwa LOSO kwa kutumia uthibitisho wa msalaba wa LOSO. Tulitumia thamani ya default ya epsilon kutoka kwa lebo ya zana ya LIBSVM ya 0.001. Uchambuzi wa SVR ulirudiwa kwa data ya kupumzika T2 *. Wote p- maadili yalithibitishwa kupitia vipimo vya umuhimu wa vibali random (1000 iterations). Tulichagua LOSO badala ya njia zingine za kuthibitisha msalaba ili kuongeza kiwango cha data ya mafunzo kutumika katika kila uhalali wa uhalali wa msalaba; ingawa ukubwa wetu wa sampuli ni mkubwa, idadi ya masomo katika sampuli ilikuwa mara nyingi chini ya idadi ya vipengele vilivyowekwa katika mfano wa SVR.

2.7.1. Marekebisho ya kiasi cha kiasi

Ili kuhakikisha kuwa utabiri wa umri wa miaka mingi haukuonyesha tu tofauti za kimfumo katika T2 * inayotokana na athari za kiasi, tulitumia zana ya kugawanyika ya tishu ya FSL kuunda masks ya uwezekano wa mambo meupe na kijivu kutoka kwa picha zenye uzito wa T1 za washiriki. Kisha tukarudisha uwezekano wa mambo ya kijivu kutoka kwa kipimo cha T2 * kwenye masomo kwa kila voxel na tukarudia uchambuzi wa SVR kwa kutumia data iliyosahihishwa. Mbali na kudhibiti tofauti za kimfumo katika ujazo wa sehemu, mchakato huu ulipatanisha tofauti zinazohusiana na umri katika maadili ya T2 * kwa heshima na tofauti zinazowezekana kwa ujazo wa kuzaa na urekebishaji wa anga usiofaa.

2.7.2. Tabia ya sifa

Ili kufafanua mwelekeo wa anga wa T2 * wa kujifungua * na trajectory yao ya umri, sisi inakadiriwa trajectory ya maendeleo ya T2 * kwa regressing umri juu ya signal T2 * kutumia linear, quadratic, na inverse mifano ya regression kwa kila voxel striater kutumika katika SVR uchambuzi. Ili kuthibitisha mchango wa jamaa wa vipengele (voxels) ya mwelekeo wa anga wa T2 *, tulihesabu thamani kamili ya uzito wa kipengele cha wastani kwa kila voxel ya kujifungua inayotumiwa katika uchambuzi wa SVR kwenye vifungo vyote vya uhalali wa LOSO.

2.8. Uchunguzi wa Utafutaji

Ili kuchunguza uhusiano kati ya T2 * ukubwa na umri zaidi ya mikoa yetu ya vichwa vya kwanza, tumefanya uchambuzi wa utafutaji wa ubongo wote (Kriegeskorte et al., 2006). Kufanya uchambuzi, tulifafanua template ndogo na kipenyo cha voxels za 5 (jumla ya voxels ya 81), ilizingatia template kila voxel ya ubongo, na kufanya uchambuzi wa SVR ulioelezwa juu juu ya voxels ya 81 katika template. Vilexel tu zilizounganishwa katika mask ya ubongo zilijumuishwa katika uchambuzi huu. Uwiano kati ya umri wa kweli na uliotabiri kwenye kila template eneo ulihifadhiwa kwenye kituo cha katikati. Kwa kurudia utaratibu huu kwa kila voxel, tulipata mask kamili ya ubongo wa uhusiano. Maeneo ya makundi ya voxel yalitarajiwa kutumia atlases zilizomo katika AFNI.

3. Matokeo

3.1. Uchunguzi usiofaa

Njia ya anga ya T2 * katika voxels zote katika striatum haikuhusiana sana na umri (r = 0.02), na uhasibu wa mfano kwa 0.0004% tu ya tofauti katika sampuli. Wakati tuligawanya striatum ndani ya caudate, putamen, na kiini kukusanyika na kurudia uchambuzi, tuligundua kuwa habari iliyobeba maana T2 * ilitosha kutoa utabiri mkubwa wa umri katika caudate (r = 0.286, p <0.001) na putamen (r = 0.182, p <0.05), na ilitabiri haswa katika mkusanyiko wa kiini (r = 0.506, p <10^-9, Mtini. 1A, nyeupe baa). Hata hivyo, mgawanyiko wa kazi na wa neurobiological wa striatum huwepo kwa kiwango cha juu zaidi kuliko inaweza kukatwa na uchambuzi wa kiwango cha anga ( Cohen et al., 2009, Martinez et al., 2003 na Postuma na Dagher, 2006). Kwa hiyo, sisi tunafikiri kwamba tofauti za maendeleo katika T2 * ya kujifungua * ingeweza kutengwa vizuri kwa kutumia mbinu nyeti, multivariate.

3.2. Uchanganuzi wa muundo wa multivariate

Mwelekeo mkubwa wa signal ya T2 * ulizalisha utabiri mkubwa wa umri katika mikoa yote ya kujifungua (Mtini. 1A, baa nyeusi), kuonyesha uhusiano mkali kati ya hatua hii na maendeleo ya vijana. Uhusiano mkubwa zaidi kati ya umri uliotabiriwa na umri wa washiriki wa kweli ulizingatiwa katika striatum nzima (pamoja na caudate, putamen, na kiini accumbens), ambapo mifumo ya T2 * ilibadilishana 63% ya tofauti katika umri wa washiriki (r = 0.79, p <10^-30; mtihani wa vibali: p <0.001, Mtini. 1B).

Kijivu kichwa kijivu kikubwa kinatofautiana na umri juu ya ujana (Raznahan et al., 2014 na Sowell et al., 1999). Ili kuhakikisha kwamba utabiri wa umri wa nyakati haukuwa na kutafakari tofauti ya kiasi cha kiasi cha kutofautiana kutokana na kubadili kiasi cha kuzalisha au vifaa vya ukubwa wa mazingira, tulirudia udhibiti wa SVR kwa tofauti za voxel-tofauti katika kiasi kijivu. Hatukupata tofauti kubwa katika utendaji wa mfano kwa kutumia data kudhibitiwa kiasi (Kielelezo cha ziada 1).

Ishara ya T2 * inaonyesha mali ya tishu ya neurophysiological inayoendelea (Vo et al., 2011) na haipaswi kuwa na hisia za madhara au kazi. Hata hivyo, tulifafanua uchambuzi kwa masomo ambao walishiriki katika utafiti wa hali ya kupumzika wakati wa kikao sawa cha skanning. Hatukupata tofauti kubwa katika uwezo wetu wa kutabiri umri kutoka kwa mifumo ya T2 * kwa kutumia data zinazohusiana na kazi na kupumzika data ya hali (Mtini. 1B, baa za kijivu). Zaidi ya hayo, tulitathmini uwiano wa voxel-hekima kati ya mifumo ya nafasi ya kupumzika hali na kazi T2 * inayohusiana na kazi kwa kila mshiriki na kuzingatia uwiano wa pearson wa 0.97 wa wastani, unaonyesha kuwa ruwaza ni thabiti kati ya kazi na mapumziko. Kwa hiyo, hapa mbele tunapunguza lengo la data ya T2 * zilizokusanywa wakati wa kazi, ambazo ni wastani zaidi ya kiasi (1208 vs 200) na ina ukubwa wa sampuli kubwa (142 vs 89).

Kama tulivyotabiri, ruwaza za nafasi za eneo zilifafanua umri zaidi kwa usahihi kwa karibu kila mkoa wa riba. Uboreshaji huo ulikuwa umesababisha kabisa katika statum nzima ambapo kiwango cha kuelezea tofauti katika umri wa washiriki kiliongezeka kutoka kwa karibu hadi 0% kwa kutumia njia za nafasi kwa 63% kwa kutumia ruwaza za nafasi. Tofauti hii inaonyesha wazi kwamba striatum inakabiliwa na muundo tata wa maendeleo ya neurophysiological yalijitokeza katika voxels striatal juu ya ujana. Ili kufafanua vizuri hali hii ya maendeleo, tumeonyesha trajectories ya maendeleo ya T2 * kote ya striatum.

3.3. Tabia ya sifa

Faida kuu ya SVR ni uwezo wa kuhesabu sifa ambazo zinachangia kwa utabiri wa multivariate. Ili kutumia habari hii ya wingi, tulitumia uzito wa vipengee uliopewa kila voxel kutoka uchambuzi wa SVR. Uzito wa kipengele unaweza kufikiriwa kama ripoti ya umuhimu wa kipengele (voxel) katika kuzalisha utabiri wa umri wa multivariate. Kuamua vipengele vya muundo wa anga wa intereta ya T2 * ya kuzaa ambayo ilikuwa na mchango mkubwa wa jamaa kwa utayarishaji wa multivariate, tulitambua uzito wa kipengele kabisa kutambua voxels ya kujifungua yenye uzito mkubwa zaidi. Sehemu ya voxels katika striatum ventral, katika makutano ya caudate, putamen, na kiini accumbens walikuwa na ushawishi mkubwa zaidi, ikifuatiwa na nguzo katika daudal caudate (Mtini. 2A). Mkusanyiko wa uzazi wa mradi ulikuwa na ushirika usio na mshikamano na umri (R² = 0.361, p <10^-14; Mtini. 2B mstari mkali), na nguzo ya caudate ya dorsal ilikuwa na ongezeko la kuchanganya na umri (R² = 0.078, p <0.001; Mtini. 2B iliyopigwa mstari).

Ingawa makundi haya yalikuwa na uzito mkubwa zaidi wa jamaa, ni muhimu kukumbuka kwamba utabiri wa umri ni kazi ya uhusiano wa multivariate kati ya wote voxels pamoja na mfano. Kwa hiyo, sisi inakadiriwa trajectory ya maendeleo ya signal T2 * kwa kila voxel kutumika katika SVR uchambuzi kwa kutumia rahisi linear, quadratic, na inverse mifano ya regression inayojulikana kwa tabia ya mabadiliko katika kipindi hiki (Luna et al., 2004) ili kutazama kikamilifu mifumo ya matukio. Wengi wa voxels walikuwa sawa na umri, na subset kuwa bora fit na uhusiano quadratic na inverse. Ili kuonyesha usambazaji huu, tumeweka vigezo kulingana na mtindo bora zaidi - mzuri na hasi wa mstari, wa quadratic, na wa inverse - na ukawafunika juu ya picha ya kawaida ya anatomia, na kuunda mask ya maendeleo ya T2 * ya striatum (Mtini. 2D).

Kwa maelezo, maendeleo ya T2 * ya trajectories yalipungua kwa kiasi kikubwa kwa msimamo wa msimamo wa dorial, kutoka kwa mahusiano mazuri sana katika sehemu za mstari wa striatum unaojulikana kuwa na uhusiano mkubwa sana wa viungo na mahusiano mazuri katika sehemu za siri ambazo hujulikana kuwa na uhusiano mkubwa na mtendaji wa kamba (Alexander na al., 1986 na Cohen et al., 2009), ambayo ilikuwa ya kawaida kwa hemispheres (Mtini. 2C; kukumbuka ukuaji wa chuma wa tishu inapungua alama ya T2 *. Vikwazo vichafu vya kisasa (vikwazo vya "U") na mahusiano ya inverse yaliongezeka katika sehemu za siri za putamen, caudate, na nucleus accumbens, na uhusiano hasi wa quadratic (inverted "U" umbo) uliingizwa zaidi katika hekta ya haki na kuongezeka kwa mahusiano ya inverse zaidi kushoto. Mahusiano mabaya ya quadratic yalifikia wastani wa maxima juu ya ujana katika umri wa 18.4 katika caudate na 17.4 katika putamen. Nzuri ya quadratic ("U" umbo) na kupungua kwa mahusiano ya inverse yalizingatiwa bilateral katika mshikamano wa mviringo, na mahusiano yaliyopungua yaliyopatikana katika mahusiano ya rostroventral na mahusiano mazuri ya quadratic yanayotokea kwenye kioo cha mviringo kinachofikia minima katika umri wa 20. Ufafanuzi uliotambuliwa katika trajectories ya maendeleo katika voxels ya kuzaa huenda inaelezea utendaji mkubwa wa mtindo wetu wa multivariate juu ya mfano usio na usawa katika kuchukulia tofauti za umri.

3.4. Uchunguzi kamili wa ubongo

Ili kuchunguza vyama vinavyowezekana kati ya mifumo ya T2 * ya anga na maendeleo katika ubongo na kuthibitisha maalum ya michango ya uzazi, tumefanya uchambuzi wa utafutaji wa utafutaji (Kriegeskorte et al., 2006). Utafutaji ulionyesha kwamba umri ulikuwa umeelezewa zaidi kwa kiasi kikubwa katika striatum na midbrain, ikiwa ni pamoja na kiini nyekundu, substantia nigra, na sehemu nyingine za ganglia basal (Mtini. 3). Mikoa mingine ambayo ilitokea utabiri wa umri mkubwa sana hujumuisha kamba ya cingulate ya awali ya ndani, Brodmann Eneo la 10, kamba ya awali ya mbele, geri, mbele, na nyuma ya katikati ya teremus. Uhusiano mkubwa ulionyeshwa pia katika miundo ya suala nyeupe ya corpus callosum na fronto-parietal. Mengi ya mikoa hii (kwa mfano kambi ya basal, midbrain, kiini cha meno, suala nyeupe nyeupe) ni miongoni mwa sehemu nyingi za chuma za ubongo (Connor na Menzies, 1996, Drayer et al., 1986, Haacke et al., 2005, Haacke et al., 2007 na Langkammer et al., 2010), na sehemu ya njia za macho / mbinu za mto na mto nigrostriatal (mfano midbrain, striatum, cortox prefrontal (Beaulieu na Gainetdinov, 2011, Haber na Knutson, 2010 na Puglisi-Allegra na Ventura, 2012). Uhusiano mkubwa zaidi ulizingatiwa wakati wa kiini cha kukusanyiko, ventamedi putamen, na cromate ya ventromedial (kilele cha voxel: MNI -8, 5, -11), kinachoonyesha kwamba T2 * ina uhusiano mzuri sana na maendeleo ya vijana katika sehemu hii ya ubongo, ambao unahusishwa sana na njia za malipo ya dopaminergic na mfumo wa limbic (Galvan et al., 2006, Galvan et al., 2007, McGinty et al., 2013 na Puglisi-Allegra na Ventura, 2012).

Ishara ya T2 * yenye uzito, hasa ikiwa imekusanywa katika ndege kama EPI, inaathiriwa na kuacha signal kwa sababu ya vifaa vya kuathirika karibu na msingi wa ubongo (kwa mfano kiti cha orbitofrontal na cortex ya inferotemporal), na hivyo kuongeza uwezekano kwamba tofauti zinazohusiana na umri katika T2 * inaweza kutokea kutokana na vifaa vya kuathiriwa katika maeneo haya ya ubongo. Hii haipaswi kuwa na athari kubwa kutokana na kwamba kondomu kamili ya ubongo imeanzishwa na umri mdogo kuliko kikundi cha umri wetu (Caviness et al., 1996). Zaidi ya hayo, (1) athari zetu muhimu zaidi za umri hutokea katika maeneo ya ubongo ambayo hujulikana kuwa juu ya mkusanyiko wa chuma (kwa mfano gangli ya basali na midbrain) na kuzingatia kutoka kwa maeneo yenye kushuka kwa signal signal na (2) ambazo maeneo ya ubongo yanapatikana zaidi na vitu vya kuathirika (kwa mfano kitovu ya kijivu na cortex ya inferotemporal, Kielelezo cha ziada 2A na B) haonyeshi madhara makubwa ya umri (Kielelezo cha ziada cha 2C).

4. Majadiliano

Utafiti wa sasa unatumia mifumo ya anga ya picha zinazohusiana na kazi za kujifungua na za kupumzika za kawaida za T2 * za kupitisha ili kuzalisha utabiri wa umri mkubwa sana katika sampuli kubwa ya vijana na vijana wenye umri mdogo, kutoa ushahidi wa viumbe wa neurophysiological maendeleo ya binadamu striatum juu ya ujana. Mipangilio ya anga ya T2 * ilikuwa ni predictive ya umri wa vijana katika striatum kwa ujumla kama vile striatal sub-mikoa, caudate, putamen, na nucleus accumbens kutoka kama dakika tano ya kupumzika-hali fMRI, kuonyesha chama nguvu kati ya T2 * na maendeleo ya vijana katika striatum.

4.1. Signal T2 *

Kina maana ya ufafanuzi kamili wa matokeo haya ni ufahamu wa vipengele vya neurophysiological vinavyochangia alama ya T2 *. T2 * inahusiana sana na muda wa kupumzika (spin-spin), upeo wa magnetic wa tishu, na homogeneity ya magnetic field. Kwa hivyo, mkusanyiko wa tishu-chuma (yasiyo ya heme) na mkusanyiko wa myelini ni aina za tishu zinazochangia sana kwa signal T2 * (Aquino et al., 2009, Uhuru na Raz, 2013, Langkammer et al., 2012 na Schenck, 2003). Wote wa tishu-chuma na myelini huwa na nyakati za kupumzika kwa muda mrefu, hivyo husababisha signal signal ya T2 *Aoki et al., 1989, Chavhan et al., 2009 na Yeye na Yablonskiy, 2009). Hata hivyo, myelin ni diamagnetic na tishu-chuma ni paramagnetic, hivyo tishu-chuma ina mchango mkubwa kwa T2 * (mkubwa hypo-intensitet) kama matokeo ya uwezo wake magnetic na athari juu ya magnetic uwanja inhomogeneity (Langkammer et al., 2010 na Schenck, 2003). Kwa hiyo, ingawa tishu-chuma na myelini wote huchangia kwa T2 *, ishara hiyo inapaswa kuathiriwa sana na mkusanyiko wa chuma, hasa katika chuma cha chuma cha chuma (Haacke et al., 2010 na Langkammer et al., 2010). Dhana hii inasaidiwa na uchambuzi wa utafutaji (Mtini. 3) ambayo inaonyesha vyama vya nguvu zaidi na T2 * na umri unaojitokeza katika maeneo ya chuma ya ubongo (basal ganglia, midbrain) badala ya maeneo yenye chuma cha chini cha tishu, mfano kamba na karatasi za kijani za sura nyeupe. Hivyo tofauti za maendeleo katika neurophysiolojia ya uzazi kama kipimo na T2 * inaonekana kuwa hasa inayotokana na tofauti ya maendeleo katika mkusanyiko wa tishu-chuma wakati wa ujana.

Ni muhimu kutambua kwamba ingawa chuma pia kiko katika hemoglobin, mchango wa heme-chuma kwa T2 * hauna maana ikilinganishwa na ile ya tishu-chuma (Langkammer et al., 2010 na Vymazal et al., 1996). Mchango wa hemoglobini kwa uwezekano wa magneti hutokea tu katika deoxy-hemoglobin na ni kubwa zaidi katika kueneza oksijeni ya chini (Kutangaza, 1977), lakini paramagnetism ya tishu-chuma mara nyingi zaidi kuliko hata kabisa hemoglobin deoxygenated (Vymazal et al., 1996). Athari hii ndogo ya heme-chuma haitarajiwa kuchangia madhara ya maendeleo yaliyoonekana katika utafiti huu kama ushawishi wake juu ya signal ya T2 * haipaswi kutofautiana kwa utaratibu na umri katika sampuli yetu. Mfumo wa mishipa kwa kiasi kikubwa imara wakati wa ujana, na chanjo ya chombo cha pial na malezi ya capillary (Harris et al., 2011) na jumla ya mtiririko wa damu ya ubongo kwa ateri ya ndani ya carotidi (msingi wa damu kwa striatum) kuanzishwa na utoto wa mapema (Schöning na Hartig, 1996).

4.2. Tissue-chuma na ubongo

Uelewa wa T2 * kwa tishu-chuma ni muhimu hasa katika mazingira ya maendeleo ya vijana. Chuma hupelekwa kizuizi cha damu-ubongo kupitia transfini ya protini na kuhifadhiwa katika miili ya kiini kama ferritin (Aquino et al., 2009 na Uhuru na Raz, 2013, Drayer et al., 1986). Ganglia ya basal na midbrain ni mikoa ya ubongo na mkusanyiko mkubwa wa ferritin (Haacke et al., 2005 na Schenck, 2003). Viini na mkusanyiko mkubwa wa ferritin ni oligodendrocytes zilizopatikana katika suala nyeupe na kijivu (Haacke et al., 2005). Ferritin pia inaweza kupatikana katika neurons, hususan wale walio kwenye kundi la basal (Drayer et al., 1986 na Moos, 2002). Ndani ya seli hizi za chuma huchangia kwenye michakato muhimu ya neurophysiological. Katika oligodendrocytes, chuma ni muhimu kwa awali ya myelin na inahitajika kwa uzalishaji wa ATP muhimu ili kuendeleza kimetaboliki ya juu ya oksidi ya seli hizi (Connor na Menzies, 1996, Moos, 2002 na Todorich et al., 2009). Katika ganglia ya basal, mifano ya wanyama ya upungufu wa chuma (Erikson et al., 2000) na mifano ya ugonjwa wa ugonjwa wa mguu usio na utulivu (Connor et al., 2009) na ADHD (Adisetiyo et al., 2014) zinaonyesha kuwa tishu-chuma huhusiana sana na mfumo wa dopamini (Ndevu na Connor, 2003). Hasa, tishu-chuma vinavyotokana na mkono vinaunga mkono neno la D2 la kujipokea (Ndevu, 2003 na Jellen et al., 2013), kazi ya kupitisha dopamini (Adisetiyo et al., 2014, Erikson et al., 2000 na Wiesinger et al., 2007), na dopamine neuron excitability (Jellen et al., 2013). Kama mfumo wa dopamine wa kujifungua umeonyeshwa kuendeleza wakati wa ujana katika mifano ya wanyama (Kalsbeek et al., 1988, Rosenberg na Lewis, 1995 na Teicher et al., 1995) na imekuwa hypothesized kwa kuweka tabia tabia na ubongo kazi katika kijana binadamu (Casey et al., 2008, Padmanabhan na Luna, 2014 na Mshale, 2000), ishara ya T2 * ina umuhimu wa pekee kwa kujifunza maendeleo ya vijana. Zaidi ya hayo, postmortem (Hallgren na Sourander, 1958) na MRI (Aquino et al., 2009 na Wang et al., 2012) utafiti wa kuchunguza tofauti za maisha katika tishu-chuma umeonyesha ongezeko la jumla la mkusanyiko wa chuma katika striatum kupitia umri wa kati na zinaonyesha kiwango cha kukusanya chuma ni kubwa zaidi katika miaka miwili ya kwanza ya maisha, kuonyesha kiwango cha kupungua kwa mabadiliko katika ufuatiliaji baada ya ujana.

4.3. T2 * na ubongo wa vijana

Mtazamo wa maendeleo wa signal T2 * ulikuwa tofauti kwa utaratibu katika vipengele vya dorsal na vikwazo vya striatum. Vipande vingi vya striatum, ambazo zina uhusiano mkubwa zaidi wa viungo vya maumbo (Cohen et al., 2009), ilionyesha mahusiano mabaya yenye umri na umri wakati sehemu za dorsal, ambazo zimekuwa na mahusiano mazuri sana na umri wa kupigana na umri unaonyesha kuwa kupitia umri wa vijana na vijana wa vijana na viongozi wa utaratibu wa kizazi wanaweza kuwa na michango tofauti ya neurophysiological ya tabia. Matokeo yanakubaliana na matokeo yaliyoonyesha kuwa striatum ina mfano wa maendeleo ya hali ya chini, yaani, nuclei ya kuzaa haipatii njia ya kimataifa ya sare (Raznahan et al., 2014). Uhusiano mbaya hasi katika striatum ya msingi unaongeza ongezeko thabiti katika mkusanyiko wa tishu-chuma na inverse inafaa kupendekeza kiwango cha ongezeko ni kubwa zaidi mapema katika ujana. Kutokana na ushirikiano wa tishu-chuma na kazi ya dopamine na upungufu wa damu, ongezeko hili linaweza kuunga mkono kukomaa na kuenea kwa mfumo wa dopamini na upungufu wa uhusiano wa cortico-striatal uliozingatiwa katika mifano ya wanyama ya maendeleo ya vijana (kwa mfano kuongeza nyongeza za dopamine kwa kamba ya prefrontal kamba ; Rosenberg na Lewis, 1995), kuunga mkono ukuaji wa mzunguko wa motisha.

Trajectory ya maendeleo ya T2 * ya uzazi ni ya pekee juu ya ujana katika sehemu za caudate na putamen. Katika maeneo haya, thamani ya voxel ya T2 * imefautiana isiyo ya kawaida na umri, wakati mwingine kuenea juu ya ujana kati ya miaka 17 na 18. Kwa maslahi maalum ni mahusiano ya quadratic mazuri ("U" umbo) katika mshipa wa kioo ambao huonyesha mkusanyiko wa tissue-iron katika eneo hili juu ya ujana, labda yanahusiana na kilele cha dopamine D2 kujieleza redio inayoonekana katika panya (Teicher et al., 1995) na kudhaniwa kutokea katika binadamu (Casey et al., 2008). Kwa ujumla, trajectories hizi za maendeleo zisizo na mwelekeo zinaonyesha kipindi cha kukomaa kwa upungufu wa neurophysiological ambayo inaweza kuchangia kilele cha tabia ya kutafuta na hatari na utambuzi wa tuzo ya uzazi wakati wa hatua hii ya maendeleo (Padmanabhan et al., 2011 na Mshale, 2000), wakati mahusiano yanayohusiana yanaweza kutafakari maendeleo ya mfumo wa kuchochea kwa njia ya uzima wa vijana (Arnett, 1999 na Hoogendam et al., 2013). Kutokana na matokeo ya mifano ya wanyama ambayo inaonyesha kilele cha vijana katika kujieleza kwa dopamine receptor na tafiti za binadamu za fMRI zinazoonyesha upungufu mkubwa wa reactivity wa kutokea chini ya mazingira ya motisha fulani, tulishangaa kuona mashirika ya linama au ya kinyume ya T2 * na umri katika sehemu za striatum. Inawezekana kwamba ongezeko la majibu ya BOLD ya kijana kwa thawabu inaweza kuwa nyeti kwa vipengele vya ziada vya kazi ya DA ambayo tishu-chuma sio moja kwa moja kuhusiana, kama vile kiasi cha kutolewa kwa DA au uwezekano, ambayo inaweza kuwa na trajectories tofauti za maendeleo. Mfano wa athari unaosababishwa pia unaonyesha hali ya moja kwa moja ya uhusiano kati ya uwiano wa tishu-chuma na dopamine receptor wiani na kazi ya DAT pamoja na jukumu lake katika michakato mingi ya neurophysiological (kwa mfano upangilizi na uzalishaji wa ATP) ambazo hazipungua kwa watu wazima. Kwa kiasi kikubwa, inaweza kuwa kuwa tofauti ya mtu binafsi katika T2 * na mkusanyiko wa tishu-chuma ya basili yanahusiana na tofauti ya mtu binafsi katika muundo na muundo wa mfumo wa dopamini. Kwa wazi, utafiti zaidi unahitajika kuelezea moja kwa moja uhusiano huu, hasa katika idadi ya kawaida.

Kwa kiasi kikubwa, ugavi wa visixel wa vipengele vya kipengele kutoka kwa udhibiti wa vector multivariate huonyesha kwamba kukomaa kwa neurophysiological ya striatum kunaathiriwa sana na kuendelea kwa maturation ya striatum ventral, ikiwa ni pamoja na kiini accumbens na sehemu ventromedial ya caudate na putamen, ndani watu wazima. Wakati wa ujana, striatum ya mradi inaonyesha upeo wa ufanisi wa ufanisi wa malipo ya malipo kwa sababu ya mazingira fulani ya motisha na unahusishwa na tabia ya kuchukua hatari wakati huu (Ernst et al., 2005, Galvan et al., 2006, Galvan et al., 2007, Geier et al., 2010 na Padmanabhan et al., 2011). Zaidi ya hayo, eneo hili ni dopamine yenye usafi na ni sehemu kuu ya njia za malipo ya frontostriatal dopamine (Knutson na Cooper, 2005, McGinty et al., 2013, Puglisi-Allegra na Ventura, 2012) kudhaniwa kuwa na hisia za kutafuta na hatari ya kuchukua tabia (Blum et al., 2000, Mshale, 2000). Kwa uzingatiaji, ongezeko la mkusanyiko wa tishu-chuma katika eneo hili linaweza kuwa na uhusiano wa kike na tabia ya vijana na reactivity malipo kwa njia ya kushirikiana na dopamine receptor kujieleza, kazi ya transporter, na excitability (Erikson et al., 2000, Jellen et al., 2013 na Wiesinger et al., 2007) na upendeleo (Connor na Menzies, 1996, Moos, 2002 na Todorich et al., 2009) ndani ya njia za kuambukizwa.

Uchunguzi mzima wa ubongo ulifunua kwamba vyama vya nguvu zaidi kati ya T2 * na umri hutokea katika maeneo yenye uharibifu wa chini na midbrain inayojulikana kuwa sehemu nyingi za dopamini na chuma za ubongo (Drayer et al., 1986, Haacke et al., 2005 na Langkammer et al., 2010) na viwango vya mkusanyiko wa chuma hupungua katika kipindi cha maisha (Aquino et al., 2009, Haacke et al., 2010 na Hallgren na Sourander, 1958). Katika kortex, vyama muhimu vilizingatiwa katika sehemu za mbele za limbic ambazo huanguka kwenye njia za macho na mbinu za dopamine za macho na vilevile mbele za mtendaji na mikoa ya magari. Ikumbukwe kwamba tafsiri ya mali halisi ya neurophysiological msingi wa signal T2 * nje ya striatum chuma tajiri ni kiasi kidogo chini. Kwa mfano, kiwango ambacho T2 * ya kamba inaonyesha mkusanyiko wa tishu ya chuma kwa kila se ni kidogo zaidi kama ugonjwa wa myelination unapaswa kuwa na mchango mkubwa wa jamaa kwa ishara katika maeneo ambayo yana viwango vya chini vya tishu-chuma (mfano kamba, suala nyeupe). Kwa sababu hii, inaweza kuwa na ushauri kwa watafiti wa baadaye kutafakari uchambuzi wa T2 * kwa maeneo ya ubongo inayojulikana kuwa na viwango vya juu vya tishu-chuma (kwa mfano gangli ya basal na midbrain). Hata hivyo, mkusanyiko huu wa mikoa ya ubongo na kinga ya ubongo inafanana na matokeo yetu ya kujifungua kwa kuwa ni ya kimuundo na ya kazi iliyounganishwa ndani ya mfumo wa dopamine na imeonyeshwa kuwa nyeti kwa maendeleo ya vijana (Casey et al., 2008, Cohen et al., 2009, Galvan et al., 2006, Geier et al., 2010, Giedd et al., 1999, Hwang et al., 2010, Lehéricy et al., 2004, Martino et al., 2008 na Sowell et al., 1999). Kwa hivyo, matokeo haya hutoa ushahidi kwa kuunga mkono dhana kwamba maendeleo ya neurophysiological ya mzunguko wa frontostriatal dopamine katika binadamu hutokea juu ya ujana (Casey et al., 2008 na Mshale, 2000).

4.4. Ukomo na maelekezo ya baadaye

Matokeo yetu, pamoja na yale ya Vo et al. (2011), zinaonyesha kwamba takwimu za T2 * zilizopuuzwa na EPI zinaweza kuwa chombo muhimu kwa uchunguzi wa neurophysiology ya uzazi. Faida ya njia hii ni kwamba kipimo hiki kinaweza kutokana na dasasets zilizopo za FMRI, ikiwa ni hali ya kupumzika au kuhusiana na kazi. Kama ilivyoelezwa hapo juu, tunapendekeza kuzingatia uchambuzi wa baadaye kwenye ganglia ya msingi na maeneo mengine ya ubongo inayojulikana kuwa na viwango vya juu vya tishu-chuma kama tafsiri ya njia za neurophysiological zinazochangia T2 * ni kubwa zaidi katika maeneo haya. Zaidi ya hayo, tunapendekeza maeneo ya ubongo kama kamba ya orbitofrontal cortex na sehemu za cortex ya inferotemporal ambazo zinaweza kukabiliwa na vifaa vya kuathirika vinaweza kuepukwa kwa uchambuzi wa EPI wa T2 *. Tunataka kutambua kwamba wachunguzi wanaopenda kuzingatia hasa viwango vya tishu-chuma pia vinaweza kutumia utaratibu wa MR kiasi, kama vile R2 'au R2 *, ambazo zimeonyeshwa kuwa zinahusiana na maudhui ya tishu-chuma (Sedlacik et al., 2014 na Yao et al., 2009) kutathmini mali hii ya tishu zaidi kwa usahihi. Mwelekeo muhimu kwa kazi ya baadaye ni kuelezea moja kwa moja ushirikiano kati ya mkusanyiko wa tishu-chuma katika ganglia ya basal na fahirisi za kazi ya mfumo wa dopamini katika idadi ya kawaida, kupanua kazi iliyofanyika katika RLS, ADHD, na idadi ya watu wenye uharibifu wa chuma na kusababisha ufanisi zaidi tafsiri na umuhimu wa T2 * na hatua zinazohusiana. Kwa hakika, uelewa wa kuimarishwa wa uhusiano huu una maana kubwa kwa masomo ya maendeleo ya binadamu ambayo mbinu nyingi za kuvuta vidonda ambazo zinaweza kupima neurobiolojia ya mfumo wa dopamine hazipatikani. Hatimaye, ingawa utafiti huu ulifanyika ukitumia dasaset kubwa ya sehemu ya msalaba iliyofunikwa kwa kiwango cha umri, kazi ya baadaye inapaswa kuajiri muundo wa muda mrefu ili punda bora zaidi ya umri mabadiliko katika T2 *, kwa se.

5. Hitimisho

Matokeo yetu hutoa ushahidi wa viwango vya kuendelea kwa kukomaa kwa neurophysiological ya mikoa ya uzazi katika ujana wa binadamu. Matokeo yetu na hali ya signal ya T2 * zinaonyesha kuwa tofauti tofauti za umri katika neurophysiolojia ya uzazi huathiriwa sana na tofauti katika mkusanyiko wa tishu (Aoki et al., 1989, Chavhan et al., 2009, Yeye na Yablonskiy, 2009, Langkammer et al., 2010 na Schenck, 2003). Kutokana na mchango wa mali hii ya tishu kwa kazi ya ubongo, ikiwa ni pamoja na kazi ya dopamini, na jukumu la striatum katika kujifunza, motisha, na usindikaji wa malipo, kukomaa kwa muda mrefu wa striatum kama indexed na T2 * inaweza kuchangia kwa nguvu mabadiliko ya maendeleo ya tabia na ubongo hufanya kazi kupitia ujana.

Michango ya Waandishi

B. Larsen na B. Luna walishirikiana katika kukubali na kutengeneza majaribio. B. Larsen aliuchunguza data na akaandika rasimu ya awali ya karatasi. B. Luna ilitoa mageuzi ya maandishi ya awali.

Mgongano wa maslahi

Hakuna taarifa.

Zifuatazo ni data ya ziada kwa makala hii.

Marejeo