Структурна МРТ розвитку дитячого мозку: що ми дізналися і куди ми йдемо? (2010)

Нейрон. Авторський рукопис; доступний у PMC 2012 Feb 23.

Опубліковано в остаточному форматі:

PMCID: PMC3285464

NIHMSID: NIHMS347429

Остаточна редагована версія цієї статті видавця доступна за адресою Нейрон

Див. Інші статті у PMC cite опублікованої статті.

Перейти до:

абстрактний

Магнітно-резонансна томографія (МРТ) дозволяє отримати безпрецедентний доступ до анатомії і фізіології мозку, що розвивається, без використання іонізуючого випромінювання. За останні два десятиліття було отримано та проаналізовано тисячі сканувань МРТ головного мозку від здорової молоді та осіб з нейропсихіатричними захворюваннями щодо діагнозу, статі, генетики та / або психологічних змінних, таких як IQ. Початкові звіти, які порівнювали різниці розмірів різних компонентів мозку, усереднених через великі вікові проміжки, призвели до поздовжніх досліджень, що вивчають траєкторії розвитку з часом і оцінки нейронних схем, на відміну від структур в ізоляції. Хоча МРТ досі не є рутинним діагностичним засобом для оцінки дитячих нейропсихіатричних розладів, з'явилися закономірності типового та нетипового розвитку, які можуть з'ясувати патологічні механізми та запропонувати мішені для втручання. У цьому огляді ми узагальнюємо загальний внесок структурної МРТ до нашого розуміння нейроразвития у здоров'ї та хворобі.

МРТ анатомії головного мозку при типовому розвитку дітей

Людський мозок має особливо тривале дозрівання, з різними типами тканин, структурами мозку і нервовими ланцюгами, що мають різні траєкторії розвитку, що зазнають динамічних змін протягом усього життя. Продольні МР-скани типово розвиваються дітей і підлітків демонструють збільшення обсягів білої речовини (WM) та інвертованих U-образних траєкторій обсягів сірої речовини (ГМ) з розмірами піків, що відбуваються в різні часи в різних регіонах. малюнок 1 показує траєкторії віку за розміром з поздовжнього дослідження, що включає сканування 829 з предметів 387, вік 3 – 27 років (див. малюнок 1 та Додаткові експериментальні процедури).

малюнок 1 

Траєкторії розвитку морфометрії мозку: віки 6 – 20 років

Загальний обсяг головного мозку

У когорті відділення дитячої психіатрії, зазначеної вище, загальний об'єм мозку слід за інвертованою траєкторією у формі U, досягнутою у віці 10.5 у дівчаток і 14.5 у хлопчиків (Lenroot et al., 2007). Як у чоловіків, так і у жінок, мозок вже на 95% від свого пікового розміру за віком 6 (Малюнок 1A). Протягом цих віків середній розмір головного мозку у чоловіків для чоловіків становить ~ 10% більше, ніж для жінок. Ця відмінність 10% узгоджується з великою дорослою нейровизуализацией і постмортальною літературою, але часто пояснюється, що вона пов'язана з більшим розміром тіла чоловіків. Однак у наших педіатричних органах тіла хлопчиків не перевищують дівчат, аж до статевого дозрівання. Подальші докази того, що розмір мозку не тісно пов'язаний з розміром тіла, є фундаментальним роз'єднанням траєкторій дозрівання мозку і тіла, причому розмір тіла збільшується приблизно через вік 17.

Відмінності в розмірах головного мозку не повинні тлумачитися як обов'язково надають будь-які функціональні переваги або недоліки. У випадку чоловічих / жіночих відмінностей, грубі структурні заходи можуть не відображати сексуальні диморфні відмінності у функціонально значущих факторах, таких як зв'язок нейронів і щільність рецепторів.

Соуелл та його колеги вимірювали зміни в обсязі мозку у групі дітей 45, які сканували двічі (крім 2 років) між віками 5 і 11 (Sowell et al., 2004). Використовуючи зовсім інший метод, в якому відстань вимірювалася між точками на поверхні мозку і центром мозку, вони виявили збільшення розміру мозку протягом цього вікового періоду, особливо в лобних і потиличних областях.

Церебцел

Caviness et al., У поперечному зразку хлопчиків 15 і дівчаток 15 у віці 7 – 11, виявили, що мозок був у дорослому обсязі у жінок, але не самців у цьому віковому діапазоні, що свідчить про наявність пізнього розвитку та статевого диморфізму (Caviness et al., 1996). Функція мозочка традиційно описується як пов'язана з моторним контролем, але в даний час загальноприйнято, що мозочок також бере участь у емоційній обробці та інших вищих когнітивних функціях, які дозрівають протягом юності (Riva і Giorgi, 2000; Schmahmann, 2004).

У когорті відділення дитячої психіатрії криві розвитку загального розміру мозочка були подібні до кривої головного мозку після перевернутої U-подібної траєкторії розвитку з піковим розміром у 11.3 у дівчаток і 15.6 у хлопчиків. На відміну від еволюційно більш пізніх півкуль мозочка, що слідували за інвертованою траєкторією розвитку U, розмір мозочків не змінився протягом цього вікового періоду (Tiemeier et al., 2010).

Біла речовина

Білий колір «білої речовини» виробляється мієліновими, жировими білими оболонками, утвореними олігодендроцитами, які обертаються навколо аксонів і різко збільшують швидкість нейрональних сигналів. Обсяг WM зазвичай збільшується протягом дитинства та підліткового віку (Lenroot et al., 2007), які можуть лежати в основі більшої підключення і інтеграції розрізнених нейронних схем. Важливою особливістю, яка лише нещодавно була оцінена, є те, що мієлін не просто максимізує швидкість передачі, а модулює час і синхронність моделей нейронів, які створюють функціональні мережі в мозку (Поля і Стівенс-Грем, 2002). Відповідно до цього, дослідження з використанням міри щільності білої речовини для відображення регіонального зростання білої речовини виявило швидке локалізоване збільшення між дитинством і підлітковим віком. Кортикоспинальні тракти показали збільшення, яке було подібним за величиною з обох сторін, тоді як тракти, що з'єднують фронтальні і скроневі області, збільшувалися в лівобічних областях, пов'язаних з мовою (Paus et al., 1999).

Сіра речовина

Тоді як WM зростає в дитинстві та підлітковому віці, траєкторії об'ємів ГМ слідують за інвертованою траєкторією розвитку U. Різні криві розвитку WM і GM заперечують інтимні зв'язки між нейронами, гліальними клітинами і мієліном, які є компонентами в нейронних ланцюгах і пов'язані між собою взаємними зв'язками протягом усього життя. Зміни кортикальних ГМ на рівні вокселів від віку 4 до 20 років, отриманих від сканування суб'єктів 13, кожна з яких була сканована чотири рази через ~ 2 річні інтервали, показані в малюнок 2 (анімація доступна за адресою http://www.nimh.nih.gov/videos/press/prbrainmaturing.mpeg) (Gogtay et al., 2004b). Вік пікової ГМ щільності є найдавнішим у первинних сенсомоторних областях і останнім у сферах асоціації вищого порядку, таких як дорсолатеральная префронтальна кора, нижня тім'яна і верхня скронева звивина. Невирішеним питанням є ступінь, в якій скорочення коркових ГМ обумовлені синаптичною обрізанням у порівнянні з міелінізацією вздовж кордону GM / WM (Sowell et al., 2001). Об'єм хвостатого ядра, субкортикальна ГМ-структура, також слід інвертованої траєкторії розвитку U, з піками, подібними до лобових часток, з якими вони поділяють великі зв'язки (Lenroot et al., 2007).

малюнок 2 

Регіональне дозрівання кортикальної товщини: століття 4 – 21 років

Траєкторії розвитку: подорож, а також призначення

Видатний принцип, встановлений в літературі з нейровізуалізації, полягає в тому, що форма віку за розміром траєкторій може бути пов'язана з функціональними характеристиками навіть більше, ніж абсолютні розміри. Наприклад, у поздовжньому дослідженні, що включає сканування 692 з 307 типово розвиваються суб'єктів, вік з кривими розвитку кортикальної товщини був більш прогностичний для IQ, ніж відмінності в товщині кірки у віці 20 років (Shaw et al., 2006a). Траєкторії віку за розміром також є більш дискримінаційними, ніж статичні заходи для статевого диморфізму, де відбуваються об'ємні піки ГМ 1 – 3 років раніше у жінок (Lenroot et al., 2007). Траєкторії все частіше використовуються як розпізнавальний фенотип у дослідженнях психопатології (Giedd et al., 2008).

Багато психіатричних розладів (як дитини, так і дорослих) давно вже висували гіпотезу, що відображає тонкі відхилення в розвитку мозку. Анатомічні дослідження розвитку мозку відновили і розширили наше розуміння нормальних і ненормальних закономірностей розвитку, а також пластичну реакцію на хворобу. Не обговорюється будь-який розлад на великій глибині, але огляд серії досліджень для розладу дефіциту уваги / гіперактивності (СДУГ), дуже ранньої (дитячої) шизофренії (КО) і аутизму ілюструють деякі ключові принципи.

Дефіциту уваги з гіперактивністю

СДУГ є найбільш поширеним порушенням дитячого розвитку, що зачіпає між 5% і 10% дітей шкільного віку і 4.4% дорослих (Kessler et al., 2005). Залишається суперечка з приводу цього розладу через відсутність будь-якого біологічного діагностичного тесту, частоти виражених симптомів (неуважність, неспокій і імпульсивність) у загальній популяції, хороший довгостроковий результат для половини випадків дитячого віку, а також надмірне лікування стимуляторами.

Перехресні анатомічні дослідження СДУГ постійно вказують на залучення лобових часток (Castellanos et al., 2002), тім'яні частки (Sowell et al., 2003), базальні ганглії (Castellanos і Giedd, 1994), мозолистого тіла (Giedd et al., 1994) і мозочка (Berquin et al., 1998). Візуальні дослідження фізіології головного мозку також підтримують залучення схеми правих лобно-базальних гангліїв з потужним модуляційним впливом з мозочка (див. Giedd et al., 2001, для перегляду).

Через широкий діапазон клінічних результатів, що спостерігаються при СДУГ, особливий інтерес представляють лонгитюдние дослідження. Такі дослідження вказують на затримку розвитку кортикальних траєкторій товщини, найбільш помітно для лобових часток (Shaw et al., 2007a) (подивитися малюнок 3). Загальна картина первинних сенсорних зон, що досягають максимальної товщини кортикального поля перед полімодальними областями асоціації високого порядку, відбувалася як у тих, які мають СДУГ, так і без них. Проте, середній вік, до якого 50% від кіркових точок досягав максимальної товщини піку, був 10.5 років для ADHD і 7.5 років для контролів. Область з найбільшою різницею у віці була середньою префронтальною корою, досягаючи пікової товщини в 10.9 роках у тих з ADHD і 5.9 роками для контролів.

малюнок 3 

Затримка розвитку кортикальної товщини при СДУГ

Темою наших досліджень СДУГ є те, що клінічне поліпшення часто віддзеркалюється зближенням траєкторій розвитку до типового розвитку і що персистування СДУГ супроводжується прогресивним відхиленням від типового розвитку. Ми продемонстрували це для кори головного мозку, де нормалізація правої тім`яної кортики супроводжувала клінічне поліпшення (Shaw et al., 2006b) - і для мозочка, де прогресуюча втрата обсягу нижньої задньої частки віддзеркалює персистенцію СДВГ (Mackie et al., 2007). Подібний принцип може бути і для гіпокампу: діти з СДУГ, які передають СДУГ, показують траєкторію, подібну до такої типового розвитку, тоді як стійкий СДУГ супроводжується прогресуючою втратою обсягу гіпокампа (Shaw et al., 2007b). Ці надзвичайно важливі висновки відбуваються незалежно, і, таким чином, не можна просто бачити СДУГ як «затримку лобового розвитку». Слід також підкреслити, що на сьогоднішній день ці заходи окремо або разом не є клінічно корисними для діагностики або клінічного результату.

Стимулятори залишаються найбільш ефективним і широко використовуваним лікуванням СДУГ, покращуючи поведінку завдань і зводячи до мінімуму деструктивні симптоми. Більш ранні дослідження, які вказують на те, що стимулятори мають нормалізуючий вплив на розвиток субкортикальної та білої речовини (Castellanos et al., 2002) були поширені на розвиток кортикальногоShaw et al., 2009) і до таламусу (Logvinov et al., 2009). Незалежно від того, чи є ця нормалізація пластичними змінами, пов'язаними з активністю, або пов'язаними з лікуванням, або більш прямим нейронним ефектом ліків залишається невідомим.

Існують значні епідеміологічні та нейропсихологічні докази того, що СДВГ найкраще вважати розмірним, що лежить в крайній частині безперервного розподілу симптомів і основних когнітивних порушень. Таким чином, ми запитували, чи розвиток кортикального головного мозку у дітей, що зазвичай розвиваються, з симптомами гіперактивності та імпульсивності, нагадує те, що було виявлено у синдромі. Зокрема, ми виявили, що більш повільна швидкість погіршення коркового стану в пізньому дитячому та підлітковому віці, яку ми раніше знаходили в СДУГ, також пов'язана з тяжкістю симптомів гіперактивності та імпульсивності у дітей, що розвиваються, що надає нейробіологічні дані про розмірність захворювання.

Шизофренія

Шизофренія широко вважається розладом нервового розвитку (Weinberger, 1987; Rapoport et al., 2005). Дослідження COS надає прекрасну можливість дослідити специфіку нейроразвития відхилень, оскільки сканування (1) може бути отримано під час найбільш динамічних і відповідних періодів розвитку мозку і (2) дітей з початкових подій типових захворювань, що починаються з дорослих. більш важкий фенотип менш схильний до впливу факторів навколишнього середовища і, швидше за все, виявляти генетичні впливи.

Дослідження COS ведеться в NIMH з 1990. Діагноз проводиться з використанням немодифікованих критеріїв DSM-III-R / IV і, в більшості випадків, після стаціонарного спостереження без ліків. Хоча рідко зустрічається 1 / 500th часто, як у дорослих початку шизофренії (AOS), випадки COS (n = 102 до теперішнього часу) клінічно нагадують випадки AOS поганого результату, в тому, що всі феноменологічні, сімейні та нейробіологічні дослідження в COS подібні висновки, як у AOS, що свідчить про безперервність між цими двома формами хвороби (Gogtay і Rapoport, 2008).

Висновки з нейрозображення, отримані в когорті COS, узгоджуються з літературою AOS, що демонструє збільшення обсягу латерального шлуночка, зменшення загальних і регіональних обсягів ГМ, зниження обсягів гіпокампа і мигдалини, а також збільшення обсягів базальних гангліїв, які прогресували в підлітковому віці (див. Gogtay і Rapoport, 2008, для перегляду). Найбільш яскраво виявленими продольними даними є прогресуючі втрати кісткової ГМ під час підліткового віку (Thompson et al., 2001) і затримка розвитку білої речовини (Gogtay et al., 2008). З віком скорочення кортикального ГМ стає більш обмеженим (оскільки траєкторія кортикальної здорової групи «досягає» прискорену картину втрати кортикальних ГМ, що спостерігається в КОС). Показано, що втрата кісткової ГМ при шизофренії пояснюється втратою «нейропілу», що складається з глії, синаптичних і дендритних альтанок, і судинної системи (Селемон і Голдман-Ракіч, 1999). Постмортні дослідження не показують поширеної втрати нейронів при шизофренії або гліальної реакції на потенційне пошкодження нейронів. На основі цих та інших збіжних даних переважали моделі розвитку аномальної синаптичної функції або структури (Weinberger et al., 1992).

Аутизм

Аутизм визначається ненормальною поведінкою у сферах спілкування, соціальної пов'язаності та стереотипної поведінки протягом перших років життя 3. У дітей з аутизмом відбувається раннє прискорення росту головного мозку, яке перевищує типові розміри, що призводить до перехідного розширення мозку (Courchesne et al., 2007). Візуалізація головного мозку та генетичні дослідження COS надавали несподівані зв'язки з аутизмом щодо «зрушення вправо» в ранньому розвитку мозку (більш швидкий ріст головного мозку в перші роки життя при аутизмі і передчасне зниження товщини кортики під час підліткового віку) . Можливий проміжний фенотип зміни періоду розвитку мозку (Rapoport et al., 2009) або запропоновано альтернативні "полярні" шляхи мозку (Crespi et al., 2010). Ми передбачаємо, що дослідження майбутнього лікування зосереджуватимуться на агентів, які мають більш загальний «нормалізаційний ефект» на розвиток мозку. На сьогоднішній день існують обмежені докази того, що стимулятори можуть мати такий ефект, як згадано вище (Sobel et al., 2010).

Підсумовуючи, клінічні дослідження вказують на діагноз-специфічні групи анатомічних відмінностей у мозку, які хоча і не є діагностичними, починають з'ясовувати терміни і характер відхилень від типового розвитку. Використання траєкторій (тобто, морфометричних вимірювань за віком) як ендофенотипу може забезпечити дискримінаційну здатність, коли статичних заходів немає (Giedd et al., 2008). Все більш очевидно, що той же самий молекулярний генетичний ризик може бути пов'язаний з цілим рядом психіатричних фенотипів, включаючи аутизм, біполярний розлад, шизофренію, розумову відсталість і епілепсію. І навпаки, той самий психічний фенотип, ймовірно, відображає численні рідкісні генетичні аномалії, такі як варіанти копіювання (Bassett et al., 2010; Макклеллан і Кінг, 2010). Вивчення ролі генетичних варіантів щодо термінів розвитку мозку може прояснити деякі з цих питань чутливості та специфічності.

Висока варіабельність мізків мозку у осіб

Всі наведені вище дані повинні інтерпретуватися з урахуванням вражаючо великої мінливості заходів розміру головного мозку в окремих осіб (Lange et al., 1997). Ця висока мінливість поширюється і на показники субструктур мозку. Висока мінливість і суттєве перекриття більшості заходів для більшості груп, що порівнюються, мають глибокі наслідки для діагностичної корисності психіатричних нейровізуалізацій і чутливості / специфічності у використанні нейровізуалізації для прогнозування поведінки або здатності конкретної людини. Наприклад, хоча середні анатомічні розходження МРТ у групах були зареєстровані для всіх основних психічних розладів, МРТ в даний час не вказана для рутинної діагностики будь-яких. Аналогічним чином, хоча в середньому по групі існують статистично значні відмінності між чоловічими і жіночими мізками, немає нічого на окремому МРТ-мозку, щоб впевнено розпізнати, чи є вона чоловіком або жінкою. За аналогією, висота для дорослих чоловіків значно перевищує висоту для дорослих жінок. Тим не менш, є так багато жінок вище, ніж стільки чоловіків, що висота сама по собі не була б дуже корисним способом визначити чиєсь стать. Чоловічі / жіночі відмінності у висоті приблизно вдвічі більші за розміри більшості нейрозображень або нейропсихологічних заходів.

Перехід від середніх відмінностей групи до індивідуального використання є однією з видатних проблем нейровізуалізації. Оскільки велика частина корисності нейровізуалізації спирається на ступінь, до якої цей виклик може бути виконаний, врахування варіабельності має першочергове значення. У наступному розділі ми розглянемо деякі з параметрів, які, як відомо, впливають на зміни в розвитку мозку.

Вплив на траєкторії розвитку анатомії головного мозку в дитинстві та юності

Гени та навколишнє середовище

Порівнюючи схожість монозиготних (MZ) близнюків, які поділяють ~ 100% тих же генів, і дизиготних (DZ) близнюків, які поділяють ~ 50% тих же генів, ми можемо оцінити відносний внесок генетичних і негенетичних впливів на траєкторії розвиток мозку. Щоб продовжити це питання, ми проводимо дослідження поздовжніх нейровізуалізацій близнюків і в даний час отримали ~ 600 сканування з пар 90 MZ і 60 DZ. Структурне моделювання рівнянь (SEM) використовується для оцінки вікових × гена × взаємодії навколишнього середовища та інших епістатичних явищ, які кидають виклик традиційній інтерпретації подвійних даних. SEM описує взаємодіючі ефекти як (A) адитивні генетичні, (C) спільні екологічні, або (E) унікальні екологічні фактори (Neale і Cardon, 1992). Для більшості досліджених структур головного мозку адитивні генетичні ефекти (наприклад, “спадковість”) є високими, а загальні екологічні ефекти низькі (Wallace et al., 2006). Адитивні генетичні ефекти для загального обсягу церебрального та лобарного обсягів (включаючи підгрупи GM та WM) коливалися від 0.77 до 0.88; для хвостатого, 0.80; і для мозолистого тіла, 0.85. Мозочок має характерний профіль успадкування з адитивним генетичним ефектом тільки 0.49, хоча широкі довірчі інтервали заслуговують обережної інтерпретації. Високопродуктивні морфометричні міри мозку забезпечують біологічні маркери для успадкованих ознак і можуть служити мішенями для генетичних зв'язків і досліджень асоціації (Готтесман і Гулд, 2003).

Багатоваріантні аналізи дозволяють оцінити, наскільки однакові генетичні чи екологічні фактори впливають на множинні нейроанатомічні структури. Як і універсальні змінні, ці міжструктурні кореляції можуть бути розподілені на відносини генетичного або екологічного походження. Це знання є життєво важливим для інтерпретації більшості даних подвійних, включаючи розуміння впливу генів, які можуть впливати на розподілені нейронні мережі, а також втручання, які можуть мати глобальні впливи мозку. Спільні ефекти пояснюють більшу дисперсію, ніж специфічні для структури ефекти, з єдиним генетичним фактором, який враховує 60% варіабельності товщини кортикального матеріалу (Schmitt et al., 2007). Шість факторів становлять 58% від залишкової дисперсії, причому п'ять груп структур сильно залежать від тих самих основних генетичних факторів. Ці висновки узгоджуються з гіпотезою радіальної одиниці про неокортикальне розширення, запропоновану Ракичем (Rakic, 1995) і з гіпотезами, що глобальні, генетично опосередковані відмінності в поділі клітин є рушійною силою міжвидових відмінностей у загальному обсязі мозку (Darlington et al., 1999; Finlay і Darlington, 1995; Fishell, 1997). Розширення всього мозку, коли можуть бути обрані лише специфічні функції, є метаболічно дорогим, але кількість мутацій, необхідних для впливу на поділ клітин, буде набагато меншою, ніж потрібно для того, щоб повністю змінити церебральну організацію.

Вікові зміни у спадковості можуть бути пов'язані з тимчасовою експресією генів і пов'язаними з віком початку порушень. Взагалі, з віком збільшується зрілість для WM і зменшується для обсягів ГМ (Wallace et al., 2006), у той час як успадковуваність зростає для товщини коркової кістки в регіонах лобової кори, парієтальних і скроневих часток (Lenroot et al., 2009). Знання про те, коли певні структури мозку особливо чутливі до генетичних чи впливів навколишнього середовища під час розвитку, можуть мати важливі освітні та / або терапевтичні наслідки.

Відмінності чоловіки / жінки

Враховуючи, що майже всі нервово-психічні розлади мають різну поширеність, вік початку захворювання і симптоматику між чоловіками і жінками, статеві відмінності у типових траєкторіях розвитку мозку дуже важливі для вивчення патології. Різноманітні статеві відмінності в траєкторіях розвитку відзначаються майже у всіх структурах, причому піки ГМ-об'єму, як правило, відбуваються раніше за 1 – 3 у жінок (Lenroot et al., 2007). Щоб оцінити відносний внесок статевих хромосом і гормонів, наша група вивчає суб'єктів з аномальними варіаціями статевих хромосом (наприклад, XXY, XXX, XXXY, XYY) (Giedd et al., 2007), а також суб'єктів з аномальними гормональними рівнями (наприклад, вроджена гіперплазія надниркових залоз, сімейний чоловічий ранній статевий період, синдром Кушинга) (Merke et al., 2003, 2005).

Специфічні гени

Як і будь-який кількісний поведінковий або фізичний показник, індивідууми можна класифікувати за групами на основі генотипу. Зображення мозку осіб у різних групах генотипів можуть бути усереднені і зіставлені статистично. У дорослих популяціях одним з найбільш часто вивчених генів був аполіпопротеїн Е (apoE), який модулює ризик хвороби Альцгеймера. Носії аллелю 4 apoE мають підвищений ризик, тоді як носії аллелю 2, можливо, мають знижений ризик. Щоб дослідити, чи мають алелі apoE явні нейроанатомічні підписи, які можна ідентифікувати в дитячому та підлітковому віці, ми розглянули сканування 529 у здорових осіб 239 у віці 4 – 20 роківShaw et al., 2007c). Незважаючи на відсутність значних IQ-генотипових взаємодій, спостерігається поетапний вплив на товщину коркової тканини в енторінальних і правих гіпокампальних областях, при цьому група 4 демонструє найтонші, гомозиготи 3 в середньому діапазоні, а група 2 - найбільш товста. Ці дані свідчать про те, що педіатричні оцінки можуть стати інформативними для порушень, що виникають у дорослих.

Резюме / Обговорення

Теми, які мають відношення до здоров'я і хвороби, включають важливість розгляду траєкторій розвитку та високу мінливість заходів для окремих осіб. Незважаючи на високі індивідуальні варіації, очевидними є кілька статистично міцних моделей середніх змін зрілості. Зокрема, обсяги WM ​​збільшуються, а обсяги ГМ слідують за інвертованою траєкторією розвитку U з піками останніх у високо асоціативних областях, таких як дорсолатеральная префронтальна кора. Ці анатомічні зміни узгоджуються з електроенцефалографічними, функціональними МРТ, посмертними і нейропсихологічними дослідженнями, що вказують на зростаючу «зв'язність» в мозку, що розвивається. «Зв'язок» характеризує кілька концепцій неврології. У анатомічних дослідженнях зв'язок може означати фізичну зв'язок між областями мозку, які мають спільні траєкторії розвитку. У дослідженнях функції мозку зв'язок описує взаємозв'язок між різними частинами мозку, які активуються разом під час виконання завдання. У генетичних дослідженнях це стосується різних регіонів, на які впливають однакові генетичні чи екологічні фактори. Всі ці типи підключення зростають у підлітковому віці. Характеризуючи розвиваються нейронні схеми і змінюються відносини між розрізненими компонентами головного мозку, є однією з найбільш активних областей дослідження нейровипромінювання, як детально Power et al. (2010) (це питання Нейрон).

Хоча інші вищі асоціативні області також дозрівають порівняно пізно, розвиток ходу дорсолатеральної префронтальної кори головним чином ввійшов до дискурсу, що впливає на соціальні, законодавчі, судові, батьківські та освітні сфери через його залучення до судження, прийняття рішень і контролю імпульсів. Це також узгоджується з зростаючим об'ємом літератури, що вказує на зміну балансу між мережами лімбічної системи, що дозрівають раніше (які є місцем емоцій, а також мережами лобових часток, що пізніше дозрівають), а також фронтальними системами пізніше зрілу (Casey et al., 2010a [це питання Нейрон]). Фронтальні / лімбічні відносини є дуже динамічними. Оцінка взаємодії лімбічної та когнітивної систем необхідна для розуміння прийняття рішень під час підліткового віку.

Психологічні тести зазвичай проводять в умовах «холодного пізнання» - гіпотетичних, малоемоційних ситуацій. Проте, прийняття рішень у реальному світі часто відбувається в умовах «гарячого пізнання» —високого збудження, зі стороннім тиском і реальними наслідками. Нейромагнітні дослідження продовжують розрізняти різні біологічні схеми, залучені до гарячого і холодного пізнання, і починають зіставляти, як зрілі частини мозку, що беруть участь у прийнятті рішень. Наприклад, підлітки показують перебільшену активацію nucleus accumbens для нагородження порівняно з дітьми, але не різницю в орбітальній фронтальній активації (Galvan et al., 2006). Продемонстровано, що тривале дозрівання ПФК пов'язане з віковим поліпшенням пам'яті для деталей досвіду (на відміну від раніше зрілих медіальних темпоральних структур, що містять неекспериментальні спогади) (Ofen et al., 2007).

Принцип «подорожі та призначення» підкреслює принципово динамічний характер розвитку мозку та когнітивного розвитку у дітей. Підлітковий вік є особливо критичною стадією розвитку нервової системи, і зв'язок між типовими змінами до зрілості та настанням психопатології у цій віковій групі є сферою активного дослідження. Початок декількох класів психічних захворювань у підлітковому віці (наприклад, тривожність і розлади настрою, психоз, розлади харчування і зловживання психоактивними речовинами) (Kessler et al., 2005) можуть бути пов'язані з багатьма змінами мозку, що відбуваються протягом цього часу (Paus et al., 2008). У більш широкому сенсі, розуміння механізмів і впливів на структурний і функціональний розвиток мозку в дитинстві може допомогти нам використати пластичність розвитку мозку, щоб допомогти втручатися в клінічні розлади і з'ясувати шляхи просування оптимального здорового розвитку.

Додатковий матеріал

Додаткові дані

Виноски

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Додаткова інформація включає методологічні міркування і можна знайти в цій статті на сайті: doi: 10.1016 / j.neuron.2010.08.040.

посилання

  1. Bassett AS, Costain G, Alan Fung WL, Рассел KJ, Пірс L, Kapadia R, Картер РФ, Чоу EW, Форсайт PJ. Клінічно виявляються варіації кількості копій у популяції канадського водозбору шизофренії. J Psychiatr Res. 2010 doi: 10.1016 / j.jpsychires.2010.06.013. в пресі. Опубліковано онлайн липня 18, 2010. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed] [Крест Реф]
  2. Berquin PC, Giedd JN, Jacobsen LK, Hamburger SD, Krain AL, Rapoport JL, Castellanos FX. Мозочок при розладі дефіциту уваги з гіперактивністю: морфометричне дослідження МРТ. Неврологія. 1998: 50: 1087 – 1093. [PubMed]
  3. Кейсі BJ, Duhoux S, Коен М.М. Підлітковий вік: Що стосується передачі, переходу та перекладу? Нейрон. 2010: 67 – 749. ця проблема. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  4. Castellanos FX, Giedd JN. Кількісна морфологія хвостатого ядра при СДУГ. Біол Психіатрія. 1994: 35: 725. [PubMed]
  5. Castellanos FX, Lee PP, Sharp W, Jeffries NO, Greenstein DK, Clasen LS, Blumenthal JD, James RS, Ebens CL, Walter JM, et al. Траєкторії розвитку аномалій обсягу мозку у дітей та підлітків з розладом дефіциту уваги / гіперактивності. JAMA. 2002: 288: 1740 – 1748. [PubMed]
  6. Кав'ярність VSJ, Jr., Kennedy DN, Richelme C, Rademacher J, Filipek PA. Вік мозку людини 7 – 11 років: об'ємний аналіз на основі магнітно-резонансних зображень. Цереб. 1996: 6: 726 – 736. [PubMed]
  7. Courchesne E, Pierce K, Шуман CM, Redcay E, Баквалтер JA, Кеннеді DP, Морган Дж. Картування раннього розвитку мозку в аутизмі. Нейрон. 2007: 56: 399 – 413. [PubMed]
  8. Crespi B, Stead P, Elliot M. Еволюція в охороні здоров'я та медицині Коллоквіум Саклера: Порівняльна геноміка аутизму та шизофренії. Proc Natl Acad Sci США. 2010 (107): 1 – 1736. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  9. Дарлінгтон Р.Б., Dunlop SA, Finlay BL. Нейронний розвиток у метатерійських та евтерівських ссавців: варіації та обмеження. J Comp Neurol. 1999: 411: 359 – 368. [PubMed]
  10. Fields RD, Stevens-Graham B. Нове розуміння зв'язку з нейро-глією. Наука. 2002: 298: 556 – 562. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  11. Finlay BL, Darlington RB. Пов'язані закономірності розвитку та еволюції мозку ссавців. Наука. 1995: 268: 1578 – 1584. [PubMed]
  12. Fishell G. Регіоналізація в теленцефалоні ссавців. Curr Opin Neurobiol. 1997: 7: 62 – 69. [PubMed]
  13. Гальван А, Харе Т. А., Парра СЕ, Пенн Дж, Восс Н, Гловер Г, Кейсі Б.Я. Більш раннє розвиток аккумбенса щодо орбітофронтальної кори може спричинити ризиковану поведінку у підлітків. J Neurosci. 2006: 26: 6885 – 6892. [PubMed]
  14. Giedd JN, Castellanos FX, Кейсі Б.Я., Козуч П., Король А.С., Гамбургер С.Д., Рапопорт JL. Кількісна морфологія мозолистого тіла при розладі дефіциту уваги. Am J Psychiatry. 1994: 151: 665 – 669. [PubMed]
  15. Giedd JN, Blumenthal J, Molloy E, Castellanos FX. Візуалізація мозку дефіциту уваги / гіперактивності. Енн Нью-Йорк Acad Sci. 2001: 931: 33 – 49. [PubMed]
  16. Giedd JN, Clasen LS, Wallace GL, Lenroot RK, Lerch JP, Wells EM, Blumenthal JD, Nelson JE, Tossell JW, Stayer C, et al. ХХІ (синдром Клайнфельтера): кількісний педіатричний дослідження магнітно-резонансної діагностики мозку. Педіатрія. 2007: 119: e232 – e240. [PubMed]
  17. Giedd JN, Lenroot RK, Шоу P, Lalonde F, Celano M, White S, Tossell J, Addington A, Gogtay N. Траєкторії розвитку анатомічного мозку як фенотип. Новартіс знайдено Symp. 2008: 289: 101 – 112. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  18. Gogtay N, Rapoport JL. Шизофренія, що виникає у дитинстві: розуміння нейровізуальних досліджень. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry. 2008: 47: 1120 – 1124. [PubMed]
  19. Gogtay N, Giedd JN, Lusk L, Hayashi КМ, Грінштейн D, Vaituzis AC, Nugent TF, 3rd, Herman DH, Clasen LS, Toga AW, et al. Динамічне відображення розвитку людського кори в дитинстві до раннього дорослого віку. Proc Natl Acad Sci США. 2004: 101 – 8174. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  20. Gogtay N, Герман D, Ордонез A, Giedd J, Hayashi K, Грінштейн D, Vaitiuzis C, Nugent TF, Classen L, Thompson P, Rapoport J. Нейропсихофармакологія. 2004: 29: S82 – S82.
  21. Gogtay N, Lu A, Leow AD, Klunder AD, Лі AD, Чавес A, Грінштейн D, Giedd JN, Тога AW, Рапопорт JL, Томпсон PM. Тривимірні аномалії росту головного мозку при шизофренії у дітей почали візуалізуватися за допомогою тензорної морфометрії. Proc Natl Acad Sci США. 2008: 105: 15979 – 15984. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  22. Готтесман II, Гулд Т.Д. Концепція ендофенотипу в психіатрії: етимологія та стратегічні наміри. Am J Psychiatry. 2003: 160: 636 – 645. [PubMed]
  23. Кесслер Р.К., Берглунд Р, Демлер О, Джин Р, Мерікангас К.Р., Уолтерс Е.Е. Поширеність розповсюджених і вікових поширень розладів DSM-IV в реплікації Національної коморбідності. Arch Gen Psychiatry. 2005: 62: 593 – 602. [PubMed]
  24. Lange N, Giedd JN, Кастелланос FX, Vaituzis AC, Rapoport JL. Варіабельність розміру структури мозку людини: вік 4 – 20 років. Psychiatry Res. 1997: 74: 1 – 12. [PubMed]
  25. Lenroot RK, Gogtay N, Грінштейн Д.К., Уеллс Е.М., Уоллес Г.Л., Clasen LS, Blumenthal JD, Lerch J, Zijdenbos AP, Evans AC, et al. Статевий диморфізм траєкторій розвитку мозку в дитячому та підлітковому віці. Neuroimage. 2007: 36: 1065 – 1073. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  26. Lenroot RK, Schmitt JE, Ordaz SJ, Уоллес Г.Л., Neale MC, Lerch JP, Kendler KS, Еванс AC, Giedd JN. Відмінності в генетичних та екологічних впливах на кору головного мозку людини пов'язані з розвитком у дитинстві та підлітковому віці. Hum Brain Mapp. 2009: 30: 163 – 174. [PubMed]
  27. Логвінов С.В., Плотніков М.Б., Жданкіна А.А., Смолякова В.І., Іванов І.С., Кучин А.В., Чукичева І.В., Варакута Е.Ю. Морфологічні зміни в нейронах сітківки у щурів з цукровим діабетом стрептозотоцину та їх корекція похідним O-изоборнилфенола. Морфологія. 2009: 136: 42 – 45. [PubMed]
  28. Mackie S, Шоу P, Lenroot R, Pierson R, Грінштейн Д.К., Nugent TF, 3rd, Sharp WS, Giedd JN, Rapoport JL. Розвиток мозочка і клінічний результат у розладі дефіциту уваги. Am J Psychiatry. 2007: 164: 647 – 655. [PubMed]
  29. Макклеллан Дж, король МК. Генетична гетерогенність у захворюванні людини. Cell. 2010: 141: 210 – 217. [PubMed]
  30. Merke DP, Fields JD, Keil MF, Vaituzis AC, Chrousos GP, Giedd JN. Діти з класичною вродженою гіперплазією надниркових залоз зменшили обсяг мигдалини: потенційні пренатальні та постнатальні гормональні ефекти. J Clin Endocrinol Metab. 2003: 88: 1760 – 1765. [PubMed]
  31. Merke DP, Giedd JN, Keil MF, Mehlinger SL, Wiggs Е.А., Holzer S, Rawson E, Vaituzis AC, Стратакіс CA, Chrousos GP. Діти відчувають когнітивне зниження, незважаючи на скасування атрофії головного мозку через рік після усунення синдрому Кушинга. J Clin Endocrinol Metab. 2005: 90: 2531 – 2536. [PubMed]
  32. Neale MC, Cardon LR. Організація Північноатлантичного договору, відділ наукових питань. Методологія генетичних досліджень близнюків та родин. Дордрехт; Boston: Видавництво Kluwer Academic; 1992.
  33. Офен Н, Као Ю.С., Соколь-Геснер П, Кім H, Вітфілд-Габріелі С., Габріелі Д.Д. Розвиток декларативної системи пам'яті в мозку людини. Nat Neurosci. 2007: 10: 1198 – 1205. [PubMed]
  34. Paus T, Zijdenbos A, Worsley K, Collins DL, Blumenthal J, Giedd JN, Рапопорт JL, Еванс AC. Структурне дозрівання нервових шляхів у дітей і підлітків: дослідження in vivo. Наука. 1999: 283: 1908 – 1911. [PubMed]
  35. Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Чому багато психічних розладів виникають у підлітковому віці? Nat Rev Neurosci. 2008: 9: 947 – 957. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  36. Power JD, Ярмарок DA, Schlaggar BL, Petersen SE. Розвиток людських функціональних мозкових мереж. Нейрон. 2010: 67: 735 – 748. ця проблема. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  37. Ракич П. Невеликий крок для клітини, гігантський стрибок для людства: гіпотеза неокортикального розширення під час еволюції. Тенденції Neurosci. 1995: 18: 383 – 388. [PubMed]
  38. Rapoport JL, Addington AM, Frangou S, Psych MR. Моделі нейроразвития шизофренії: оновлення 2005. Психіатрія Мол. 2005: 10: 434 – 449. [PubMed]
  39. Рапопорт J, Чавес А, Грінштейн D, Аддінгтон А., Гогтай Н. Розлади аутистичного спектру та шизофренія з дитячого віку: клінічні та біологічні внески у відношення. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry. 2009: 48: 10 – 18. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  40. Riva D, Giorgi C. Мозочок сприяє вищим функціям під час розвитку: свідчення з серії дітей, хірургічно оброблених для пухлин задньої ямки. Мозок. 2000: 123: 1051 – 1061. [PubMed]
  41. Schmahmann JD. Порушення мозочка: атаксія, дисметрія думки, мозочковий когнітивний афективний синдром. J Neuropsychiatry Clin Neurosci. 2004: 16: 367 – 378. [PubMed]
  42. Schmitt JE, Wallace GL, Розенталь М.А., Molloy EA, Ordaz S, Lenroot R, Clasen LS, Blumenthal JD, Kendler KS, Neale MC, Giedd JN. Багатофакторний аналіз нейроанатомічних відносин у генетично інформативному педіатричному зразку. Neuroimage. 2007: 35: 70 – 82. [PubMed]
  43. Селемон Л.Д., Голдман-Ракич П.С. Знижена гіпотеза нейропіля: схема на основі шизофренії. Біол Психіатрія. 1999: 45: 17 – 25. [PubMed]
  44. Шоу П, Грінштейн Д., Лерх Дж, Класен Л, Ленроот Р, Гогтай N, Еванс А, Рапопорт Дж., Гедд Дж. Інтелектуальні здібності та розвиток коркових захворювань у дітей і підлітків. Природа. 2006: 440 – 676. [PubMed]
  45. Шоу П, Лерх Дж, Грінштейн Д, Шарп W, Класен Л, Еванс А., Гедд Дж, Кастелланос Ф., Рапопорт Дж. Arch Gen Psychiatry. 2006: 63: 540 – 549. [PubMed]
  46. Шоу П, Екстранд К, Шарп В., Блюменталь Дж, Лерх Дж.П., Грінштейн Д., Класен Л, Еванс А, Джедд Дж, Рапопорт JL. Розлад дефіциту уваги / гіперактивності характеризується затримкою кіркового дозрівання. Proc Natl Acad Sci США. 2007: 104 – 19649. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  47. Шоу П, Горнік М, Лерх Дж, Аддінгтон А., Ущільнення J, Грінштейн D, Шарп W, Еванс А, Гедд Ю.Н., Кастелланос Ф.Х., Рапопорт JL. Поліморфізми рецептора дофамінового D4, клінічний результат і коркова структура в розладі дефіциту уваги / гіперактивності. Arch Gen Psychiatry. 2007: 64: 921 – 931. [PubMed]
  48. Шоу П, Лерх Дж.П., Прюснер Ю.К., Тейлор К.Н., Роуз А.Б., Грінштейн Д., Класен Л., Еванс А, Рапопорт JL, Giedd JN. Кортикова морфологія у дітей та підлітків з різними поліморфізмами гена аполіпопротеїну Е: спостережне дослідження. Ланцет Нейрол. 2007: 6: 494 – 500. [PubMed]
  49. Shaw P, Sharp WS, Morrison M, Eckstrand K, Greenstein DK, Clasen LS, Evans AC, Rapoport JL. Психостимуляторне лікування і розвивається кора в дефіциті уваги з гіперактивністю. Am J Psychiatry. 2009: 166: 58 – 63. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  50. Sobel LJ, Bansal R, Майа Т.В., Санчез J, Mazzone L, Durkin K, Лю J, Хао X, Іванов I, Miller A, et al. Морфологія поверхні базальних гангліїв і ефекти стимулюючих препаратів у молоді з дефіцитом уваги з гіперактивністю. Am J Psychiatry. 2010: 167: 977 – 986. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  51. Соуелл Е.Р., Томпсон П.М., Тесснер К.Д., Тога А.В. Картографування продовження росту мозку і зниження щільності сірої речовини в дорсальній лобовій корі: зворотні зв'язки під час дозрівання мозку в пост-підлітковому віці. J Neurosci. 2001: 21: 8819 – 8829. [PubMed]
  52. Соуелл Е.Р., Томпсон П.М., Вітаємо SE, Henkenius AL, Toga AW, Peterson BS. Кортові відхилення у дітей та підлітків з дефіцитом уваги з гіперактивністю. Lancet. 2003: 362: 1699 – 1707. [PubMed]
  53. Соуелл Е.Р., Томпсон П.М., Тога А.В. Картографічні зміни в корі людини протягом всього періоду життя. Нейрон. 2004: 10: 372 – 392. [PubMed]
  54. Томпсон П.М., Відал С., Гедд Ю.Н., Гохман П., Блюменталь Дж., Ніколсон Р., Тога А.В., Рапопорт JL. Картографування зміни підліткового мозку виявляє динамічну хвилю прискореної втрати сірої речовини при дуже ранній початку шизофренії. Proc Natl Acad Sci США. 2001: 98: 11650 – 11655. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  55. Tiemeier H, Lenroot RK, Грінштейн Д.К., Tran L, Pierson R, Giedd JN. Розвиток мозочка в дитинстві та підлітковому віці: дослідження поздовжнього морфометричного МРТ. Neuroimage. 2010: 49: 63 – 70. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  56. Уоллес Г.Л., Ерік Шмітт J, Ленроот Р, Відінг Е, Ордас С., Розенталь М.А., Молой Е.А., Класен Л.С., Кендлер К.С., Ніл М.М. Педіатричне подвійне дослідження морфометрії мозку. J Дитяча психологічна психіатрія. 2006: 47: 987 – 993. [PubMed]
  57. Weinberger DR. Наслідки розвитку нормального мозку для патогенезу шизофренії. Arch Gen Psychiatry. 1987: 44: 660 – 669. [PubMed]
  58. Вайнбергер Д.Р., Берман К.Ф., Суддат Р., Торрі Е.Ф. Докази дисфункції префронтально-лімбічної мережі при шизофренії: магнітно-резонансна томографія та регіональне дослідження мозкового кровообігу незгодних монозиготних близнюків. Am J Psychiatry. 1992: 149: 890 – 897. [PubMed]