Qanday qilib korteks o'sadi? (2011)

mavhum

Kirish

Xush kelibsiz in-vivo Strukturaviy neyroimaging, korteks anatomiyasi ayniqsa, qattiq tekshiruv ostiga kirdi, kortikal miqyosi (CV) qiziqishning asosiy morfometrik indeksidir. Dastavval tasavvurlar bo'yicha tadqiqotlar CV bilan yosh, jins, kognitiv qobiliyat va kasallik kabi omillar o'rtasidagi kuchli munosabatlarni o'rnatgan (Mechelli va boshq., 2005). Keyinchalik anatomik o'zgarishlarni bevosita o'lchashga qodir bo'lgan bo'yinbog'li tekshiruvlar (i) normal CVning rivojlanishi kvilingli "inverted-U" traektori (Giedd va boshq., 1999) va (ii) shu nuqtai nazardan, vaqtning har qanday nuqtasida CV varianti tez-tez miyadagi kamolotning, jinsiy dimorfizm va patologiyaning kichkina belgisi bo'lib, u CVning vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarib ketishini farqlamaydiGiedd va Rapoport, 2010). Biroq, bu avanslar bilan bir qatorda bir nechta dalillar CVning juda mohiyaning biologik jihatdan farqli morfometrik xususiyatlarini birlashtiradigan (va shuning uchun ma'lumotni yashirgan) kortikal anatomiyaning "kompozitsion" o'lchovi ekanligini namoyish etish uchun birlashdilar.

Kortikal hajm kortikal varaqning ikki xil o'lchamlari bilan aniqlanadi - sirt maydoni (SA) va kortikal qalinligi (CT). Yuzaki maydon o'z navbatida ochiq kortikal sirt yoki "konveks qobiq sohasi" (CHA) maydonidan va sulchida yashiringan korteks maydonidan iborat. Sulkatsiya darajasi "grifikatsiya indeksini" (GI) hisoblash orqali aniqlanishi mumkin - bu umumiy SA va CHA o'rtasidagi nisbat (Van Essen va Drury, 1997). CV kabiSchmitt va boshq., 2007) va CV o'zgarishi (Brans va boshq., 2008), ushbu turli xil neyroanatomik fenotiplar, birgalikda CV ni aniqlaydi, barchaPanizzon va boshq., 2009; Rogers va boshq., 2010). Shu bilan birga, CVning turli xil determinantlari alohida evolyutsion (Rakic, 1995), genetik (Panizzon va boshq., 2009; Raznahan va boshq., 2010b) va uyali (Chen va Walsh, 2002) CVlarning yagona o'lchovi bilan bog'langan jarayonlar. Masalan, kasallik holati (Raznahan va boshq., 2010a), umumiy genetik variantlar (Joyner va boshq., 2009) va atrof-muhitning o'zgarishi (Park HJ, 2009) turli CV sub-komponentlari uchun alohida natijalar bo'lishi mumkin.

CHA, GI, SA va CT har biriga noyob biologik ma'lumotni etkazib berishga qaramay, faqat CT uzunlamasına o'rganildi (Shaw va boshq., 2008). Natijada, CHA, GI, SA va KT ning o'zgarishlari vaqt o'tishi bilan o'zaro bog'liq bo'lgan CVning rivojlanishini (masalan,Giedd va boshq., 1999), yoki jinsiy aloqa yoki kasallik holati bilan belgilangan guruhlar orasidagiGiedd va Rapoport, 2010). O'z-o'zidan ravshanki natijalarni ishlab chiqarishni kesib o'tuvchi keskin harakatlarSalat va boshq., 2004; Ostby va boshq., 2009).

Agar CT va SA (va SA - CHA va GI tarkibidagi) o'zgarishlar rivojlanish bosqichi va jinsi funktsiyalari bilan ajralib turadigan CV o'zgarishiga hissa qo'shsa, fraktsiyali CV o'zgarishi sog'liqdagi kortikal rivojlanishning biologik asosini yaxshiroq anglash uchun hal qiluvchi qadam bo'ladi. va kasallik (Geschwind va Konopka, 2009). Shunday qilib, CVni aniqlaydigan turli xil miya xususiyatlariga oid ma'lumotlarning nomutanosiblanish traektoriyalarini tavsiflash va bu miya xususiyatlarining o'zgarishi yoshi va jinsi bilan farq qiladigan tarzda CVga o'z hissasini qo'shishini aniqladik.

Materiallar va usullari

1274 va 647 yillar orasida 319 sog'lom urg'ochi (607 kishi / 328 taramaloq) va erkaklar (667 kishi / 3 taramadan) olingan jami 30 magnit-rezonansli tomosha qilish miya tekshiruvini kiritdik [Ishtirokchilarning xususiyatlari quyidagicha ifodalanadi 1 stol]. Barcha sMRI skanerlar 1D buzilgan gradyanli echo navbati bilan bir xil 1.5-T General Electric (Milwaukee, Wi) Signa brauzerida olingan bitli 2.0 mm eksenel chiziqlari va 1.5mm koronal chiziqlari bilan T-3 vaznli tasvirlar edi. Har bir tekshiruv MRGni tahlil qilish uchun yaxshi tasdiqlangan va to'liq avtomatlashtirilgan usul yordamidaIm va boshqalar, 2008) jami CVni taxmin qiladigan va to'rt metrikadan olingan konvertatsiya qilingan kortikal qatlamni 3 o'lchamli rekonstruktsiyasini yaratadi; Kortikal sirtda taxminan 80,0000 nuqtada (vertices) o'rtacha IT; jami SA; umumiy CHA; va GI.

 

1 stol

Ishtirokchi xususiyatlari

Biz aralash modellar (Pinheiro va yassi, 2000) har bir o'lchov bo'yicha yosh, jins va ushbu atamalar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarning aniq ta'sirini baholash. Kuzatuvlarning oila va shaxsga bog'liqligi asosida modellashtirilgan ichki tasodifiy effektlar atamalari. Shunday qilib, (yoshga qarab kubik KT o'sishini misol qilib), oilaning j-chi shaxsining k-vaqt nuqtasi uchun CT quyidagicha modellashtirilgan:

CT_ijk = Kesish + d_i +d_ij + ß₁(jins) + ß₂(yosh) + ß₃(Yoshi²) + ß₄(Yoshi³) ß₅(jins * yoshi) + ß₆(jins * yoshi²) + ß₇(jins * yoshi³) + e_ijk

Qiziqishning har bir morfometrik ko'rsatkichi uchun birinchi marta kubik, kvadratik yoki chiziqli o'sish modeli ma'lumotlarga mos keladimi-yo'qligini aniqlash uchun F-testi ishlatilgan. Keyinchalik, yosh jinsi va jins o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni o'z ichiga olgan modeli, faqat yoshning jinsi va jinsning asosiy ta'siri (ya'ni, o'sishni hisobga olgan holda) oddiyroq modelga nisbatan sezilarli darajada ko'proq farqni aniqladi, qiziqish o'lchovi uchun egri "shakli" erkaklar va ayollar o'rtasida sezilarli darajada farq qilgan). Rivojlanish traektori shaklida sezilarli jinsiy farqlar mavjud bo'lmaganda, jinsning yoshi va asosiy ta'sirini o'z ichiga olgan model, qiziqish o'lchovida sezilarli darajada farqni taxmin qila oladimi yoki yo'qligini aniqlash uchun ikkinchi ehtimollik darajasi testidan foydalanilgan (masalan, o'sish balandligi erkaklar va ayollar o'rtasida qiziqish o'lchovlari uchun sezilarli darajada farq qiladigan bo'lsa). Barcha modellar "o'rta markazlashgan" yoshdagi so'zlar yordamida ishlatilgan, shuning uchun jinsi muddat koeffitsienti yoshning o'rtacha yoshidan (13.11 yrs) jinsi asosiy ta'sirini yosh noldan emasligini anglatadi. Lineer bo'lmagan rivojlanish traektoriyalarini ta'qib qilgan morfometrik indekslar uchun, "yoshga qarab cho'qqilar", bu morfometrik indeks uchun aralash modellar yordamida aniqlangan o'sish traektori tenglamasini birinchi darajali hosilotini hal qilish orqali aniqlandi.

KT va SA o'zgarishlarining CV o'zgarishiga nisbati va GI va CHA ning SA o'zgarishini o'zgartirish nisbatlarini aniqlash uchun biz har bir tadbir uchun o'sish traektoriyalarini yillik o'zgarish traektoriyalariga aylantirdik. Agar korteks bir varaq deb hisoblansa, CV - bu CT va SA mahsulotidir. Buning hisobiga, foizli CV o'zgarishi CT va SAdagi foiz o'zgarishlarining yig'indisidir. Shunga o'xshash, agar SA SA va GI mahsuloti bo'lsa, SA o'zgarishi foizi CHA va GIdagi foiz o'zgarishlarining yig'indisi. Ushbu munosabatlar CT, SA, CHA va GIdagi o'zgarishlarning CVga kiritilgan o'zgarishlarning nisbiy hissasini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.

natijalar

Avval erkak va ayollarda yoshi bilan CV o'zgarishini jadvalga solish [Fig1], biz oldingi topilmalarni kichikroq bir misoldaLenroot va boshq., 2007); CV-ning invert-U kubik traektori (F._2,629 = 64.7, p <0.0001), bu kech bolalik / erta o'spirinlik davrida avjiga chiqadi va keyin 3 da barqarorlashdan oldin tezlikni pasayishi bilan kamayadi.^rd hayotning o'n yilligi; mutlaq CV erkaklarda, keyin ayollarda ko'proq (t = 14, p <0.00005); va tarjimai hol traektoriyalari jinsiy dimorfikdir [Imkoniyat nisbati (LR) = 18, p = 0.0002], keyinroq erkaklarda (9.3 yil) ayollarga (8 yil) nisbatan yuqori darajaga ko'tariladi. CV ning ikkita determinanti - CT va SA - ikkalasi ham teskari U kubik traektoriyasiga (F) to'g'ri keladi._2,629= 12.8, p <0.0001 va F_2,629= 66.8, p <0.0001), bu KT uchun har ikki jinsdagi SA ga nisbatan tezroq ko'tariladi. Traektoriya shakllari va erishilgan yoshdagi eng yuqori ko'rsatkichlar SA uchun jinsiy jihatdan dimorfikdir (traektoriya farqi: LR = 32.9, p <0.0001 / pik = 9.7 yosh erkaklar va 8.1 yoshdagi ayollarga nisbatan), ammo CT emas (LR = 0.45, p = 0.8 / cho'qqisi = 8.6 yil erkaklar va 8.4 yoshli ayollarga nisbatan). SA ning ikkita determinantlari - CHA va GI - ikkalasi ham teskari U kubik traektoriyalaridan [CHA (F)_2,629= 26.2, p <0.0001), GI (F.)_2,629= 28.9, p <0.0001)]. Traektoriya shakllari CHA (LR = 27.4, p <0.0001) va GI (LR = 11.1, p = 0.01) uchun jinsiy dimorfik edi. Qavariq korpus maydoni har ikki jinsda ham 3 yoshdan boshlab keskin o'sib boradi, lekin erkaklarda (15.2 yil) ayollarga qaraganda ancha yuqori cho'qqiga etadi (11.8 yil). Aksincha, GIning eng yuqori ko'rsatkichlari har ikki jinsdagi bizning yosh chegaramizning pastki chegaralarida yuzaga keladi va keyinchalik barqaror ravishda pasayib boradi. CHA (t = 15.7, p <0.00005) va GI (t = 4.8, p <0.00005) erkaklarda ayollarga qaraganda ko'proq. O'rganilgan yosh oralig'ida erkaklar va ayollar uchun taxmin qilingan guruhning o'rtacha traektoriyalari CV, CT, SA, CHA yoki GI bilan kesishmaydi.

 

Shakl 1

Erkaklarda va urg'ochilarda kortikal miqyosi va uning pastki tarkibiy qismlari uchun ishlab chiqilgan traektoriyalar

KT va SAning CV o'zgarishlariga va SF va SIga o'zgarishlarga bo'lgan hissasini yaxshiroq ko'rsatish uchun biz ushbu choralarning har biriga nisbatan yillik o'zgarishlarni yoshga nisbatan tuzdik [Shakl 2]. Shakl 2a bolalik davrida tezkor CV kengayishi ayollarda CT va SA o'zgarishlariga teng ravishda egaligini bildiradi, erkaklarda taxminan 2 / 3 CV o'zgarishi SA tomonidan hisobga olinadi. Shuningdek, yoshlar bo'yicha o'rganilayotgan barcha yoshdagilarda, CV o'zgarishidagi jinsiy farqlar yoshi bilan IT o'zgarmasdan farqli o'laroq, SAning jinsiy farqlari tufayli paydo bo'ladi. IT kamolotining temposi jinslar orasida juda kam farq qilganligi sababli, erkaklarda tez va uzoq davom etadigan SA o'sishi (keyinchalik sekinroq SA yo'qotilishi) ayollarga nisbatan kechiktirilgan CV peakka (keyinchalik sekin CV yo'qotish) aylanadi. Shakl 2b SA jinsidan olingan bu jinsiy farqni boshqaradigan omillar yoshga qarab o'zgarib turishini ko'rsatadi. Bolaligida SA kengayishida jinsiy xilma-xillik CHA va GI pasayishida jinsiy farqlar bilan bir xil tarzda ta'minlanadi, biroq vaqt o'tishi bilan GI kamolotida jinsiy farqlar SA o'zgarishida jinsiy farqlar kichikroq qismiga aylanadi. Shunday qilib, 12.9 yoshidan tashqarida (erkaklarda va ayollarda GI o'zgarishi traektoriyalari o'zgarganda), SA o'zgarishidagi jinsiy farqlar deyarli CHA tomonidan hisobga olinadi. Shu bilan birga, har ikki jinsda CHA halok GIda pasayishdan ko'ra kechroq o'smirlikdagi SA yo'qotishining kichik qismini tashkil etadi.

 

Shakl 2

a) Erkaklar va urg'ochilar uchun yoshga qarshi kortikal miqyosi (CV), qalinligi (KT) va er yuzasi (SA) ning foiz o'zgarishi: Bolalik davrida KT va SA ning CV ga nisbatan kattaligi kattalashib boradi. Hajmdagi farqlar jinsiy farqlar bilan ...

muhokama

Bizning tadqiqotlarimiz, kortikal anatomiyaning bir necha o'ziga xos tomonlarini murakkab interaktiv yo'li orqali CV ning jinsiy a'zolik o'zgarishlari va jinsiy dimorfizmlarining birinchi marta qanday paydo bo'lishini ko'rsatadi. "CV o'zgarishining barchasi bir xil emas", chunki CV o'zgarishi, jinsiy va rivojlanish bosqichiga qarab, CT, CHA va GIdagi o'zgarishlardan juda farq qiladi. Bu ayrilishlarni bilish kortikal rivojlanishning normativ va patologik o'zgarishlariga asoslangan genetik va ekologik omillarni qidirishni yangi qisqartirish imkonini beradi. Masalan, sog'lom odamlarda jinsiy jihatdan dimorfik miya anatomiyasini o'rganish, yaqinda yaqin miqyosli chora-tadbirlarni o'zaro taqsimlashdan ko'chirib, volumetrik miya olgunligi pasayishida jinsiy xilma-xillikka ko'proq e'tibor qaratdi (Lenroot va boshq., 2007). Biz hozirda CV kamolotining dinamikasida jinsiy dimorphizmning o'zi kortikal katlamaning (GI indeksatsiyasi) yoki KT darajasidan ko'ra, CHA (rivojlanayotgan jinsiy farqlar) rivojlanadigan jinsiy farqlar mavjudligi juda ko'p ekanligini ko'rsatib turibmiz. Ayniqsa, yoshdagi CV-lardagi jinsiy farqlar ko'pincha kechiktirilgan pik va erkaklar ichida CHA ning ayollarga nisbatan sekinroq pasayishi bilan bog'liq. Bundan tashqari, umumiy IT o'zgarish tempida sezilarli jinsiy farqlarni topa olmaganimiz sababli, bizning ishda radial miya hajmining boshqa bo'lmagan kortikal bo'lmagan determinantlari jinsiy dimotik CHA va CVlarni ishlab chiqishga asoslangan bo'lishi kerakligini ko'rsatadi. Shunday qilib CV o'zgarishida jinsiy farqlarni bartaraf etishning muhim qadamlari quyidagicha bo'ladi: (i) kortikal mantiyaning yoshi bilan o'zgarib turadigan to'qimalar massasining radius o'lchovlari bo'ylab uzunlamtiyani tekshirish va (ii) keyinchalik jinsdagi farqlarni aniqlash bu radial rivojlanish miya oq materiyasining, pastki-kortikal kulrang modda va miya omurilik suyuqligining rivojlanishidagi o'zgarishlardan kelib chiqadi.

Bizning natijalarimiz kelajakda atipik miya rivojlanishidagi tadqiqotlar uchun muhim ahamiyatga ega. Misol uchun, bolalik davrida autizmga qarshi erkaklarga qaraganda ko'proq xavf ostida bo'lganligi va erta bolalik davridagi buzilishning paydo bo'lishi kardiyovaskali o'sishi bilan kuchli bog'liqligi aniqlangan (masalan,Raznahan va Bolton, 2008). CV kamolotiga bizning fraksiyonasyonumuz endi ASD fenotipinin ushbu ikki asosiy aspektini bir vaqtning o'zida AS (IT) xavf omillari SA (IT emas, balki) kamchiliklarini bartaraf qilish bilan ishlaydigan yangi (lekin testdan o'tish mumkin) gipotezasida qanday hisobga olinishi mumkinligini ko'rsatadi. Shakl 2a Nima sababdan bevosita SA yetishmovchiligining erta bolalik davrida va erkaklardan farqli o'laroq, jinsiy a'zolar rivojlanishida maksimal ta'sirga ega bo'lishi kutilmoqda. Bunday tushuntirishlar autizm singari yuqori darajali nasl-nasabni rivojlantirish sharoitlarini biologik o'rganish uchun juda zarur bo'lgan narsalarni anglatadi, chunki CT va SAdagi genetik ta'sirlar asosan bir-biriga mos bo'lmagan (Panizzon va boshq., 2009) va rivojlanish buzilishi uchun o'rnatilgan xavfli genlar ichida alelik o'zgarishlari bilan farqli ravishda o'zgaradi (Joyner va boshq., 2009). Bizning topilmalarimiz shuni ko'rsatadiki, kasallik holatidagi turli xil qisqartirilgan tarkibiy qismlarning ajralib chiqadigan o'zgarishlarini aniqlashda "rivojlanish" tahlikalariga "tarix" yordam berishi mumkin. Misol uchun, biz eng yuksak ilhomlantiradi yigirma yoshda yoki undan oldingi davrda (boshqa primatlardagiKochunov va boshq., 2010), kortikal gyrifikatsiyaning o'zgarishi bu juda muhim erta rivojlanish oynasining potentsial foydali belgisi sifatida paydo bo'ladi.

Biz taqdim etgan topilmalar ma'lum ogohlantirishlar asosida ko'rib chiqilishi kerak. Birinchidan, ishtirokchilarni jalb qilish paytida cheklash mezonlari qo'llanildi (batafsilroqGiedd va boshq., 1996)), shaxsiy yoki oilaviy ruhiy kasallik tarixi yoki rivojlanish imkoniyati cheklanganligi kabi potentsial shovqin qiluvchi omillarni cheklash. Katta uzunlamasına namunamizning ichki kuchliligini mustahkamlashning natijalari IQ kabi miya rivojlanishidagi farqlar bilan bog'liq bo'lishi mumkin bo'lgan boshqa xususiyatlar uchun noto'g'ri tanlash tanqisligining potentsial kamchiliklariga qarshi muvozanatli bo'lishi kerak. Ikkinchidan, bizning izlanishimiz parallel ravishda bir nechta aniq CV indikatorlari uchun rivojlanish traektoriyalarini uzunlamasına xarakterlovchi birinchi bo'lsa-da, biz aniqlangan anatomik traektoriyalarning har biriga sabab bo'lish uchun rivojlanish vaqtida qanday genetik va ekologik xilma-xillikning qanday ta'sir qilishi va o'zaro ta'sir qilishi mumkinligini o'rgana olmadik. Uchinchidan, CT, CHA va GI o'zgarishlarining CV o'zgarishiga qanday hissa qo'shishiga oid savolimizga javob berish uchun ushbu turli xil choralarning har biri uchun mutlaq anatomik o'zgarishlarning bashoratlari umumiy va solishtiradigan foizli o'zgarish metrikasiga aylantirilishi kerak edi. Mutlaq o'zgarish, ammo miya anatomiyasidagi rivojlanish o'zgarishlari bilan bog'liq turli xil savollarga javob berish uchun foiz o'zgarishidan ko'ra ko'proq mos fenotip bo'lishi mumkin. To'rtinchidan, bizning tadqiqotimizda ko'rib chiqilgan CV sub-komponentlarining ko'pchiligi, asosan, fraksiyonga keltirilishi mumkin (masalan, IT ga hissa qo'shadigan turli kortikal qatlamlarning qalinligi, sulkali chuqurlikdagi o'zgarish va sulkali uzunlikdagi o'zgarish GIga yordamchi sifatida) va bu muhim ahamiyatga ega bo'ladi sMRI sotib olish va qayta ishlash uchun usul sifatida kelajakdagi ish uchun oldinga suriladi.

Ushbu cheklovlarga qaramay, bizning tadqiqotimiz birinchi marta CVning biologik jihatdan aniq determinantlari jinsiy va rivojlanish bosqichining vazifasi sifatida sezilarli darajada o'zgarib boradigan tarzda CVning o'zgarishiga hissa qo'shadi. Bu ayrilishlarni bilish kortikal kamolotning sabablari va natijalari haqida yanada samarali usulda so'ralishi mumkin bo'lgan savollar beradi.

rahmat

Izohlar

Manbalar