Ученые Медицинской школы Университета Северной Каролины нанесли на карту поверхность коры головного мозга молодого человека с беспрецедентным разрешением, показав развитие ключевых функциональных областей в период от двух месяцев до рождения до двух лет после него.
Новое картирование развития коры головного мозга, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences , представляет собой ценный ресурс для дальнейших исследований развития мозга и предлагает новый мощный подход к изучению состояний развития мозга, таких как аутизм и шизофрения.
«Эти результаты служат важной отправной точкой для изучения и понимания динамики раннего развития мозга», — сказал старший автор исследования Ган Ли, доктор философии, доцент кафедры радиологии Медицинской школы Университета Северной Каролины.
Первым автором исследования был Ин Хуанг, доктор философии. кандидат в лаборатории Ли.
Кора представляет собой слой клеток головного мозга, который окружает большую часть остального мозга. Наиболее эволюционно продвинутая область мозга, она пропорционально больше у людей, чем у других млекопитающих, и отвечает за высшие, характерные для человека функции, включая языковые способности и абстрактное мышление.
Третий триместр беременности в течение первых двух лет жизни является наиболее динамичным периодом в развитии коры головного мозга. Кора в этот период заметно утолщается и растет еще более быстрыми темпами по площади поверхности, образуя сложные корковые складки.
Нарушения утолщения и расширения коры в этой фазе связаны с аутизмом и шизофренией . Однако у неврологов нет такого подробного понимания этой фазы развития, как им хотелось бы. В частности, им потребовалось более полное картирование с высоким разрешением для возрастного диапазона от плода до малыша, которое делит или «разделяет» развивающуюся кору на отдельные области с собственными темпами роста, особенно с увеличением площади поверхности. ставки.
В исследовании Ли и его коллеги выполнили именно такое сопоставление. Сначала они собрали набор из 1037 высококачественных магнитно-резонансных томографов (МРТ) младенцев в возрасте от третьего триместра до двух лет. Сканирование было получено из двух других исследовательских проектов: UNC/UMN Baby Connectome Project (BCP) и Developing Human Connectome Project. Команда проанализировала данные сканирования, используя современные компьютерные методы обработки изображений, по существу разделив поверхность коры на виртуальную сетку, содержащую тысячи крошечных круглых областей, и вычислив скорость расширения поверхности для каждой из этих областей. .
Анализ не начинался с предположений о расположении структур мозга или функциональных областей, но эта регионализация мозга в любом случае стала очевидной из полученных карт, основанных исключительно на разных скоростях расширения областей поверхности. Всего исследователи определили 18 различных областей, которые, как они обнаружили, хорошо коррелируют с тем, что уже известно о функциональных областях развивающейся коры.
«Все эти регионы демонстрируют резкое увеличение площади поверхности во время этого периода развития, при этом каждый регион имеет свою собственную траекторию», — сказал Ли.
Карты показали, что каждая область, как правило, имеет тот же путь развития, что и ее аналог в противоположном полушарии коры. Половые различия также были очевидны. Даже при контроле половых различий в общей площади поверхности — мужской мозг имеет большую площадь — оставались различия во многих областях. Например, медиальная префронтальная область в левом полушарии, которая, как считается, отвечает за важные функции, такие как внимание и рабочая память, стала пропорционально больше у мужчин в начале второго года постнатальной жизни.
Анализ также показал, что паттерны расширения площади поверхности коры в этот ранний период жизни сильно отличались от паттернов развития толщины коры, что позволяет предположить, что эти два показателя развития мозга включают разные механизмы.
В целом, по словам Ли, картирование дает принципиально новое понимание развития мозга.
Теперь он и его команда планируют расширить этот подход с помощью наборов данных МРТ, которые начинаются в более раннем возрасте и заканчиваются в более старшем возрасте. Они также надеются в конечном итоге изучить наборы данных сканирования, охватывающие детей с аутистическим спектром или другими нарушениями развития нервной системы. Такой анализ может предложить не только ключ к разгадке происхождения этих состояний, но и выявление ранних признаков или биомаркеров, которые в будущем можно будет использовать для раннего и более эффективного лечения.
