Nowe badania badają trajektorię rozwoju globalnych funkcjonalnych sieci neuronowych przed i po urodzeniu.
Badanie opublikowane niedawno w czasopiśmie Biologia PLOSprowadzony przez Lanxina Ji i Moriah Thomason z Uniwersytet Nowojorski School of Medicine ujawnia, że dane obrazowe mózgu płodów i niemowląt wskazują na szybki wzrost połączeń funkcjonalnych między obszarami mózgu w skali globalnej w chwili urodzenia. Ten wzrost może odzwierciedlać procesy neuronowe, które umożliwiają mózgowi przystosowanie się do środowiska zewnętrznego.
Zrozumienie sekwencji i czasu rozwoju sieci funkcjonalnej mózgu na początku życia człowieka ma kluczowe znaczenie. Pozostaje jednak wiele pytań dotyczących tego, w jaki sposób sieci funkcjonalne ludzkiego mózgu powstają i rozwijają się podczas porodu.
Aby wypełnić tę lukę w wiedzy, Thomason i współpracownicy wykorzystali duży zbiór danych z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego do modelowania trajektorii rozwojowych sieci funkcjonalnych mózgu obejmujących od 25 do 55 tygodni wieku ciążowego po zapłodnieniu. Ostateczna próbka obejmowała 126 skanów płodu i 58 skanów niemowląt od 140 pacjentów.
Regionalne różnice w łączności mózgu
Naukowcy zaobserwowali wyraźne wzorce wzrostu w różnych regionach, co pokazało, że zmiany neuronalne towarzyszące narodzinom nie są jednolite w całym mózgu.
W niektórych obszarach wykazano minimalne zmiany w łączności funkcjonalnej w stanie spoczynku (RSFC) – korelacje między sygnałami zależnymi od poziomu tlenu we krwi między obszarami mózgu, gdy nie jest wykonywane żadne wyraźne zadanie.
Ale inne obszary wykazały dramatyczne zmiany w RSFC po urodzeniu. Sieć podkorowa, sieć czuciowo-ruchowa i nadrzędna sieć czołowa wyróżniają się jako regiony, które na tym etapie rozwoju przechodzą szybką reorganizację.
Sieć podkorowa jako węzeł komunikacyjny
Dodatkowa analiza wykazała, że sieć podkorowa jest jedynym regionem, który wykazał znaczny wzrost wydajności komunikacji w sąsiadujących węzłach. Sieć podkorowa stanowi centralny węzeł, przekazujący prawie wszystkie informacje przychodzące i wychodzące do i z kory oraz pośredniczący w komunikacji między obszarami korowymi.
Z drugiej strony, nastąpił stopniowy wzrost ogólnej wydajności w obszarach czuciowo-ruchowych i ciemieniowo-czołowych w okresie od płodu do noworodka, prawdopodobnie odzwierciedlając ustanowienie lub wzmocnienie połączeń, a także eliminację zbędnych połączeń.
Zdaniem autorów praca ta odkrywa podstawowe aspekty wczesnego rozwoju mózgu i kładzie podwaliny pod przyszłe badania nad wpływem czynników środowiskowych na ten proces. W szczególności dalsze badania mogą ujawnić, w jaki sposób czynniki takie jak płeć, wcześniactwo i przeciwności losu w okresie prenatalnym oddziałują na czas i wzorce wzrostu rozwoju sieci mózgowej dzieci.
Autorzy dodają: „To badanie po raz pierwszy dokumentuje znaczącą zmianę sieci funkcjonalnych mózgu w okresie przejściowym. Obserwujemy, że wzorce wzrostu są specyficzne regionalnie i niektóre obszary funkcjonalnego konektomu wykazują minimalne zmiany, podczas gdy inne wykazują dramatyczny wzrost po urodzeniu”.
Odniesienie: „Trajektorie dojrzewania funkcjonalnego konektomu ludzkiego mózgu w okresie przejściowym”: Lanxin Ji, Iris Menu, Amyn Majbri, Tanya Bhatia, Christopher J. Trentacosta i Moriah E. Thomason, 19 listopada 2024 r., Biologia PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pbio.3002909
