人类内侧颞叶形态毕生发展的影像学研究 - 机构知识库
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内侧颞叶(medial temporal lobe,MTL)是执行记忆功能的核心区域之一,也是人脑中最具可塑性的组成部分。
MTL跨越皮层下和皮层,包括从古皮质到新皮质的复杂神经结构, ...
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人类内侧颞叶形态毕生发展的影像学研究
杨宁
2017-05
摘要
内侧颞叶(medialtemporallobe,MTL)是执行记忆功能的核心区域之一,也是人脑中最具可塑性的组成部分。
MTL跨越皮层下和皮层,包括从古皮质到新皮质的复杂神经结构,其各区域不仅在空间结构上互相毗邻又相互区分,在细胞构筑和信号通道上均是互相联系而又有差别。
因其与老化及神经退行性疾病的密切关系,很多研究聚焦MTL,以期揭示对老化或疾病具有特异性的形态变化,但MTL各区域在健康人群毕生发展过程中的变化规律,仍未可知。
随着磁共振成像技术的不断完善,探究MTL形态的毕生发展规律成为可能。
本研究首先基于多中心横向数据:美国南西克莱恩研究所洛克兰样本(200人,6-80岁)、中国彩巢计划(51人,7-17岁)、中国成人毕生发展数据(149人,18-80岁),构建了大样本高精度人脑结构形态影像毕生发展(共计400人,6-80岁)样本。
其次,结合FreeSurfer皮层下脑图谱和美国人脑连接组计划高清皮层图谱,分离出MTL分区的七个子区域:皮层下的海马(hippocampus,HP),以及皮层上的内嗅皮层(entorhinalcortex,EC)、围嗅皮层(perirhinalcortex,PRC)、前下托(presubiculum,PreS)、三个海马旁回区域(parahippocampalarea, PHA)(PHA1、PHA2、PHA3)。
再次,计算个体MTL上述子区域的多维形态学指标:体积、皮层面积、皮层厚度、分形维度,在此基础上控制颅内体积、性别、扫᧿参数等协变量,对各区域形态指标进行年龄回归拟合,经多重比较校正后筛选出
显著随年龄变化的指标,建模各指标最佳随龄变化模型,绘制MTL各区域形态学指标的毕生发展轨线。
最后,为进一步考察MTL随龄纵向发展模式,本研究基于198名中国学龄儿童的429个纵向追踪样本,利用广义混合可加模型建模绘制出MTL各形态学指标在6-20岁期间的生长发育曲线。
上述毕生发展建模分析发现:MTL各区域毕生发展遵循其基本的空间和功能分布;皮层下区域的毕生变化呈现倒U形,学龄期的发育保持稳定或缓慢上升,在50岁左右加速下降;皮层区域的毕生变化均以线性下降为主,但是不同子区域存在其局部变化特点;这些毕生发展模式在不同的样本和中心之间具备可重复性,在特定区域(如PHA)东西方样本之间的差异明显,尤其表现在皮层厚度上。
上述结果不仅是首次在中国人群上绘制出MTL的毕生发展轨线和生长发育曲线,而且也是国际上第一个系统的MTL高精度分区的毕生发展图谱,这不仅将推进发展认知神经科学的MTL知识更新,更可为从发育到老化全过程的临床监测、
预防、诊断ᨀ供形态量化参考。
其他摘要
Medialtemporallobe(MTL)isoneofthekeyareasofmemoryfunction,demonstratingthemostplasticcomponentofthehumanbrain.Itexpandsfromthesubcortextothecortex, includingthecomplexnervestructurefromtheallocortextotheneocortex.NotonlythespatialstructuresaredistinguishedfromeachotheramongtheadjacentsubdivisionsofMTL,butalsotheircellconstructionsandpositionsonthesignalingpathwayaredifferent.Becauseofitscloserelationshipwithagingandneurodegenerativediseases,manystudiesfocusonMTLtorevealitsspecificmorphologicalchangesinagingordisease.However,developmentalchangesofitssubdivisionsacrossthehumanlifespanarestillunknown.
Alongwiththecontinuousimprovementofmagneticresonanceimagingtechnology,itisnowpossibletoexplorehowtheMTLchangesacrosslifespan.First,basedonamulti-centercross-sectionaldatafromtheNathanKlineInstitute–RocklandSample(N=200,6-80years),ChineseColorNestProject(N=51,7-17years),ChineseAdultLifespanDataset(N=149,18-80years),thisstudyconstructedalargesampleofhigh-resolutionstructuralMRIofhumanbrainmorphologyacrosslifespan(N=400,6-80years).Second,theMTLweredividedintosevensub-divisionsincludingthehippocampus(HP),theentorhinalcortex(EC),theperirhinalcortex(PRC),thepresubiculum(PreS),andthreeparahippocampalareas(PHA)(PHA1,PHA2,PHA3),accordingtotheparcellationsfromFreeSurferandtheHumanConnectomeProject.Themultiplemorphologicalmetricsofthesub-divisionswerederived:volume,surfacearea,corticalthicknessandfractaldimensionality.Byfittinglinearregressionmodelofeachmetrictoage-relatedchangeswithcontrollingthecovariatessuchasintracranialvolume,sexandimagingparameters,significantlifespanchangesweredetectedafterBonferronicorrection.Estimationofthelifespantrajectorypercentilesandpredictionoftheselifespantrajectorieswereachievedforeachmetric.Finally,inordertofurtherinvestigatethelongitudinaldevelopmentmodelofMTLanditssub-divisions,wecollected429longitudinaldatafrom198Chinesetypicallydevelopingschool-agechildrenanddepictedtheirgrowthcurvesofeachmetricsduring6-20yearsold,usingtheGeneralizedAddictiveMixedModels(GAMMs).
Ouranalysesdemonstratedthat:1)thelifespandevelopmentoftheMTLfollowsitsbasicspatialandfunctionaldistribution;2)SubcorticalareashowedaninvertedU-shapedacrosslifespan,keepingstableorincreasingslowingduringschoolageanddecreasingprogressivelyafter50yearsold;3)Thelifespanchangesofthecorticalregionaredominatedbylineardecreases,buttherearelocalvariationsinthedifferentsub-divisions.Theselifespandevelopmentmodelsarereproducibleacrossdifferentsamplesandcenters.TheobviousdifferenceinPHAwasfromthecorticalthickness.Thepresentfindingsareusingahigh-precisionparcellation,notonlyforthefirsttimeintheChinesepopulationtodepicttheMTLlifespantrajectoryandgrowthcurves,butalsothefirstinternationalsystematiclifespantrajectorymapoftheMTLlifespandevelopment.Itwillpromoteupdating theknowledgeoftheMTLinthefieldofcognitivedevelopmentalneuroscience,aswellasprovidingquantitativereferencetotheclinicalmonitoring,prevention,diagnosisoftheMTLrelatedbraindiseasesduringthewholeprocessformgrowthtoaging.
关键词人类内侧颞叶
脑形态学
毕生发展
生长发育
磁共振成像
学位类型博士
语种中文
学位专业认知神经科学
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.psych.ac.cn/handle/311026/21452
专题认知与发展心理学研究室
作者单位中国科学院心理研究所
推荐引用方式GB/T7714
杨宁.人类内侧颞叶形态毕生发展的影像学研究[D].北京.中国科学院研究生院,2017.
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