A növekvő agyi enciklopédia agyi képalkotása a kisgyermekkori fejlődésről
Ez a téma jobban megismeri az agy gyermekkori fejlődését, annak felépítését, érését és fő szerepét a kisgyermekek életének minden területén, az érzelmeiktől a viselkedésükön keresztüli tanulásig.
Az agy képalkotása, ahogy növekszik
Tomáš Paus, MD, Ph.D.
Torontói Egyetem, Kanada
Mikor áll le az agyunk növekedése? Egyszerűen válaszolni: soha.
Természetesen a leglátványosabb növekedés az anyaméhben történik. A rövid, kilenc hónapos időszak alatt a kezdeti „anyasejt” a gyermek születésekor több mint 100 milliárd idegsejtet és körülbelül 400 gramm súlyú agyat termel. Ahogy a gyermek megtanul járni és beszélni, agya négyéves kora körül tovább növekszik, és eléri az 1200 grammot, ami csak körülbelül 200 grammal kevesebb, mint a gyermek agya. De ez nem áll meg itt.
Növekedése a következő 10-15 évben folytatódik, amíg a gyermek fiatal felnőtté nem válik: ez a növekedés ma már kissé eltérő módon érinti az agy különböző területeit. Például az agykéreg különböző régióinak vastagsága 15 és 18 év között különböző ütemben változik, az érvelés, a tervezés és a társadalmi kommunikáció szempontjából fontos területek alakulnak ki utoljára. Az agy különböző területeit összekötő utakat tartalmazó fehér anyag ebben az időszakban is tovább érik. Fiúknál a fehéranyag mennyisége erősen megnő serdülőkorban, valószínűleg a nemi hormon, a tesztoszteron emelkedő szintjének hatására. Lányoknál a fehérállomány változásai finomabbnak tűnnek, és tükrözhetik a mielinizációnak nevezett folyamatot, amelynek során az axonokat a myelin nevű zsíros anyag extra rétegei borítják be, ami lehetővé teszi számukra az idegi impulzusok gyorsabb vezetését.
Mi történik ezután? Megszűnik egy felnőtt agya? Nem igazán.
Úgy tűnik, hogy a tapasztalat a húszas éveink elejéig továbbra is formálja az agyunkat. Például, amikor megpróbálunk megtanulni három golyóval zsonglőrködni és két hónapon keresztül minden nap gyakorolni, akkor az agykéregünk azon részei, amelyek követik a mozgó golyókat, nagyobbak lesznek. Nem tudjuk, hogy mely sejtek nőnek, de valószínű, hogy az ezen a területen folytatott minden további tevékenység, amely a vizuális ingerek keresésére szakosodott, olyan események kaszkádját idézi elő, amely strukturális változásokhoz vezet ezen a területen. Ez azonban nem állandó - amikor abbahagyja a zsonglőrködést, ezek a változások két hónap alatt eltűnnek.
Végül mi a helyzet az "öregedő" agyval? Növekszik vagy csökken?
Úgy tűnik, hogy a megfigyelt agy területétől és attól függ, hogy kié a megfigyelt agy. Például a zenekarban játszó idősebb hivatásos zenészek megszerezhetik a szürkeállományt, vagy legalábbis biztosan nem veszíthetik el azt a kortikális területen, amelyet a kottaolvasás során többször hangsúlyoztak. Ez a megfigyelés arra utal, hogy az agy szerkezete idős korban is képlékeny és befogadó marad a tapasztalatokra.
MRI: Alapismeretek
Az agy szerkezetének vizualizálása érdekében a leggyakrabban használt felvételi szekvenciák a T1 és T2 súlyozott képek, a diffúziós tenzor képek és a mágnesezettség transzfer képei. A T1 és T2 súlyozott képeket általában a szürke és fehér anyag teljes és regionális mennyiségének számszerűsítésére, valamint a kéreg vastagságának vagy egyéb morfológiai tulajdonságainak, például ráncosodásának becslésére használják. Diffúziós tenzor képalkotás és mágnesezettség transzfer képalkotás segítségével lehetőség nyílik a fehér anyag különböző tulajdonságainak felmérésére globálisan és lokálisan egyaránt. Az alábbiakban ismertetjük az agy szerkezetének különféle jellemzőit, amelyek e négyféle képből kinyerhetők. Ezeken az akvizíciós szekvenciákon kívül vannak még kevésbé gyakoriak, de gyakran még informatívabbak: T1 és T2 relaxometria (vagyis a tényleges relaxációs idők mérése) 2 és spektroszkópia mágneses rezonanciával (SRM). 2
Az agy működésének vizualizálása érdekében a leggyakrabban mért mágneses rezonancia paraméter a vér oxigénellátásának sebességétől függő jel (BOLD jel a "vér oxigénszintjétől függő jel" esetében). A BOLD jel az oxigénnel és oxigénnel nem rendelkező vér arányát tükrözi az agy adott területén egy adott időpontban. Az agyterületen folyó véráramlás és az ezen a területen lévő szinaptikus aktivitás szintje közötti szoros összefüggés megmagyarázza, hogy a BOLD jel jó, bár közvetett módon az agy "működésének" mértéke. 3 A funkcionális MRI (fMRI) vizsgálatok többségében a BOLD jel változását különféle szenzoros, motoros vagy kognitív ingerekre reagálva mérik. Ezért csak egy adott paradigma segítségével lehet megvizsgálni az agy azon területeit, amelyek valószínűleg reagálnak az ilyen ingerekre.
Strukturális MRI: Az agy növekedésének mérése
Amint fentebb rámutattam, a különböző akvizíciós szekvenciák a szürke és a fehér anyag különféle tulajdonságait ragadják meg, és cserébe nagy mennyiségű információt nyújtanak, amelyek a végtelen ventilátor segítségével képekből kinyerhetők. Számos algoritmus növekszik. Most bemutatom Önnek a fejlesztési tanulmányokban leggyakrabban alkalmazott technikák áttekintését.
Az agy nagyfelbontású strukturális MR képeinek (tipikusan T1 és T2 súlyozott képek) számítógépes elemzésével kétféle típusú mérést lehet teljesen automatikusan kinyerni: (1) Voxel vagy csúcs skála jellemzői (pl. Szürke és fehér „sűrűség” térképek, kéreg az egyes X, Y és Z helyekre származtatott vastagság és hajtogatás (háromdimenziós); és (2) volumetrikus mérések (szürke vagy fehér anyag térfogata az agy bizonyos területein, vagy meghatározott agyi struktúrák felülete stb.).