大腦在幼童時的發展

幼童剛出生的體重大多為3000克上下,要達到成人體重的一半,大約要等十年,但,大腦在嬰兒出生6個月後就已經發育到成人大腦50%的程度。

嬰兒出生後,大腦重量會越來越重,且腦迴紋路也會加深(加深的腦迴代表大腦功能的增加),越來越高的密度以及越來越多的突觸相接,代表的大腦處理訊息的速度加快。大腦的體積雖然會隨著年齡增長而增加,但大腦的灰質體積卻主要在七歲以前快速的增加,在五~七歲之後則隨著年齡增加而減少(大腦中的灰質為神經細胞的細胞核所在,即為發號施令的地方)。

而這篇文章則是以170位3-7歲的孩童,以他們灰質體積的中的SA(Surface Area) & Thickness不同,觀測灰質型態的年齡效應,以及觀測T1 relaxation time data(白質中髓鞘含量的年齡效應)作為研究主軸。

先前已有實驗證明,大腦中的結構與認知功能的發展息息相關,例如:附近區域的白質組織增加以及灰質體積減少,其中灰質體積又可以分成Surfase Area(SA)以及Cortical Thickness(CT)觀測,SA和CT為互相獨立的(兩者皆與基因遺傳相關,但兩者的基因大部分不同)。CT在剛出生後的成長速度很快,出生後的兩年內成長到成人的97%,但SA在出生兩年後只達到成人的69%,需到8歲後才會達到跟成人差不多。

灰質體積在早期的發展是與白質體積相輔相成的(孩童、青少年、成年初期),有不少機制被說與此相關,例如髓鞘厚度也會隨時間增長(直到成年初期)。另外又因為SA與白質成熟的相似度,故以qT1(mapped by MP2RAGE,為一種髓鞘的指標)研究灰質的形態特徵(以SA為主)跟白質myelin的關聯性。

結果顯示,SA明顯地隨著年齡增加而增加範圍,尤其是顳葉與額葉和部分頂葉(但運動跟感覺皮質卻維持不變),而T1 value則會隨著時間減少(T1 value 下降,代表白質的髓鞘化上升)。另外有趣的是,CT與年齡的增長並沒有直接相關,但在禽距溝(calcarine sulcus) 與梭狀迴(lingual gyrus)中的CT卻與SA的增長相似。

髓鞘會包圍在軸突外圍,使神經傳導的速度加快,剛出生時,只有少數腦區有明顯的髓鞘,之後會隨著年齡增長快速增加,被認為與學習、自我控制、精神疾病等相關。


撰稿人:魏孜旻


原始論文:
Riccardo Cafiero, Jens Brauer, Alfred Anwander and Angela D. Friederici (2018).The Concurrence of Cortical Surface Area Expansion and White Matter Myelination in Human Brain Development.Cerebral Cortex.
https://academic.oup.com/cercor/advance-article/doi/10.1093/cercor/bhy277/5181564

參考:
http://bml.ym.edu.tw/bmlab/208183146122823331263328735469306933033223637.html
http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=1171

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