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Jun 23, 2023

최초의 유아 두뇌 종합 지도 개정판

연구자들은 수천 건의 MRI 스캔을 통해 유아 뇌 발달에 대한 최초의 종합적이고 세밀한 기능 맵을 구축하여 신경해부학 및 연구를 위한 새로운 도구를 제공했습니다.

연구자들은 수천 장의 MRI 스캔을 통해 유아 뇌 발달에 대한 최초의 종합적이고 세밀한 기능 맵을 구축하여 신경 해부학 및 신경 발달 장애를 연구하기 위한 새로운 도구를 제공했습니다.

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과학자들은 출생부터 2세까지의 뇌 발달에 대한 전례 없는 세부 정보를 제공하는 유아 뇌 네트워크의 포괄적인 기능 지도 세트를 구축했습니다.

오늘 eLife에 게재된 유아 뇌 피질 구획 지도는 이미 유아기 동안 다양한 뇌 기능이 발달하는 시기에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 초기 뇌 발달 연구에 대한 가치 있고 공개적으로 이용 가능한 참고 자료를 제공했습니다.

피질 구획은 서로 다른 위치에 있는 피질 회백질을 '소포'로 나누어 뇌 기능을 연구하는 수단입니다. 기능적 자기공명영상(fMRI) 스캔은 뇌가 비활성 '휴식' 상태에 있을 때 뇌 연결성 측정과 함께 촬영되어 각 소포 내의 뇌 기능을 연구합니다.

이전 연구에서는 성인 두뇌의 휴식 상태 fMRI 연결을 기반으로 구획 지도를 만들었습니다. 그러나 이러한 지도는 유아와 성인의 뇌 기능 구성에 상당한 차이가 있기 때문에 유아 뇌를 연구하는 데는 적합하지 않습니다.

"고해상도 유아 뇌 이미지를 획득하고 이러한 이미지를 처리하는 데 어려움이 있기 때문에 유아별 뇌 구획 지도를 만드는 것은 어려웠습니다. 이러한 이미지는 일반적으로 이 발달 기간 동안 서로 다른 뇌 조직 간에 낮고 빠르게 변화하는 대비를 갖습니다."라고 먼저 설명합니다. 저자 Fan Wang, 현재 중국 Xi'an Jiaotong University 부교수. "우리는 소아 신경 영상 연구를 촉진할 포괄적인 연령별 및 연령 독립적 구획 지도 세트를 생성하기 위해 개별 유아의 세밀한 기능 패턴을 포착하는 새로운 방법을 개발했습니다."

Wang과 동료들은 UNC/UMN Baby Connectome Project Consortium의 일환으로 수집된 출생부터 2세까지의 유아에 대한 1,064개의 고해상도 기능적 MRI 스캔과 394개의 구조적 MRI 스캔을 사용했습니다.

뇌 영역 간 급격한 전환의 세부적인 패턴을 포착하기 위해 팀은 모든 개인의 피질 주름(뇌 영역)을 매핑하는 기존 방법과 각 영역의 기능적 연결 그라데이션을 뇌에 오버레이하는 새로운 알고리즘을 결합했습니다. 각 유아로부터 스캔합니다. 이를 통해 개인 전체에 걸쳐 해당 기능 영역 간에 보다 정확하고 의미 있는 연결을 구축할 수 있었고, 그 결과 뇌의 기능적 경계에 대한 상세한 특성화가 가능해졌습니다. 그런 다음 이는 3개월에서 2세 사이의 유아를 위한 유아별 세분화된 기능적 구획 지도와 연령 독립적 지도를 생성하는 데 사용되었습니다.

연령 독립적인 유아 구획은 성인 구획 지도에서 이전에 정의된 일부 뇌 영역과 매우 유사했으며 구획 경계는 성인 뇌에서 볼 수 있는 것과 일치했습니다. 그러나 유아 지도는 뇌 기능 발달에 대한 새로운 통찰력을 드러냈습니다.

첫째, 결과는 감각 시스템이 인지 및 행동과 같은 고차원 시스템보다 더 발달하는 3개월에 원시적인 형태의 뇌 기능 네트워크가 존재함을 시사합니다. 연구팀은 또한 뇌 기능이 발달함에 따라 다양한 연령대에 걸쳐 기능적 활동과 네트워크 조직에서 이전에 보고되지 않은 복잡한 변동 추세를 확인했는데, 이는 초기 뇌 구조 발달에서 볼 수 있는 패턴과 매우 다릅니다. 이러한 변동은 유아기의 다양한 연령대에 나타나는 행동 및 인지 능력의 다양한 이정표를 반영할 수 있습니다. 마지막으로 기능 성숙도가 높아짐에 따라 지역 효율성(필지와 인접 필지의 연결)이 증가했습니다.

"우리의 방법은 이전 방법으로 발견된 중요한 거친 패턴을 포착했을 뿐만 아니라 전례 없는 해상도로 훨씬 더 상세한 기능 경계를 드러냈습니다."라고 미국 채플 힐에 있는 노스캐롤라이나 대학교 방사선과 부교수인 Gang Li는 말했습니다. "결과는 유아의 기능적 연결성이 성인만큼 강력하지 않을 수 있지만 조직의 기본 단위가 유아의 뇌에 존재할 가능성이 높으므로 유아의 기능 소포 단위의 규모가 성인의 기능 단위와 비교할 수 있음을 시사합니다. 이러한 유아 피질 구획 지도는 점점 더 큰 규모의 유아 그룹과 더 높은 해상도의 소아 신경 영상 데이터를 분석하기 위한 강력한 플랫폼으로, 향후 신경 발달 연구에 더 높은 정확도를 제공합니다.”