Gehirnbilder von Kindern zeigen, wie die kognitive Kontrolle mit dem Alter zunimmt

Während sich das Gehirn eines Kindes entwickelt, wird es stärker in spezialisierte Einheiten aufgeteilt, gleichzeitig aber aufgrund stärkerer „Hub“ -Verbindungen insgesamt stärker integriert. Diese gut definierten, vernetzten Gehirnstrukturen stehen in direktem Zusammenhang mit der gesunden Entwicklung von Exekutivfunktionen, z. B. der Fähigkeit, Impulse zu steuern, organisiert zu bleiben und Entscheidungen zu treffen.

In einer neuen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Aktuelle BiologieDie Forscher konnten die Veränderungen im Gehirn abbilden, die diesen Verbesserungen der Exekutivfunktion zugrunde liegen. Die Ergebnisse könnten auch zur Identifizierung von Biomarkern für eine abnormale Gehirnentwicklung führen, die das Risiko einer Person für Psychosen und schwere Stimmungsstörungen vorhersagen könnten.

„Wir waren überrascht, dass die Weiterentwicklung der strukturellen Hirnnetzwerke zu einer verstärkten modularen Segregation und globalen Integration führte, da hochmodulare Systeme möglicherweise fragmentiert werden können“, sagt Ted Satterthwaite, Assistenzprofessor für Psychiatrie an der Perelman School of Medicine in die Universität von Pennsylvania.

"Diese zunehmend modulare und dennoch global integrierte Netzwerktopologie kann die Kommunikationseffizienz maximieren und gleichzeitig die Verkabelungskosten im Gehirn minimieren."

Die Studie legt nahe, dass die modulare Gehirnarchitektur für die Entwicklung komplexer Erkenntnisse und Verhaltensweisen von entscheidender Bedeutung ist. In der Tat hängt das Ausmaß, in dem sich die Führungsfunktion eines jungen Menschen verbessert, direkt damit zusammen, wie genau seine modulare Netzwerkstruktur definiert ist.

Für die Studie machten sich die Forscher daran, das normale Entwicklungsmuster struktureller Netzwerkmodule und ihre Beziehung zur exekutiven Funktion zu untersuchen. Die gezogenen Daten stammen aus einer großen Stichprobe von 882 Jugendlichen im Alter zwischen acht und 22 Jahren, die sich im Rahmen der Philadelphia Neurodevelopmental Cohort, einer Community-basierten Studie zur Gehirnentwicklung, die umfangreiche bildgebende und kognitive Daten enthält, einer Diffusionsbildgebung unterzogen hatten.

Wie erwartet verbesserte sich die Exekutivfunktion bei Studienteilnehmern mit zunehmendem Alter deutlich. Eine Analyse der Gehirnbilder ergab eine zunehmend spezialisierte und vollständig integrierte modulare Struktur.

"Die Entwicklung einer modularen Netzwerkarchitektur führte nicht zu einer Fragmentierung des Gehirns", erklärt der Erstautor der Studie, Graham Baum, Ph.D. Kandidat an der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania.

„Tatsächlich hat sich die Gesamtkapazität der Netzwerkkommunikation aufgrund der Stärkung spezifischer Hub-Verbindungen zwischen Modulen tatsächlich erhöht. Diese Ergebnisse zeigen, dass Kinder mit zunehmendem Alter ihr Gehirn stärker in spezialisierte Einheiten aufteilen, aber auch insgesamt stärker integrieren. “

Die Ergebnisse legen nahe, dass eine global integrierte Netzwerkarchitektur für die Unterstützung der spezialisierten Verarbeitung und die Reduzierung von Interferenzen zwischen Gehirnsystemen von entscheidender Bedeutung sein kann.

Die Forscher sagen, dass sie jetzt strukturelle und funktionelle Bildgebungstechniken kombinieren, um zu untersuchen, wie strukturelle Hirnnetzwerke funktionelle Hirnnetzwerke und Aktivierungsmuster einschränken und formen. Sie werden auch Untersuchungen durchführen, um festzustellen, ob diese Informationen dazu beitragen können, das Auftreten psychiatrischer Störungen bei Kindern Jahre später vorherzusagen.

Quelle: Cell Press