Child Psychiatry Branch of the National Institute of Mental Health Longitudinal Structural Magnetic Resonance Imaging Study of Human Brain Development

Abstract

The advent of magnetic resonance imaging, which safely allows in vivo quantification of anatomical and physiological features of the brain, has revolutionized pediatric neuroscience. Longitudinal studies are useful for the characterization of developmental trajectories (ie, changes in imaging measures by age). Developmental trajectories (as opposed to static measures) have proven to have greater power in discriminating healthy from clinical groups and in predicting cognitive/ behavioral measures, such as IQ. Here we summarize results from an ongoing longitudinal pediatric neuroimaging study that has been conducted at the Child Psychiatry Branch of the National Institute of Mental Health since 1989. Developmental trajectories of structural MRI brain measures from healthy youth are compared and contrasted with trajectories in attentiondeficit/hyperactivity disorder (ADHD) and childhood-onset schizophrenia. Across ages 5-25 years, in both healthy and clinical populations, white matter volumes increase and gray matter volumes follow an inverted U trajectory, with peak size occurring at different times in different regions. At a group level, differences related to psychopathology are seen for gray and white matter volumes, rates of change, and for interconnectedness among disparate brain regions.

Neurodevelopment and the Origins of Brain Disorders

“…A large adult literature has examined the role of these neuropeptides in influencing social cognition, maternal behavior and aggression, but more recent studies reveal a critical importance for the oxytocin and vasopressin systems during neurodevelopment, potentially pointing to opportunities for intervention. Giedd et al, (2015) review an increasing body of longitudinal neuroimaging studies that identify the developmental trajectories of brain regions and circuits, with an emphasis on understanding the relationships between maturing brain structure, function, and cognition. These studies provide some of the keys to decipher the critical puzzle of inter-individual variability.…”

Estudo psicofísico da atenção visual e avaliação cognitiva em adolescentes com TDAH

“…Desde a embriogênese até o fim da adolescência, são observadas mudanças dinâmicas e intensas em diferentes estruturas cerebrais e circuitos neurais, as quais ocorrem no sentido póstero-anterior e subcortical-cortical, sendo que o córtex pré-frontal é um dos últimos a amadurecer (Giedd et al, 2015;Stiles & Jernigan, 2010). O córtex frontal passa a utilizar grande quantidade de glicose entre seis e 12 anos de idade, atingindo seu pico por volta dos 9,5 anos nas meninas e 10,5 anos em meninos e, em seguida, declina ligeiramente a partir da segunda e terceira décadas de vida (Giedd et al, 2015).…”

“…O córtex frontal passa a utilizar grande quantidade de glicose entre seis e 12 anos de idade, atingindo seu pico por volta dos 9,5 anos nas meninas e 10,5 anos em meninos e, em seguida, declina ligeiramente a partir da segunda e terceira décadas de vida (Giedd et al, 2015). No período entre a adolescência e a idade adulta o cérebro passa por uma notável transformação e o lobo frontal pode ter dificuldades para atingir seu desenvolvimento pleno até os 15 anos ou mais (Barkley,1997;Whitford et al, 2007).…”

“…As podas sinápticas referem-se à diminuição da substância cinzenta, em forma de U invertido, nas regiões do tálamo, do corpo estriado, do globo pálido associadas à rede frontoparietal (Giedd et al 2015;Raznahan et al, 2014). Já na mielinização ocorre o aumento das células da glia (oligodentrócitos) nos lobos frontal, temporal e parietal e, também, no corpo caloso e no cerebelo.…”

“…Já na mielinização ocorre o aumento das células da glia (oligodentrócitos) nos lobos frontal, temporal e parietal e, também, no corpo caloso e no cerebelo. O processo de mielinização é responsável pelo aumento do volume cerebral em cerca de 1-2% por ano, entre a infância a adolescência, o que, além de promover uma melhora na velocidade no processamento da informação, gera a adaptação do indivíduo ao ambiente ao seu redor por meio do desenvolvimento das habilidades cognitivas (Giedd et al, 2015).…”