Regional Infant Brain Development: An MRI-Based Morphometric Analysis in 3 to 13 Month Olds

Abstract

Elucidation of infant brain development is a critically important goal given the enduring impact of these early processes on various domains including later cognition and language. Although infants' whole-brain growth rates have long been available, regional growth rates have not been reported systematically. Accordingly, relatively less is known about the dynamics and organization of typically developing infant brains. Here we report global and regional volumetric growth of cerebrum, cerebellum, and brainstem with gender dimorphism, in 33 cross-sectional scans, over 3 to 13 months, using T1-weighted 3-dimensional spoiled gradient echo images and detailed semi-automated brain segmentation. Except for the midbrain and lateral ventricles, all absolute volumes of brain regions showed significant growth, with 6 different patterns of volumetric change. When normalized to the whole brain, the regional increase was characterized by 5 differential patterns. The putamen, cerebellar hemispheres, and total cerebellum were the only regions that showed positive growth in the normalized brain. Our results show region-specific patterns of volumetric change and contribute to the systematic understanding of infant brain development. This study greatly expands our knowledge of normal development and in future may provide a basis for identifying early deviation above and beyond normative variation that might signal higher risk for neurological disorders.

Gray Matter Growth Is Accompanied by Increasing Blood Flow and Decreasing Apparent Diffusion Coefficient during Childhood

“…31 A more recent study that focused on infants (3-13 months of age) also observed an increasing volume of all gray matter regions with some regionally different growth patterns. 32 While volume increased, the ADC of the gray matter declined rapidly, with a fast exponential component in the first few years, which then stabilized in early adolescence. These findings likely reflect the combined effects of neuronal development, myelination, and decrease in water content 33 and associated MR imaging signal changes 34,35 that rapidly occur in the early years of development.…”

Correlatos estructurales de las alteraciones cognitivas en niños con TEA

“…Choe et al (2013) llevaron a cabo un estudio sobre el crecimiento regional del cerebro a partir de un análisis morfométrico (volúmenes globales y locales) entre 3 y 13 meses.…”

“…En el hipocampo, se observó una asimetría hacia la derecha, que también ha sido documentada en otros estudios de niños recién nacidos prematuros y en los nacidos a término (Thompson et al, 2009), en niños mayores y adolescentes (Giedd et al, 1996;Pfluger et al, 1989) y en adultos (Jack et al, 1989;Li, Ga, Huo, Li, & Gao, 2007;Ystad et al, 2009). En este estudio, Choe et al (2013) también encontraron una consistente asimetría del hipocampo hacia la derecha, dato que sugiere que la dominación hippocampal derecha está presente en el nacimiento y persiste a través de la edad. El hipocampo derecho es crítico para la formación de la memoria episódica y espacial (Burgess, Maguire & O'Keefe, 2002).…”

“…Sin embargo, a los 12 a 13 meses de edad, se encontró que el putamen derecho era consistentemente mayor que el putamen izquierdo. Finalmente, encontraron asimetría cerebral hacia la izquierda en el hemisferio cerebeloso izquierdo que era más grande que el derecho, resultado que puede representar un paso de maduración transitorio en un período caracterizado por el creciente desarrollo de la coordinación motora y del equilibrio (Choe et al, 2013).…”

“…Sin embargo, a los 12 a 13 meses de edad, se encontró que el putamen derecho era consistentemente mayor que el putamen izquierdo. Finalmente, encontraron asimetría cerebral hacia la izquierda en el hemisferio cerebeloso izquierdo que era más grande que el derecho, resultado que puede representar un paso de maduración transitorio en un período caracterizado por el creciente desarrollo de la coordinación motora y del equilibrio (Choe et al, 2013 El objetivo del estudio era examinar las trayectorias de desarrollo volumétrico típicas de la amígdala y el hipocampo desde la infancia hasta la edad adulta temprana. Se realizó un estudio morfométrico de corte transversal del crecimiento amigdalar y del hipocampo.…”