DYNAMICS OF ENCEPHALOMETRIC PARAMETERS OF THE CORPUS CALLOSUM AND ASYMMETRIC VARIABILITY OF THE CEREBRAL HEMISPHERES IN TEENAGERS
DYNAMICS OF ENCEPHALOMETRIC PARAMETERS OF THE CORPUS CALLOSUM AND ASYMMETRIC VARIABILITY OF THE CEREBRAL HEMISPHERES IN TEENAGERS
Abstract
The aim of the study is to examine the dynamics of corpus callosum indicators and hemispheric bilateral asymmetry in teenage children. One of the priority tasks of modern neuroanatomy and neurophysiology is to establish encephalometric variants of the norm for the morphogenesis of the large hemispheres and corpus callosum in children, and especially in adolescents, in the context of interhemispheric interaction and lateralisation of higher nervous and mental functions in learning and communication. We conducted a retrospective analysis of the encephalometric parameters of the cerebral hemispheres and corpus callosum based on archived MR tomograms of the brain in 240 boys and girls aged 13–16 and 12–15, respectively (60 people, 30 boys and girls in each age group). For the purposes of rational and equivalent comparison by gender, age was differentiated into four age intervals (IIV). The dynamics were determined by the augmenting factor parameter. Based on the results of the research, we were unable to detect a specific morphological pattern for the asymmetric variability of the hemispheres in the intragroup comparison of boys and girls of different age intervals. However, static asymmetrical differences between the hemispheres of boys were identified in all age groups analysed, as well as right-hemisphere asymmetry in the width of the hemispheres and the length of the frontal and temporal lobes in girls (aged 14 and 15). When analysing the neurodevelopment of the corpus callosum, a positive dependence of all parameters on gender was established (in 14-year-old boys; 12- and 14-year-old girls), except for the end of adolescence (interval IV), characterised by the complete disappearance of gender differences. Girls are characterised by more stable neurodevelopment of the corpus callosum (peaks of morphogenesis activity at 12–13 and 13–14 years), while boys show a more variable growth pattern, with a peak of pronounced morphological changes at 15–16 years. The morphometric differences in bilateral asymmetry of the hemispheres and morphogenesis of the corpus callosum structures found in the course of sex-age dynamics can be used in neuroimaging and paediatric neurology as patterns of normal brain development.
1. Введение
Изучение морфометрических особенностей полушарий конечного мозга представляет значительный научный междисциплинарный интерес, особенно в аспекте нейроразвития и возникающей в ходе него половозрастной изменчивости . Согласно установленным нейробиологическим концепциям, для полушарий большого мозга характерно возникновение билатеральной асимметрии, выраженность которой детерминирована половым диморфизмом . При этом некоторые исследователи выдвигают гипотезы о зависимости двусторонней асимметрии церебральных структур от индивидуальных аллометрических пропорций тела, однако данные взгляды не являются общепризнанными в нейроанатомическом сообществе , , . Данная вариабельность результатов обусловлена недостаточным количеством прикладных рентгенологических исследований, освещающих нормальный морфогенез энцефалометрических параметров, поскольку акцент большинства современных работ в области лучевой диагностики смещен на изучение макро- и микроанатомических структурных изменений в условиях патологии, что придает актуальность выбранной теме исследования , . В то же время благодаря развитию таких не инвазивных методов нейровизуализации, как магнитно-резонансная томография, стало возможным прижизненное рассмотрение отдельных церебральных структур как в статическом режиме, так и в динамике с коррелятами на пол и асимметричную изменчивость в любой возрастной группе . Особый интерес вызывает подростковый возрастной период, с характерными для него интенсивными гормональными изменениями, которые влияют как на целый организм, так и на его отдельные составляющие, в том числе и на нервную ткань больших полушарий и мозолистого тела , .
Общеизвестно, что по ходу полового созревания для полушарий конечного мозга мальчиков отмечается более выраженная левополушарная асимметрия, обусловленная интенсивным развитием латеритизации высших корковых функций, в то время как развитие полушарий у девочек характеризуется более равномерным и симметричным, без определённой тенденции к билатеральной асимметрии , . В настоящий момент активно обсуждается и роль комиссурального аппарата, как ключевого в подростковом возрасте звена межполушарного взаимодействия, участвующего в формировании и закреплении типов мышления и индивидуальных поведенческих моделей .
Установлено, что общий размер мозолистого тела больше у мальчиков по сравнению с девочками, при этом установлены зависимые от пола модели роста объёма белого вещества, определяющие преимущественное развитие мозолистого тела , . Так, у мальчиков-подростков отмечается преобладание миелинизированных волокон по объёму в передних и средних сегментах, в то время как у девочек — в задних . Важно учитывать, что морфометрические изменения структур конечного мозга детерминированы как внутренними, физиологическими изменениями организма, так и внешними социально-гуманитарными факторами по типу адаптации в социальной среде, обучения и коммуникации в школах и учреждениях дополнительного образования, что представляет актуальность изучения асимметрической изменчивости структур полушарий и особенностей возрастной динамики мозолистого тела уже не только для лучевой диагностики в педиатрии, но и для детской нейропсихологии в контексте межполушарного взаимодействия . Таким образом, целью данного исследования является изучение особенностей динамики показателей мозолистого тела и билатеральной асимметрии полушарий у детей подросткового возрастного периода.
2. Методы и принципы исследования
Было проведено ретроспективное исследование по материалам заключений архивных МР-томограмм головного мозга 240 мальчиков и девочек (60 человек по 30 мальчиков и девочек в каждой возрастной группе) 13–16 лет и 12–15 лет соответственно, согласно возрастной периодизации онтогенеза, принятой АПН СССР (Москва, 1965). В исследование были включены дети, в анамнезе которых не было зарегистрировано органической патологии ЦНС, психических поведенческих расстройств. В целях пропорционального сопоставления энцефалометрических структур у мальчиков и девочек в динамике, исходя из отличающихся границ для их подросткового возраста, он был разделён на 4 возрастных интервала (I — девочки 12-ти лет/мальчики 13-ти лет; II — девочки 13-ти лет/ мальчики 14-ти лет; III — девочки 14-ти лет/ мальчики 15-ти лет; IV — девочки 15-ти лет/мальчики 16-ти лет).
Были проанализированы следующие церебральные параметры:
1) высота (мм);
2) ширина (мм);
3) общий объём мозга (см³);
4) широтно-продольный показатель мозга (%);
5) высотно-продольный показатели мозга (%);
6) длина (мм);
7) ширина (мм);
8) высота (мм);
9) широтно-продольный показатель для правого и левого полушарий (%);
10) высотно-продольный показатели для правого и левого полушарий (%);
11) длина лобной доли для правого и левого полушарий (мм);
12) длина теменной доли для правого и левого полушарий (мм);
13) длина затылочной доли для правого и левого полушарий (мм);
14) длина височной доли для правого и левого полушарий (мм).
Половозрастная изменчивость мозолистого тела оценивалась по таким морфометрическим показателям, как: общие
1) общая длина;
2) общая толщина мозолистого тела;
3) площадь поперечного сечения;
4) длина валика;
5) длина колена мозолистого тела.
Оцениваемая при сравнении выборок динамика определялась по коэффициенту приращения показателя (Wc, %), согласно формуле Шмальгаузена . Количественные показатели энцефалометрических параметров полушарий и мозолистого тела оценивались на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета Statistica 12.0 (StatSoftInc., CША) и Microsoft Excel 2016 (MicrosoftCorp., США) для Windows. Для сравнения средних величин в нормально распределенных совокупностях численных данных использовался t-критерий Стьюдента. Различия энцефалометрических показателей считали статистически значимыми при p <0,05.
3. Основные результаты
В ходе проведения статистического анализа при внутригрупповом расчёте для большинства морфометрических параметров большого мозга нами не было определено значимых различий в межполушарной асимметрии для обоих полов. Во всех возрастных группах мальчиков выраженная межполушарная разность единична и демонстрирует статичность в виде превалирования высотно-продольного показателя для левого полушария у детей 15-ти лет (на 2,40% относительно правого полушария), а для длины височной доли у мальчиков 16-ти лет выявлена правополушарная асимметрия (разность 2,35%) (см. рис. 1).
Рисунок 1 - Различия в межполушарной асимметрии энцефалометрических показателей полушарий у мальчиков и девочек в конце подросткового периода при внутригрупповом сравнении
Примечание: 15-16 лет, IV возрастной интервал; здесь и далее знаками «*» и «×» обозначены статистически значимые различия в группах сравнения мальчиков и девочек соответственно
Рисунок 2 - Различия в межполушарной асимметрии энцефалометрических показателей полушарий у мальчиков и девочек в 14-15 лет при внутригрупповом сравнении
Примечание: III возрастном интервал
Таблица 1 - Обобщение данных за половую динамику энцефалометрических показателей полушарий в четырех возрастных интервалах (I-IV)
Показатель/ возрастной интервал | Длина мозолистого тела (мм) | Длина колена мозолистого тела (мм) | Длина валика мозолистого тела (мм) | Толщина мозолистого тела (мм) | Площадь поперечного сечения (см²) | Превалирующие различия по полу |
I | -1,31 | -3,91x | -2,18x | -0,46 | 1,15 | ♀ |
II | 3,09* | 5,80* | 5,68* | 2,04* | 3,43* | ♂ |
III | -1,60 | -2,82x | -4,78x | -0,69 | 7,27* | ♀ |
IV | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | - |
Примечание: изменчивость половых различий - Wc, %; здесь и далее знаком «*» в ячейках таблицы обозначены показатели мальчиков, статистически значимо различающиеся от аналогичных структур у девочек Знаком «×» обозначены показатели девочек, статистически значимо различающиеся от аналогичных параметров мальчиков. В последней строке таблицы символ «♂»- обозначает превалирующий по количеству статистически достоверных различий мужской пол, а символ «♀» - женский
У мальчиков было выявлено отсутствие возрастной изменчивости для длины мозолистого тела, а наименьшую пластичность и отрицательный по отношению к динамике процентаж демонстрировали его толщина и площадь поперечного сечения (см. таб. 2). Для девочек определяется иной характер изменений. Так, нами зафиксировано отсутствие динамики для толщины мозолистого тела, в то время как площадь поперечного сечения обладает наименьшей чувствительностью к изменению возрастных диапазонов (см. таб. 3).
Таблица 2 - Обобщение данных по возрастной динамике энцефалометрических показателей полушарий у девочек подросткового возрастного периода
Показатель | Девочки 12/13 лет | Девочки 13/14 лет | Девочки 14/15 лет | Характеристика прироста |
Длина мозолистого тела (мм) | -5,80x | 8,20x | -7,65x | ↓↑↓ |
Длина колена мозолистого тела (мм) | -32,32x | 21,43x | -18,87x | ↓↑↓ |
Длина валика мозолистого тела (мм) | -12,38x | 19,85x | -29,70x | ↓↑↓ |
Толщина мозолистого тела (мм) | -20,69 | 1,69 | -5,36 | −−− |
Площадь поперечного сечения (см²) | -6,67x | 0,00 | 4,76x | ↓−↑ |
Примечание: (изменчивость возрастных различий - Wc, %); здесь и далее в последнем столбце символ «↑» - характеризует положительную динамику для показателя с течением возраста; символ «↓» - характеризует отрицательную динамику; символ «−» обозначает отсутствие статистически достоверной динамики
Таблица 3 - Обобщение данных по возрастной динамике энцефалометрических показателей полушарий у мальчиков подросткового возрастного периода
Показатель | Мальчики 13/14 лет | Мальчики 14/15 лет | Мальчики 15/16 лет | Характеристика прироста |
Длина мозолистого тела (мм) | 6,16 | -3,98 | -3,38 | −−− |
Длина колена мозолистого тела (мм) | 18,71* | -20,87* | -8,49* | ↑↓↓ |
Длина валика мозолистого тела (мм) | 18,46* | -19,27* | -7,92* | ↑↓↓ |
Толщина мозолистого тела (мм) | 13,04 | -21,05* | -1,79 | −↓− |
Площадь поперечного сечения (см²) | 0,30 | 1,18 | -7,94* | −−↓ |
Примечание: изменчивость возрастных различий - Wc, %
4. Обсуждение
Результаты исследования не выявили статистически значимой зависимости между возрастными интервалами и динамикой асимметрической изменчивостью церебральных структур у мальчиков и девочек. Тем не менее мы можем говорить о единичных и статичных по возрастному интервалу различиях, демонстрирующих большее их значение для правого полушария у обоих полов.
При изучении половозрастной изменчивости мозолистого тела нами были установлены следующие энцефалометрические тенденции. Так, для девочек характерно более равномерное нейроразвитие в виде параболы с двумя пиками, характеризующими наиболее интенсивные морфологические возрастные изменения: в начале (группа девочек 12–13 лет) и в конце (группа девочек 14–15 лет) подросткового возраста (см. рис. 3). У мальчиков, напротив, отмечается более неравномерный морфогенез, вероятно, характеризующий становление латерализации для функций ориентации и координации при межполушарном взаимодействии, а общий рисунок возрастной динамики соответствует логарифмической зависимости, с пиком наибольших морфологических изменений в конце полового созревания (15–16 лет) (см. рис. 4), что не противоречит данным прочих нейроанатомических исследований , .
Рисунок 3 - Параболическая характеристика динамики структур мозолистого тела у девочек в течение подросткового возрастного периода
Примечание: 12-15 лет; здесь и далее числа на горизонтальной оси обозначают суммарное количество статистически значимых различий в трёх рассматриваемых возрастных промежутках
Рисунок 4 - Логарифмическая характеристика динамики церебральных структур мозолистого тела у мальчиков в течение подросткового возрастного периода
Примечание: 13-16 лет
5. Заключение
При изучении асимметрической изменчивости показателей полушарий головного мозга у подростков были определены нелинейные поло-зависимые модели, заключающиеся в статичной по билатеральной асимметрии изменчивости полушарий у мальчиков в течение всего периода полового созревания, и правополушарной асимметрии для ширины полушарий, длины лобных и височных долей у девочек 14-ти и 15-ти лет. При исследовании гендерной изменчивости структур мозолистого тела была установлена положительная динамика по всем параметрам у мальчиков 14-ти лет, и девочек 12-ти и 14 лет, при этом в конце подросткового возраста половые различия нивелируются. Возрастная динамика морфогенеза мозолистого тела у девочек является более стабильной, с пиками наиболее интенсивного развития в 12–13 и 14–15 лет, в то время как у мальчиков динамика параметров мозолистого тела характеризуется более наиболее неравномерным развитием, с пиком в 15–16 лет.