Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2021, T. 71, № 5, стр. 591-604

Морфофункциональный подход в изучении особенностей префронтальной коры у подростков

Т. А. Цехмистренко 12*

1 Лаборатория нейрофизиологии когнитивной деятельности, ФГБНУ “Институт возрастной физиологии Российской академии образования”
Москва, Россия

2 Кафедра анатомии человека, ФГАОУ ВО “Российский университет дружбы народов”
Москва, Россия

* E-mail: tsekhmistrenko_ta@pfur.ru

Поступила в редакцию 18.11.2020
После доработки 19.12.2020
Принята к публикации 22.12.2020

Аннотация

Статья посвящена изучению у подростков возрастных морфофункциональных особенностей зон префронтальной коры большого мозга, участвующих в реализации зрительной (фронтальное глазодвигательное поле 8) и речедвигательной (поля 44 и 45 зоны Брока) функций, а также коры в области латеральной поверхности лобного полюса (поле 10) и медиального паралимбического отдела префронтальной коры (поле 32/10). Постмортальный материал был получен от 60 людей (52 мужского и 8 – женского пола) трех возрастных групп: I – дети от 8 до 12 лет (n = 30), II – подростки от 13 до 16 лет (n = 15), III – молодые люди от 17 лет до 21 года (n = 15). В III и V слоях коры изучали размеры пирамидных нейронов, особенности фиброархитектоники, удельные объемы нейронов и внутрикорковых волокон, определяли глио-сосудистый индекс. Применяли гистологические методики, компьютерный морфометрический и стереологический анализ. Результаты исследования показали, что возрастные микроструктурные изменения префронтальной коры наблюдаются у подростков, что приводит к усложнению ее морфофункциональной организации по сравнению с детьми.

Ключевые слова: префронтальная кора человека, объем пирамидных нейронов, удельные объемы нейронов и внутрикорковых волокон, морфометрия, стереометрия, постнатальное развитие неокортекса

DOI: 10.31857/S0044467721040122

Список литературы

  1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. М.: Медицина, 1990. 384 с.

  2. Антонова А.М. Модификация метода Гольджи с применением вольфрамовокислого натрия. Бюлл. эксперим. биол. 1967. 63 (3): 123–124.

  3. Антонова А.М., Степанова С.Б. Модификация метода Петерса применительно к цитологическим исследованиям. Бюлл. эксперим. биол. 1973. 75 (4): 122–124.

  4. Атлас цитоархитектоники коры большого мозга человека. Под редакцией С.А. Саркисова, И.Н. Филимонова, Е.П. Кононовой, Н.С. Преображенской, Л.А. Кукуева и др. М.: Медгиз, 1955. 280 с.

  5. Бескин Л.Н. Стереометрия. М.: Просвещение, 1971. 412 с.

  6. Боголепова И.Н., Малофеева Л.И. Мозг мужчины, мозг женщины. М.: ФГБУ “НЦН” РАМН, 2014. 300 с.

  7. Боголепова И.Н., Малофеева Л.И., Агапов П.А., Малофеева И.Г. Морфометрические исследования цитоархитектоники префронтальной коры мозга женщин. Фундаментальные исследования. 2015. 2 (25): 5583–5587.

  8. Ланг Т.А., Сесик М. Как описывать статистику в медицине. М.: Практическая медицина, 2016. 480 с.

  9. Маркосян А.А. Основы морфологии и физиологии организма детей и подростков. М.: Медицина, 1969. 575 с.

  10. Мачинская Р.И. Управляющие системы мозга и их морфофункциональное созревание у детей. Мозговые механизмы формирования познавательной деятельности в предшкольном и младшем школьном возрасте М.-Воронеж: МПСУ, МОДЭК, 2014: 157–220.

  11. Мачинская Р.И. Управляющие системы мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2015. 65 (1): 33–60. https://doi.org/10.7868/S0044467715010086

  12. Семенова Л.К., Васильева В.А., Цехмистренко Т.А., Шумейко Н.С. Структурные преобразования коры головного мозга человека в постнатальном онтогенезе. Физиология развития ребенка. М.-Воронеж: МПСИ, МОДЭК, 2010: 132–200.

  13. Стефанов С.Б., Кухаренко Н.С. Ускоренные способы количественного сравнения морфологических признаков и систем. Благовещенск: ВСХИ, 1989. 65 с.

  14. Стрелков Р.Б. Экспресс-метод статистической обработки экспериментальных и клинических данных. М.: II МОЛГМИ, 1986. 86 с.

  15. Фарбер Д.А. Системная мозговая организация зрительного восприятия и ее формирование в онтогенезе. Мозговые механизмы формирования познавательной деятельности в предшкольном и младшем школьном возрасте. М.-Воронеж: МПСУ, МОДЭК, 2014: 65–95.

  16. Фарбер Д.А., Бетелева Т.Г. Формирование мозговой организации рабочей памяти в младшем школьном возрасте. Физиология человека. 2011. 37 (1): 5–15.

  17. Физиология развития ребенка. Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. М.-Воронеж: МПСИ, МОДЭК, 2010. 768 с.

  18. Цехмистренко Т.А., Васильева В.А., Обухов Д.К., Шумейко Н.С. Строение и развитие коры большого мозга. М.: Спутник+, 2019а. 538 с.

  19. Цехмистренко Т.А., Обухов Д.К., Васильева В.А., Мазлоев А.Б., Шумейко Н.С. Структурные возрастные преобразования нейронных группировок коры большого мозга и мозжечка у детей. Журнал анатомии и гистопатологии. 2019б. 8 (4): 42–48.

  20. Baars B.J., Gage N.M. Neurons and their connections. Cognition, Brain, and Consciousness. Introduction to Cognitive Neuroscience. 2nd Edition. Elsevier: Academic Press, 2010. P. 62–92. https://doi.org/10.1016/C2009-0-01556-6

  21. Blakemore S.J. Imaging brain development: the adolescent brain. Neuroimage. 2012. 61 (2): 397–406. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.11.080

  22. Chen C.H., Panizzon M.S., Eyler L.T., Jernigan T.L., Thompson W., Fennema-Notestine C., Jak A.J., Neale M.C., Franz C.E., Hamza S., Lyons M.J., Grant M.D., Fischl B., Seidman L.J., Tsuang M.T., Kremen W.S., Dale A.M. Genetic influences on cortical regionalization in the human brain. Neuron. 2011. 72 (4): 537–544. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.08.021

  23. Docherty A.R., Sawyers C.K., Panizzon M.S., Neale M.C., Eyler L.T., Fennema-Notestine C., Franz C.E., Chen C.-H., McEvoy L.K., Verhulst B., Tsuang M.T., Kremen W.S. Genetic network properties of the human cortex based on regional thickness and surface area measures. Front Hum Neurosci. 2015. 9: 440. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00440

  24. Dubois J., Dehaene-Lambertz G., Perrin M., Mangin J.F., Cointepas Y., Duchesnay E., Le Bihan D., Hertz-Pannier L. Asynchrony of the early maturation of white matter bundles in healthy infants: quantitative landmarks revealed noninvasively by diffusion tensor imaging. Hum Brain Mapp. 2008a. 29 (1): 14–27. http://doi.wiley.com/10.1002/hbm.20363

  25. Dubois J., Dehaene-Lambertz G., Soares C., Cointepas Y., Le Bihan D., Hertz-Pannier L. Microstructural correlates of infant functional development: example of the visual pathways. J Neurosci. 2008b. 28 (8): 1943–1948. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5145-07.2008

  26. Dumontheil I., Burgess P.W., Blakemore S.J. Development of rostral prefrontal cortex and cognitive and behavioural disorders. Dev. Med. Child Neurol. 2008. 50(3): 168–181. https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2008.02026.x

  27. Filosa J., Alddings J. Astrocyte regulation of cerebral vascular tone. AJP Heart and Circulatory Physiology. 2013. 305 (5): H609–H619. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00359.2013

  28. Gerbella M., Belmalih A., Borra E., Rozzi S., Luppino G. Cortical connections of the macaque caudal ventrolateral prefrontal areas 45A and 45B. Cerebral Cortex. 2010. 20 (1). 141–168. https://doi.org/10.1093/cercor/bhp087

  29. Kanwisher N. Functional specificity in the human brain: a window into the functional architecture of the mind. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010. 107 (25): 11163–11170. https://doi.org/10.1073/pnas.1005062107

  30. Kedlian V.R., Donertas H.M., Thornton J.M. The widespread increase in inter-individual variability of gene expression in the human brain with age. Aging (Albany NY). 2019. 11 (8): 2253–2280. https://doi.org/10.18632/aging.101912

  31. Khundrakpam B.S., Reid A., Brauer J., Carbonell F., Lewis J. and Brain Development Cooperative Group. Developmental Changes in Organization of Structural Brain Networks. Cerebral Cortex. 2013. 23 (9): 2072–2085. https://doi.org/10.1093/cercor/bhs187

  32. Kostovic I., Judas M. Prolonged coexistence of transient and permanent circuitry elements in the developing cerebral cortex of fetuses and preterm infants. Dev Med Child Neurol. 2006. 48 (5): 388–393. https://doi.org/10.1017/S0012162206000831

  33. Leh S.E., Petrides M., Strafella A.P. The neural circuitry of executive functions in healthy subjects and Parkinson’s disease. Neuropsychopharmacology. 2010. 35 (1): 70–85. https://doi.org/10.1038/npp.2009.88

  34. Mansouri F.A., Matsumoto K., Tanaka K. Prefrontal cell activities related to monkeys' success and failure in adapting to rule changes in a Wisconsin Card Sorting Test analog. J Neurosci. 2006. 26 (10): 2745–2756. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5238-05.2006

  35. Margulies D.S., Petrides M. Distinct parietal and temporal connectivity profiles of ventrolateral frontal areas involved in language production. J. Neurosci. 2013. 33 (42): 16846–16852. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2259-13.2013

  36. Nip I.S.B., Green J.R. Increases in Cognitive and Linguistic Processing Primarily Account for Increases in Speaking Rate with Age. Child Dev. 2013. 84 (4): 1324–1337. https://doi.org/10.1111/cdev.12052

  37. Paus T., Zijdenbos A., Worsley K., Collins D.L., Blumenthal J., Giedd J.N., Rapoport J.L., Evans A.C. Structural Maturation of Neural Pathways in Children and Adolescents: In Vivo Study. Science. 1999. 283 (5409): 1908–1911. https://doi.org/10.1126/science.283.5409.1908

  38. Pessoa L. Understanding brain networks and brain organization. Phys Life Rev. 2014. 11 (3): 400–435. https://doi.org/10.1016/j.plrev.2014.03.005

  39. Senitz D., Reichenbach A., Smithy T.G. Surface complexity of human neocortical astrocytic cells: changes with development, aging and dementia. J Hirnforsch. 1995. 36 (4): 531–537.

  40. Tsekhmistrenko T.A., Vasil’eva V.A., Shumeǐko N.S., Vologirov A.S. Quantitative changes in fibro-architectonics of the human cerebral cortex from birth to 12 years of age. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2004. 34 (9): 983–988. https://doi.org/10.1134/S0362119710010032

  41. Tsekhmistrenko T.A., Vasilyeva V.A., Shumeiko N.S. Structural Rearrangements of the Cerebral Cortex in Children and Adolescents. Human Physiology. 2017. 43 (2): 123–131. https://doi.org/10.1134/S0362119717020153

  42. Van den Heuvel M.P., Sporns O. Rich-club organization of the human connectome. J Neurosci. 2011. 31 (44): 15775–15786. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3539-11.2011

  43. Venkat P., Chopp M., Chen J. New Insights Into Coupling and Uncoupling of Cerebral Blood Flow and Metabolism in the Brain. Croat Med J. 2016. 57 (3): 223–228. https://doi.org/10.3325/cmj.2016.57.223

Дополнительные материалы отсутствуют.