Alat baru menerangi pertumbuhan mielin pada bayi

ringkasan: Para peneliti bergulat dengan kumpulan data yang sangat besar untuk mengungkap rahasia otak. Sebuah tim peneliti menggunakan perangkat lunak baru untuk menganalisis gambar MRI dari 300 bayi dan mengungkapkan bahwa mielin di materi putih tumbuh lebih lambat setelah lahir.

Penemuan ini memberikan wawasan tentang perkembangan otak di awal kehidupan dan kemungkinan dampak kelahiran prematur. Dengan menggunakan neuroinformatika, para peneliti kini dapat mengeksplorasi kumpulan data yang dihasilkan dari ribuan individu, memberikan wawasan mendalam tentang kesehatan dan perkembangan otak.

Fakta-fakta kunci:

1. Penelitian tersebut menggunakan perangkat lunak baru untuk menganalisis gambar MRI dari 300 bayi dan menunjukkan bahwa mielin di materi putih berkembang lebih lambat setelah lahir.
2. Perkembangan mielin yang tidak normal dikaitkan dengan banyak gangguan perkembangan dan kesehatan mental, seperti depresi kronis dan skizofrenia.
3. Baik usia kehamilan saat lahir maupun waktu pemeriksaan mempengaruhi perkembangan mielin, namun kelahiran menyebabkan perlambatan yang signifikan.

sumber: Universitas Washington

Satu otak sangatlah rumit. Jadi para peneliti otak, apakah mereka sedang melihat kumpulan data yang dibangun dari 300.000 neuron pada 81 tikus atau dari MRI pada 1.200 orang dewasa muda, kini menghadapi begitu banyak informasi sehingga mereka juga harus menemukan cara baru untuk memahaminya. Mengembangkan alat analisis baru sama pentingnya dengan menggunakannya untuk memahami kesehatan dan perkembangan otak.

Sebuah tim termasuk peneliti di Universitas Washington baru-baru ini menggunakan perangkat lunak baru untuk membandingkan gambar MRI dari 300 bayi dan menemukan bahwa mielin, bagian dari materi putih otak, berkembang jauh lebih lambat setelah lahir. Para peneliti mempublikasikan temuan mereka pada 7 Agustus di jurnal Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.

UW News berbicara dengan penulis utama Ariel Rochem, seorang profesor asosiasi UW di Departemen Psikologi dan peneliti ilmu data di eScience Institute, tentang makalah ini dan pendekatan penelitiannya.

Topik apa yang Anda teliti dan bagaimana caranya?

Ariel Rokem: Kelompok saya bekerja di bidang neuroinformatika, yang berfokus pada membangun metode dan perangkat lunak untuk menganalisis data ilmu saraf. Kami secara khusus fokus pada pengukuran MRI pada otak manusia. Otak terdiri dari jaringan besar yang menghubungkan berbagai area. Di dalam otak kita, kita mempunyai kumpulan koneksi besar yang disebut materi putih (white matter) yang mengandung banyak akson, yang merupakan bagian neuron panjang dan bercabang yang memungkinkan neuron berkomunikasi satu sama lain dalam jarak yang sangat jauh.

Jadi kami menggunakan MRI untuk menemukan kumpulan ini pada setiap orang dalam sebuah penelitian dan kemudian memahami jaringan di dalam kumpulan tersebut. Dari sini kita dapat mengetahui perbedaan antara orang yang mengidap penyakit tertentu dan yang tidak mengidapnya, atau perbedaan dalam perkembangan atau kemampuan kognitif.

Apa perbedaan pendekatan ini dengan cara penelitian otak dipraktikkan secara historis?

AR: Selama bertahun-tahun, para peneliti telah membawa subjek uji ke rumah sakit setempat atau pusat MRI dan mengumpulkan beberapa data. Dan orang-orang masih melakukan ini. Faktanya, kami memiliki salah satu pemindai ini di Pusat Ilmu Saraf Manusia Universitas Wisconsin yang baru, tempat saya menjadi bagiannya. Namun metode yang lebih baru melibatkan pengumpulan data dalam jumlah yang jauh lebih besar.

Misalnya, akan sulit bagi seseorang di departemen Universitas Wisconsin untuk mengumpulkan data dari lebih dari 1.000 orang. Namun beberapa tahun yang lalu, Institut Kesehatan Nasional (National Institutes of Health) mendanai proyek yang disebut Human Connectome Project untuk melakukan hal tersebut – mengambil sampel dari 1.200 orang dewasa dan sehat, dan mengumpulkan sejumlah besar data mengenai setiap orang tersebut. Dalam neuroinformatika, kami mengambil jenis kumpulan data ini dan mengembangkan alat untuk mempelajarinya.

Penemuan apa yang dihasilkan oleh pendekatan ini dalam ilmu otak?

AR: Makalah terbaru kami adalah contoh yang bagus. Tim kami menggunakan kumpulan data besar yang tersedia secara terbuka dari Human Connectome Development Project, yang mengumpulkan data dari bayi baru lahir dalam beberapa hari pertama kehidupannya. Kami mengamati bagaimana materi putih berkembang dalam pemindaian terhadap lebih dari 300 anak.

Rekan saya dan penulis utama Marieke Grother, dari Philips University Marburg, sebelumnya menggunakan perangkat lunak untuk menemukan kumpulan materi putih pada orang dewasa, dan kemudian mengadaptasinya untuk bekerja pada otak anak-anak. Dalam penelitian ini, kami memperluas pendekatannya dengan menggunakan komputasi awan. Kami mengamati bagaimana mielin, selubung lemak yang mengisolasi akson, tumbuh di materi putih.

Kita mengetahui dari penelitian lain bahwa perkembangan mielin yang tidak normal dikaitkan dengan banyak gangguan perkembangan dan kesehatan mental, mulai dari depresi kronis hingga skizofrenia. Namun sebelum penelitian ini, kami masih belum mengetahui bagaimana kelahiran mengubah arah perkembangan mielin.

Kami memiliki beberapa hipotesis yang ingin kami uji. Yang pertama adalah tidak masalah kapan tepatnya Anda dilahirkan; Yang penting adalah jumlah waktu yang telah berlalu dari saat pembuahan hingga saat pemindaian. Alasan lainnya adalah yang penting hanyalah berapa lama Anda melahirkan, tidak peduli berapa lama Anda melahirkan. Kami memiliki hipotesis ketiga yang mengatakan bahwa dua hal ini penting: berapa lama anak tersebut hamil dalam rahim ibunya, dan berapa lama waktu yang telah berlalu sejak lahir hingga saat dilakukan pencitraan.

Jadi kami membandingkan hasil pemindaian bayi yang lahir pada usia kehamilan berbeda, dari bayi yang lahir sangat awal hingga bayi yang lahir dua minggu setelah usia kehamilan penuh 40 minggu. Karena kami memiliki kumpulan data yang sangat besar, kami sebenarnya dapat memetakan bagaimana otak bayi berubah dalam beberapa hari dan minggu pertama kehidupannya.

Kami menemukan bahwa data mendukung bahwa usia kehamilan saat lahir dan usia kehamilan saat pemeriksaan adalah hal yang penting, namun terdapat titik balik saat lahir. Pada saat itu, pengembangan paket-paket yang kami lihat melambat secara signifikan. Ini adalah fakta mendasar, namun kami belum mengetahuinya, dan kami menemukannya dengan memeriksa data yang tersedia untuk umum.

Hal ini berdampak pada pemahaman dasar kita tentang perkembangan otak di awal kehidupan, dan berdampak pada cara kita mengurangi dampak berbahaya dari kelahiran prematur. Mungkin, misalnya, menciptakan lingkungan “seperti rahim” setelah lahir dapat mengimbangi lambatnya pertumbuhan ini dan memberikan lebih banyak waktu bagi otak bayi prematur untuk berkembang.

Apa yang ingin Anda selidiki dengan pendekatan ini ke depannya?

AR: Kami mulai mengajukan pertanyaan tentang hubungan otak terkait gangguan spektrum autisme dan skizofrenia. Kami kini juga menjadi bagian dari studi ACT di University of Wisconsin, atau Studi Perubahan Pemikiran pada Orang Dewasa.

Ini telah ada selama hampir 30 tahun, dan mengikuti sekelompok besar orang di wilayah Seattle seiring bertambahnya usia. Pada putaran terakhir penelitian tersebut, kami menambahkan pengukuran MRI. Kami sedang mengembangkan metode untuk membuat kesimpulan tentang kumpulan materi putih pada orang lanjut usia.

Rekan penulis tambahan dalam makalah ini adalah David Bloom, mantan mahasiswa pasca-sarjana muda UW di Departemen Psikologi; John Cropper, seorang mahasiswa doktoral di Universitas Wisconsin di Departemen Psikologi; Adam Ritchie Halford, mantan peneliti postdoctoral di University of Wisconsin di Departemen Psikologi; Stephanie Zica dan Vicente A. Aguilera Gonzalez di Universitas Philips Marburg; Dan Jason D. Yeatman dan Callanette Grell Spector dari Universitas Stanford. Penelitian ini didanai oleh Institut Kesehatan Mental Nasional dan Institut Mata Nasional.

Tentang berita penelitian perkembangan saraf

pengarang: Stephen Milne
sumber: Universitas Washington
komunikasi: Stefan Milne – Universitas Washington
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses tertutup.
“Materi putih manusia terbentuk lebih cepat di dalam rahim dibandingkan di luar rahim“Oleh Ariel Rokem dan lainnya. Dengan orang-orang

ringkasan

Materi putih manusia terbentuk lebih cepat di dalam rahim dibandingkan di luar rahim

Pembentukan mielin, lapisan lemak yang mengisolasi serabut saraf, sangat penting untuk kesehatan fungsi otak. Pertanyaan mendasar yang masih terbuka adalah apa pengaruh kelahiran terhadap pertumbuhan mielin. Untuk mengatasi hal ini, kami mengevaluasi sejumlah besar (N = 300) Sampel cross-sectional bayi baru lahir dari Development of Human Network Project (dHCP).

Pertama, kami mengembangkan program untuk identifikasi otomatis 20 kumpulan materi putih pada masing-masing bayi baru lahir yang cocok untuk sampel besar. Selanjutnya, kami memasang model linier yang mengukur bagaimana T1w/T2w (pencitraan mielin yang sensitif terhadap kontras) berubah seiring waktu di setiap titik di sepanjang fasikula. Kami menemukan pertumbuhan T1w/T2w yang lebih cepat di sepanjang seluruh fasikula sebelum lahir dibandingkan segera setelah lahir.

Selanjutnya, dalam sampel longitudinal terpisah dari bayi prematur (N = 34), kami menemukan T1w/T2w lebih rendah dibandingkan rekan-rekan jangka penuh pada usia yang sama. Dengan menerapkan model linier yang disesuaikan dengan sampel cross-sectional pada sampel longitudinal bayi prematur, kami menemukan bahwa keterlambatan pertumbuhan T1w/T2w mereka dijelaskan dengan baik oleh jumlah waktu yang mereka habiskan untuk tumbuh baik di dalam rahim maupun di luar rahim.

Hasil ini menunjukkan bahwa materi putih terbentuk lebih cepat di dalam rahim dibandingkan di luar rahim. Penurunan laju pertumbuhan mielin setelah lahir, pada gilirannya, menjelaskan berkurangnya kandungan mielin pada individu yang lahir prematur dan dapat menjelaskan konsekuensi kognitif, neurologis, dan perkembangan jangka panjang dari kelahiran prematur.

Kami berhipotesis bahwa mencocokkan lingkungan bayi prematur dengan apa yang mungkin mereka alami di dalam rahim dapat mengurangi keterlambatan perkembangan mielin dan dengan demikian meningkatkan hasil perkembangan.