Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

основните

Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

Отдел за асоцииране на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

Отдел за афилиации на когнитивната неврология в развитието към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония, Отдел за функционално изобразяване на мозъка към Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония, Международен изследователски център за интелигентно стареене в Института за развитие, стареене и рак, Университет Тохоку, Сендай, Япония

  • Ясуюки Таки,
  • Хироши Хашизуме,
  • Юко Саса,
  • Хикару Такеучи,
  • Мичико Асано,
  • Кохей Асано,
  • Рюта Кавашима

Фигури

Резюме

Цитат: Taki Y, Hashizume H, Sassa Y, Takeuchi H, Asano M, Asano K, et al. (2010) Типовете основни закуски влияят върху обема на мозъка и сивата материя и когнитивната функция при здрави деца. PLoS ONE 5 (12): e15213. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0015213

Редактор: Мария А. Дели, Център за биологични изследвания на Унгарската академия на науките, Унгария

Получено: 23 август 2010 г .; Прието: 31 октомври 2010 г .; Публикувано: 8 декември 2010 г.

Финансиране: Това проучване е финансирано от безвъзмездна помощ за млади учени (B), 20790875, от Министерството на образованието, културата, спорта, науката и технологиите. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Що се отнася до корелацията между мозъчната структура и когнитивната функция при децата, няколко проучвания са фокусирани върху коефициента на интелигентност (IQ) като мярка за когнитивната функция. Тези проучвания показват значителна положителна връзка между регионалния обем на сивото вещество в мозъка и IQ [18] - [21]. Няколко области на сивото вещество са значително свързани с IQ, включително префронталната кора [21], орбитофронталната кора [18] и цингуларната извивка [18], [19]. Поради корелацията между основния тип закуска и няколко когнитивни функции, вероятно е да съществува връзка и между основния тип закуска и обема на сивото вещество. Тъй като детството и юношеството са ключови периоди за придобиване на когнитивна функция, разкриването на корелациите между вида на основната закуска, обема на сивото вещество и когнитивната функция е важен въпрос по време на развитието. За тези взаимоотношения при децата обаче се знае малко.

Методи

Декларация за етика

В съответствие с Декларацията от Хелзинки (1991), писмено информирано съгласие беше получено от всеки субект и неговия/нейния родител след предоставяне на пълно обяснение на целите и процедурите на изследването. Одобрението за тези експерименти беше получено от институционалния съвет за преглед на университета в Тохоку.

Участници

Придобиване на изображение

Всички изображения са събрани с помощта на 3-T скенер Philips Intera Achieva. Използване на подготвена за намагнитване бърза градиентна ехо (MPRAGE) последователност, триизмерни T1-претеглени структурни изображения с висока разделителна способност (240 × 240 матрица, TR = 6,5 ms, TE = 3 ms, FOV = 24 cm, 162 среза, 1,0 mm слайс дебелина, размер на воксела = 1 × 1 × 1 mm).

Анализ на изображения на глобалните обеми на сивото и бялото вещество

Анализ на изображението на регионалните обеми на сивото и бялото вещество

статистически анализи

Постоянно третирахме сравнението с три групи като основен анализ, а сравнението с две групи като допълнителен анализ. Тригруповите сравнения включват анализи, включващи хляба, ориза и двете групи. Двугруповите сравнения включват анализи, включително групите хляб и ориз. По отношение на анализите на глобалните обеми на сивото и бялото вещество, за да илюстрираме разликите в GMRs и WMRs между групата на ориза, двете групи и групата хляб, използвахме дисперсионен анализ (ANOVA), за да сравним GMRs и WMRs на групите в тригруповото сравнение. Извършихме също анализ на ковариацията (ANCOVA), коригиран според възрастта, пола, социално-икономическия статус, средната седмична честота на закуска и броя на гарнитурите, включени в закуската в двугруповия анализ. Нивото на значимост е определено на P Фигура 1. Съотношение на сивото вещество на групата ориз и групата хляб.

Хоризонталните ленти показват средната стойност на сивото вещество във всяка група.

Глобалният анализ на обема на бялото вещество, използващ ANOVA за тригруповото сравнение, не разкри значителни разлики в WMR сред трите групи (F = 1,66, P = 0,193), както е показано на Фигура 1 и Таблица 2. WMR на групата хляб е значително по-висока от тази на оризовата група, след като се приспособи към възрастта, пола, социално-икономическия статус, средната седмична честота на закуска и броя гарнитури, изядени за закуска, според ANCOVA в сравнението с две групи (t = 2.390, P = 0,018).

Значителни региони се наслагват върху мозъчната повърхност на мозъка с шаблон SPM, както и върху аксиалните изображения на средните нормализирани сегменти на сивото вещество, получени от всички субекти. Лявата страна на изображението представлява лявата страна на мозъка. Цветните скали показват t-резултата. Числото в долната част на дясната страна на всяко изображение показва стойността на оста z в стереотаксичното пространство на Talairach.

Подробностите са същите като на фигура 2.

Въпреки че трите групи не се различават значително според регионалния анализ на обема на бялото вещество, групата хляб има значително по-големи регионални обеми на сивото вещество в анатомичен клъстер в регион на сивото вещество, който включва дясната прецентрална извивка и постцентралната извивка (x, y, z = 18, −45, 65; t = 3.77, Pcorrected = 0.026; PFWE-corr = 0.822) след корекция на възрастта, пола, вътречерепния обем, социално-икономическия статус, средната честота на закуска и броя на ядените гарнитури закуска в сравненията на две групи, както е показано на Фигура 4. Никой регион с бяло вещество не е бил по-голям в ориза, отколкото в групата хляб.

Цветовите скали показват t-резултати.

Въпреки че анализът на връзката между IQ и скобите за закуска не показва значителна разлика между трите групи при сравненията на три групи, както е показано в таблица 2, пълният IQ на оризовата група е значително по-висок от този на групата за хляб ( t = 1,892, p = 0,06) след корекция на възрастта, пола, социално-икономическия статус, средната честота на закуска и броя на гарнитурите в сравнението с две групи. Нито vIQ, нито pIQ не се различават значително между групите ориз и хляб (vIQ, t = 1.702, p = 0.090; pIQ, t = 1.621, p = 0.107). По отношение на четирите съставни резултата от пълния коефициент на интелигентност, POI е значително по-висок в групата на ориза, отколкото в групата хляб (t = 2,333, p = 0,021) след коригиране на възрастта, пола, социално-икономическия статус, средната честота на хранене закуска и брой гарнитури в сравнение с две групи. Не е установена значителна разлика в SCI (t = 1.689, p = 0.093), WMI (t = 0.285, p = 0.776) или PSI (t = 0.308, p = 0.759) между двете групи.

Дискусия

Регионалният анализ на обема на сивото вещество показа, че оризовата група има значително по-големи регионални обеми на сивото вещество в лявата горна темпорална извивка и двустранните опашни ядра, докато групата хляб показва значително по-големи регионални обеми на сивото вещество в двустранните орбитофронтални извивки и дясната прецентрална гирус в двугруповото сравнение. Въпреки че нямаме ясно обяснение за регионалните разлики в обема на сивото вещество между двете групи, скорошно проучване показа, че постнаталната диета с високо съдържание на хранителни вещества е свързана с по-голям каудален обем и по-висок vIQ при юноши [40]. Това проучване предполага, че качеството на храненето има дългосрочни ефекти върху регионалния обем на сивото вещество в опашкото ядро, както и върху когнитивните функции [40]. Възможно е оризовата група да има по-голям регионален обем на сивото вещество в двустранните опашни ядра поради по-ефективно снабдяване с глюкоза в сравнение с хлябовата група. Необходими са обаче допълнителни проучвания, фокусирани върху корелацията между мозъчната функция и няколко вида хранене, за да се обяснят механизмите, залегнали в основата на констатацията, че групата хляб е имала по-голям регионален обем на сивото вещество в дясната прецентрална извивка.

Също така демонстрирахме, че групата с ориз има значително по-високи стойности на IQ в пълен мащаб и значително по-високи POI в сравнение с групата хляб в сравнението с две групи. Последните проучвания предполагат, че vIQ, но не и pIQ, се влияе особено от храненето [40] - [42]. Въпреки че не открихме значителни разлики в vIQ между групите ориз и хляб в това проучване, POI (vIQ субкомпонент) на групата ориз беше значително по-висока от тази на групата хляб при сравнението на две групи. Следователно нашите резултати са частично съвместими с последните проучвания. Едно от гореспоменатите проучвания показа, че обемът на опашкото ядро ​​е в значителна корелация с vIQ [40]. Нещо повече, скорошно проучване за картографиране на лезии показа, че дясното опашно ядро ​​е свързано с POI [43]. Тъй като регионалният обем на сивото вещество на опашкото ядро ​​е по-голям в групата на ориза, отколкото в групата на хляба, по-високите POI на групата на ориза могат да се обяснят с регионалните разлики в обема на сивото вещество между двете групи.

В това проучване се появиха няколко несъответствия между резултатите от тригруповите и тези от двугруповите сравнения. Тези несъответствия могат да се извлекат от липсата на хомогенност при субектите и в двете групи, като се има предвид, че сме поставили субектите и в двете групи, ако те обикновено ядат бял хляб и варен бял ориз като основен продукт за закуска, независимо от честотата. Следователно някои субекти може да са яли предимно бял варен ориз, докато други субекти са яли предимно бял хляб за закуска. Поради тези причини честотата, с която участниците в двете групи са яли бял варен ориз или бял хляб, може да се различава. Нашите резултати обаче предполагат, че GMR има тенденция да се увеличава като функция на по-честата консумация на варен бял ориз, както е показано на фигура 1. Освен това, пълномащабните и словесни коефициенти на интелигентност обикновено се увеличават като функция на яденето на варен бял ориз, както е показано в Таблица 2. Следователно ние предлагаме, че сравненията между две и три групи са важни за разкриване на корелациите между вида на основната закуска, обема на сивото на мозъка и бялото вещество и коефициента на интелигентност.

В заключение анализирахме връзките между основния тип закуска, обема на сивото вещество и коефициента на интелигентност при 290 здрави деца. Показахме, че GMR на оризовата група е значително по-голяма от тази на хлябовата група, използвайки глобален анализ на обема на сивото вещество. В този анализ е показано, че оризовата група има значително по-голям регионален обем на сивото вещество в няколко региона, включително левия висш темпорален извивка, а групата хляб има значително по-голям регионален обем на сивото вещество в няколко региона, включително двустранната орбитофронтална gyri. Пълният коефициент на интелигентност и POI на групата с ориз бяха значително и значително по-високи от тези на групата за хляб. Нашето проучване предполага, че основният тип закуска влияе върху обема на мозъчното сиво вещество и когнитивните функции при здрави деца; следователно диетата с оптимално хранене е важна за съзряването на мозъка през детството и юношеството.

Благодарности

Бихме искали да благодарим на д-р. Юка Котозаки и Руй Нучи и г-жа Юки Ямада за събирането на данните.

Принос на автора

Замислил и проектирал експериментите: YT HH YS HT MA KA RK. Изпълнени експерименти: YT HH YS HT MA KA. Анализирани данни: YT. Допринесени реагенти/материали/инструменти за анализ: YT HH YS HT MA KA RK. Написа хартията: YT HH YS HT MA KA RK.