DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33981-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41535341
تاريخ النشر: 2026-01-14
المؤلف: Yumnah T. Khan وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الاتصال الوظيفي في الدماغ
نظرة عامة
تشمل الفترة المحيطة بالولادة، التي تتضمن كل من المراحل السابقة للولادة والمراحل المبكرة بعد الولادة، مرحلة حاسمة لتطور الدماغ، ومع ذلك فإن تتبع نمو الدماغ بشكل مستمر خلال هذه الفترة كان محدودًا. استخدمت هذه الدراسة مجموعة بيانات كبيرة من مشروع تطوير الاتصال البشري، تتكون من 798 تصويرًا بالرنين المغناطيسي من 699 فردًا (263 قبل الولادة و535 حديثي الولادة، مع 380 ذكراً و319 أنثى)، للتحقيق في التغيرات المرتبطة بالعمر والفروق بين الجنسين في أحجام الدماغ من 21 إلى 45 أسبوعًا بعد عمر الحمل.
أشارت النتائج إلى أن الحجم الكلي للدماغ زاد بمعدل متسارع حتى الفترة المبكرة بعد الولادة، مع هيمنة المادة البيضاء خلال منتصف الحمل وتفوق المادة الرمادية في أواخر الحمل ونمو ما بعد الولادة. ومن الجدير بالذكر أن الهياكل الرمادية تحت القشرية أظهرت مسارات نمو متميزة ومعدلات نمو ذروية مبكرة مقارنة بالهياكل القشرية. علاوة على ذلك، كانت الفروق بين الجنسين واضحة، حيث شهد الذكور زيادات حجمية أكبر مع تقدم العمر مقارنة بالإناث. تؤكد هذه النتائج الديناميات الهيكلية المعقدة لتطور الدماغ المحيط بالولادة وتبرز ضرورة دمج التصوير العصبي قبل وبعد الولادة لرسم خرائط دقيقة لمسارات نمو الدماغ المبكرة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الفترة المحيطة بالولادة كمرحلة حاسمة لتطور الدماغ، تشمل كل من المراحل السابقة للولادة والمراحل المبكرة بعد الولادة. خلال هذه الفترة، تؤسس العمليات الأساسية مثل تكاثر الخلايا، والهجرة، والتمايز، وتكوين المشابك بنية الدماغ، مما يؤثر بشكل كبير على النتائج المعرفية والسلوكية والصحية مدى الحياة. على الرغم من أهميتها، فإن الأبحاث حول تطور الدماغ المحيط بالولادة محدودة، ويرجع ذلك أساسًا إلى التحديات في تطبيق تقنيات التصوير العصبي على الأجنة والرضع. تركز الدراسات الحالية عادةً على إما التطور قبل الولادة أو بعد الولادة، ولكن هناك حاجة إلى نهج تتبع مستمر لفهم الانتقال وديناميات النمو خلال هذه النافذة الحرجة.
تؤكد المقدمة أيضًا على ظهور الفروق بين الجنسين في تطور الدماغ خلال الفترة المحيطة بالولادة، المدفوعة بعوامل مثل ارتفاع مستويات التستوستيرون قبل الولادة والتغيرات في التعبير الجيني. قد تسهم هذه الفروق في انتشار الحالات العصبية والنفسية لاحقًا في الحياة. يشير المؤلفون إلى أنه بينما توفر مجموعة بيانات مشروع تطوير الاتصال البشري (dHCP) موردًا قيمًا للتحقيق في مسارات نمو الدماغ المبكرة من خلال تصوير الرنين المغناطيسي المشترك قبل الولادة وحديثي الولادة، لا يزال هناك حاجة إلى دراسات أكثر شمولاً تدمج بين المرحلتين لتوضيح تعقيدات تطور الدماغ المحيط بالولادة وآثاره على النتائج الصحية بشكل كامل.
طرق البحث
تحدد قسم “طرق البحث” التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب مختبرية خاضعة للرقابة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لملاحظة تأثيراتها على النتائج المعنية.
شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية، مع تقنيات أخذ عينات مناسبة لتعزيز قابلية تعميم النتائج. تم إجراء التحليل باستخدام برامج إحصائية متقدمة، وتطبيق اختبارات مثل ANOVA وتحليل الانحدار لتفسير النتائج. سمح هذا الإطار المنهجي الصارم بإجراء فحص شامل للفرضيات المطروحة في الدراسة، مما ساهم في قوة الاستنتاجات المستخلصة.
النتائج
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون بيانات من تصوير الرنين المغناطيسي قبل وبعد الولادة من مشروع dHCP للتحقيق في مسارات تطور أحجام الدماغ العالمية والإقليمية خلال الفترة المحيطة بالولادة. تم استخدام نهج نمذجة التأثيرات المختلطة، حيث تم تحليل مجموعة فرعية من 97 مشاركًا لديهم أعداد متفاوتة من التصويرات الجنينية وحديثي الولادة. تم إنشاء إطارين تحليليين: أحدهما يركز على أحجام الدماغ المطلقة والآخر على أحجام الدماغ النسبية، حيث تم التعبير عن أحجام الدماغ المحددة ككسور من الحجم الكلي للدماغ.
لتحديد النموذج الأكثر ملاءمة لوصف مسارات النمو، تم حساب قيم معيار المعلومات بايزي (BIC) لكل مقياس حجم، مما أدى إلى اختيار نماذج خطية أو تربيعية أو مكعبة. تضمنت نماذج التأثيرات المختلطة التأثيرات الرئيسية للعمر والجنس وتفاعلاتهما، مع تقديم مقارنات نموذجية كاملة في المواد التكميلية. تم تصحيح جميع التحليلات لمقارنات متعددة باستخدام طريقة معدل الاكتشاف الخاطئ (FDR)، مع الحفاظ على عتبة دلالة ≤ 0.05. تم حساب معاملات بيتا الموحدة لتمثيل أحجام التأثير، مع توفر نتائج مفصلة في المواد التكميلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتحليل مسارات نمو الدماغ خلال فترات الحمل والمراحل المبكرة بعد الولادة باستخدام مجموعة بيانات كبيرة من 798 تصويرًا بالرنين المغناطيسي من 699 فردًا. تكشف النتائج أن الحجم الكلي للدماغ (TBV)، وحجم المادة الرمادية الكلي (GMV)، وحجم المادة البيضاء الكلي (WMV) تظهر أنماط نمو متميزة تتميز بنماذج تربيعية، حيث تظهر TBV وGMV معدلات نمو متزايدة، بينما يظهر WMV انخفاضًا في معدلات النمو مع تقدم الحمل. ومن الجدير بالذكر أن الذكور أظهروا زيادات حجمية أكبر بكثير من الإناث، لا سيما في المادة الرمادية والبيضاء، مما يبرز الفروق الحرجة بين الجنسين في تطور الدماغ خلال هذه الفترة.
تشير التحليلات أيضًا إلى أن المادة البيضاء تهيمن على نمو الدماغ قبل حوالي 35 أسبوعًا من الحمل، بعد ذلك تصبح المادة الرمادية المساهم الرئيسي في الحجم الكلي للدماغ. تكشف التحليلات الإقليمية أن الهياكل تحت القشرية، مثل اللوزة والمهاد، تصل إلى معدلات نمو ذروية في وقت أبكر من المناطق القشرية، مما يشير إلى أن البيئة قبل الولادة تلعب دورًا حيويًا في التطور تحت القشري. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الدراسة على أهمية الثلث الثالث والأسابيع المبكرة بعد الولادة كفترات نمو سريعة، مدفوعة بعمليات مثل تكوين المشابك وتطور الشجيرات. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في فهم أعمق لتطور الدماغ المحيط بالولادة وتأثير الفروق بين الجنسين، مع آثار على الأبحاث المستقبلية حول النتائج العصبية التنموية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33981-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41535341
Publication Date: 2026-01-14
Author(s): Yumnah T. Khan et al.
Primary Topic: Functional Brain Connectivity Studies
Overview
The perinatal period, which includes both prenatal and early postnatal stages, is critical for brain development, yet continuous tracking of brain growth during this time has been limited. This study utilized a substantial dataset from the Developing Human Connectome Project, comprising 798 MRI scans from 699 individuals (263 prenatal and 535 neonatal, with 380 males and 319 females), to investigate age-related changes and sex differences in brain volumes from 21 to 45 weeks postconceptional age.
The results indicated that total brain volume increased at an accelerating rate until the early postnatal period, with white matter predominating during mid-gestation and gray matter taking precedence in late gestation and postnatal growth. Notably, subcortical gray matter structures exhibited distinct growth trajectories and earlier peak growth rates compared to cortical structures. Furthermore, sex differences were evident, with males experiencing greater volumetric increases with age than females. These findings underscore the complex structural dynamics of perinatal brain development and highlight the necessity of integrating prenatal and postnatal neuroimaging to accurately map early brain growth trajectories.
Introduction
The introduction highlights the perinatal period as a crucial phase for brain development, encompassing both prenatal and early postnatal stages. During this time, fundamental processes such as cell proliferation, migration, differentiation, and synaptogenesis establish the brain’s architecture, which significantly influences lifelong cognitive, behavioral, and health outcomes. Despite its importance, research on perinatal brain development is limited, primarily due to challenges in applying neuroimaging techniques to fetuses and infants. Existing studies have typically focused on either prenatal or postnatal development, but a continuous tracking approach is necessary to understand the transition and growth dynamics throughout this critical window.
The introduction also emphasizes the emergence of sex differences in brain development during the perinatal period, driven by factors such as prenatal testosterone surges and variations in gene expression. These differences may contribute to the prevalence of neurodevelopmental and psychiatric conditions later in life. The authors note that while the Developing Human Connectome Project (dHCP) dataset provides a valuable resource for investigating early brain growth trajectories through combined prenatal and neonatal MRI scans, there remains a need for more comprehensive studies that integrate both stages to fully elucidate the complexities of perinatal brain development and its implications for health outcomes.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled laboratory experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity, with appropriate sampling techniques to enhance the generalizability of the findings. The analysis was conducted using advanced statistical software, applying tests such as ANOVA and regression analysis to interpret the results. This rigorous methodological framework allowed for a comprehensive examination of the hypotheses posed in the study, ultimately contributing to the robustness of the conclusions drawn.
Results
In this study, the authors utilized data from the dHCP prenatal and postnatal scans to investigate the developmental trajectories of global and regional brain volumes during the perinatal period. A mixed-effects modeling approach was employed, analyzing a subset of 97 participants who had varying numbers of fetal and neonatal scans. Two analytical frameworks were established: one focusing on absolute brain volumes and the other on proportional brain volumes, where specific brain volumes were expressed as fractions of total brain volume.
To identify the most suitable model for describing growth trajectories, Bayesian Information Criterion (BIC) values were computed for each volume measure, leading to the selection of linear, quadratic, or cubic models. The mixed-effects models incorporated main effects of age, sex, and their interactions, with full model comparisons provided in the supplementary materials. All analyses were corrected for multiple comparisons using the false discovery rate (FDR) method, maintaining a significance threshold of ≤ 0.05. Standardized beta coefficients were calculated to represent effect sizes, with detailed results available in the supplementary materials.
Discussion
In this study, the authors analyzed brain growth trajectories during the prenatal and early postnatal periods using a substantial dataset of 798 MRI scans from 699 individuals. The findings reveal that total brain volume (TBV), total gray matter volume (GMV), and total white matter volume (WMV) exhibit distinct growth patterns characterized by quadratic models, with TBV and GMV showing increasing growth rates, while WMV demonstrates a decline in growth rates as gestation progresses. Notably, males exhibited significantly greater volumetric increases than females, particularly in gray and white matter, highlighting critical sex differences in brain development during this period.
The analysis also indicates that white matter predominates in brain growth before approximately 35 weeks of gestation, after which gray matter becomes the primary contributor to total brain volume. Regional analyses reveal that subcortical structures, such as the amygdala and thalamus, reach peak growth rates earlier than cortical regions, suggesting that the prenatal environment plays a vital role in subcortical development. Additionally, the study underscores the importance of the third trimester and early postnatal weeks as rapid growth windows, driven by processes like synaptogenesis and dendritic development. Overall, these findings contribute to a deeper understanding of perinatal brain development and the influence of sex differences, with implications for future research on neurodevelopmental outcomes.