Brain white matter development, associations to maternal perinatal psychological distress and emotional attention at the age of 5 years

Abstract

Development of the brain white matter (WM) is highly plastic, and myelination continues from the second trimester into early adulthood which predisposes the brain to effects of both adverse and supporting factors during early life. Maternal perinatal psychological distress is acknowledged as an important contributor to the offspring’s development. Furthermore, sex is known to affect the WM microstructure as well as the emergence of psychopathologies. Understanding the normal variation of microstructure in the developing brain WM is a prerequisite for recognizing alterations inflicted by early adversity that have possible long-term programming effects on behavioral and socio-emotional outcomes.

This study aimed to 1) investigate the incidence, risk factors and consequences of incidental findings in brain magnetic resonance imaging of infants; 2) optimize data acquisition parameters and pre-processing pipeline of diffusion tensor imaging (DTI) protocol applied with children; 3) describe the normal microstructural features of WM in infants and 5-year-old children; 4) investigate the associations between WM integrity and exposure to maternal perinatal psychological distress; 5) explore the associations of WM integrity and child’s emotional attention.

Vacuum assistance and vaginal birth were observed to increase the risk for subdural hemorrhages (incidence 6.9%) with no effects on early neurological development. In 5-year-olds, higher WM integrity in widespread regions was observed in girls, and we found marked asymmetry in the WM, resembling patterns previously shown in adults. Maternal perinatal psychological distress showed sexand timing-specific associations with WM integrity: prenatal symptoms predicting higher integrity in boys and postnatal symptoms lower integrity in girls. Maternal postpartum anxiety increased girls’ vigilance toward fearful faces, which was also associated with reduced WM integrity. The results imply that maternal psychological distress affects WM development with effects especially on girls. Collectively, these studies provide fundamental insight for future studies addressing the mediating mechanisms and longer-term effects between the observed associations.

<b>Aivojen valkean aineen kehitys, äidin raskauden ympärillä esiintyvän psykologisen stressin vaikutus ja tunneperäinen huomion kohdentaminen 5-vuotiailla</b>

Aivojen valkean aineen kehitys jatkuu toiselta raskauskolmannekselta varhaiseen aikuisuuteen, mikä altistaa sen muovautuvuutensa vuoksi sekä epäsuotuisten että tukevien tekijöiden vaikutukselle varhaisen elämän aikana. Äidin raskauden ympärillä esiintyvä psykologinen stressi on tunnettu jälkeläisten kehitykseen vaikuttava tekijä. Lisäksi sukupuoli vaikuttaa valkean aineen rakenteeseen ja psykiatristen häiriöiden ilmaantuvuuteen. Kehittyvien aivojen rakenteen normaalivaihtelun ymmärtäminen on oleellista, jotta voidaan tunnistaa aikaisten vastoinkäymisten aiheuttamia muutoksia sekä niiden mahdollisia pitkäaikaisia ohjelmoivia vaikutuksia käytökseen ja tunnepohjaisiin toimintoihin.

Tämän väitöskirjan tavoitteena oli 1) raportoida vastasyntyneiden aivojen magneettikuvien sattumalöydösten esiintyvyyttä, riskitekijöitä ja neurologisia seurauksia; 2) optimoida lasten diffuusiotensorikuvantamisaineiston keräämistä ja esikäsittelyä; 3) tarkastella 5-vuotiaiden valkean aineen normaalipiirteitä; 4) tutkia äidin raskauden ympärillä esiintyvän psykologisen stressin vaikutusta jälkeläisten valkean aineen rakenteeseen; ja 5) selvittää valkean aineen yhteyksiä lapsen tunnepohjaiseen huomion kohdentamiseen silmänliikemittausten avulla.

Imukuppiavustus ja alatiesynnytys lisäsivät sattumalöydöksinä havaittujen kovakalvonalaisten vuotojen (6.9 %) riskiä, mutta eivät vaikuttaneet varhaiseen neurologiseen kehitykseen. 5-vuotiaiden tyttöjen valkean aineen integriteetti oli laajaalaisesti korkeampi poikiin verrattuna, ja epäsymmetrisyys vastasi aiemmin aikuisilla havaittua rakennetta. Äidin psykologinen stressi liittyi jälkeläisten valkean aineen integriteettiin sukupuoli- ja ajankohtariippuvaisesti: pojilla raskaudenaikainen altistus lisäsi valkean aineen integriteettiä, kun taas tytöillä raskaudenjälkeinen altistus vähensi sitä. Äidin raskauden jälkeinen ahdistus lisäsi tyttöjen tarkkaavaisuutta pelokkaisiin ilmeisiin, joka liittyi myös alentuneeseen valkean aineen integriteettiin. Aiempia tutkimustuloksia tukien äidin psykologisen stressin havaittiin muovaavan valkean aineen kehitystä etenkin tytöillä, ja tämä luo pohjaa mekanismien ja kausaliteetin tarkastelulle myös tulevissa tutkimuksissa.