脳機能発達の原理を解読する: 視床皮質結合と機能ネットワークの形成(Decoding the Principle of Functional Brain Development: Thalamocortical Connectivity and the Formation of Functional Networks)

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2024-06-19 韓国基礎科学研究院(IBS)

日常生活で私たちの脳は、周囲の視覚情報を処理しながら、出来事の因果構造を理解するという重要な認知機能を果たしています。最近、基礎科学研究所(IBS)を中心とする国際共同研究チームが、脳ネットワークの発達における視床皮質結合の役割を探りました。この研究では、幼児期から成人期までの視床と大脳皮質の結合の変化が脳の機能的ネットワークの形成にどのように影響するかを調査しました。視床皮質結合が、外部および内部情報を処理する脳の機能的ネットワークの出現と特化に重要であることが初めて明らかにされました。研究は高度な神経画像技術、トランスクリプトミクス分析、および計算モデルを用いて行われ、これにより脳の結合の発達段階を体系的に追跡できました。この研究は、自閉症や統合失調症などの神経発達障害の理解と研究に新たな可能性を開き、早期診断とターゲット治療に貢献する可能性があります。

<関連情報>

大脳皮質機能組織の出現における視床皮質結合の役割の変化 A shifting role of thalamocortical connectivity in the emergence of cortical functional organization

Shinwon Park,Koen V. Haak,Stuart Oldham,Hanbyul Cho,Kyoungseob Byeon,Bo-yong Park,Phoebe Thomson,Haitao Chen,Wei Gao,Ting Xu,Sofie Valk,Michael P. Milham,Boris Bernhardt,Adriana Di Martino & Seok-Jun Hong
Nature Neuroscience  Published:10 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41593-024-01679-3

extended data figure 1

Abstract

The cortical patterning principle has been a long-standing question in neuroscience, yet how this translates to macroscale functional specialization in the human brain remains largely unknown. Here we examine age-dependent differences in resting-state thalamocortical connectivity to investigate its role in the emergence of large-scale functional networks during early life, using a primarily cross-sectional but also longitudinal approach. We show that thalamocortical connectivity during infancy reflects an early differentiation of sensorimotor networks and genetically influenced axonal projection. This pattern changes in childhood, when connectivity is established with the salience network, while decoupling externally and internally oriented functional systems. A developmental simulation using generative network models corroborated these findings, demonstrating that thalamic connectivity contributes to developing key features of the mature brain, such as functional segregation and the sensory-association axis, especially across 12–18 years of age. Our study suggests that the thalamus plays an important role in functional specialization during development, with potential implications for studying conditions with compromised internal and external processing.

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