Cognitive Functioning, White Matter Pathways, and Preterm Very Low Birth Weight

Abstract

Hjernen utvikler seg raskt under siste trimesteret av svangerskapet. Hjernens vekt øker med omtrent 90% mellom uke 20-40 i gestasjonsalder. Under denne tiden starter også dannelsen av hvit substans, som fortsetter å utvikles betydelig i denne perioden. Preterm fødsel (før fullførte uke 37 av gestasjonsalder) skjer midt i denne viktige tiden, som utsetter den nyfødte for harde miljøer i en veldig sårbar periode, og dermed kan bidra til å skape flere konsekvenser for den utviklende hjernen. Hjernen til preterm fødte med veldig lav fødselsvekt (fødselsvekt<1500g) har generelt blitt funnet å divergere når de sammenlignes med term-fødte jevnaldrende. Disse forskjellene resulterer gjerne i både kognitive og atferdsmessige mønstre gjennom utviklingen. Dette mønsteret blir gjerne referert til som en preterm «atferds fenotype», beskrevet som mer angstfull/nervøs, uoppmerksom, og har større sosiale problemer sammenlignet med term-fødte kontroller. Forskningsspørsmålet her er delt i to: 1. «Er det en gruppeforskjell i integritet i hvitsubstans baner blant preterm fødte voksne sammenlignet med en kontroll gruppe?» 2. «Hvordan blir kognitiv fungering påvirket av disse mulige forskjellene i hvit substans?». Dataen brukt her er hentet fra tre fødselsårs kohorter (1986-88) som var født preterm med veldig lav fødselsvekt og en term-født kontrollgruppe på samme alder. Wechsler Adult Intelligence Scale III (WAIS-III) ble brukt for de kognitive dataene, samlet da kohortene var 20 år. dMRI målingene ble utført ved omtrent 26 års alder, analysene og traktografien ble gjort med FreeSurfer 5.3.0 verktøyet TRACULA. Demografiske og kliniske variabler, samt statistiske analyser ble undersøkt ved bruk av den statistiske programvaren STATA 17. Høyre og venstre uncinate fasciculus og forceps minor hadde statistisk signifikante gruppeforskjeller i hvit substans integritet etter en Bonferroni korreksjon. Videre ble det funnet at kognitiv fungering i preterm veldig lav fødselsvekt gruppen blir signifikant påvirket av hvit substans integritet i høyre uncinate fasciculus og forceps minor. Testgruppen virker til å være mer avhengig av hvit substans assosiasjons banene når de løser kognitive oppgaver sammenlignet med kontroll gruppen. I underkategoriene av WAIS-III så ble prosesseringshastighet i veldig lav fødselsvekt gruppa signifikant påvirket av høyre uncinate fasciculus og forceps minor. I samme gruppe så ble arbeidsminne påvirket av høyre uncinate fasciculus, mens verbal forståelse ble mer påvirket av forceps minor. Denne avhandlingen støtter tidligere funn om at preterm fødte med veldig lav fødselsvekt har lavere hvit substans integritet, og er tregere til å prosessere og integrere informasjon, samt at de har dårligere arbeidsminne evner, og generelt lavere kognitiv fungering som følge av dette

During the last trimester of gestation and early postnatal period, the brain develops rapidly. Brain weight grows by approximately 90% between 20-40 weeks of gestational age. Preterm birth (before completed 37 weeks of gestation) happens during this crucial time, exposing the neonate to harsh environments in a vulnerable state, possibly creating adverse consequences for the developing brain. The preterm VLBW brain has generally been found to differ from term-born peers. These changes result in both deviating cognitive and behavioral patterns throughout development. Resulting in a preterm “behavioral phenotype” described as being generally more anxious, inattentive, and more socially inept. The research question here is in two parts: 1. “Is there a group difference in white matter integrity of white matter pathways in VLBW adults compared with controls?” 2. “How is cognitive functioning affected by these possible white matter differences?”. The data used in this thesis comes from three birthyear cohorts (1986-88) born preterm with VLBW (birth weight<1500g), and an age matched term-born control group. Cognitive measurements were gathered at 20 years of age, using the Wechsler Adult Intelligence Scale III (WAIS-III). dMRI were performed at approximately 26 years of age. The dMRI analysis and tractography was performed using the FreeSurfer 5.3.0 tool TRACULA. Demographic and clinical variables were examined using the statistical software program STATA 17. The right and left uncinate fasciculus and the forceps minor had statistically significant group differences in white matter integrity after Bonferroni correction. Furthermore, this thesis found that white matter integrity in the right uncinate fasciculus and forceps minor significantly affects cognitive functioning in VLBW adults. The VLBW group seems to be more dependent on white matter association tracts to solve cognitive tasks compared with controls. In the indices of the WAIS-III processing speed in the VLBW group were significantly affected by the right uncinate fasciculus and the forceps minor. Working memory was found to be affected by lower white matter integrity in the right uncinate fasciculus, while verbal comprehension was more affected by integrity in the forceps minor, in the VLBW group. The thesis supports the notion of preterm VLBW individuals’ lower white matter integrity, and being slower to process and integrate information, and having poorer working memory functions, as well as lower general cognitive functioning.