Neurodevelopment across early life: Prenatal distress, preterm birth, and neurophysiological outcomes. The FinnBrain Birth Cohort Study
Luotonen, Silja (2025-05-24)
Neurodevelopment across early life: Prenatal distress, preterm birth, and neurophysiological outcomes. The FinnBrain Birth Cohort Study
(24.05.2025)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0135-7
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0135-7
Tiivistelmä
During prenatal and early postnatal periods, the brain experiences rapid growth. Fetuses are vulnerable to prenatal distress and preterm birth, which can increase the risk of neurodevelopmental conditions. Identifying neural markers for early detection in at-risk individuals is crucial. Aperiodic neural activity could serve as a marker for neural maturation, yet knowledge is limited on how gestational duration shapes its trajectory over time. There is also a gap in research on prenatal stress effects in brain electrophysiology in toddlers.
We used functional neuroimaging to study age- and gestational duration-related neural activity changes in neonates and 3-year-olds, as well as the effects of maternal prenatal distress in 3-year-olds. In Study I, we used auditory event-related potentials (ERPs) of electroencephalogram (EEG) to explore links between maternal depressive symptoms and perception of emotionally charged auditory stimuli in toddlers. Study II investigated age- and prematurity-related changes in aperiodic activity in neonates, using functional magnetic resonance imaging (fMRI) blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal. Study III examined normal variation in gestational duration- and age-related effects on aperiodic and periodic activity of the EEG power spectra in neonates and toddlers.
Our results showed developmental changes in aperiodic activity, with steeper slopes of EEG power spectra related to longer gestational duration and higher BOLD baseline activity and steeper slopes related to greater postmenstrual age. Interestingly, these associations seemed to partially reverse after birth. Preterm neonates had flatter slopes and lower BOLD baseline activity compared to term-born neonates. Sex-specific differences were observed, with female neonates showing higher BOLD baseline activity but flatter slopes, and female toddlers exhibiting higher EEG beta center frequency values than males. Additionally, toddlers of mothers with higher prenatal depressive symptom scores showed weaker responses to happy sounds.
In conclusion, aperiodic activity reflects age-related changes in early life, likely indicating maturational changes in neurodevelopment, with sex-specific differences. This pattern may follow a reverse U-shaped curve from prenatal period through early life, with birth marking an apex point in the process. The results support previous findings that prenatal maternal depressive symptoms and gestational duration influence brain development, with effects observed up to 3 years of age. Aivojen kehitys ensimmäisten elinvuosien aikana: Raskaudenaikaisen stressialtistuksen ja ennenaikaisen syntymän yhteydet aivojen toimintaan. FinnBrain-syntymäkohorttitutkimus.
Aivojen kasvu on nopeaa raskauden aikana, jolloin sikiö on altis ympäristötekijöille. Varhainen stressialtistus ja ennenaikainen syntymä voivat lisätä myöhempien kehityksellisten häiriöiden riskiä, joten riskilasten tunnistaminen on tärkeää. Aivojen aperiodinen aktiivisuus on lupaava aivojen kypsymisen kuvaaja, mutta sen raskauden kestoon liittyviä muutoksia ei juurikaan tunneta. Myöskään varhaisen stressialtistuksen yhteyttä taaperoikäisten aivojen toimintaan ei ole juuri tutkittu.
Väitöskirjan tavoitteena oli selvittää raskauden keston, raskaudenaikaisen stressialtistuksen ja iän yhteyksiä lapsen aivojen toimintaan aivosähkökäyrän (EEG) ja toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) avulla. Osatutkimuksissa tarkasteltiin: 1) Äidin raskaudenaikaisen masennusoireilun yhteyttä 3-vuotiaiden lasten tunnepitoisten ääniärsykkeiden havaitsemiseen herätevasteiden avulla; 2) ennenaikaisuuden ja hedelmöityshetkestä arvioidun iän yhteyksiä fMRI:n BOLD-signaalin aperiodiseen aktiivisuuteen vastasyntyneillä: ja 3) raskauden keston yhteyksiä EEG:n aperiodiseen ja periodiseen aktiivisuuteen vastasyntyneillä ja 3-vuotiailla.
Pidempi raskauden kesto oli yhteydessä jyrkempään EEG:n tehospektriin vastasyntyneillä ja 3-vuotiailla. Korkeampi hedelmöityshetkestä arvioitu ikä oli yhteydessä korkeampaan BOLD-signaalin tehospektrin tausta-aktiivisuuteen ja jyrkempään spektriin vastasyntyneillä. Lapsen syntymästä lasketun iän yhteydet näihin tekijöihin olivat osin päinvastaisia. Ennenaikaisesti syntyneillä lapsilla BOLD signaalin tehospektri oli loivempi ja tausta-aktiivisuus matalampaa, kuin täysiaikaisilla. Vastasyntyneillä tytöillä oli poikia loivemmat BOLD-signaalin tehospektrit ja korkeampi tausta-aktiivisuus, kun taas 3-vuotiailla tytöillä EEG:n beeta-aktiivisuuden keskitaajuudet olivat poikia korkeampia. Äidin voimakkaampi raskaudenaikainen masennusoireilu oli yhteydessä heikompaan reagointiin iloisiin ääniärsykkeisiin 3-vuotiailla lapsilla.
Tulokset viittaisivat siihen, että raskauden keston ja syntymän jälkeisen iän yhteydet aperiodiseen aktiivisuuteen olisivat osin päinvastaisia. Raskauden kestolla ja varhaisella stressialtistuksella saattaa olla pitkäkestoisia vaikutuksia lapsen aivojen toimintaan.
We used functional neuroimaging to study age- and gestational duration-related neural activity changes in neonates and 3-year-olds, as well as the effects of maternal prenatal distress in 3-year-olds. In Study I, we used auditory event-related potentials (ERPs) of electroencephalogram (EEG) to explore links between maternal depressive symptoms and perception of emotionally charged auditory stimuli in toddlers. Study II investigated age- and prematurity-related changes in aperiodic activity in neonates, using functional magnetic resonance imaging (fMRI) blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal. Study III examined normal variation in gestational duration- and age-related effects on aperiodic and periodic activity of the EEG power spectra in neonates and toddlers.
Our results showed developmental changes in aperiodic activity, with steeper slopes of EEG power spectra related to longer gestational duration and higher BOLD baseline activity and steeper slopes related to greater postmenstrual age. Interestingly, these associations seemed to partially reverse after birth. Preterm neonates had flatter slopes and lower BOLD baseline activity compared to term-born neonates. Sex-specific differences were observed, with female neonates showing higher BOLD baseline activity but flatter slopes, and female toddlers exhibiting higher EEG beta center frequency values than males. Additionally, toddlers of mothers with higher prenatal depressive symptom scores showed weaker responses to happy sounds.
In conclusion, aperiodic activity reflects age-related changes in early life, likely indicating maturational changes in neurodevelopment, with sex-specific differences. This pattern may follow a reverse U-shaped curve from prenatal period through early life, with birth marking an apex point in the process. The results support previous findings that prenatal maternal depressive symptoms and gestational duration influence brain development, with effects observed up to 3 years of age.
Aivojen kasvu on nopeaa raskauden aikana, jolloin sikiö on altis ympäristötekijöille. Varhainen stressialtistus ja ennenaikainen syntymä voivat lisätä myöhempien kehityksellisten häiriöiden riskiä, joten riskilasten tunnistaminen on tärkeää. Aivojen aperiodinen aktiivisuus on lupaava aivojen kypsymisen kuvaaja, mutta sen raskauden kestoon liittyviä muutoksia ei juurikaan tunneta. Myöskään varhaisen stressialtistuksen yhteyttä taaperoikäisten aivojen toimintaan ei ole juuri tutkittu.
Väitöskirjan tavoitteena oli selvittää raskauden keston, raskaudenaikaisen stressialtistuksen ja iän yhteyksiä lapsen aivojen toimintaan aivosähkökäyrän (EEG) ja toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) avulla. Osatutkimuksissa tarkasteltiin: 1) Äidin raskaudenaikaisen masennusoireilun yhteyttä 3-vuotiaiden lasten tunnepitoisten ääniärsykkeiden havaitsemiseen herätevasteiden avulla; 2) ennenaikaisuuden ja hedelmöityshetkestä arvioidun iän yhteyksiä fMRI:n BOLD-signaalin aperiodiseen aktiivisuuteen vastasyntyneillä: ja 3) raskauden keston yhteyksiä EEG:n aperiodiseen ja periodiseen aktiivisuuteen vastasyntyneillä ja 3-vuotiailla.
Pidempi raskauden kesto oli yhteydessä jyrkempään EEG:n tehospektriin vastasyntyneillä ja 3-vuotiailla. Korkeampi hedelmöityshetkestä arvioitu ikä oli yhteydessä korkeampaan BOLD-signaalin tehospektrin tausta-aktiivisuuteen ja jyrkempään spektriin vastasyntyneillä. Lapsen syntymästä lasketun iän yhteydet näihin tekijöihin olivat osin päinvastaisia. Ennenaikaisesti syntyneillä lapsilla BOLD signaalin tehospektri oli loivempi ja tausta-aktiivisuus matalampaa, kuin täysiaikaisilla. Vastasyntyneillä tytöillä oli poikia loivemmat BOLD-signaalin tehospektrit ja korkeampi tausta-aktiivisuus, kun taas 3-vuotiailla tytöillä EEG:n beeta-aktiivisuuden keskitaajuudet olivat poikia korkeampia. Äidin voimakkaampi raskaudenaikainen masennusoireilu oli yhteydessä heikompaan reagointiin iloisiin ääniärsykkeisiin 3-vuotiailla lapsilla.
Tulokset viittaisivat siihen, että raskauden keston ja syntymän jälkeisen iän yhteydet aperiodiseen aktiivisuuteen olisivat osin päinvastaisia. Raskauden kestolla ja varhaisella stressialtistuksella saattaa olla pitkäkestoisia vaikutuksia lapsen aivojen toimintaan.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2940]