Skador i hjärnans vitasubstans (s.k. White Matter Injuri/WMI) som stör det normala utvecklingsförloppet av myelinisering och organisation i hjärnans nervuppkopplingar är vanligt förekommande hos mycket-för-tidigt-födda barn. Myelin som omger och isolerar nervtrådarna och gör att nerven kan leda impulser snabbt och funktionellt – är av yttersta vikt för hjärnans (synaptisk) plasticitet och för all typ av funktionell inlärning. Vitsubstansskador är väldokumenterade i nyföddhetsåldern och har visat sig vara en betydande riskfaktor för långvariga utvecklingsavvikelser och psykiatriska funktionsnedsättningar. Kunskapen om hur en mycket-/extremt prematur födsel genererar långvariga (kroniska) störningar av myeliniserings-processen och strukturella uppkopplingar (s.k. konnektivitet) i den vita hjärnsubstansen och hur dessa kan relateras till försämrade kognitiva och sensomotoriska funktioner hos prematurt födda barn efter nyföddhetsåldern är fortfarande begränsad. Huvudsyftet med projekt var att undersöka vilka långvariga konsekvenserna varierande grad av prematuritet (mycket/extremt-för-tidig) vid födsel har på hjärnans långsiktiga strukturell och funktionell mognad/utveckling. Vidare att bidra med kunskap som kan ge stöd för utvärdering av olika interventionsstrategier.

Metod: I det aktuella projektet tillämpades multiparametrisk hjärnavbildningsmetod genom 3-Tesla MRI-mätningar som inkluderar både Diffusion Tensor Imaging (DTI) samt Synthetic MRI (SyMRI). DTI för att möjliggöra analyser av känsliga variationer och diversiteter i den vita hjärnsubstansens mikrostrukturer (dvs. riktningar, organisation och densitet) som kan genereras från vitsubstansmätningar och inkluderade fraktionerad anisotropi (FA), genomsnittlig diffusivitet (MD), axiell (AD) och radiell diffusivitet (RD). SyMRI användes för att mäta myelin-mängd samt total intrakraniell hjärnvolym (ICV) och hjärnparenkymvolym (BPV), vit-substans (WM), grå-substans (GM) och cerebrospinalvätska (CSF). För att undersöka möjliga effekter av gestationsålder (GA) vid födelsen, samt pre- och perinatala riskfaktorer (baserade på journalhandling) och hur dessa relaterar till prestation och förmågor vid barnens testålder genomfördes: detaljerade 3D-rörelseregistreringar, bedömningar av funktionell lateralitet (sido-skillnader) och kognitiva tester (Wechsler Intelligence Scale: WISC-IV; som inkluderar Verbal förståelse, Perceptuellt resonemang, Arbetsminne, Bearbetningshastighet och Fullskalig IQ (FSIQ)). För kohorten med 12-åriga barn som består av extremt-för-tidigt-födda barn (EP) och åldersmatchade fullgångna (FT) jämnåriga, tillämpades vidare WISC-V samt Visio-Motor-Integration-testet (Beery-VMI); ett test som mäter förmågan att integrera sensorisk och motorisk information.

Projektets viktigaste resultat

Resultaten visar att både globala och mer specifika egenskaper hos hjärnans vitasubstans signifikant associerade med graden av prematuritet vid födseln. På gruppnivå var den total hjärnvolymen (ICV och BPV) samt Cerebellum (lillhjärnan) volym hos EP-födda barn signifikant mindre, samt med mindre GM och WM, och med en ökad mängd CSF (indikerar förstorade ventriklar) jämfört med FT-födda barn. WM-myelin korrelerade positivt med GM-volym hos både EP- och FT-födda barn vid 12 års ålder, vilket indikerar att tillväxt av grå substans är nära kopplad till tidig vitsubstans-myelinisering. Gestationsålder (GA) korrelerade positivt med hjärnvolymer, mängden myelin samt med FIQ. Inom gruppen EP födda korrelerade mängden myelin positivt med GA, FIQ och sensorisk-motorisk integrationsförmåga. Vid 12 års ålder uppvisade EP-födda barn signifikant ökad (genomsnittlig) total MD, RD och AD än FT, men ingen signifikant gruppskillnad för total FA. Mängden myelin korrelerade positivt med FA och negativt med MD, RD och AD inom EP-gruppen. Därtill visade utfallen i specifika hjärnregioner som Corpus Callosum (CC-genu, CC-body och CC-splenium; som är nyckeln till inter-hemisfäriska uppkopplingar/överföringar), på mindre myeliniserade uppkopplingar (lägre FA-värden och högre RD och AD) hos gruppen barn som är födda EP, samt att dessa barn också hade sämre sensorisk-motoriska integrering och kognitiva förmåga, vilket kan härledas till lesioner i vitsubstans med lägre FA i system av högre ordning. Dessa fynd är även i linje med observationer gjorda på VP-gruppen vid 8-år. Diffusionsavvikelser i motoriska och sensoriska banor hos barn födda EP tyder på att förändrad mikrostruktur i hjärnans vita-substans spelar en viktig roll gällande utvecklingen av både kognitiva och sensorisk-motoriska funktioner. I linje med dessa fynd visade utfallen att kognitiv funktion hos EP födda vid 12-års ålder var lägre jämfört med tidigare observationer med kombinerade grupper av EP och VP-födda barn vid 8-års ålder. Fullskalig IQ, liksom WISC-V kompositpoäng på indexskalor var också lägre för EP-födda jämfört med tidigare analys av kombinerade grupper (VP+EP) och jämförelsen med åldersmatchade barn födda fullgångna var större hos EP-gruppen. Resultatet av lägre Visio-Motor-Integrationspoäng stöder också hypotesen om att EP-födda barn har en ökad risk för försämrad förmåga att bearbeta och integrera sensorisk-motorisk information.

Sammantaget bekräftar resultaten ökande risken för långsiktiga diffusa vitsubstansförändringar och skador (WMI) hos mycket- och extremt förtidigt födda barn, vilka även kvarstår långt efter spädbarnsåldern. Resultaten visar också att även i frånvaro av kända/diagnostiserad hjärnskada (ss intraventrikulär blödning som nyfödda och/eller cerebrala pares), så är en extrem-/mycket prematur födsel förknippad med långvarig, diffusa vitsubstansavvikelse och mindre hjärnvolym(er). Detta bekräftades av mindre myelin, diversitet av axon-morfologi och densitet, samt ökad representation av avvikande mikrostrukturell inter-hemisfärisk konnektivitet och lateralisering, vilket är mera förekommande hos EP födda barn i jämförelse med moderata och lindrigt prematurt födda barn. Därtill visar fynden att avvikelser i hjärnans vitasubstans och mindre myelin signifikanta associationer till utvecklingsneurologiska svårigheter hos de mycket och extremt för-tidigt-födda barnen; dvs. lägre FIQ (även på delskalenivå), sämre sensorisk-motorisk integrationsförmåga; samt sämre 3D-rörelsekinematik i de övre extremiteternas (så som längre latenstider, långsammare rörelseinitiering, sämre planeringsförmåga, mer segmenterade rörelser och mindre synkroniserade bimanuella rörelser) och sämre prestationsutfall. Sammantaget tyder detta på att en extremt/mycket prematur födsel (GV 22 - 27 – 32; vilket visat sig vara en mycket känslig och sårbara perioderna i hjärnans tidiga utveckling (*Liu XS et al., 2013)), sannolikt är en av huvudorsakerna till långvariga negativ påverkan på hjärnans myelinisering och organisering av vitasubstans; och därav en betydande biologisk förklaring till de motoriska och kognitiva funktionsnedsättningar som finns överrepresenterade hos barn födda EP/VP i jämförelse med barn födda fullgångna. Dessa fynd understryker vikten av långtidsuppföljningar av barn som föds extremt/mycket prematurt och därav har en hög risk för långvariga, diffusa hjärnskador (WMI). Observationerna visar även på värdet av att tillföra mer detaljerade undersökningar med 3D-mätteknik tillsammans med avancerade multimodala hjärnavbildningstekniker för förfinade analyser av sensorisk-motoriska förmåga och organisationsdiversiteter. Fynden förväntas ha kliniska implikationer med avseende på diagnos och grad av vitsubstansskador (WMI) hos mycket/extremt prematurt födda barn. Därtill kan multimodala hjärnavbildning vara tillämpbar vid utvärdering av interventioner som syftar till att öka myelinisering av neurala förbindelser för att förbättra kognitiv och sensomotorisk funktion i olika utvecklingsstadier och grad av prematuritet.
*Liu XB, Shen Y, Plane JM and Deng W. Vulnerability of premyelinating oligodendrocytes to white-matter damage in neonatal brain injury. Neurosci Bull 29: 229-238, 2013.

Vad projektet resulterat i förutom publikationerna:
RJS-projektet har möjliggjort/underlätta multidisciplinära, nationellt och internationellt nätverkanden med andra forskare och kliniker med samfokus på att öka kunskapen och förståelse om för-tidigt-födda barns hjärnhälsa – utveckling, beteende och specifika behov.
Nya forskningsfrågor:
Resultaten som genererats inom projekt belyser även behovet av ytterligare forskning på området för att bättre förstå dynamiken mellan modererande och medierande variabel, tidiga risk- och miljöfaktorer som även kan påverka neurologiskutveckling och psykisk hälsa hos extremt för-tidigt-födda barn. Vidare studier som även kopplar samman morfometriska fynd i hjärnans volymer och myelinisering av både vit- och gråsubstans med hjärnfunktion som förvärvats från funktionell MRI (fMRI) och mentala hälsobedömningar. Barn födda extremt/mycket för tidigt har även ökad risk att utveckla mentala problem och störningar (*Domellöf et al., 2020), samt autismspektrumtillstånd (AST) och uppmärksamhets- / hyperaktivitetsstörning (ADHD). En nyligen genomförd metaanalys (**Agrawal et al., 2018) fann att AST prevalens hos prematur födda var 7 % (CI 4 %–9 %), vilket är mer än tre gånger högre än hos den genomsnittliga befolkningen. Sannolikhet tenderar sådan prevalensen att öka med ökad prematuritet. Frågan för vidare studier är hur hjärnans struktur och funktion skiljer sig åt hos barn födda EP med autismspektrumtillstånd (AST) jämfört med åldersmatchad EP utan AST, och fullgångna barn med AST. Således, genom att undersöka hjärnans myelin-förändringar på både global och mikrostrukturell nivå samt att jämföra kongruensen av den nya SyMRI-baserade myelin-skattningen med funktionell MRI (fMRI). Vidare att undersöka sambandet mellan förändringar i myelin-mängd samt svårighetsgrad av kända kärnsymtom i samband med AST (ss svårigheter med sociala interaktioner och kommunikation, begränsade intressen, repetitiva beteende) och sensomotoriska och kognitiv förmåga. Användningen av multimodal hjärnavbildning för att undersöka olika aspekter av hjärnans struktur - funktion förväntas möjliggöra identifiering av biomarkörer och neuropatologiska mekanismer relaterade till beteenden, symtom och svårighetsgrad hos barn med AST.
* Domellöf, E., Johansson, A-M., Farooqi, A., Domellöf, M., & Rönnqvist. L. Risk for behavioral problems independent of cognitive functioning in children born at low gestational ages. Frontiers in Pediatrics, section Children and Health, 2020; 8, 1-11. DOI: 10.3389/fped.2020.00311
**Agrawal S, et al., Prevalence of autism spectrum disorder in preterm infants: a meta-analysis. Pediatrics. 2018; 142(3). DOI: 10.1542/peds.2018-0134
Hur resultaten har spridits samt hur samverkan skett

För att vidare stimulera tvärvetenskapligt och internationellt samarbete inom ramen för projektet gjordes två besök (under 2022; juni och oktober) vid Integrative Neuroscience and Cognition Center (INCC), Université Paris Cité, och vid CEA, NeuroSpin UNIACT, Gif-sur-Yvette, Paris. Detta för att lära samt utbyta kunskaper med Dr. Jessica Dubois och medarbetare, vars forskning rör tidig organisation och mognad av hjärnans vita-substans, samt metodutveckling/analyser av kortikala och sub-kortikala strukturer samt hjärnans yt-baserade morfometri (mätningar av kortikal gyrification) hos för-tidigt-födda och fullgångna spädbarn/barn. Således för att ytterligare förfina och utveckla nya analysmetoder/modeller för studier som rör hjärnas utveckling/avvikelser i samband med beteendeinlärning och hur dessa processer kan störas av flera yttre omständigheter och tidiga riskfaktorer. Under vistelserna i Paris besökte jag även professor Jacqueline Fagard och medarbetare verksamma vid Université Paris Cité, French Institute of Health and Medical Research, samt vid Université Descartes, med syfte att samverka kring metodutveckling och analystillämpningar kopplat till lateralitets-avvikelser relaterade till språk- och motorisk-utveckling hos för tidigt-födda-barn samt hos barn med medfödda utvecklingsstörningar.

Inom ramen för projektet har jag även medverkat i 5-Modul Brain Webinars arrangerade av Union of European Neonatal & Perinatal Societies (UENPS), med fokus på kunskapsutveckling och utbyte av information som rör hjärnans tidiga utveckling och avvikelser. UENPS uppdrag är att främja hjärnvård genom internationellt tvärvetenskapligt samarbete, utbildning och innovation.
UENPS 5-Modul Brain Webinars topics: Module 1, February 14th, 15th, 16th, 2022 - GERMINAL MATRIX AND SURROUNDINGS, Titles: “Intravenrticular heamorrhage (IHV) thought different gestational ages”; “Why the hemorrhage?”; “How does the brain of premature babies respond to IHV”. Module 2 - CEREBELLUM, April 11th, 12th, 13th, 2022, Titles: “The neonatal cerebellum from a neuroscience perspective”; “Imaging of the posterior fossa in the newborn”; “Advanced MR imaging of the preterm cerebellum and long-term outcome “. Module 3, June 13th, 14th, 15th, 2022 - WHITE MATTER DEVELOPMENT IN PRETERM BABIES THE IMPORTANCE OF CONNECTIVITY, Titles: “Why is WM so vulnerable”; “WMI, imaging and early outcome”; “Adult outcomes after extremely preterm birth - influence of neonatal brain injury”. Module 4, September 12th, 13th, 14th, 2022- TECHNOLOGIES IN NEONATAL NEUROLOGY, Titles: “MRI and HIE mimics”; “Role of advanced MR techniques in assessing brain development”; “EEG in the NICU in the 21st century”. Module 5, November 21st, 22nd, 2022 - NEONATAL STROKE and Hypoxic-Ischemic Encephalopathy (HIE) IN THE TERM NEWBORN, Titles: “Perinatal arterial ischemic stroke”; “Long term outcome in HIE”.

De resultat som genererats inom projektet har vidare presenterats vid:
The Fetal and Neonatal Neurology meeting - From basic science to clinical application, The Union of European Neonatal & Perinatal Societies, M.A.C. scientific event (online), May 2021. The 34th annual meeting of the European Academy of Childhood Disability (EACD) Barcelona, Spain, May 2022. The NeuroSpin center, Paris-Saclay, France, (invited talk) Title: “Long-term consequences of preterm birth on brain white-matter micro-structures, myelination, movement organization and cognitive functions in school-age children and adolescents”, During the Paris visit, Oktober 2022.

Egen webbsida: https://www.umu.se/personal/louise-ronnqvist/