The impact of early life adversity on cortical structure in adolescent twins followed since birth

Abstract

Des études animales ont montré que l’exposition du foetus à l’adversité affecte le développement cérébral et la régulation d’émotions plus tard. Cette régulation serait reliée aux changements structurels cérébraux, particulièrement au circuit fronto-limbique. Cependant, ces résultats n’ont pas été entièrement répliqués chez l’humain. Le but de cette étude était de tester si l'adversité précoce conduit à des altérations structurelles des régions (orbitofrontal, préfrontal, cingulaire) fronto-limbiques, identifiées comme régions-clés dans la (de)régulation d’émotions. Les mesures principales de l’adversité étaient un poids léger à la naissance et l’hostilité maternelle puisqu’ils étaient parmi les plus prédictifs des résultats développementaux et comportementaux chez l’humain. Les mesures secondaires, incluant le tempérament difficile d’enfant et l’impulsivité en adolescence, étaient utilisées du à leur lien avec le développement cérébral et émotionnel. Les participants étaient des jumeaux identiques, membres de l’Étude des Jumeaux Nouveau-nés du Québec (ÉJNQ, N = 650 paires) suivis depuis 5 mois à 15 ans, leur âge actuel. Ceci a permis de mieux contrôler le facteur génétique et ainsi mieux isoler les effets d’environnement. Trente-sept paires ont été recrutées. La structure cérébrale de chacun, obtenue avec l’imagerie par résonance magnétique, a été analysée avec la régression linéaire. Le poids à la naissance n’a eu aucun effet. L’hostilité maternelle a prédit une réduction de l’aire du gyrus cingulaire postérieur. Tempérament difficile a prédit une réduction de l’aire du cortex orbitofrontal. L’impulsivité était associée avec l’aire et volume du cortex préfrontal réduits. Ces résultats soulignent l’importance des interventions précoces afin d’empêcher des altérations menant à la psychopathologie.

Animal studies have shown that fetal exposure to adversity affects brain development and emotion regulation later on. Emotion regulation would be related to a structural change in the brain, particularly the fronto-limbic circuitry. However, results have not been entirely confirmed in humans. The purpose of the present study was to test whether early adversity leads to structural changes in the fronto-limbic (prefrontal, orbitofrontal and cingulate) regions, previously identified as key areas in emotion (dys)regulation. Main measures of adversity were low birth weight and maternal hostility because these were among the best predictors of developmental and behavioral outcomes in humans. Secondary measures, including difficult child temperament and adolescent impulsivity, were used because of their link with brain and emotion development. Participants were identical twins part of Quebec Study of Newborn Twins (QSNT, N = 650 pairs), followed from 5 months to 15 years, their current age. Using identical twins allowed to better control the genetic factors and, thus, to better isolate the specific effects of early environment. Thirty-seven pairs have been recruited. Each twin’s brain structure was assessed with magnetic resonance imaging and analyzed using linear regression. Birth weight showed no effect on brain structure. Maternal hostility predicted a reduction in cortical area of posterior cingulate gyrus. Difficult child temperament predicted a reduction in cortical area of orbitofrontal cortex. Impulsivity was associated with smaller cortical area and volume in prefrontal cortex. These results highlight the importance of the early interventions in order to prevent the alterations leading to development of psychopathology.