Early adversity, brain development and emotion processing in monozygotic twins

Abstract

Il existe actuellement de nombreuses preuves démontrant que des facteurs génétiques et environnementaux interagissent pendant des périodes spécifiques du développement pour rendre une personne vulnérable aux troubles psychologiques via diverses adaptations physiologiques. Cette thèse porte sur l'impact de l’adversité prénatale (représentée par le petit poids à la naissance, PPN) et de l’adversité postnatale précoce (symptômes dépressifs maternels et comportements maternels négatifs), sur le développement du cerveau, particulièrement les régions fronto-limbiques impliquées dans le traitement des émotions, pendant l'enfance et l'adolescence. Des jumeaux monozygotes (MZ) sont utilisés, lorsque possible, afin de contrôler pour les effets génétiques. Les chapitres 1 et 2 présentent les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à une altération du fonctionnement des régions fronto-limbique tels que l’amygdale, l’hippocampe, l’insula, le cortex cingulaire antérieur et le cortex préfrontal, en réponse à des stimuli émotifs chez des enfants et des adolescents. On observe que les symptômes dépressifs maternels sont associés à une activation plus élevée des régions fronto-limbiques des enfants en réponse à la tristesse. Les résultats de l’étude avec des adolescents suggèrent que le PPN, les symptômes dépressifs et les comportements maternels négatifs sont associés à une fonction altérée des régions fronto-limbiques en réponse à des stimuli émotionnels. Chez les jumeaux MZ on observe également que la discordance intra-paire de PPN et de certains comportements maternels est associée à une discordance intra-paire du fonctionnement du cerveau et que ces altérations diffèrent selon le sexe. Le chapitre 3 présente les résultats de la vérification de l'hypothèse que l’adversité prénatale et postnatale précoce sont associées à un volume total réduit du cerveau et de l’hypothèse que les comportements maternels peuvent servir de médiateur ou de modérateur de l'association entre le PPN et le volume du cerveau. Avec des jumeaux MZ à l’adolescence on observe a) que le PPN est effectivement associé à une diminution du volume total du cerveau et b) que la discordance intra-paire de PPN est associée à une discordance du volume du cerveau. En somme, cette thèse présente un ensemble de résultats qui soutiennent deux hypothèses importantes pour comprendre les effets de l’environnement sur le développement du cerveau : que l’environnement prénatal et postnatal précoce ont un impact sur le développement du cerveau indépendamment du code génétique et que les mécanismes impliqués peuvent différer entre les garçons et les filles. Finalement, l’ensemble de ces résultats sont discutés à la lumière des autres travaux de recherche dans ce domaine et des avenues à explorer pour de la recherche ultérieure sont proposées.

There is now increasing evidence that both genetic and environmental factors interact together during specific periods of development to render an individual vulnerable to mental health disorders through multiple physiological adaptations. This thesis focuses on the impact of in utero adversity (indexed by low birth weight, BW) and early postnatal adversity (maternal depressive symptoms and negative maternal parenting behaviours) for brain development, particularly of fronto-limbic regions involved in emotion processing during childhood and adolescence. We utilize monozygotic (MZ) twins whenever possible to control for genetics. Chapters 1 and 2 present results of work testing the hypothesis that in utero and early postnatal adversity is associated with altered functioning of fronto-limbic regions including the amygdala, hippocampus, insula, anterior cingulate cortex and prefrontal cortex, in response to emotional stimuli in children and adolescents. We detect that greater maternal depressive symptomatology is associated with altered activation of fronto-limbic regions in their children in response to sadness. Results of the study in adolescents suggest that low BW, maternal depressive symptoms and negative maternal parenting behaviours are associated with altered function of fronto-limbic regions in response to emotional stimuli. In MZ twins we observe that within-pair discordance in BW and maternal parenting behaviours is associated with within-pair discordance in brain function, and that these alterations are sex-specific. Chapter 3 presents results of work testing the hypothesis that in utero and early postnatal adversity is associated with reduced total brain volume, and the hypothesis that maternal parenting habits may mediate or moderate the association between BW and brain volume. With MZ twins during adolescence, we observe that a) lower BW is indeed associated with decreased total brain volume and b) that within-pair discordance in BW is associated with within-pair discordance in brain volume. Together, this thesis presents a set of results that reinforce two important hypotheses to understand the effects of the environment on brain development: that the in utero and early postnatal environment impact brain development independent of genetics and that mechanisms involved may differ in boys and girls. Finally, these results are discussed in light of other research projects in this area and avenues for future research are proposed.