Procesy leżące u podstaw rozwoju mózgu obejmują ekspresję genów i dane środowiskowe, które są kluczowe dla prawidłowego rozwoju mózgu, przy czym zakłócenie któregokolwiek z nich znacząco wpływa na wyniki neuronalne [30]. Rozwój obwodów mózgowych rozpoczyna się już w 2–3 tygodniu ciąży i wymaga koordynacji złożonych procesów neurorozwojowych [31]. Stiles i in. (2010) wyjaśniają, że "rozwój mózgu jest trafnie scharakteryzowany jako złożona seria dynamicznych i adaptacyjnych procesów, które działają w trakcie rozwoju, aby promować pojawianie się i różnicowanie nowych struktur i funkcji neuronalnych" [30].Od około 6 tygodni po zapłodnieniu do połowy ciąży zachodzi szereg zdarzeń komórkowych, w tym neurogeneza, po której następuje apoptoza, różnicowanie, migracja i tworzenie synaps [31]. Wydłużone okresy rozwoju kory mózgowej występują przez całe życie. Ta faza "rozwojowa" występuje w dzieciństwie i okresie dojrzewania, kiedy rozwój kory mózgowej (zewnętrzne warstwy mózgu) przechodzi od kory niższego rzędu, jednomodalnej z funkcjami motorycznymi i czuciowymi do kory transmodalnej wyższego rzędu, leżącej u podstaw wykonawczych, społeczno-emocjonalnych i psychicznych funkcji mózgu [32].Rola programowania in utero opisana w teorii opracowanej przez profesoraDavid Barker, który w ten sposób ukuł "hipotezę Barkera", jest dobrze znany [33]. Jeśli płody mają ograniczoną podaż składników odżywczych w macicy, muszą się przystosować; Jest to proces, który może trwale modyfikować ich strukturę/metabolizm, wywołując "zmiany programowe", które mogą być źródłem innych schorzeń w późniejszym życiu ("płodowe pochodzenie choroby dorosłych") [33]. Obecnie powszechnie wiadomo, że zmiany w funkcjonowaniu mózgu mogą prowadzić do spektrum NDD [29].Ekspozycje wewnątrzmaciczne (w tym składniki odżywcze) zostały powiązane z NDD, chociaż wyjaśnienie czasu i dokładnych mechanizmów może być trudne [34,35]. Takie ekspozycje podczas tych wrażliwych okien życia są kolejnym czynnikiem wpływającym na rozwój mózgu [36]. Coraz częściej docenia się, że prawidłowy rozwój neurologiczny ma kluczowe znaczenie dla funkcji mózgu przez całe życie, a wszelkie modulacje mogą potencjalnie przyczyniać się do dysfunkcji mózgu [29]. Heland i in. (2022) zasugerowali niedawno, że niedobory żywieniowe mogą w pewnym stopniu potencjalnie zapobiegać neuroróżnorodności, ponieważ niektóre składniki odżywcze mają zdolność poprawy wyników neurorozwojowych poprzez łagodzenie procesów patologicznych, takich jak stany zapalne, niedotlenienie i stres oksydacyjny [37]. To prowadzi nas do potencjalnej roli choliny.

Złożoność interakcji między noradrenergicznymi iukład cholinergicznyw modulowaniu przesunięć topologicznych sieci nadal nie jest w pełni poznany na poziomie szczegółowym (tj. mikroukładu). Na przykład istnieje wiele dowodów na niejednorodną ekspresję receptorów cholinergicznych w różnych populacjach interneuronów hamujących ( Que i in., 2019 ), co sugeruje, że w mikroobwodach kory mózgowej mogą działać bardziej subtelne mechanizmy.wiele z tych szczegółów nie zostało włączonych do standardowych modeli obliczeniowych dynamiki mózgu na poziomie systemów( John i in., 2022 ; Shine i in., 2019).Elastyczność tego podejścia oferuje wiele ekscytujących możliwości postępu na tym froncie. Na przykład w niedawnym badaniu uwzględniono „wzmocnienie hamowania”termin do istniejącego modelu obliczeniowego w celu naśladowania działania układu cholinergicznego – umożliwiło to kontrolę zarówno interneuronów hamujących, jak i rozhamowujących, które z kolei kontrolowały wzbudzenie ze sprzężeniem zwrotnym w sposób zapewniający ściślejszą kontrolę nad równowagą między segregacją a integracją( Coronel-Oliveros i in., 2020 ). Jest również wysoce prawdopodobne, że przekaźniki neuromodulacyjne inne niż cholinergiczne isystemy noradrenergiczne są odpowiedzialne za zróżnicowane zmiany w dynamicznych rekonfiguracjach sieci. Na przykład liczne badania wykazały, że agoniści receptora 5HT2A (zwykle klasyfikowani jako „psychedeliki”)

natomiastukład cholinergicznypośredniczy w sieci segregowanejtopologiapoprzez zlokalizowane selektywne projekcje do kory ( Zaborszky i in., 2015 ) poprzez selektywne zwiększanie pobudliwości docelowych regionów w sieciach rozproszonych w inny sposób (Połysk, 2019 ; Thiele i Bellgrove, 2018 ).Uważa się, że mechanizm ten pomaga udoskonalić stabilność stanów mózgu, co w kontekście funkcji poznawczych może pomóc w wyjaśnieniudlaczego układ cholinergiczny wiąże się ze zwiększoną precyzją uwagi( Hasselmo i Sarter, 2011 ; Schmitz i Duncan, 2018 ).

Dla kontrastu zaobserwowaliśmy znaczącą odwrotną korelację aktywności fazowej po nbM (po 11TR, > 8s) pomiędzy siłą łączności między LC i nbM a krajobrazem energetycznym (EnbM) ( ryc. 4 C), co wskazuje, że po Wybłyski fazowe nbM , posiadające silne połączenia między LC i nbM , umożliwiają łatwiejsze przejście (tzn. do przejścia do wcześniej rzadkiego stanu mózgu potrzebna jest mniejsza energia). Największe korelacje widać pomiędzy ELC na początku początkowego spadku dużych MSD na początku TR i spadkiem dużych MSD przy dużych TR dla krajobrazu EnbM. Zatem siła łączności strukturalnej między LC i nbM jest powiązana z największą zmianą energii dla danego MSD sygnału BOLD po aktywności fazowej LC lub nbM – tj. topografia krajobrazu atraktorów koreluje z siłą łączności strukturalnej .

Co ciekawe, pomimo podobnych mechanizmów działania, noradrenergiczne iukłady cholinergicznesą powiązane z odrębnymi sygnaturami poznawczymi:układ cholinergicznypowiązano z selekcją uwagi, wzmocnionym wykrywaniem sygnałów, kodowaniem pamięci i specyficznością poznawczą ( Hasselmo i Sarter, 2011 ; Noudoost i Moore, 2011 ), podczas gdy układ noradrenergiczny bierze udział w koordynowaniu pobudzenia ( Samuels i Szabadi, 2008 ), optymalizując równowagę pomiędzy wykonanie zadania ( Aston-Jones i Cohen, 2005 ) wykrywanie istotności (Sara i Bouret, 2012 ) oraz zachowania eksploracyjne (Sara i Bouret, 2012 ).

Noradrenergiczne iukłady cholinergicznemają także różne wzorce projekcji w mózgu. Podczas gdy noradrenergiczna LC wysyła rozległe projekcje wokół całej kory (Kim i in., 2016 ; Samuels i Szabadi, 2008 ) ( ryc. 1 A), cholinergiczny nbM projektuje w znacznie bardziej ukierunkowany sposób do różnych miejsc wokół kory mózgowej (Kim i in., 2016 ;Zaborszky i in., 2015 ) ( ryc. 1 D).W oparciu o te cechyniedawno zaproponowaliśmy, że rekrutacja układu noradrenergicznego przesunie sieci mózgu w stan zwiększonej integracji sieci( Shine, Aburn i in., 2018 ; Shine, van den Brink i in., 2018),podczas gdy układ cholinergiczny jest powiązany ze względną segregacją topologii sieci(Zaborszky i in., 2015 ). W poprzedniej pracy zaobserwowaliśmy dowody na te efekty sieciowe w stanie spoczynku 7TfMRIdane ( Munn i in., 2021 ).