PNAS：近紅外研究：產前農藥暴露的青少年的大腦激活情況
- 2019 年 10 月 5 日
- 筆記
在薩利納斯母親和兒童健康評估中心(CHAMACOS)，我們報告了產前接觸有機磷農藥(OP)與較差的認知功能和行為問題之間的一致性關聯。然而，幾乎沒有證據表明OPs如何影響神經動力學的潛在關聯。我們使用近紅外(fNIRS)來測量95名青少年在執行功能、注意力、社會認知和語言理解任務期間的皮質激活。使用多元回歸模型，根據社會人口學特徵進行調整，估計了懷孕期間居住環境與OP(有機磷農藥)的接近程度與額葉、顳葉和頂葉皮層激活之間的關係。OP暴露與執行功能任務中大腦活動的改變有關。例如，母親孕期在1公里內的住宅增加了10倍總有機磷農藥使用，在認知靈活性任務中雙側前額皮層的大腦激活會減少。我們還發現，產前OP暴露與語言理解任務中大腦激活的性別差異有關。這項關於產前OP暴露的首次功能性神經影像學研究表明，殺蟲劑可能影響大腦皮質的激活，這可能是之前報道的OP與認知和行為功能相關的基礎。在環境流行病學中使用fNIRs為神經成像技術提供了一種切實可行的研究方法，並加強了我們評估化學暴露對神經發育影響的研究。
關鍵詞：有機磷農藥（Organophosphorus pesticides，OPs） ；產前暴露；神經發育；功能神經成像；fNIRS
引言
在美國每年使用8億磅的農藥活性成分，有機磷（OPs）是最常見的應用類殺蟲劑。在美國人口中普遍存在暴露在OP農藥下的情況，包括孕婦和兒童。主要途徑是飲食，包括農藥殘留在水果和蔬菜。住在靠近農業的和生活工作處於農業環境的個體也通過其他途徑暴露於殺蟲劑，包括衣服上的殘留物和附近田地里的漂浮物。薩利納斯母親和兒童健康評估中心(CHAMACOS)的研究是一項縱向研究，位於加利福尼亞州的薩利納斯山谷，因其農業生產而被稱為美國沙拉碗。自1999年以來，我們一直跟蹤CHAMACOS項目中的母親和兒童，調查殺蟲劑與兒童生長發育的關係。我們之前測量了在母親懷孕尿液樣本中的二烷基磷酸(DAP)代謝產物，報道了兒童產前有機磷農藥暴露（主要是飲食OP暴露）與神經發育結果的關係（包括認知發展較差，注意力問題和孤獨症特徵，如差的社會認知）。我們還報道了在懷孕期間，在距離母親家1公里以內的農作物上施用更多的OP（有機磷農藥）殺蟲劑與較差的智力發育有關，這反映了潛在的農藥漂移暴露（意思就是即使不是直接暴露在農藥下，農藥也會通過其他方式轉移到孕婦身體中），但與自閉症特徵無關。
產前OP暴露與神經行為結果之間的關聯研究表明，OP影響兒童的大腦結構和/或功能。迄今為止，探討這一假設的唯一神經影像學研究是對40名學齡兒童進行的基於體素的MRI研究：20名高濃度和20名低濃度產前暴露於OP殺蟲劑毒死蜱(氯吡硫磷)下的被試。該研究報告了高暴露與低暴露兒童大腦結構的系統性體積差異，見表1。在該表中，我們將使用神經心理學測試的流行病學研究，包括CHAMACOS和其他研究中與產前OP暴露相關的腦區的結構神經成像結果進行了比較(表1，列2)。
表1 fNIRS研究的興趣區域是基於對毒死蜱(氯吡硫磷)暴露兒童的MRI研究中確定的結構，以及OPs和神經發育的流行病學研究
為研究OP對皮質腦激活的影響，並對這些影響進行定位，我們使用功能近紅外光譜(fNIRS)對95名青少年CHAMACOS參與者進行了功能神經成像，該技術非常適合於與功能磁共振(fMRI)密切相關的非臨床研究環境。我們的主要目的是研究在懷孕期間，母親接觸家附近OP殺蟲劑其及與認知靈活性、工作記憶、注意力、社會認知和語言理解任務中的神經活動的關係。
方法
功能神經影像學研究的樣本和招募.我們在2009年至2011年招募了參與本研究的被試加入CHAMACOS隊列，當時他們9歲。這是CHAMACOS研究的第二次登記(CHAMACOS2或CHAM2登記)，其目的是擴大產前登記的隊列中現有的(CHAM1)部分，增加人口統計學上相似的兒童。孩子們符合CHAM2的如下招募資格：
1)生於2000年至2002年目前西班牙語或英語；
2)懷孕期間住在Salinas山谷，在孩子9歲仍然居住在那裡；
3)懷孕期間有醫療保障；
4)曾接受產前護理；
5)母親分娩時至少18歲。
我們通過小學、圖書館、教堂、食品銀行和社區活動招募符合條件的家庭。我們總共為隊列中的CHAM2組招募了305名兒童，其中288名兒童在14歲時完成了5年後(2014年至2016年)的研究訪問。
2017年，我們從288名積極的CHAM2參與者中招募了一部分人參與這項初步的fNIRS研究。我們這項初步研究的目標參與者人數在80到100人之間。為了優化我們的農藥接觸測量的精度，根據母親在孩子9歲時報告的懷孕期間的主要居住地址，我們招募的孩子他們的母親滿足：
1)提供了9歲隨訪時的可在地圖上標出的初次妊娠地址；
2）報告了在她們懷孕的大部分時間裡都住在同一個地址嗎(本研究的95名參與者中，86人報告她們在懷孕期間沒有搬家；9位搬家的母親平均有87%的懷孕時間是在原住址度過的)。
儘管在數據收集期間，一些本該進行常規16年研究訪問的參與者在訪問期間被邀請參與研究，但我們主要還是通過電話招募了符合條件的參與者。在所有情況下，我們的研究現場協調員首先描述了fNIRS對青少年父母的研究訪問，然後請求允許對青少年的訪問。不參與的最常見原因是參與者的電話不通或住在城外；其他原因包括拒絕(n = 7名青少年或他們的母親拒絕參加)和軟禁(n = 2)。當父母和青少年都同意青少年可以參加時，我們安排了一次fNIRS研究訪問。家長提供書面許可，青少年(15-16歲)提供書面同意參加。所有的研究活動都得到了加州大學伯克利分校人類受試者保護辦公室的批准。我們最終完成了對95名青年的全面fNIRS訪問。
功能性神經成像數據的收集：
我們使用fNIRS測量皮質神經活動，這是一種光學神經成像的方法，它表徵了事先確定區域的大腦表面的血流動力學變化(即大腦表面的血流動力學變化)。具體來說，我們使用了NIRScout設備，這是一個多功能的神經成像平台，可以訂製光導管的位置，以針對大腦特定區域的活動。我們使用基於頭圍選擇的單個大小的帽子(Brain Products)將光導管定位在標準的10-20系統位置。儘管參與者的頭部大小發生了變化，但我們對10-20系統位置的帽子大小在空間上進行了調整，這樣可以保持我們感興趣的區域的覆蓋的一致性。通道間距離為3厘米。將近紅外光譜數據與行為測試同步，監測特定刺激和任務的血流動力學變化。
訪問開始時，訓練有素的研究人員測量了參與者的頭圍，選擇一個適當大小的帽子，把它放在一個人體頭模上，將28個通道(16光源和12探測器)擬合在帽子上固定好(圖2和3)，旨在優化覆蓋住大腦結構的額葉、顳葉和頂葉。圖3顯示了頭皮上的光源和探測器位置，圖2顯示了通道位置(位於每個源和探測器對之間的中點)以及功能定位團塊(稍後將進行描述)。在放置電極帽之前，我們基於之前的產前OP（有機磷農藥）暴露神經影像學研究和產前OP暴露的流行病學研究和神經行為的結果選擇這些大腦區域(表1，第3列，注意看上文)，要求被試完成一個簡短的調查(協變數數據收集)。工作人員還為每項神經行為任務提供了一個基於PPT的視覺練習環節，以及如何完成該任務的指導。工作人員隨後將帽子戴在受試者頭上，進行校準測試，並根據需要調整通道。
圖2.參與2009年California Salinas山谷CHAM2研究中，fNIRS通道(n= 36)的位置和功能腦區定位的團塊(n= 15)。紅色圓圈表示通道位置，為每個光源和探測器對之間的中點。黃色圓圈是基於通道的鄰近性和解剖結構形成的團塊，包括1=左額下極；2=左側額上極；3=左側Broca』s/Brodmann區44和45；4=左側背外側前額葉皮質；5=左側Brocas/Brodmann區域44和6；6=左側顳上回/顳下回/中央後回；7=左側頂下小葉；8=左側頂上小葉；9=右額下極；10=右側Broca』s/Brodmann區域44和45；11=右側額上極/背外側前額皮質；12=右側運動前/體感皮質；13=右側後上/顳中溝；14=右頂下小葉；15=右頂上小葉。
圖3.光源和探測器在頭皮上的位置。光源(16)用紅色表示，探測器（接收器）(12)用藍色表示。橙色的點表示10-20個位置，紫色的線表示測量通道。半透明的頭皮表面呈現在不透明的大腦表面上。所有的光源和探測器的位置都基於一個的10-20坐標。使用塑料支架在每個源/檢測器對之間保持一致的3厘米通道距離構成記錄通道。
在流行病學研究中，參與者參與了6項任務，評估與產前OP暴露相關的神經行為功能，包括注意、工作記憶、認知靈活性、反應抑制、社會認知和語言理解。我們使用MATLAB 2014b中的Psychtoolbox-3心理物理學工具箱第三版編寫程式碼生成所有任務，並優化了試次順序和時間，使用OptSeq2最大限度地檢測血流動力學響應的變化。任務呈現在一台連接20英寸發光二極體顯示器的MacBook Pro筆記型電腦電腦上完成的。收集的血液動力學活動數據，包括含氧合血紅蛋白(HbO)和去氧血紅蛋白(HbR)，取樣率為3.9063Hz，36個通道在左右半球上分為15個功能定位cluster，包括前額葉皮層的9個cluster，顳區的2個cluster，頂區的4個cluster。為了避免與測試疲勞相關的偏差，我們將6項任務隨機分為2個測試階段(每個測試階段有3項任務，中間有休息)。除了Go/No-Go，這是一種注意力和警惕性的測試，總是在2次測試中第1次結束呈現。
任務包括：
1）Wisconsin卡片分類任務，一種認知靈活性和執行功能的測試，參與者根據未說明的規則(形狀、數字或顏色)匹配卡片；
2) Sternberg工作記憶任務，一種字母回憶工作記憶測試，要求參與者回憶所呈現的字母是否在之前看過的7到8個字母的字元串中；
3) 視空間N-back，一種視空間工作記憶測試，當刺激出現在與前一個試次(1-back)或前兩個試次(2-back)相同的位置時，要求參與者做出反應；
4) Go/No-Go，一項測試注意和反應抑制的測試，當出現除X以外的任何字母時，參與者被要求按下按鈕(即，Go試次)，當X出現時(即No-Go試次)不進行按鍵；
5）金字塔和棕櫚樹，一項語言理解測試，參與者決定兩個單詞中哪個在語義上與刺激詞相關；
6）動態社會手勢任務，一項社會認知的內隱測試，參與者觀看描述社會手勢的影片剪輯(例如，友好的揮手)和非社會手勢(例如，看一本書)。在S1附錄中我們提供了更全面的任務描述。
我們使用廣義線性模型(GLM)方法評估了每個感興趣任務的大腦激活模式，該方法已被很好地用於分析事件相關和blocked的fNIRS設計。每個感興趣的條件的發生和持續時間為預測變數，用來估計每個條件和每個通道的標準化β係數。每個β係數的符號和大小提供了每種條件過程中血氧水平變化的方向(正/負)和強度。估計所有任務和控制條件的β係數。在GLM中納入了所有試驗的數據，除Wisconsin卡片任務外，在該任務中，只納入了正確反應的數據(連續6次，達到標準所需的數量)。
使用功能定位方法來解釋大腦皮層活動對任務的反應變化。這一過程允許參與者在任務反應區域的位置上有微小的個體差異，我們平均了無響應通道，可以降低犯第二類錯誤的風險（假陰性)。我們根據鄰近性和解剖位置對通道進行分組(圖2)，創建了15個cluster。
OP農藥暴露評估：
通過將母親在兒童9歲時自我報告的主要懷孕地址的經緯度坐標與California獨特的PUR((Pesticide Use Reporting)資料庫聯繫起來，量化了環境、產前接觸農藥的情況。PUR資料庫由California農藥監管部門編製，包含地理編碼位置(以平方英里為單位)和日期戳記錄，記錄了該州每一種商業農業農藥應用中使用的有效成分的數量，可追溯到1990年。我們利用方向數據估算了妊娠地址1公里緩衝距離內農用OP（有機磷農藥）（農藥使用量(公斤)，並根據順風停留時間對農藥使用量進行加權。我們選擇了一個1公里的緩衝距離進行分析，因為它最好地捕捉了空間尺度，與室內灰塵樣本中已測得的農業殺蟲劑濃度最密切相關。我們將PUR數據異常值替換為異常高的施用量(高於平均施用量的>2 SD)，這可能是數據輸入錯誤。我們調查了5種最常見的OP農藥(乙醯甲酯、毒死蜱、重氮農、馬拉硫磷、羥甲基苯乙酮)的接觸情況，以及該地區使用的OP農藥總量(15種)。注意，因為CHAM2的參與者直到9歲時才加入CHAMACOS研究，所以我們沒有他們接觸殺蟲劑的產前生物標記物，比如尿中的DAPs。
協變數的數據收集：
我們從登記開始到兒童14歲之間的所有訪問中獲得了社會人口數據。我們採用家庭觀察來測量環境簡表(HOME-SF)(45)，以評估孩子10.5歲時的家庭學習環境。
此外，就在fNIRS測試之前，青少年完成了一項簡短的、自我管理的調查報告，內容涉及他們的利手和其他可能影響他們表現的因素。這包括最近攝入的尼古丁、酒精、大麻、藥物和咖啡因；測試前一晚的睡眠品質；那天早上他們有沒有吃東西；以及他們自我評估的睏倦程度和精神疲勞程度。
統計分析：
我們使用單樣本t檢驗來確定每個任務在每個定位cluster中是否存在顯著的腦激活(HbO升高和HbR降低)。雖然我們在隨後的所有分析中都使用了HbO，但是基於HbO和HbR的定位確保了我們獲得有效的激活，並充分利用了fNIRS數據。對比條件包括對Sternberg工作記憶任務的保持/編碼與回憶；金字塔和棕櫚樹任務的語義與控制條件；Wisconsin卡片分類測試的卡片分類與控制；Go/No-Go任務中的No-Go與Go；N-back中2-back、1-back與control進行參數分析；在動態社會手勢任務中，社會手勢與非社會手勢。構建線性回歸模型來估計log10轉換後的OP農藥暴露與大腦活動的相關(β和95%CI)；β係數表示暴露每增加10倍，反應任務與控制任務大腦活動的變化。在這項n = 95的初步研究中，主要檢查了沒有多重比較矯正的相關。在二階分析中，為了解釋多重比較，我們使用Benjamini-Hochberg FDR對I型錯誤進行控制<0.05。由於線性在大多數關聯中都是合理的，所以我們給出了線性回歸模型的結果。
在多變數回歸模型中預先選擇協變數。我們根據評估時的兒童年齡(連續變數)、兒童性別、分娩時的母親年齡(連續變數)、分娩時的母親教育程度(<6年級、7年級到12年級、高中畢業)以及10.5歲訪問時的家庭環境品質(連續HOME得分，在我們的樣本中使用z分數標準化)進行了調整。我們使用早期時間點的數據來替換丟失的協變數數據。
除了在fNIRS上估計OPs（有機磷農藥暴露）與大腦活動的關係，我們還檢查了OPs與任務表現的關係，包括錯誤、準確性和反應時間。我們還通過對每項任務的中值表現進行二分，並對中值以上和中值以下表現的人員進行OP-fNIRS關聯估計，來考察總體OPs和大腦激活關聯。我們沒有研究動態社交手勢的任務表現。這個任務的表現方面(當螢幕上出現一個紅點時按下按鈕)是為了確保參與者正在關注這個任務，這樣我們就可以記錄他們對社交和非社交手勢的神經反應；因此，表現的準確性並沒有反映社會認知。
在多元線性回歸模型中加入OP暴露與性別之間的交互項，並計算性別特異性效應估計值，來檢驗按性別進行的效應修正。進行了以下敏感性分析，以檢驗研究結果對以下調整的穩定性：
1)僅限於右利手個體(n= 6左利手)；
2)僅限在過去24小時內無物質使用報告(酒精或大麻)(n= 8報告有使用)；
3)僅限於母親在懷孕期間沒有搬家的個體(n = 9在懷孕期間搬家)；
4)調整家庭貧困水平。
結果
表2顯示了參與fNIRS數據收集的n= 95名參與者與沒有參與的參與者(n = 214)的社會人口數據。與那些沒有參與fNIRS的個體類似，大多數fNIRS參與者的母親沒有高中畢業(70.5%)，家庭處於或低於貧困線(74.7%)。與非參與者(24.7%)相比，fNIRS參與者更有可能是由年齡較大的母親所生(分娩時年齡在30歲以上的佔46.3%)。絕大多數的fNIRS參與者為右利手(93.7%)，在他們的fNIRS前24小時內沒有報告飲酒或吸食大麻(91.6%)。
表2 95名參與fNIRS的被試的人口學特徵
我們在表3中以孕婦居住半徑1公里以內的OP殺蟲劑份量的調整為例，提出了對OP殺蟲劑接觸量的估計。Diazinon的使用明顯高於其他任何單獨的OPs，其次是malathion。這些農藥之間的斯皮爾曼相關係數從中等到高(0.19到0.84)(表3)。
表3 2009年，加州薩利納斯山谷(SalinasValley)的CHAM2研究採用近紅外光譜(fNIRS)數據，在加州殺蟲劑使用報告項目(n = 95名參與者)中，孕婦在懷孕期間在母親住所方圓1公里內使用OP殺蟲劑
OPs和fNIRs激活：
我們對錶4和表5中的6項任務呈現了OP農藥總暴露量與大腦活動測量值之間的關係。我們發現在Wisconsin卡片分類測驗中，懷孕期間母親住所的半徑為1公里內總有機磷農藥使用每上升10倍，雙側前額皮層的額下極的大腦活動減少(定位cluster1和9)(表4和圖1)。在Wisconsin卡片分類測試中，額葉、顳葉和頂葉的其他區域的雙側激活也略低。我們在視空間工作記憶N-back任務中在額區和前額皮層的額下極發現類似的、但弱得多的降低(見表4和補充圖3，其還對Sternberg 工作記憶任務的訊號進行了一些額外的分析，如濾波和小波變換及最近很火的小波相干，以說明其數據處理效果是很好的，這部分方法的具體操作詳見第六屆fNIRS數據處理，直接點擊即可瀏覽)。
與Wisconsin和N-back任務的結果相反的是，我們發現Sternberg工作記憶任務中激活增強，在左側頂上回和右後側的顳上/中溝激活顯著更高，在其他3任務(注意/衝動、語言理解和社會認知)中，我們沒有發現OP殺蟲劑與大腦活動的強烈的或一致的相關(表5)。採用FDR矯正後的多重比較結果沒有統計顯著的的相關。
表4 在懷孕期間，孕婦居住地總有機磷農藥的使用增加和fNIRS的大腦激活，任務是認知靈活性和工作記憶
補充圖3Sternberg 工作記憶任務HbO和HbR的濾波前和濾波後的效果。
A. 未濾波的HbO和HbR數據中的心跳和呼吸的高頻噪音清晰可見。也可以看到明顯的低頻飄移。
B. 對未濾波的HbO訊號進行小波變換，突出了1HZ附近的功率，對應於心率。用紅框標出來了。
C. 帶通濾波消除了fNIRS訊號中的生理偽跡。
D. 心理偽跡的去除在小波分解圖中也很明顯，其中約1Hz頻率的所有功率都被去除。
圖1參與2009年CaliforniaSalinas山谷CHAM2中n=95個被試在Wisconsin卡片分類測試中，總OPs與大腦激活(減少的激活)有顯著的關聯(未做FDR矯正P<0.05)的區域。
表5注意衝動控制任務，語義語言和社會認知任務中，農藥使用和fNIRS的關係
我們發現，在採用fNIRS執行的任務中，產前總OP的使用和任務表現(如準確性、錯誤和反應時間)之間沒有相關。一個例外是Sternberg字母回憶工作記憶，我們觀察到更高的總OP產前使用與稍長的反應時間顯著相關。當我們根據任務表現對OP-fNIRS關聯進行分層時，我們只觀察到了Wisconsin卡片分類測試的差異。如表6所示，我們發現相較於低成績者，OP-fNIRS的相關在高成績者中(更少的總錯誤和持續性錯誤)更強。例如，對於左側額下極，產前OP使用每增加10倍，高成績者的大腦活動降低了10.84，而低表現者只減少1.35(表6和補充圖1和圖4)。多重比較矯正後這些估計仍統計顯著(FDR矯正的p<0.05)。對於其他任何fNIRS任務，我們都沒有發現OP-fNIRS關聯在不同成績群體上存在強或一致的差異模式。
表6 Wisconsin卡片測試過程中fNIRS的腦區激活情況
補充圖1 在Wisconsin 卡片分類中，OP暴露與fNIRS激活之間的關係的可視化表示，按照總錯誤的中位數二分法分為高表現和低表現。
補充圖4 Wisconsin 卡片分類中，根據行為表現分為第一個四分位數人的腦區激活情況和第三個四分位數的腦區激活情況，也就是高低組的情況
性別差異：
當我們根據性別將OP使用與fNIRS相關分層時，我們發現在金字塔和棕櫚樹（語義）任務中最強的性別差異（表7）。在幾乎所有的15個腦區cluster中，OP總使用量與男性激活增強和女性激活降低有關(15個cluster中7個P<0.05)，但Go/No-Go和動態社交手勢任務中無顯著性別差異。
表7 金字塔和棕櫚樹任務與fNIRS激活腦區關係的性別差異
敏感性分析：
當我們將樣本限制在右利手個體時，那些在過去24小時內沒有使用過藥物的人、或者母親在懷孕期間沒有搬家的人身上時，我們沒有發現OP使用總量和fNIRS之間的相關有任何實質性的差異。當我們根據家庭貧困水平調整模型時，估計值也沒有變化。
討論：
先前大多數關於產前OP殺蟲劑暴露與神經發育相關的流行病學證據都來自於對父母、老師或個人進行神經心理測試或行為評定量表的研究。雖然這些評估對於確定殺蟲劑對認知和行為功能的影響至關重要，但它們提供的有關這些接觸所針對的大腦結構或神經功能的資訊有限。在目前的研究中，我們邁出了第一步，通過fNIRS(一種方便且經濟有效的神經成像技術)測量產前OP殺蟲劑暴露對大腦激活的影響。
在這項對95名參與者的初步研究中，我們發現了幾個值得注意的關聯。最顯著的發現是，產前OP暴露與執行功能任務(包括認知靈活性和工作記憶)中大腦激活模式的改變有關。我們還發現，在語言理解任務中，產前OP和大腦激活之間的關係存在著強的性別差異。然而，在注意/反應抑制或社會認知任務中，我們沒有觀察到任何一致的產前OPs與大腦激活關係。
只有一項發表的研究使用MRI檢測了40名6-12歲兒童產前接觸殺蟲劑對大腦結構的影響。該研究顯示，暴露於OP毒死蜱與額葉、顳葉和頂葉皮質厚度減少有關(表1,看文章開頭)。此外，有兩項研究檢查了兒童功能神經成像與其他早期生活環境暴露的關係。在Cincinnati的一項研究發現，42名年輕人的兒童血鉛水平較高，在進行語言任務時，與語義語言相關的左半球區域(左額回和左顳中回)的fMRI激活減少有關，以及右半球（威爾尼克區）的激活增加有關。一項研究12名Faroe群島出生的青春期男孩顯示，相對於產前暴露於較低的甲基汞和多氯聯苯青少年，暴露更高的青少年，在需要視覺處理的(光刺激)和手動汽車運動(手指敲擊)任務中大腦活動更大的。越來越多的神經影像學研究通過識別先前觀察到的與認知和行為功能相關的神經基礎，補充了環境暴露和神經發育的研究。這些神經影像學研究也可能發現暴露誘發的對神經結構和功能的微妙影響，而傳統的神經心理學研究由於代償機制和大腦可塑性而忽略了這些影響。
在執行功能測試中，與產前農藥暴露相關的大腦活動有增加也有減少。在認知靈活性測試(Wisconsin卡片分類測試)和視覺空間工作記憶(N-back)中，我們觀察到一種負相關（如相對降低的激活）存在於OP暴露與額下極之間的關係中。在字母回憶工作記憶(Sternberg)測試中，我們也觀察到一個與更高OP暴露的正相關（如強的激活)，當然這些結果是在不同的腦區，主要位於左側頂葉和右側顳頂葉區。這些相關的方向不一致，除了出現在大腦的不同區域，還可以用這些任務的不同認知需求來解釋。例如，隨著暴露增加，激活增強可能意味著神經資源的消耗增加，從而有效地滿足簡單的工作記憶任務(Sternberg)的需求，正如存在beta-澱粉樣沉積物的老年人那樣。另一方面，活動減少可能表明暴露在環境中改變了整體的神經反應，包括區域或網路對任務的典型反應的能力，特別是對複雜任務的典型反應(例如，Wisconsin卡片分類測驗)。類似的結果也在之前用fMRI評估的認知受損的神經遺傳組中有所發現。
我們之前報道過工作記憶與妊娠期尿中DAP代謝物測定的非特異性OPs之間的關係，其中DAP增加10倍與7歲兒童韋氏智力量表(WISC-IV)下降有關。這與哥倫比亞兒童環境健康中心發現的脊髓血毒死蜱(一種OP殺蟲劑)與較差的工作記憶有關。與我們目前的研究結果更相關的是，我們還發現在懷孕期間母親住所半徑1公里內OP使用(預計使用殺蟲劑的使用報告(PUR)數據)與CHAMACOS中10歲的WISC-IV工作記憶差有關(工作記憶成績下降了2.8點。
與我們之前的OPs-工作記憶研究結果相反，我們沒有發現產前OP使用與fNIRs中任何工作記憶或執行功能任務的表現(如錯誤、準確性和反應時間)之間存在關聯，這可能是由於我們的樣本量小。值得注意的是，雖然沒有足夠的敏感度來檢測OPs與任務表現之間的關聯，但我們確實觀察到了與大腦活動之間的關聯。這強調了神經成像檢測農藥對大腦的細微影響的潛力。
我們發現，在語義語言任務(金字塔和棕櫚樹)中，產前OPs和大腦活動之間的關係存在強的性別差異；在幾乎所有被評估的大腦區域中，OP暴露的增加與男性的高激活度和女性的低激活度有關。我們之前報道過產前尿OP代謝物與CHAMACOS中7歲以下兒童的WISC-IV言語理解分數的關係；對於懷孕期間產婦住所半徑1公里內的PUR OP使用的相關類似。然而，我們沒有報告這些關係中的任何性別差異，Columbia的研究中也沒有報告。先前的研究表明，當參與語言處理任務時，大腦激活存在性別差異。。然而，並沒有一個先驗的理由認為，在語義語言任務中，OPs與大腦活動的聯繫會因兒童性別的不同而有所不同。因此，這些發現應謹慎解釋，並在更大的研究樣本中重複。
我們在注意/反應抑制(Go/No-Go任務)和社會認知(動態社會手勢任務)任務中沒有發現產前OP接觸與大腦活動改變間的任何強的或一致的相關，儘管我們先前的調查結果發現，CHAMACOS中更高的產前DAPs（二烷基磷酸酯）與差的注意和社會認知(包括與孤獨症譜系障礙相關的特質)有關(12 – 14)。與DAPs不一致，但可能更符合當前的發現，我們報告了PUR(Pesticide Use Reporting)估計的OPs與社會認知無關。這可能是由於不同的暴露途徑造成的(DAPs主要來自飲食，而PUR估計值代表環境暴露)。此外，由於PUR估計的OP暴露不考慮可能通過飲食、農業工作或家庭殺蟲劑使用而發生的暴露，這種測量方法可能低估了暴露或導致暴露測量錯誤，從而削弱了結果，降低了我們發現OPs與大腦激活之間關係的能力。儘管如此，PUR估計的接觸量與環境殺蟲劑濃度密切相關，並與CHAMACOS中7歲時的智商有關。
我們的研究還有其他值得注意的局限性。
首先，fNIRs測量皮質表面的活動，因此無法檢測子皮層、皮質下腦深部區域的血流動力學變化，而OP暴露可能會對這些區域產生影響。
其次，我們的樣本量雖然對於神經成像研究來說比較大，該類研究中常測量特定障礙組和控制組的腦激活，但對於環境毒物暴露的影響的研究來說，樣本量並不大。這可能限制了我們精確發現OP相關的能力。
第三，我們採用了一種相當粗糙的方法來控制我們的OPs-腦激活結果中的測試性能。在我們的多變數模型中，對表現進行調整是不合適的，因為表現可能受到OP暴露和大腦激活的影響，而對暴露和結果的共同影響進行調節，可能會導致效果估計的偏差。同樣的問題也可能出現在我們的分層分析中(高與低表現者)，這降低了我們估計的精度。因此我們需謹慎解釋這些結果（溫馨提示：寫文章的時候一定要注意），當探討暴露與大腦活動的關係時，也要繼續探索適當的方法來解釋測試表現。
最後，由於有大量的任務(6)、腦區定位cluster(15)和OP暴露測量(6，包括總OPs)，以及許多其他比較，所以在解釋這些數據時，多重檢驗肯定是一個問題。當我們應用FDR矯正時，我們沒有發現統計上顯著的關聯，這可能是由於我們的樣本量較小，但也因為FDR矯正是一種非常保守的用於矯正多重比較的方法。因此，我們要謹慎地解釋我們的未進行FDR矯正的估計，不是強調這些孤立的發現結果怎麼樣，而是更關注這些發現的關聯的模式是怎樣的。
結論
總之，在這項基於CHAMACOS研究中，我們發現產前OP(有機磷農藥)暴露與執行功能任務中大腦激活模式的改變以及語言理解的性別特異性激活模式有關。這項關於人類產前OP暴露和大腦激活的研究表明，OP可能在神經水平上影響認知功能。我們預計，這項工作將為更廣泛地使用神經成像技術鋪平道路，更具體地說，在評估一系列環境暴露對大腦功能的影響時，fNIRS是一種非常有前景的技術。
原文：
Prenatal exposure to organophosphate pesticides and functional neuroimaging in adolescents living in proximity to pesticide application
SK Sagiv, JL Bruno, JM Baker… – Proceedings of the …, 2019 – National Acad Sciences
