Urban air pollution and neurobehavioral trajectories in the ABCD study

ABCD 研究中的城市空气污染和神经行为轨迹

基本信息

  • 批准号:
    10256619
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 63.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-09 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Fine particulate matter (aerodynamic diameter<2.5 μm; PM2.5) is a novel and ubiquitous environmental neurotoxin affecting neurobehavioral development of millions of American children living in urban areas. However, our review points to several major methodological limitations and critical knowledge gaps in the extant literature, including: 1) the lack of studies with longitudinal brain and behavior assessments; 2) relatively small samples from localized geographical areas; 3) little to no information on long-term cumulative and/or differential timing of exposure across development; and 4) remaining questions regarding the neurotoxicity of PM2.5 exposure on critical neurobehavioral processes that continue to mature across adolescence. Although animal neurotoxicology studies have highlighted the importance of sex, there is only limited epidemiologic evidence for sex difference in PM2.5 neurotoxicity in children. Moreover, brain development is also shaped by family- and community-level social factors, but whether and how air pollution neurotoxicity interacts with the social context remains unclear. This application will leverage the nationwide longitudinal Development (ABCD) study of 9- and 10-year-olds (N=11,873) Adolescent Brain Cognitive to examine prenatal and childhood air pollution exposure effects on neurobehavioral development in boys and girls across 21 U.S. cities. ABCD outcome measures are anchored on the transition to early adolescence because neuromaturation continues from childhood through early adulthood, making such developmental transition periods potentially more vulnerable to environmental insults. Our primary exposure of interest is PM2.5, but advances in well-validated spatiotemporal modeling tools will also allow us to explore neurotoxicity of PM composition and other gaseous pollutants (i.e. NO2, O3). Given the reconstructed exposure histories from gestation to childhood to early-adolescence, we will: (a) determine long-term cumulative exposure effects; and (b) examine differential exposure effects across sensitive time windows to better define PM2.5 neurotoxicity on executive functioning (EF) and emotional behaviors from ages 9 to 12 years-old (Aim 1); and also understand how the resulting neurotoxicity influences structural and functional brain development, including brain morphology, white matter microstructure, brain activity at rest and during EF and emotion-focused tasks, and functional connectivity of large-scale networks (Aim 2). In Aim 3, we will evaluate if children are more susceptible to PM2.5 effects based on: a) sex and SES; and b) family- and neighborhood-level contextual risk and protective factors. This application will advance our understanding of air pollution neurotoxicity on adolescent brains, as well as how exposure effects may vary across sensitive time windows of development and/or differ by individual susceptibility. The resulting new knowledge will contribute to sciences-based air pollution regulations to protect public health, but also inform the development of preventions and interventions targeting sensitive time-windows and vulnerable populations.
项目概要 细颗粒物(空气动力学直径<2.5μm;PM2.5)是一种新颖且普遍存在的环境污染物 神经毒素影响数百万生活在城市地区的美国儿童的神经行为发育。 然而,我们的评论指出了现有的几个主要方法学局限性和关键知识差距 文献,包括:1)缺乏纵向大脑和行为评估的研究;2)相对较少。 来自局部地理区域的样本;3)关于长期累积和/或差异的信息很少或没有 整个发育过程中的暴露时间;以及 4) 有关 PM2.5 神经毒性的剩余问题 尽管是动物,但暴露于在青春期继续成熟的关键神经行为过程。 神经毒理学研究强调了性的重要性,但流行病学证据有限 PM2.5 儿童神经毒性的性别差异 此外,大脑发育也受到家庭和家庭的影响。 社区层面的社会因素,但空气污染神经毒性是否以及如何与社会背景相互作用 目前尚不清楚该应用程序将利用全国纵向。 9 岁和 10 岁儿童的发展 (ABCD) 研究 (N=11,873) 青少年大脑认知 检查产前和儿童空气污染 暴露对美国 21 个城市男孩和女孩神经行为发育的影响 ABCD 结果。 措施以向青春期早期的过渡为基础,因为神经成熟从 儿童期到成年早期,使得这种发育过渡期可能更容易受到影响 我们主要关注的是 PM2.5,但在经过充分验证的时空方面取得了进展。 建模工具还将使我们能够探索 PM 成分和其他气态污染物(即 NO2、O3)。鉴于重建的从妊娠期到儿童期到青春期早期的暴露历史,我们将: (a) 确定长期累积暴露影响;以及 (b) 检查不同暴露影响的差异 敏感的时间窗口,以更好地定义 PM2.5 对执行功能 (EF) 和情绪的神经毒性 9 至 12 岁儿童的行为(目标 1);并了解由此产生的神经毒性如何影响 大脑结构和功能发育,包括大脑形态、白质微观结构、大脑 休息时和 EF 期间的活动以及以情绪为中心的任务,以及大规模网络的功能连接 (目标 2) 在目标 3 中,我们将根据以下因素评估儿童是否更容易受到 PM2.5 的影响: a) 性别和 SES; b) 家庭和社区层面的背景风险和保护因素 该应用程序将推进我们的工作。 了解空气污染对青少年大脑的神经毒性,以及暴露影响如何变化 跨越敏感的发展时间窗口和/或因个体易感性而异。 这些知识将有助于制定基于科学的空气污染法规,以保护公众健康,同时也为人们提供信息 针对敏感时间窗口和弱势群体制定预防和干预措施。

项目成果

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