Children and adolescents in full-time special education : an epidemiological and magnetic resonance imaging study

The need for special education (SE) is increasing. The majority of those whose problems are due to neurodevelopmental disorders have no specific aetiology. The aim of this study was to evaluate the contribution of prenatal and perinatal factors and factors associated with growth and development to later need for full-time SE and to assess joint structural and volumetric brain alterations among subjects with unexplained, familial need for SE. A random sample of 900 subjects in full-time SE allocated into three levels of neurodevelopmental problems and 301 controls in mainstream education (ME) provided data on socioeconomic factors, pregnancy, delivery, growth, and development. Of those, 119 subjects belonging to a sibling-pair in full-time SE with unexplained aetiology and 43 controls in ME underwent brain magnetic resonance imaging (MRI). Analyses of structural brain alterations and midsagittal area and diameter measurements were made. Voxel-based morphometry (VBM) analysis provided detailed information on regional grey matter, white matter, and cerebrospinal fluid (CSF) volume differences. Father’s age ≥ 40 years, low birth weight, male sex, and lower socio-economic status all increased the probability of SE placement. At age 1 year, one standard deviation score decrease in height raised the probability of SE placement by 40% and in head circumference by 28%. At infancy, the gross motor milestones differentiated the children. From age 18 months, the fine motor milestones and those related to speech and social skills became more important. Brain MRI revealed no specific aetiology for subjects in SE. However, they had more often ≥ 3 abnormal findings in MRIs (thin corpus callosum and enlarged cerebral and cerebellar CSF spaces). In VBM, subjects in full-time SE had smaller global white matter, CSF, and total brain volumes than controls. Compared with controls, subjects with intellectual disabilities had regional volume alterations (greater grey matter volumes in the anterior cingulate cortex bilaterally, smaller grey matter volume in left thalamus and left cerebellar hemisphere, greater white matter volume in the left fronto-parietal region, and smaller white matter volumes bilaterally in the posterior limbs of the internal capsules). In conclusion, the epidemiological studies emphasized several factors that increased the probability of SE placement, useful as a framework for interventional studies. The global and regional brain MRI findings provide an interesting basis for future investigations of learning-related brain structures in young subjects with cognitive impairments or intellectual disabilities of unexplained, familial aetiology.

Erityisopetukseen siirrettyjen lasten määrä on jatkuvasti kasvanut. Noin puolella kehitysvammaisista lapsista kehitysvammaisuuden syy ei ole tiedossa. Lievemmissä oppimisen vaikeuksissa syy jää vielä edellistä useammin epäselväksi. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin perheeseen, syntymään, kasvuun ja kehitykseen liittyvien tekijöiden yhteyttä myöhemmin ilmenevään täysiaikaisen erityisopetuksen tarpeeseen kouluikäisillä lapsilla ja nuorilla. Lisäksi kartoitimme magneettikuvauksen avulla aivojenrakenteiden poikkeavuuksia ja tilavuuksia niillä lapsilla ja nuorilla, joilla oli myös erityisopetuksessa opiskelevia sisaruksia ja joiden oppimishäiriön syy oli jäänyt tuntematomaksi. Osa tutkittavista oli älyllisesti kehitysvammaisia, osalla oli lievempi kokonaiskehityksen viive ja osalla ns. erityisvaikeuksia, eli oppimisvaikeuksia yhdellä tai useammalla kehityksen osa-alueella. Kontrolliryhmän muodostivat yleisopetuksessa opiskelevat lapset. Lapsen syntymähetkellä yli 40-vuotiaiden isien lapsilla oli yli kaksi kertaa suurempi todennäköisyys täysiaikaisen erityisopetuksen tarpeeseen kuin tätä nuorempien isien lapsilla. Muita tekijöitä, jotka liittyivät suurentuneeseen täysiaikaisen erityisopetuksen tarpeeseen olivat poikasukupuoli, matala absoluuttinen (< 2500 g) ja raskauden kestoon suhteutettu syntymäpaino (vähintään 2 keskihajontaa alle keskiarvon) sekä vanhempien matala sosioekonominen asema. Täysiaikaiseen erityisopetukseen siirrettyjen lasten keskipituus ikävuosina 1-7 ja keskipäänympärys 4, 6 ja 12 kk iässä olivat pienempiä kuin kontrolleilla. Kehitysvammaisten lasten imeväisiän karkeamotorinen kehitys oli hitaampaa kuin kontrolleilla. 18 kk iästä alkaen erityisoppilaiden hienomotorinen kehitys ja puheen- sekä sosiaalinen kehitys hidastui verrattuna yleisoppilaisiin. Aivojen magneettikuvissa erityisoppilailla oli kontrolleja useammin vähintään 3 poikkeavaa löydöstä (ohentunut aivokurkiainen, laajentuneita aivoselkäydinnestetiloja isoaivojen ja pikkuaivojen alueella). Kehitysvammaisilla lapsilla esiintyi lisäksi oppimiseen liittyvillä aivoalueilla (mm. pihtipoimu, talamus, pikkuaivot) paikallisia tilavuuseroja verrattuna kontrolleihin. Tämä tutkimus osoitti useita varhaislapsuudessa havaittavia eroja myöhemmin erityisopetukseen siirrettyjen lasten ja yleisopetuksessa opiskelevien lasten välillä. Näitä tekijöitä voidaan käyttää mm. tutkittaessa hoitomuotojen vaikuttavuutta. Aivojen magneettikuvauksissa esiin tulleet rakenteelliset erot toivat lisää tietoa oppimishäriöiden taustasta ja toimivat perustana jatkotutkimuksissa tutkittaessa moderneilla kuvantamismenetelmillä lapsia ja nuoria, joiden perheessa esiintyy taustaltaan avoimeksi jäänyttä oppimisvaikeutta tai kehitysvammaisuutta.