BACKGROUND Studies in rodents provide compelling evidence that microorganisms inhabiting the gut influence neurodevelopment. In particular, experimental manipulations that alter intestinal microbiota impact exploratory and communicative behaviors and cognitive performance. In humans, the first years of life are a dynamic time in gut colonization and brain development, but little is known about the relationship between these two processes. METHODS We tested whether microbial composition at 1 year of age is associated with cognitive outcomes using the Mullen Scales of Early Learning and with global and regional brain volumes using structural magnetic resonance imaging at 1 and 2 years of age. Fecal samples were collected from 89 typically developing 1-year-olds. 16S ribosomal RNA amplicon sequencing was used for identification and relative quantification of bacterial taxa. RESULTS Cluster analysis identified 3 groups of infants defined by their bacterial composition. Mullen scores at 2 years of age differed significantly between clusters. In addition, higher alpha diversity was associated with lower scores on the overall composite score, visual reception scale, and expressive language scale at 2 years of age. Exploratory analyses of neuroimaging data suggest the gut microbiome has minimal effects on regional brain volumes at 1 and 2 years of age. CONCLUSIONS This is the first study to demonstrate associations between the gut microbiota and cognition in human infants. As such, it represents an essential first step in translating animal data into the clinic.

中文翻译：

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与认知发育相关的婴儿肠道微生物组

背景 啮齿动物研究提供了令人信服的证据，证明栖息在肠道的微生物会影响神经发育。特别是，改变肠道微生物群的实验操作会影响探索和交流行为以及认知表现。在人类中，生命的最初几年是肠道定植和大脑发育的动态时期，但对这两个过程之间的关系知之甚少。方法我们使用马伦早期学习量表测试了 1 岁时的微生物组成是否与认知结果相关，并使用 1 岁和 2 岁时的结构磁共振成像测试了全球和区域脑容量。粪便样本收集自 89 名典型发育的 1 岁儿童。16S 核糖体 RNA 扩增子测序用于细菌分类群的鉴定和相对定量。结果 聚类分析确定了由细菌组成定义的 3 组婴儿。2 岁时的 Mullen 分数在集群之间存在显着差异。此外，较高的 alpha 多样性与 2 岁时的总体综合得分、视觉接收量表和表达语言量表的得分较低有关。对神经影像数据的探索性分析表明，肠道微生物组对 1 岁和 2 岁儿童的局部脑容量影响很小。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。结果 聚类分析确定了由细菌组成定义的 3 组婴儿。2 岁时的 Mullen 分数在集群之间存在显着差异。此外，较高的 alpha 多样性与 2 岁时的总体综合得分、视觉接收量表和表达语言量表的得分较低有关。对神经影像数据的探索性分析表明，肠道微生物组对 1 岁和 2 岁儿童的局部脑容量影响很小。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。结果 聚类分析确定了由细菌组成定义的 3 组婴儿。2 岁时的 Mullen 分数在集群之间存在显着差异。此外，较高的 alpha 多样性与 2 岁时的总体综合得分、视觉接收量表和表达语言量表的得分较低有关。对神经影像数据的探索性分析表明，肠道微生物组对 1 岁和 2 岁儿童的局部脑容量影响很小。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。较高的 alpha 多样性与 2 岁时的总体综合评分、视觉接收量表和表达语言量表的较低分数相关。对神经影像数据的探索性分析表明，肠道微生物组对 1 岁和 2 岁儿童的局部脑容量影响很小。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。较高的 alpha 多样性与 2 岁时的总体综合评分、视觉接收量表和表达语言量表的较低分数相关。对神经影像数据的探索性分析表明，肠道微生物组对 1 岁和 2 岁儿童的局部脑容量影响很小。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。结论 这是第一项证明肠道微生物群与人类婴儿认知之间关联的研究。因此，它代表了将动物数据转化为临床的重要第一步。