Verlaagde neuronale inhibisie en koördinasie van adolessente prefrontale korteks tydens gemotiveerde gedrag (2011)

Inleiding

Adolessensie is 'n tyd van aanpassing, aangesien die fisiese en psigososiale oorgang tot volwassenheid voltooi word (Arnett, 1999). Dit word ook beskou as 'n tydperk van kwesbaarheid, aangesien dit saamval met die aanvang van simptome vir verskeie belangrike psigiatriese probleme, insluitend gemoedsversteurings, skisofrenie en dwelmmisbruik (Volkmar, 1996; Pine, 2002; Johnston et al., 2008). In onlangse jare het studies in adolessente mense en diermodelle beskryf die ouderdomverwante verskuiwings in sellulêre en molekulêre breinargitektuur en verskille in die farmakologiese effekte van verskillende middels (Spies en Rem, 1983; Spies, 2000; Adriani et al., 2004; Brenhouse et al., 2008; Paus, 2010). Ouderdomverwante gedragsverskille is ook ondersoek en word dikwels gefokus op, hoewel adolessente gedrag geneig is om soortgelyk aan dié van volwassenes in die meeste kontekste te wees, met slegs beskeie veranderinge in besluitnemingskapasiteit vanaf middel-adolessensie na vore (Spies, 2000; Doremus-Fitzwater et al., 2009; Figner et al., 2009; Cauffman et al., 2010). Tog kan adolessente belangrike gebeure anders as volwassenes verwerk. Byvoorbeeld, 'n onlangse studie het groter adolessente as volwasse c-fos proteïen ekspressie in dorsale striatum waargeneem en nukleus toegepas na blootstelling aan 'n beloning-geassosieerde reukFriemel et al. 2010). Verskille in maatreëls van adolessente prefrontale korteks (PFC) neurale aktiwiteit en konnektiwiteit is ook beskryf (Ernst et al., 2006; Galvan et al., 2006; Liston et al., 2006; Geier et al., 2009; Uhlhaas et al., 2009a). Tog is min bekend van die presiese aard van hierdie ouderdomverwante verskille op die neuronale vlak.

Om die dinamiese prosessering van kortikale neurone in adolessente met dié van volwassenes direk te vergelyk, het ons die een-eenheid- en plaaslike veldpotensiaal (LFP) -aktiwiteit van die orbitofrontale korteks (OFC) van rotte aangeteken, aangesien hulle 'n beloningsgerigte gedrag uitgevoer het. Die OVK is geteiken as gevolg van sy sentrale rol in die verwerking van waardeverwagting en vorige bewyse van sy onderontwikkeling in adolessente (Schultz et al., 2000; Galvan et al., 2006; Schoenbaum et al., 2009). Die betrokke gedragstaak wat handel oor 'n aangeleerde aksie-uitkoms vereniging (Sturman et al., 2010), wat 'n fundamentele boublok van komplekse gemotiveerde gedrag is. Die eenvoud van hierdie taak het toegelaat dat gedragsmaatreëls baie ooreenstem tussen groepe. Ons kan dus die hipotese toets dat selfs met soortgelyke taakprestasie die adolessente OFC kodende taakverwante inligting anders as volwassenes koder. Om sulke fundamentele neurale aktiwiteitsverskille te identifiseer - en dit op neuronale vlak te doen - is noodsaaklik om ontwikkelingsprosesse te identifiseer wat verband hou met die toenemende neuropsigiatriese risiko's van adolessensie en vir die toekomstige ontwerp van intervensiestrategieë om sulke probleme te voorkom en te behandel.

Materiale en metodes

Gedrag

Volwasse en adolessente rotte is getoets in 'n operantkasapparaat (Coulbourn Instruments, Allentown, PA) wat 'n huislig bevat, 'n peltydskrif wat voedselpellets (versterkte dekstrose, 45 mg, Bio-serv, Frenchtown, NJ) in 'n kosbak, en drie neuspote-gate horisontaal op die muur oorkant die kosbak. Na 5-6 dae van chirurgiese herstel, was diere mildelik beperk tot voedsel, het hulle gewoond geraak aan die gedragstoetsapparaat en begin opleiding oor die gedragstaak wat voorheen gekenmerk is (Sturman et al., 2010). Kortliks het rotte geleer om in 'n verligte middelpunt-neuspaal vir voedselpille versterking te poog. Proewe het begin met die aanvang van 'n keurlicht in die middel van die neuspot. Toe die rot in die gat ingedruk het, het die lig dadelik afgeskakel en 'n enkele korrel is by die kosbak gelaai, wat toe verlig is. Pook in die kosbak om die korrel te ontvang, het die kos deur die lig afgeskakel en 'n inter-proefinterval van 5-intervalle veroorsaak (Figuur 1a). Elke sessie is beëindig ná 100-proewe of die verloop van 30 min. Vorige werk het getoon dat hierdie taak vinnig deur beide adolessente en volwassenes geleer kan word, met die verwagte maksimum prestasie op die derde dag van opleiding (Sturman et al., 2010). Belangrikste taak-prestasiemaatreëls sluit in die aantal totale proewe wat gedurende elke sessie voltooi is, die latensie van die cue tot die instrumentale punt, en die latensie van instrumentale pok na voedselopname (pelletherwinning). Ouderdom × sessie herhaalde-maatreëls ANOVA's is uitgevoer op alle uitkomsmaatreëls in SPSS (alfa = 0.05). In alle gevalle waar die aanname van sferisiteit geskend is, is die laer gebinde regstellings gebruik vir 'n maksimum konserwatiewe grade-of-freedom aanpassing.

Figuur 1

Elektrode-posisies, taakparadigma en gedragsverrigting. A) Adolessente en volwasse rotte is opgelei op 'n eenvoudige instrumentele leerparadigma waarin hulle 'n neuspook (instrumentele respons) in 'n liggat-gat met die daaropvolgende ...

Elektrofisiologie Analise

Elektrofisiologiese data is ontleed met pasgemaakte skrifte, uitgevoer in Matlab (Mathworks, Natick, MA), saam met die Chronux toolbox (Chronux.org) vir LFP ontledings en vuurkoers veranderlikheidsfunksies wat grappig beskikbaar gestel word deur Churchland en kollegas (http://www.stanford.edu/∼shenoy/GroupCodePacks.htm) (Churchland et al., 2010). In die algemeen was neurale aktiwiteit tydsbeperk vir spesifieke taakgebeure: proef-aanvangsinstrument, instrumentale neuspoot-reaksie, en voedselopname. Rou LFP-spore was tydsgesluit vir hierdie taakgebeure, en proewe met die uitknipsel van artefakte is uitgesluit voor die gemiddelde. Byvoorbeeld, enkel-verhoor adolessente en volwasse rou LFP spanningspore gedurende die tydperk rondom versterking word voorgestel (Aanvullende figuur 1). Die proefgemiddelde kragspektrum van elke proefpersoon binne die sekondes rondom elke taakgebeurtenis is deur FFT bereken. Dit is gedoen met behulp van 13 toonaangewende tapers, 'n tydbandbreedteproduk van 7 en 'n 1 s wat oor die bewegende venster strek (in stappe van 250 ms). Hierdie parameters, in vergelyking met ander wat ons ondersoek het, het 'n frekwensie-resolusie van ongeveer 2 Hz moontlik gemaak, wat meestal vir elke frekwensie-houers vir elke interessante band moontlik gemaak het. 'N Multitaper-benadering is gebruik omdat dit die skatting van die spektrogram verbeter wanneer daar met oneindige tydreeksdata gegaan word (Mitra en Pesaran, 1999), hoewel die gebruik van 1-, 3- en 9-tapers gelei het tot baie soortgelyke spektrogramme. Elke frekwensiebak (ry) in die kragspektrum was Z-telling genormaliseer tot die gemiddelde spektrale drywing gedurende die basislynperiode ('n 2-venster wat 3 s begin voor die cue). Genormaliseerde kragspektra is gemiddeld vir adolessente en volwassenes.

Histogramme vir tydsverlengingstyd is vir elke eenheid in vensters rondom taakgebeurtenisse vervaardig. Die dwarsproefgemiddelde skietkoers van elke eenheid is Z-telling genormaliseer tot die van sy basislynperiode. Eenhede is gekategoriseer as "geaktiveer" of "geïnhibeer" binne vensters van belang, gebaseer op die vraag of hul gemiddelde genormaliseerde aktiwiteit drie opeenvolgende 50 ms blikke bevat met onderskeidelik Z ≥ 2 of Z ≤ -2. Hierdie kriteria is bekragtig met behulp van 'n nie-parametriese bootstrap-analise op die basislynperiode van elke eenheid. Vir elke eenheid is die basisvenster ewekansig gemonster en 10,000 2 keer vervang. Die verhouding 2-s vensters waarvan die hersampliseerde aktiwiteit beduidende kriteria bereik het, is 'n maatstaf van die verwagte vals-positiewe koers vir daardie eenheid gedurende enige 0.0034-s-venster. Dit het gelei tot 'n algehele verwagte vals-positiewe koers van alfa = 0.0038 vir alle adolessente eenhede en alfa = 500 vir alle volwasse eenhede. Hierdie lae alfas dui aan dat vals kategorisering van eenhede selde genoeg sou wees om statistiese vergelykings van kategorieverhoudings tussen adolessente en volwassenes nie onnodig te beïnvloed nie. Om die tydsverloop van eenheidsresponse te vergelyk, is die kategoriseringsanalise uitgevoer met 'n bewegende venster rondom taakgebeurtenisse (grootte van skuifvenster 250 ms in stappe van 1 ms). Vir tydvensters van besondere belang vir ouderdomsverwante statistiese vergelykings (bv. In die XNUMX s na die aanduiding), is Chi-kwadraat-analises uitgevoer wat die aantal volwassenes en adolessente geaktiveerde, geïnhibeerde en nie-beduidende eenhede insluit. Beduidende Chi-kwadraat-toetse is gevolg deur post-hoc-vergelykings van verhoudings vir elke kategorie (bv. Geïnhibeerde eenhede tussen adolessente en volwassenes) met 'n Z-toets vir twee verhoudings (Tabel 1). Vorige werk met hierdie gedragsparadigma het getoon dat beide adolessente en volwassenes die instrumentele respons op 'n stabiele maksimum deur sessie 3 (Sturman et al., 2010). Daarom word elektrofisiologiese ontledings aangebied vir sessies 3-6, tensy anders vermeld, waarna die aksie-uitkomsassosiasie deur albei groepe goed geleer word. Hier en elders is die nulhipotese verwerp toe p <0.05.

Tabel 1

Vergelyking van adolessente en volwasse eenheidsaktiwiteit in geselekteerde vensters, toeganklik vir taakgebeure. Vensters van belang is tydsgesluit by die cue, instrumental poke (Poke) of toegang tot die kosbak (FT). Die verhouding van adolessente (Adol) en volwasse ...

Ontledings van skietkoersveranderlikheid is bereken as Fano faktore (spike count variance / mean) deur 'n 80 ms bewegende venster in 50 ms stappe te gebruik. Vir elke eenheid is die spyk-telling afwyking en gemiddelde spyktelling bereken op elke tydspunt. Die helling van die regressie met betrekking tot variansie en gemiddelde vir alle eenhede is vasgestel by elke vensterstap, wat 'n Fano faktor tydskursus rondom taakgebeure bied. Om te ondersoek of die waargenome veranderinge in Fano-faktor oor tyd (en ouderdomverwante Fano-faktor verskille) weens veranderinge in gemiddelde vuurkoers eerder as afwyking was, het ons 'n gemiddelde ooreenstemmende tegniek wat deur Kerkland en medewerkers bedink is, uitgevoer (Churchland et al., 2010). In die eerste analise het ons gemeenskappe vir adolessente en volwasse eenhede afsonderlik uitgevoer. Hierdie tegniek het elke keer die gemiddelde vuurkoersverspreidingskonstante gehou deur ewekansig en herhaaldelik wegdoen van eenhede. Fano faktor skattings vir elke tyd punt was gebaseer op die gemiddelde van 10 iterasies van hierdie proses. Hierdie prosedure is bekragtig as 'n effektiewe benadering om artefakte te voorkom as gevolg van afwisselende veranderinge (Churchland et al., 2010). Daarbenewens is 'n afsonderlike gemiddelde ooreenstemmende analise uitgevoer, waarin die grootste algemene gemiddelde skiethistogram beide oor tyd in 'n ouderdomsgroep (soos hierbo) en ook tussen ouderdomsgroepe gebruik is. Die waarneming van soortgelyke ruwe en gematigde Fano-faktore sal bevestig dat die tydkursusse en ouderdomverwante verskille in Fano-faktor spek-tydsveranderlikheid weerspieël en nie bloot artefakte van verskille in gemiddelde vuurkoers was nie. Adolessente en volwasse Fano faktore is statisties vergelyk met behulp van rangsommertoetse in Matlab.

Results

Plaaslike veldpotensiale

Elektrofisiologiese opname van LFP's, 'n mate wat gedink word om die aktiwiteit van streeks afferente te weerspieël, het ietwat soortgelyke patrone vir adolessente en volwassenes deur baie van die taak geopenbaar, met noemenswaardige verskille in spektrale krag onmiddellik na voedsel deur intrekking om versterking te ontvang (Figuur 2a). Op daardie stadium het volwassenes groter alfa (8-12 Hz) en beta (13-30 Hz) krag vertoon. Theta (4-7 Hz) en lae gamma (31-75 Hz) krag was soortgelyk tussen groepe, terwyl adolessente groter hoë gamma (76-100 Hz) krag gehad het as volwassenes (Figuur 2b).

Figuur 2

Adolessente en volwasse OFC LFP's tydens sessies 3-6. A) LFP-kragspektra vir adolessente en volwassenes in vensters rondom sleuteltaakgebeure is genormaliseer na die basislynperiode (3 tot 1 tweede voor die aanvang) vir elke frekwensie. Die tydsverloop van genormaliseer ...

Fano Factor Analysis

Ouderdomsverwante verskille is waargeneem in die wisselkoersveranderlikheid wat verband hou met spesifieke taakgebeure. Die Fano faktor, wat is die helling van die verhouding tussen spike-telling afwyking en spike-telling gemiddelde (Churchland et al. 2010), is bereken om die veranderlikheid van spike-tydsberekening oor proewe te ondersoek (Figuur 3). Adolessente (8 rotte 265 eenhede) het aansienlik groter Fano-faktore gehad as volwassenes (4 rotte 184 eenhede) tydens sessies 3-6 (vergelykings uitgevoer met rangsomtoetse) gedurende die 2 s basislynperiode Z = 6.90, p <0.01, in 'n 1-sek-venster onmiddellik na die proefneming-aanwysing Z = 5.48, p <0.01, in 'n 1 s-venster gesentreer rondom die instrumentele reaksie Z = 3.12, p <0.01, en in die een sekonde wat lei tot versterkingsherwinning Z = 3.77 , p <0.01 (Figuur 3). Aangesien Fano faktor berekenings afhanklik is van venster grootte en trap, het ons hierdie parameters in die tydperk rondom die instrumentale punt verander om te demonstreer dat terwyl die grootte en gladheid van die berekeninge geraak word, die algemene tyd- en ouderdomverwante verskille bly (Aanvullende figuur 2). Ons het 'n gemiddelde-ooreenstemmende tegniek uitgevoer (Churchland et al. 2010) om die gemiddelde vuurkoers ongeveer konstant te hou met verloop van tyd sodat temporale vuurkoersveranderings ons interpretasie van die Fano-faktor nie as 'n mate van veranderlikheid sal verberg nie (Aanvullende figuur 3a). Ons het gelyke skietverdelings tussen ouderdomsgroepe gelykgestel (Aanvullende figuur 3b). Rou Fano faktore was baie soortgelyk aan dié wat bereken is met óf gemiddelde ooreenstemmende metode, wat bevestig dat die waargenome Fano faktor tydkursus die veranderlikheid in spike-tydsberekening weerspieël, ongeag die gemiddelde vuurkoersdinamika. Een uitsondering hierop was na die bevordering van bevordering, op daardie tydstip het volwassenes groter rou-Fano-faktore uitgestal (Figuur 3). Hierdie verskil was ten minste gedeeltelik te danke aan veranderinge in gemiddelde vuurkoers, aangesien daar geen statisties beduidende verskil in die gemiddelde Fano-faktore gedurende daardie tydperk was nie (Aanvullende figuur 3). Hierdie bevindings dui daarop dat belangrike gebeure lei tot 'n vermindering in die veranderlikheid van spike-tydsberekening vir beide adolessente en volwassenes, en dat interessant dat adolessente OFC neurale spike-tydsberekening oor die algemeen meer veranderlik is as volwassenes deur heelwat van die taak. Stimulusgedrewe Fanofaktorvermindering word beskou as 'n algemene eienskap van kortikale argitektuur (Churchland et al. 2010). Dus, hoër Fano faktore kan voorstel dat 'n intrinsieke neiging tot spike tydsberekening minder streng beheer word in die OFC van adolessente in vergelyking met volwassenes.

Figuur 3

Fanofaktor-analise wat die adolessente en volwasse vuurkoersveranderlikheid vergelyk. Die Fano faktor is die helling van die proef-vir-proef-spyk-telling afwyking en spike-telling gemiddelde vir alle eenhede. Met behulp van 'n glyvenster is hierdie variabiliteitsberaming bereken op tydspunte ...

Eenheid Aktiwiteit

Ontleding van enkel-eenheid neurale aktiwiteit tydens die taak het aansienlike gebeurtenis-spesifieke verskille tussen adolessente en volwassenes getoon. Tydens sessie 1, het die eenheidsaktiwiteit, voordat die aksie-uitkomsverenigings geleer is, min verander na taakgebeure in enige groep. Sodra die taak goed geleer was (opleidingsessies 3-6), het taakgebeure egter konsekwente patrone van neurale aktiwiteit opgewek (Figuur 4). Die basislyn-genormaliseerde vuurkoerse van elke eenheid wat gesluit is vir taakgebeurtenisse, word in Figuur 5a, wat die omvang en omvang van fasiese neurale aktiwiteit illustreer. By volwassenes (4-rotte, 184-eenhede), maar nie adolessente (8-rotte, 265-eenhede nie), is die gemiddelde aktiwiteit by die cue verminder en die instrumentale respons voorafgegaan (Figuur 5b). Na die reaksie het die genormaliseerde bevolkingsaktiwiteit van albei groepe op dieselfde wyse gedaal, met adolessente wat meer as volwassenes was. Rondom die tyd van versterking het bevolkingsaktiwiteit toegeneem, met volwassenes wat vroeër en op laer vlak as adolessente was. Maksimum adolessente aktiwiteit is bereik ten tyde van die voedselkruising; op watter stadium was die gemiddelde volwasse aktiwiteit baie laer. Alhoewel te min in getal om 'n sterk gevolgtrekking te maak, het adolessente (n = 8 eenhede) en volwasse (n = 5 eenhede) veronderstelde vinnig spiking (FS) interneurons 'n soortgelyke algemene aktiwiteitspatroon rondom gebeure van belang as die algemene bevolking van eenhede tydens sessies 3 - 6 (Aanvullende figuur 4). Vergelykings van die verhouding van opwindende en inhibitiewe fasiese aktiwiteit tot taakgebeure (Figuur 5c) het algemeen verminderde inhibitiewe reaksies en soortgelyke of verbeterde opwekkende response in adolessente aan die lig gebring. In die 1 s wat die aanwysing volg, het volwassenes 'n aansienlik groter deel van geïnhibeerde eenhede as adolessente met vergelykbare proporsies geaktiveerde eenhede gehad (Tabel 1). Na die instrumentale reaksie, toe adolessente en volwassenes soortgelyke afname in bevolkingsaktiwiteit gehad het, is soortgelyke verhoudings geaktiveerde en geïnhibeerde eenhede waargeneem. 'N Kategoriseringsanalise vir bewegingsraamwerke wat gebruik word om die tydsverloop van neurale werwing te visualiseer, het getoon dat rondom die instrumentale reaksie volwasse geïnhibeerde eenhede vroeër geïnhibeer is en langer aangehou word as by adolessente (Figuur 5c). Dit word bevestig deur die verhoudings van geïnhibeerde eenhede in tydvensters 0.5 s voor en 1 - 1.5 s na die instrumentele respons te ondersoek (Tabel 1). Alhoewel die eenhede wat deur volwassenes geaktiveer is, ook voor die van adolessente gewerf is, was hierdie verskille nie statisties beduidend nie. Die verhoudings van eenhede wat as geaktiveer en geïnhibeer gekategoriseer is, het aansienlik verskil oor versterking, met volwassenes wat groter verhoudings gehad het, en adolessente wat meer geaktiveerde eenhede gehad het. Teen 0.5 - 1 s na versterking was daar geen ouderdomsverwante verskille in eenheidskategorisering nie. Hierdie bevindings toon dat hoewel soortgelyke verhoudings van adolessente en volwasse eenhede op verskillende tye geaktiveer of geïnhibeer kan word (bv. Instrumentale poke), maar dat baie van die taak deur adolessente kleiner verhoudings van geïnhibeerde eenhede het.

Figuur 4

Gemiddelde basislyn-genormaliseerde skietkoers + 1 sem (skaduwee) vir alle volwasse en adolessente eenhede, wat tydens elke ses sessies besig is vir taakgebeure. Die mediane taakwye vuurkoers vir alle adolessente eenhede was 4.66Hz en alle volwasse eenhede was 5.18Hz. ...

Figuur 5

Fasiese OFC-populasie en aktiwiteit van eenhede tydens sessies 3-6. A) Hitteplotte verteenwoordig die basislyn-genormaliseerde skietkoers vir elke adolessent (n = 265; boonste erwe) en volwasse (n = 184; onderste erwe) eenheid. Elke ry is die aktiwiteit van 'n individuele eenheid ...

Bespreking

Op beide bevolkingsvlakke en enkel-eenheidsvlakke het die adolessent OFC vergoedingsgedrewe gedrag anders as volwassenes behandel. Die prominente onderskeid is minder uitgesproke adolessente afname in neurale aktiwiteit tydens beloning en ander belangrike gebeure. Adolessente het ook 'n groter spike-timing variabiliteit uitgestal gedurende die grootste deel van die taak. Tydens versterking was daar, benewens minder afname in aktiwiteit, 'n groter deel van adolessente eenhede wat hul aktiwiteit verhoog het, asook verskille in alfa-, beta- en gamma-LFP-krag in vergelyking met volwassenes. Dit is belangrik dat hierdie ouderdomsverwante neurale verwerkingsverskille waargeneem word, alhoewel taakverrigting soortgelyk was, wat daarop dui dat sulke verskille nie bloot 'n gedragskonflik reflekteer nie (Schlaggar et al., 2002; Yurgelun-Todd, 2007). Selfs as bykomende vakke bygevoeg is om gedragsverskille tydens vroeë opleiding te toon, het beide adolessente en volwassenes die taak op 'n maksimum vlak vanaf die derde sessie verder uitgevoer. Ons elektrofisiologie-ontledings het gefokus op hierdie latere sessies, toe die aksie-uitkoms vereniging goed deur beide groepe geleer is. Ons het 'n gedragstake gekies wat, hoewel dit eenvoudig genoeg is om in die kort tydraamwerk van ratadolensie geleer te word, beskou kan word as 'n basiese boublok van meer komplekse gemotiveerde gedrag. Dus, hierdie bevindings dui daarop dat selfs as adolessente dieselfde gemotiveerde gedrag as volwassenes verrig, hul neurale kodering van belangrike gebeurtenisse en klaarblyklike verwerkingsdoeltreffendheid (soos dit verband hou met spike-timing variabiliteit) fundamenteel verskil.

Adolessente neurone het geneig om minder aktiewe aktiwiteit as volwassenes te hê tydens belangrike gedragsgebeure, soos die toets-aanvangskreet, voor die instrumentale respons, en voor en tydens beloning. Sulke ouderdomsverwante verskille kan die gevolg wees van minder OFC neuronale inhibisie by hierdie tye. Neuronale inhibisie speel 'n kritieke rol in die sinchronisasie van ossillatoriese aktiwiteit (Fries et al., 2007; Cardin et al., 2009; Sohal et al., 2009), die beheer van presiese spike-timing, en die verbetering van die doeltreffendheid van neuronale kommunikasie (Buzsaki en Chrobak, 1995). Sulke ossillasies, soos gemeet met EEG en LFP, is ritmiese skommelinge in neuronale opwinding, gedink om die interaksies van intrinsieke sellulêre en stroombaan eienskappe te weerspieël (Buzsaki en Draguhn, 2004), wat die tydsberekening van die spykuitset verfyn (Fries, 2005). Sinchronie van ossillasies kan 'n kanaal verskaf vir die kommunikasie van neuronale groepe (Fries, 2005), en kan sentraal wees tot perseptuele bindende en ander prosesse (Uhlhaas et al., 2009b). Maatreëls van neuronale sinchronisasie in spesifieke frekwensiebande korreleer met kognitiewe prestasie in talle kontekste (Basar et al., 2000; Hutcheon en Yarom, 2000) en word verminder in verskeie patologiese toestande, soos skisofrenie (Uhlhaas en Sanger, 2010). Uhlhaas en kollegas het verskille in taakverwante EEG-ossillasies tussen menslike adolessente en volwassenes gevind (Uhlhaas et al., 2009a). In ooreenstemming met hierdie bevindinge, het ons kleiner toenames in alfa- en beta-krag in die OFC van adolessente tydens versterking aangetref. Hierdie frekwensiebande word beskou as belangrik vir neurale kommunikasie oor langer afstande (Pfurtscheller et al., 2000; Brovelli et al., 2004; Klimesch et al., 2007), wat minder effektief in adolessente kan wees. Hierdie interpretasie is in ooreenstemming met studies wat toon dat funksionele konnektiwiteit verander van meer plaaslike tot meer versprei deur ontwikkeling (Fair et al., 2009; Somerville en Casey, 2010).

Ons het ook die ouderdomsverwante verskille in skietkoersveranderlikheid oor proewe waargeneem, met behulp van 'n Fano faktor-analise, waargeneem. Onlangse werk het getoon dat in baie kortikale streke neuron spiking aktiwiteit gestabiliseer word deur stimuli of instrumentale gedrag, soos weerspieël word in verminderde Fano faktore (Churchland et al., 2010). Inderdaad, ons het opgemerk dat in die OFC, instrumentele gedrag, beloning benadering / afwagting, en versterking (by volwassenes) gelei het tot vermindering in ons maatstaf van vuurkoersveranderlikheid. Die grootste afname in veranderlikheid het plaasgevind toe rotte die instrumentale respons uitgevoer het en in die tydperk voor versterking. Groter skietveranderlikheidsveranderlikheid sal verwag word indien die tydsberekening van fasiese neurale aktiwiteit minder streng beheer is, soos die geval mag wees in die OFC van adolessente. Adolessente het groter Fano-faktore as volwassenes deur baie van die taak gehad, met die uitsondering van die 1-tydperk wat onmiddellik gevolg word deur voedsel-ent-inskrywing. Hierdie resultate dui daarop dat adolessente geneig is om groter skietveranderlikheidsveranderlikhede te hê, wat minder effektiwiteit in neurale kodering kan voorstel. Dit wil sê, groter Fano-faktore dui daarop dat adolessente OFC-neurone dieselfde vooraanstaande gebeurtenisse met meer veranderlikes kodeer, van proef tot proef, wat op sy beurt kan beteken dat laer sein-geluidsverhoudings in die ooreenstemmende koerskode vergeleke met dié van volwassenes is. Dit is in ooreenstemming met die bevinding dat die gebeurtenisverwante potensiaal van kinders en adolessente laer sein-geluidsverhoudings as volwassenes het, wat die gevolg kan wees van "intra-individuele onstabiliteit" van breinstreke wat hierdie seine produseer (Segalowitz et al., 2010). Net soos neurale inhibisie is van kritieke belang om oscillaties te betree, bied inhibitiewe netwerke akkurate tydsberekening vir die spiking van hoofselle (Buzsaki en Chrobak, 1995). So kan daar 'n verband bestaan ​​tussen die neiging vir adolessente eenhede om minder fasiese remming aan belangrike gebeure te vertoon, en die groter skietveranderlikheid van adolessente eenhede. Ons moet egter versigtig wees dat so 'n verband nie waarskynlik direk is nie, aangesien die tydsberekening van die grootste Fano-faktor ongelykhede nie ook die tydsberekening was van grootste verskille in fasiese inhibisie nie.

Gewone neuro-ontwikkelingsveranderings vind plaas tydens adolessensie. Daar is 'n vermindering in grys materie en toename van wit materie gedurende hierdie tydperk (Benes et al., 1994; Paus et al., 1999; Paus et al., 2001; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002; Sowell et al., 2003; Gogtay et al., 2004). Reseptore vir verskeie neuromodulators soos dopamien word by hoër vlakke by adolessente uitgedruk as by volwassenes in PFC en basale ganglia (Gelbard et al., 1989; Lidow en Rakic, 1992; Teicher et al., 1995; Tarazi et al., 1999; Tarazi en Baldessarini, 2000). In narkose-rotte is die spontane neurale aktiwiteit van dopamienneurone groter by adolessente as jongmense of volwassenes (McCutcheon en Marinelli, 2009). In kortikale snye is aktiverende effekte van 'n dopamien D2-reseptor-agonis slegs teenwoordig by laat-adolessensie of vroeë volwasse jare, waarna 'n skielike verskuiwing waargeneem word (Tseng en O'Donnell, 2007). Die uitdrukking van NMDA-reseptore op vinnige spiking (FS) neurone verander ook dramaties in die PFC van adolessente. Die meeste adolessente FS-interneurone vertoon geen sinaptiese NMDA-reseptor-gemedieerde strome nie. Dié selle wat dit het, het 'n verlaagde NMDA: AMPA-verhouding (Wang en Gao, 2009). Hierdie studies toon fundamentele verskille in die argitektuur en fisiologie van adolessente breinstreke en -senders wat geassosieer word met gemotiveerde gedrag en psigiatriese kwesbaarheid. Die huidige studie, wat volgens ons die eerste is om ekstrasellulêre elektrofisiologiese opname te gebruik in wakker gedrag van adolessente diere, bevorder die funksionele relevansie van hierdie sellulêre en molekulêre bevindings deur aan te toon dat taakverwante neurale aktiwiteit in adolessente fundamenteel verskil tydens die verwerking van belangrike gebeure.

Menslike fMRI studies het bevind dat adolessente beloning en beloning-afwagting anders as volwassenes op 'n groter skaal streeksvlak verwerk (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006; Geier et al., 2009; Van Leijenhorst et al., 2009). Huidige verklarings vir sommige adolessente gedrags kwesbaarhede sluit in die idee dat die PFC "onderontwikkeld" is in terme van sy aktiwiteit en / of sy funksionele konnektiwiteit met en modulasie van subkortikale strukture (Ernst et al., 2006; Casey et al., 2008; Steinberg, 2008). Die huidige studie bevind dat ontwikkelingsverskille selfs tydens baie basiese beloningsgerigte gedrag waarneembaar is, en word basies op die een-eenheidsvlak geopenbaar deur 'n verminderde geneigdheid vir verminderde neurale aktiwiteit in adolessente OFC tot die meeste, maar nie alle, belangrike gebeure nie. Terwyl toekomstige werk nodig is om so 'n verband te vestig, kan verskille op die eenheidseenheidvlak in die verhoudings van inhibitiewe reaksies die bron wees van sommige van die adolessente verskille waargeneem word in ossillatoriese krag en spike-timing variabiliteit. As gevolg van die belangrikheid van inhibisie in die beheer van die presiese tydsberekening van spykers, oscillaties oordra, en sodoende die doeltreffende kommunikasie van neuronale groepe fasiliteer (Buzsaki en Chrobak, 1995; Fries et al., 2007), verminderde adolessente PFC-remming is in ooreenstemming met die waarneming van grootskaalse verskille in kortikale prosessering wat in hierdie studie en ander voorkom. Die neiging vir adolessente om minder verlagings in eenheidsaktiwiteit rondom belangrike gebeure te hê, kan egter die gevolg wees van laer afname in die aktiwiteit van opwekkende afferente sowel as verminderde inhibisie.

Veranderde kortikale inhibitiewe aktiwiteit kan gedragsinhibisie beïnvloed (Chudasama et al., 2003; Narayanan en Laubach, 2006) en is geassosieer met sommige patologiese toestande (Chamberlain et al., 2005; Lewis et al., 2005; Behrens en Sejnowski, 2009; Lewis, 2009). Byvoorbeeld, individue met skisofrenie het GAD67 mRNA uitdrukking verminder, 'n ensiem wat betrokke is by die sintese van die inhibitoriese neurotransmitter GABA (Akbarian et al., 1995). Skisofrenie pasiënte het ook verminderde GABA membraan transporter (GAT-1) -immunoreaktiewe aksonpatronen in die PFCWoo et al., 1998). Dit is van besondere belang vir navorsing in adolessente, aangesien GAT-1 immunoreaktiewe patrone (wat ook immunoreaktief is vir parvalbumien) piek net voor adolessensie en dan dramaties verminder deur middel van laat adolessensie (Cruz et al., 2003), die tipiese aanvangstyd vir skisofrenie. Toekomstige werk wat die presiese bron van ouderdomverwante fasiese aktiwiteit tydens normale ontwikkeling uiteensit, kan direk verband hou met die patofisiologie en simptomatiese tydsverloop van psigiatriese siektes wat tydens adolessensie ontstaan.

Aanvullende materiaal

Erkennings

Verwysings