Cereb. korteks (2010) 20 (1): 61-69. doi: 10.1093 / cercor / bhp078
+ Skrywer Affiliasies
Rig korrespondensie aan Linda Van Leijenhorst. Departement Sielkunde, Universiteit Leiden, Instituut vir Sielkundige Navorsing, Wassenaarseweg 52, 2300 RB Leiden, Nederland. E-pos: [e-pos beskerm].
Abstract
Die verband tussen breinontwikkeling oor adolessensie en adolessente riskante gedrag het die afgelope paar jaar toenemende belangstelling gelok. Daar is voorgestel dat adolessente hipersensitief is vir beloning as gevolg van 'n wanbalans in die ontwikkelingspatroon gevolg deur die striatum en prefrontale korteks. Tot op hede is dit onduidelik of adolessente betrokke is by riskante gedrag omdat hulle potensiële belonings oorskat of meer reageer op ontvangde belonings en of hierdie effekte voorkom in die afwesigheid van besluite. In hierdie studie het ons 'n funksionele magnetiese resonansbeeldingparadigma gebruik wat ons in staat gestel het om effekte van die afwagting, ontvangs en weglating van beloning by 10- tot 12-jariges, 14- tot 15-jariges en 18-jariges te dissosieer. aan 23-jarige deelnemers.
Ons toon dat in afwagting van onsekere uitkomste, die anterior insula meer aktief is by adolessente in vergelyking met jong volwassenes en dat die ventrale striatum 'n beloningsverwante piek in middel-adolessensie toon, terwyl jong volwassenes orbitofrontale korteksaktivering toon tot weggelaat beloning. Hierdie streke toon duidelike ontwikkelingstrajekte.
Hierdie studie ondersteun die hipotese dat adolessente hipersensitief is vir beloning en dra by tot die huidige literatuur deur te demonstreer dat neurale aktivering by adolessente verskil, selfs vir klein belonings in die afwesigheid van keuse. Hierdie bevindinge kan belangrike implikasies hê vir die begrip van adolessente risiko-neem gedrag.
Inleiding
Dikwels word besluite geneem in onsekere situasies, waarin nie al die inligting wat nodig is om 'n rasionele besluit te neem bekend is nie. Wanneer keuses in onsekere situasies geassosieer word met moontlike negatiewe uitkomste, word dit as riskant beskou. 'n Toename in riskante gedrag is een van die mees opvallende kenmerke van adolessensie (Arnett 1999; Steinberg 2004; Boyer 2006). Hierdie verandering in gedrag dui op 'n verskil in die besluitnemingsprosesse van adolessente in vergelyking met volwassenes. Dit wil sê, adolessente kan anders kies tussen mededingende aksies in 'n onsekere situasie omdat hulle die moontlike uitkomste en die waarskynlikhede waarmee dit plaasvind anders weeg in vergelyking met volwassenes. Vorige studies het voorgestel dat adolessente bevooroordeeld is om risiko's te neem as gevolg van verskille in die manier waarop hulle belonings ervaar (Bjork et al. 2004; Mei et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006).
Funksionele magnetiese resonansbeelding (fMRI) studies het breinstreke geïdentifiseer wat verband hou met uitkomsverwagting en -verwerking. Baie studies het getoon dat die ventrale striatum reageer op afwagting van potensiële belonings (Breiter et al. 2001; Knutson et al. 2001; Dagher 2007; Tom et al. 2007), wat bevestig is deur 'n onlangse meta-analise (Knutson en Greer 2008). EkDaarbenewens is die anterior insula geïmpliseer in die afwagting van uitkomste en aktivering in hierdie streek word ook dikwels geassosieer met die onsekerheid wat verband hou met antisipasieN (Critchley et al. 2001; Volz et al. 2003). Laastens het verskeie studies by volwassenes dit getoon mediale prefrontale korteks (PFC), orbitofrontale korteks en anterior cingulate korteks is betrokke by die verwerking van belonings (Rolls 2000; Bechara 2001; Knutson et al. 2001; O'Doherty et al. 2001, 2002).
Die funksionele ontwikkeling van hierdie streke word nie goed verstaan nie. Die paar ontwikkelingstudies tot op hede toon 'n oënskynlik inkonsekwente patroon van resultate. Die neem van adolessente risiko's is aan die een kant geassosieer met 'n "verminderde" sensitiwiteit van die ventrale striatum vir beloning by adolessente in vergelyking met volwassenes. Hierdie neurale reaksie is voorgestel om adolessente te lei om meer stimulerende ervarings te soek om te vergoed vir lae vlakke van aktivering in die ventrale striatum (Spies 2000; Bjork et al. 2004). OAan die ander kant is die neem van adolessente risiko's geassosieer met 'n "verhoogde" reaksie van die ventrale striatum op herwaringd (Galvan et al. 2006). In hierdie studies is voorgestel dat hierdie toename in die reaksie op potensiële belonings in kombinasie met onvolwasse kognitiewe beheervermoëns (wat voortspruit uit die uitgerekte ontwikkeling van die PFC) adolessente vooroordeel om risiko's te neem (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Jones, et al. 2008).
Die interpretasie van hierdie ontwikkelingsbevindinge is om 2 redes ingewikkeld. Eerstens is daar 'n groot variasie in die ouderdomme van deelnemers wat ingesluit is in hierdie studies oor adolessente beloningverwerking. Dit is problematies omdat adolessente 'n baie heterogene groep vorm, byvoorbeeld, in vroeë adolessensie kan ontwikkelingsveranderinge deur puberteitsveranderinge beïnvloed word. In vorige studies is adolessente van 'n breë ouderdomsgroep ingesluit. Byvoorbeeld, in die studie deur Bjork et al. (2004), het die adolessente groep bestaan uit deelnemers van 12-17 jaar, wat ons interpretasie van die patroon van ontwikkelingsverandering kan belemmer. Strukturele breinbeeldingstudies het getoon dat die ontwikkeling van breinstruktuur in terme van grys- en witstofverhouding voortduur deur adolessensie (Giedd et al. 1999; Gogtay et al. 2004), en 'n onlangse studie het getoon dat hierdie ontwikkelingsveranderinge 'n nie-lineêre patroon in baie breinstreke volg (Shaw et al. 2008). 'n Tweede probleem is dat verskillende eksperimentele paradigmas in vorige verslae gebruik is, wat dit moeilik maak om resultate te vergelyk. Byvoorbeeld, in vorige studies was belonings afhanklik van deelnemers se taakverrigting en die vereistes vir die verkryging van belonings het gewissel. Belonings kan afhang van reaksietye (bv. Bjork et al. 2004) of op responsakkuraatheid/waarskynlikheidpassing (bv. Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006; Eshel et al. 2007). Daarbenewens, beloning grootte (Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006), beloning waarskynlikheid (Mei et al. 2004; Van Leijenhorst et al. 2006), of beide grootte en waarskynlikheid (Ernst et al. 2005; Eshel et al. 2007) gemanipuleer is. Dit is dus moeilik om ontwikkelingsverskille in ventrale striatumaktivering in verband te bring met risikoneming of beloningsverwerking meer algemeen. Onlangs het studies oor volwasse besluitneming gepoog om gedrag te voorspel gebaseer op voorafgaande veranderinge in aktivering van die ventrale striatum (Knutson en Greer 2008). Hierdie studies het getoon dat verhoogde ventrale striatum-aktivering geassosieer word met 'n verhoogde bereidwilligheid om risiko's by volwassenes te neem. In 'n vorige studie wat volwassenes ingesluit het, het Knutson et al. (2008) het 'n besluitnemingstaak gebruik en lonende prente aangebied wat nie met die taak verband hou nie. Aanbieding van hierdie prente was verwant aan verhoogde aktivering van die ventrale striatum en met verhoogde bereidwilligheid om risiko's te neem (Knutson et al. 2008). Dus, as 'n hoogtepunt in aktivering van die ventrale striatum by adolessente hulle dryf om risiko's te neem, is dit belangrik om te verstaan in watter mate hierdie streek onafhanklik is van gedragsvereistes. Daarbenewens is dit belangrik om te verstaan in watter fase, tydens die afwagting of verwerking van belonings, verskille tussen adolessente en volwassenes waargeneem word. 'n Beter begrip van die oorsake van adolessente beloningverwerking kan help om die potensieel skadelike riskante gedrag waaraan baie adolessente deelneem te interpreteer. Dit is belangrik om te verstaan of adolessente meer geneig is om betrokke te raak by riskante gedrag in vergelyking met volwassenes omdat hulle potensiële belonings oorskat (in 'n vroeë fase van die besluitnemingsproses) of omdat hul reaksie op ontvangde belonings verskil van dié van volwassenes (in 'n latere fase). Insig in hierdie moontlike verskille in beloningsensitiwiteit in adolessensie lig ons in oor die prosesse wat onderlê aan adolessente werklike risikogedrag. Daarbenewens kan hierdie kennis pogings help om in te gryp en adolessente te beskerm teen die probleme wat hulle in die gesig staar. Basiese verskille in beloningverwante breinstreke tussen deelnemers van verskillende ouderdomme kan die interpretasie van ontwikkelingsveranderinge in gedrag bemoeilik. Een manier om hierdie probleem te omseil, is om beloningsverwerking te bestudeer deur 'n eksperimentele taak te gebruik, waarin beloning en risiko nie verband hou met deelnemers se gedrag nie (vir 'n soortgelyke benadering, sien Tobler et al. 2008). Daarom was die doel van hierdie studie om ontwikkelingsverskille in neurale aktivering te ondersoek wat verband hou met verskillende fases van beloningverwerking in die afwesigheid van gedrag.
Ons het die neurale substrate van uitkomsafwagting en uitkomsverwerking in vroeë en middel-adolessensie en jong volwassenheid vergelyk met behulp van fMRI. Om die ontwikkelingspatroon van breinstreke wat by die verwerking van beloning betrokke is, te identifiseer, het ons 3 homogene ouderdomsgroepe (10-12-jariges, 14-15-jariges en 18-23-jariges) ingesluit. Hierdie deelnemers het 'n slotmasjientaak uitgevoer (Donkers et al. 2005), 'n eenvoudige paradigma waarin klein geldelike belonings onvoorspelbaar is en nie met gedrag verband hou nie. In hierdie taak bekyk deelnemers 3 slotmasjiene waarin prente van vrugte agtereenvolgens aangebied word. Slegs wanneer hierdie 3 foto's dieselfde is, wen deelnemers geld. Die taak behels die aanbieding van 3 verskillende toestande: 1) al 3 prente is verskillend (na verwys as die XYZ-toestand), 2) die eerste 2 prente is dieselfde, maar die derde verskil (na verwys as die XXY-toestand), en 3) al 3 foto's is dieselfde (na verwys as XXX voorwaardes). Op hierdie manier het die paradigma ons in staat gestel om breinaktivering wat verband hou met uitkomsafwagting te dissosieer (wanneer die eerste 2 van 3 prente dieselfde is teenoor al 3 prente verskil; XXY vs. XYZ), verwerking van beloning (wanneer al 3 prente is dieselfde teenoor die eerste 2 uit drie prente is dieselfde; XXX vs. XXY), en weglating van beloning (XXY vs. XXX).
Ons ontledings het gefokus op die identifisering van breinstreke wat betrokke is by beloningverwerking en onsekerheid, insluitend die striatum, die insula en die orbitofrontale korteks (OFC). Ons eerste hipotese was dat hierdie streke funksionele ontwikkeling toon, wat weerspieël word in 'n ander patroon van aktivering in die verskillende ouderdomsgroepe. Ons het getoets vir lineêre en nie-lineêre ontwikkelingspatrone. Ons tweede hipotese was dat as die neem van adolessente risiko's geassosieer word met verhoogde sensitiwiteit vir beloning, dit weerspieël moet word in 'n piek in aktivering in die ventrale striatum in hierdie ouderdomsgroep. Ons het ondersoek in watter stadium, tydens afwagting of verwerking van uitkomste, die ventrale striatum verskillende reaksies sal toon in die afwesigheid van gedragsvereistes en of die reaksie op belonings in hierdie streek in adolessente verhoog of verminder sal word in vergelyking met volwassenes. Die resultate sal na verwagting insigte verskaf in die ontwikkeling van beloningsverwante breinstreke tydens adolessensie en bydra tot die interpretasie van verskille in neurale response tussen adolessente en volwassenes in meer komplekse belonings- en risikotake.
Materiaal en metodes
Deelnemers
Altesaam 53 gesonde, regshandige vrywilligers het aan die studie deelgeneem, vyftien 18-23-jariges (7 vroue; gemiddelde ouderdom = 20.2, standaardafwyking [SD] = 1.6), agtien 14-15-jariges (10 vroue; gemiddelde ouderdom = 15.0, SD = 0.7), en sewentien 10-12-jariges (8 vroue; gemiddelde ouderdom 11.6, SD = 0.8). Ingeligte toestemming is verkry van alle deelnemers en van 'n primêre versorger in geval deelnemers jonger as 18 jaar oud was. Die studie is deur die Mediese Etiese Komitee by die Leiden Universiteit Mediese Sentrum (LUMC) goedgekeur. Data van 3 addisionele volwasse deelnemers is uitgesluit weens tegniese probleme. Data vir deelnemers wat meer as 3 mm in enige rigting beweeg het, is van die ontledings uitgesluit. Om hierdie rede is die data van 3 deelnemers (14, 15 en 10 jaar oud) uitgesluit. Gemiddelde beweging was 0.52 mm vir die 18-23-jariges, 0.68 mm vir die 14-15-jariges, en 0.62 mm vir die 10-12-jariges. Die verskil in gemiddelde beweging tussen die ouderdomsgroepe was nie betekenisvol nie (P > 0.1).
Gedragsassessering
Voor skandering is alle deelnemers voorberei vir die skanderingsessie in 'n stil laboratorium waarin 'n skynskandeerder teenwoordig was. Hierdie skynskandeerder, wat die omgewing en klanke van 'n werklike magnetiese resonansbeelding (MRI) skandeerder gesimuleer het, het minderjariges die geleentheid gegee om gewoond te raak aan die skandeerderomgewing en is gebruik om die skandeerprosedure aan alle deelnemers te verduidelik. Ten einde 'n skatting van IK te verkry, ouderdomstoepaslike weergawes van 2 subtoetse van die Wechsler Volwasse Intelligensieskaal (Wechsler 1981) of die Wechsler Intelligence Scales for Children (Wechsler 1991)—Gelykhede en Blokontwerp—is aan alle deelnemers geadministreer. Vir 10-12-jariges, 14-15-jariges en 18-23-jariges was skatting IK's onderskeidelik 119.7 (SD = 9.7), 106.0 (SD = 9.0) en 108.7 (SD = 9.4). Die 10–12-jariges se gemiddelde IK was aansienlik hoër in vergelyking met die ander 2 ouderdomsgroepe (F2,49 = 11.62, P = 0.001), maar die algehele deelnemers se IK's het in die gemiddelde reeks geval. Die ontledings wat hieronder gerapporteer word, is almal gekorrigeer vir verskille in IK deur IK as 'n kovariante faktor by die ontledings te voeg. Nie een van die effekte is egter deur IK-verskille beïnvloed nie. Daarom word IK-verskille nie verder beskryf nie.
Alle deelnemers is gekeur vir psigiatriese toestande, dwelmgebruik, kopbeserings en kontraindikasies vir MRI met behulp van 'n kontrolelys. Geen deelnemers het enige probleme aangemeld nie. Daarbenewens is deelnemers in die 2 jongste ouderdomsgroepe gekeur vir gedragsprobleme met behulp van ouergraderings op die Kindergedragkontrolelys (Achenbach 1991). Tellings vir alle deelnemers het binne die nie-kliniese omvang geval.
Eksperimentele ontwerp
Deelnemers het die Slotmasjientaak uitgevoer, 'n kindervriendelike weergawe van 'n paradigma wat voorheen deur Donkers et al. (2005). Elke proef het begin met die aanbieding van 3 leë slotmasjiene. Na 500 ms is 'n muntstuk onderaan die skerm vir 1000 ms aangebied, wat as 'n aanduiding gedien het. Ten einde deelnemers besig te hou met die (andersins passiewe) taak, is hulle opdrag gegee om die masjiene te begin deur 'n voorafgespesifiseerde knoppie met hul regterwysvinger te druk op aanbieding van die leidraad. Die reaksie moes binne 'n 1000-ms tydvenster gegee word. Na die 1000 3 ms-reaksievenster, is 1 prente, elke 3 van 1500 moontlike vrugtesoorte—'n kiwi, 'n peer of 'n paar kersies—opeenvolgend van links na regs in die slotmasjiene aangebied, elke XNUMX ms (sien Fig 1).
Voorbeeld van (a) 'n verhoor en (b) moontlike uitkoms vertoon vir die slotmasjientaak. Na 'n 1000-ms tydvenster waarin deelnemers op die leidraad kon reageer, het 3 prente agtereenvolgens elke 1500 ms verskyn, wat gelei het tot 3 proeftipes: XXX, XXY of XYZ. Deelnemers het €0.05 op elke XXX-proef gewen en nie in die ander toestande gewen nie.
Prente is in 3 moontlike volgordes aangebied: 1) 3 verskillende prente (bv. kiwi–peer–kersies, na verwys as XYZ proewe), 2) 2 identiese en 1 verskillende prentjie (bv. kiwi–kiwi–kersies, na verwys as XXY proewe), of 3) 3 identiese prente (bv. kiwi–kiwi–kiwi, na verwys as XXX proewe). Hierdie 3 proeftipes verteenwoordig 3 eksperimentele toestande. Die volgorde waarin proewe aangebied is, is ewekansig gemaak, en deelnemers is met 'n nuwe kombinasie van die 3 prente op elke proef aangebied.
Deelnemers is vooraf opdrag gegee dat hulle €0.05 op elke XXX-proef sou verdien en dat hulle nie geld sou verdien op die ander tipe proewe nie. Toe deelnemers versuim het om te reageer tydens die 1000-ms-aanwysingsaanbieding, het die verhoor geëindig en hulle het 'n €0.10-boete ontvang. Dit het op minder as 5% van die proewe plaasgevind. Aan die einde van die eksperiment is die totale winste (€1.50) by die bedrag gevoeg wat deelnemers as vergoeding ontvang het vir deelname aan die studie.
MRI Data Acquisition
Proewe is aangebied in die loop van 2 gebeurtenisverwante skanderings wat elk ongeveer 7 min geduur het. Die visuele stimuli is op 'n skerm geprojekteer wat deelnemers kon sien deur 'n spieël wat aan die kopspoel vasgemaak is. Tydens skandering is deelnemers met 'n totaal van 120 proewe aangebied, waarin XXX, XXY en XYZ proewe vermeng is, sodat 60 XYZ proewe, 30 XXY en 30 XXX proewe in totaal aangebied is, met 60 proewe in elke lopie. Ouderdomsverwante verskille in reaksie op belonings kan beïnvloed word deur stadige veroudering van die vermoë om waarskynlikhede te leer en risiko te voorspel. Ons het hierdie moontlikheid beheer deur die 3 opeenvolgende stimuli in pseudorandom volgorde aan te bied om onsekerheid te maksimeer. Op alle proewe na aanbieding van die eerste prent was die waarskynlikheid dat die volgende prent in die reeks van 3 dieselfde was altyd 50%. Op dieselfde manier, nadat 2 identiese prente aangebied is, was die waarskynlikheid dat die derde prent dieselfde was 50% (50% XYZ, 25% XXY en 25% XXX proewe, na aanleiding van Donkers et al. 2005). Periodes van fiksasie wat tussen 1 en 3 s duur, wat in inkremente van 500 ms geskud is, is tussen die eksperimentele proewe bygevoeg.
Skandering is uitgevoer met behulp van 'n standaard heelkop spoel op 'n 3-T Philips skandeerder by die LUMC. Funksionele data is verkry deur gebruik te maak van a T2*-geweegde gradiënt-eggo eggo-planêre pulsvolgorde (38 aaneenlopende 2.75 mm skuins aksiale snye, met behulp van verweefde verkryging, tydherhaling = 2.211 s, tydeggo = 30 ms, 2.75 × 2.75 mm in-vlak volume resolusie, 230 ). Die eerste 2 volumes van elke skandering is weggegooi om voorsiening te maak T1-ewewigingseffekte. Hoë resolusie T2*-geweegde beelde en hoë resolusie T1-anatomiese beelde is aan die einde van die skanderingsessie versamel. Kopbeweging is beperk met behulp van 'n kussing en skuiminsetsels wat die kop omring het.
fMRI Voorverwerking en Statistiese Analise
Datavoorverwerking en -analise is uitgevoer met behulp van SPM2 (Welkom Departement Kognitiewe Neurologie). Beelde is gekorrigeer vir verskille in tydsberekening van sny-verkryging, gevolg deur rigiede liggaamsbewegingskorreksie. Strukturele en funksionele volumes is ruimtelik genormaliseer na T1 en eggo-planêre beeldsjablone, onderskeidelik. Die normaliseringsalgoritme het 'n 12-parameter affiene transformasie gebruik tesame met 'n nie-lineêre transformasie wat cosinusbasisfunksies behels. Tydens normalisering is die data hermonster na 3-mm kubieke voxels. Sjablone is gebaseer op die MNI305 stereotaksiese ruimte (Cocosco et al. 1997). Funksionele volumes is glad gemaak met 'n 8-mm volle breedte by half maksimum isotropiese Gaussiese kern. Statistiese ontledings is op individuele proefpersone se data uitgevoer deur die algemene lineêre model (GLM) in SPM2 te gebruik.
Die fMRI-tydreekse is gemodelleer as 'n reeks gebeurtenisse wat met 'n kanonieke hemodinamiese responsfunksie (HRF) in 2 afsonderlike modelle saamgewikkel is. Ons het elke proef in die 3 verskillende toestande (XXX, XXY en XYZ) gemodelleer as 'n nul-duur gebeurtenis rondom die aanvangstye van die tweede stimulus in 'n eerste model en rondom die aanvangstye van die derde stimulus in 'n tweede model. Foutproewe, gedefinieer as daardie proewe waar die deelnemer nie binne die 1000-ms cue-venster gereageer het nie, is afsonderlik gemodelleer en is uitgesluit van die fMRI-ontledings.
Vir elke deelnemer is die parameter skattings van hoogte van die beste gepaste kanoniese HRF vir elke toestand in paarsgewyse kontraste gebruik. Vir die eerste model het ons kontrasbeelde bereken vir die vergelyking van XXY en XYZ (dws vergelyking van die situasie waar deelnemers eers 2 prente gesien het wat dieselfde [XX] teenoor 2 prente wat verskillend was [XY] was), wat aan die lig gebring het breinaktiveringspatrone wat verband hou met die "afwagting" van die uitkoms van proewe, gebaseer op die hipotese dat adolessente meer sensitief is vir potensiële belonings as volwassenes. Vir die tweede model het ons kontrasbeelde bereken vir die vergelyking van XXX en XXY toestande, met vergelyking van breinaktiveringspatrone wat verband hou met die verwerking van die uitkoms van proewe. Die gevolglike kontrasbeelde wat vir elke deelnemer bereken is, is aan tweedevlakgroepontledings voorgelê. Op groepvlak is heelbrein-kontraste tussen toestande bereken deur eenkant uit te voer t-toetse op hierdie beelde, wat deelnemers as ewekansige effek behandel. Heelbrein statistiese kaarte is by drempels geplaas P < 0.001, met 'n omvangsdrempel van 5 aaneenlopende voxels.
Statistiese ontledings: Ouderdomsverwante verskille
Omdat ons veral geïnteresseerd was in die patroon van aktivering wat verband hou met uitkoms-verwagting en uitkomsverwerking in die 3 verskillende ouderdomsgroepe, het ons voxelwise analises van variansie (ANOVA's) uitgevoer om streke te identifiseer wat ouderdomverwante verskille in aktivering getoon het. Ons het getoets vir lineêre (−1 0 1), kwadratiese (−0.5 1 −0.5) en kromlynige (1 −0.5 −0.5), (−0.5 −0.5 1) effekte in die kontraste van XXY–XYZ vir die eerste model ( uitkomsverwagting) en XXX–XXY vir die tweede model (uitkomsverwerking). ANOVA's is as beduidend beskou by 'n statistiese drempel van 0.001 ongekorrigeerd vir veelvuldige vergelykings, met 'n omvangsdrempel van 5 aaneenlopende voxels.
Beeldresultate: Ontleding van die streek van belang
Ons het die MARSBAR-gereedskapskis gebruik vir gebruik met SPM2 (Brett et al. 2002) om streek van belang (ROI) ontledings uit te voer om patrone van aktivering verder te karakteriseer. Ons het 6-mm sferiese ROI's geskep wat gesentreer is op die piekaktiwiteitsvoxel in die streke wat geïdentifiseer is in die ANOVA's-toets vir ouderdomverwante verskille. Daarbenewens het ons MARSBAR gebruik om bloedsuurstofvlak-afhanklike aktiwiteitstydreekse in hierdie ROI's te onttrek deur die tydsverloop vir die verskillende eksperimentele toestande te bereken wat begin met die aanvang van elke proef. Hierdie tydkursusse word vir illustratiewe doeleindes in Syfers 2 en 3.
Heelbreinresultate vir die 0- tot 12-jarige, 14- tot 15-jarige en 18- tot 23-jarige deelnemers hou verband met die verwagting van moontlike beloning vir die kontras van XXY > XYZ by 'n P < 0.001 ongekorrigeerde drempel (boonste paneel); 6-mm sferiese ROI's en gemiddelde tydkursusse vir die 3 ouderdomsgroepe vir die anterior insula en striatum (onderste paneel).
Heelbreinresultate vir die 10- tot 12-jarige, 14- tot 15-jarige en 18- tot 23-jarige deelnemers hou verband met die verwagting van moontlike beloning vir die kontras van XXX > XXY by 'n P < 0.001 ongekorrigeerde drempel (boonste paneel) en XXY > XXX (in blou); 6-mm sferiese ROI's en gemiddelde tydkursusse vir die 3 ouderdomsgroepe vir die striatum en OFC (onderste paneel).
Results
Uitkoms afwagting
Ons het 'n GLM-analise uitgevoer op die funksionele data wat met die aanvang van die tweede stimulus gemodelleer is en die voxelwyse kontras van XXY > XYZ vir 10-12-jariges, 14-15-jariges en 18-23-jariges afsonderlik bereken. Hierdie ontledings het grootliks oorvleuelende areas van aktivering vir die 3 ouderdomsgroepe tot gevolg gehad. In alle ouderdomsgroepe was uitkomsafwagting konsekwent geassosieer met aktivering in die regter anterior insula (sien Fig 2, boonste paneel). Vir 10-12-jariges en 14-15-jariges is anterior insula-aktivering in beide hemisfere gevind. Daarbenewens het die adolessente ouderdomsgroepe aktiveringsklusters in die ventrale striatum en dorsale cingulate korteks getoon. Beduidende trosse en ooreenstemmende MNI-koördinate word in gerapporteer Aanvullende Tabel 1.
Die voxelwise ANOVA's wat vir ouderdomverwante veranderinge vir die XXY–XYZ kontras getoets het, het nie enige beduidende trosse by 'n drempel van P < 0.001. Op 'n meer liberale drempel (P < 0.005), het die ANOVA-toetsing vir die -1 0 1-kontras 'n lineêre verandering in aktivering met ouderdom in die regter anterior insula aan die lig gebring (piek by 42, 12, -3, z = 2.95), F1,47 = 11.24, P = 0.002. Ons het 'n 6-mm sferiese ROI geskep wat by hierdie voxel gesentreer is en 'n ouderdomsgroep (3) × toestand (2) ANOVA uitgevoer op die data wat uit hierdie ROI onttrek is om aktiveringspatrone in hierdie streek verder te karakteriseer. Gemiddelde tydreekse vir hierdie ROI word in die onderste paneel van Figuur 2. Die ANOVA vir hierdie ROI het gelei tot 'n ouderdomsgroep × toestand interaksie, F2,47 = 7.00, P = 0.002. Opvolgvergelykings het bevestig dat hierdie streek meer aktief was in die XXY in vergelyking met die XYZ-toestand in die 10-12-jariges, F1,16 = 11.26, P = 0.004, en 14-15-jariges, F1,17 = 3.62, P = 0.005. Vir die 18-23-jariges was die verskil tussen toestande nie betekenisvol nie (P = 0.19).
Geen ouderdomsverwante veranderinge vir die XXY–XYZ kontras is in die striatum gevind nie. 'n ANOVA het wel aan die lig gebring dat hierdie streek aktief was in alle ouderdomsgroepe (piek by -9, 9, 0, z = 4.57) in afwagting van uitkomste, F3,47 = 13.11, P < 0.001. Soos verwag, het ANOVA's op die data onttrek uit die 6-mm sferiese ROI vir hierdie streek gelei tot 'n hoofeffek van toestand, F1,47 = 23.73, P < 0.001 en geen betekenisvolle interaksie met ouderdomsgroep nie (P = 0.1). Hierdie resultate toon dat die striatum meer aktief was in afwagting van potensiële beloning in dieselfde mate in alle ouderdomsgroepe. Nietemin dui vergelykings vir die ouderdomsgroepe afsonderlik op 'n groter ventrale striatum-reaksie in die adolessente groepe. Dit wil sê, in die 10−12 en 14−15 jariges het die XXY toestand aansienlik meer aktivering tot gevolg gehad in vergelyking met die XYZ toestand (P = 0.001 vir die hoofeffek van toestand), terwyl hierdie verskil by volwassenes slegs 'n neiging na betekenis getoon het (P = 0.09).
Uitkomsverwerking
Om breinaktiveringspatrone wat verband hou met die verwerking van uitkomste te ondersoek, is 'n soortgelyke GLM-analise uitgevoer op die funksionele data wat gemodelleer is met die aanvang van die derde stimulus. Weereens het ons die kontraste van belangstelling vir 10-12-jariges, 14-15-jariges en 18-23-jariges afsonderlik bereken. Vir die kontras van XXX> XXY (beloningverwerking), het ons aktivering gevind in die striatum en dorsale cingulate korteks vir 10-12-jariges en 14-15-jariges (sien Fig 3, boonste paneel). Geen beduidende trosse is gevind vir die 18-23-jariges nie, selfs nie by 'n meer liberale ongekorrigeerde drempel van P < 0.005. Die 14-15-jariges het ook aktivering in linker laterale PFC getoon.
'n GLM vir die omgekeerde kontras van XXY > XXX (verwerking van weggelaat beloning) het geen beduidende groepe vir beide die 10-12-jariges en 14-15-jariges geopenbaar nie. Daarteenoor is gevind dat 'n streek in die linker OFC meer reageer op weggelaat belonings by 18-23-jariges by 'n ongekorrigeerde drempel van P < 0.001. 'n Oorsig van beduidende trosse en ooreenstemmende MNI-koördinate word in gerapporteer Aanvullende Tabel 2.
Die voxelwise ANOVAs-toets vir ouderdomverwante veranderinge vir die XXX−XXY kontras het die heelbreinbevindinge vir die XXX> XXY kontras bevestig deur te wys dat aktivering in die striatum verskil tussen adolessente en jong volwassenes. By 'n ongekorrigeerde drempel van P < 0.001, het die ANOVA-toetsing vir die -0.5 1 -0.5 kontras 'n groep in die ventrale striatum aan die lig gebring (piek by 12, 9, -15, z = 3.68) wat 'n kwadratiese ontwikkelingspatroon getoon het, F1,47 = 17.64, P < 0.001. Die ouderdomsgroep (3) × toestand (2) ANOVA op die data onttrek uit die 6-mm sferiese ROI gesentreer by hierdie voxel het aan die lig gebring dat hierdie streek meer aktief was in die XXX in vergelyking met die XXY toestand in 14-15 jariges F1,17 = 22.84, P < 0.001 maar het nie verskil tussen toestande in die 10-12-jariges nie (P = 0.41) en 18-23-jariges (P = 0.12) (sien Fig 3, onderste paneel).
Die heelbrein-kontraste vir die afsonderlike ouderdomsgroepe het 'n streek in die laterale OFC geopenbaar, wat reageer op weggelaat belonings in die volwasse groep. Hierdie bevinding is bevestig met 'n ANOVA-toets vir 'n kromlynige ontwikkelingstendens met die -0.5 -0.5 1 kontras wat gelei het tot 'n streek in laterale OFC (piek by -27, 48, -3, z = 3.05), F1,47 = 11.99, P = 0.001 (sien Fig 3, onderste paneel). ANOVA's op die 6-mm sferiese ROI vir hierdie streek het gelei tot 'n toestand × ouderdomsgroep interaksie F2,47 = 8.67, P = 0.001. Opvolgvergelykings het bevestig dat hierdie streek slegs 'n groter reaksie op die weglating van belonings getoon het in vergelyking met ontvangde belonings in die 18–23-jariges F1,14 = 7.38, P = 0.02.
Bespreking
Hierdie studie is gemotiveer deur die vraag hoe adolessente van volwassenes verskil in hul sensitiwiteit vir onsekere beloning. Ons het die ontwikkelingstrajek van breinaktivering ondersoek wat verband hou met die verwerking van onsekere beloning tydens die afwagting- en uitkomsfases. Vorige studies het inkonsekwente bevindings oor adolessente beloningverwerking gerapporteer, wat beide "ooraktief" (Galvan et al. 2006) en "onderaktief" (Bjork et al. 2004) aansporingverwante neurokringloop in adolessensie. Die huidige studie het van hierdie vorige studies verskil deurdat ons 'n paradigma gebruik het, wat gelei het tot probabilistiese beloning wat nie van gedrag afhanklik was nie. Hierdie benadering het ons in staat gestel om basiese verskille in beloningsensitiwiteit onder onsekerheid te ondersoek. Daarbenewens het ons neurale verskille in 3 verskillende ouderdomsgroepe ondersoek: 10-12-jariges, 14-15-jariges en 18-23-jariges, wat ons in staat gestel het om te toets vir verskillende patrone van ouderdomsverwante verandering.
Die studie het 2 hoofresultate opgelewer: 1) wanneer onsekere belonings verwag is, het alle ouderdomsgroepe verhoogde aktivering in die striatum getoon, maar 'n groep in die anterior insula het 'n lineêre afname in aktivering van vroeë adolessensie tot volwassenheid getoon en 2) wanneer die uitkoms van proewe, middel-adolessente was meer reageer op ontvangde belonings soos aangedui deur verhoogde aktivering in die ventrale striatum, terwyl jong volwassenes die meeste gereageer het op die weglating van belonings soos aangedui deur verhoogde aktivering in die OFC. Oor die algemeen ondersteun ons bevindinge die hipotese dat middel-adolessensie gekenmerk word deur ooraktiewe aansporingsverwante neurokringloop, maar ons toon dat hierdie effek die meeste uitgespreek word tydens die fase van beloningontvangs. In die lig van die resultate van vorige studies, bevoordeel hierdie resultate die hipotese dat ooraktiewe beloningsverwante stroombane en onvolwasse PFC-kringe adolessente moontlik bevooroordeel om risiko's te neem (sien ook Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
Ontwikkelingsveranderinge in uitkomsverwagting
Afwagting van uitkomste was geassosieer met aktivering in die striatum en anterior insula wanneer die eerste 2 stimuli identies was en die moontlikheid van wen aangedui het. Aktivering in die insula het 'n lineêre afname met ouderdom getoon; hierdie streek was die aktiefste in 10-12-jariges, minder aktief in 14-15-jariges, en die minste aktief in 18-23-jariges wanneer beloning verwag word. In die paradigma wat ons gebruik het, was die afwagting van potensiële beloning geassosieer met maksimum onsekerheid. Na aanbieding van 2 van dieselfde prente, was die waarskynlikheid dat die derde prent dieselfde of verskillend sou wees gelyk. Daarenteen, toe die tweede prentjie anders was as die eerste, was 'n beloning nie meer moontlik nie, en gevolglik was daar geen onsekerheid wat verband hou met die afwagting van die uitkoms nie. Die ouderdomsverwante verandering in anterior insula-aktivering kan dus verskille in ten minste 2 prosesse weerspieël: 1) positiewe opwekking wat verband hou met die verwagting om 'n beloning te ontvang of 2) die onsekerheid wanneer 'n onbekende uitkoms verwag word.
Ons resultate stem ooreen met die resultate van onlangse studies, wat die anterior insula geïmpliseer het in situasies waar besluite met onsekerheid geassosieer word (Paulus et al. 2003; Volz et al. 2003; Huettel et al. 2005; Huettel 2006; Volz en von Cramon 2006). Die anterior insula is dikwels geïmpliseer in die ervaring van psigofisiologiese opwekking. Daar is voorgestel dat die insula besluitneming help deur die outonome senuweestelsel se reaksies op risiko wat met 'n besluit geassosieer word te weerspieël (Bechara 2001; Critchley et al. 2001; Paulus et al. 2003). Groot outonome seine wat 'n nadelige besluit voorafgaan, is voorgestel om as 'n waarskuwingsein te dien wat teen risiko-neem beskerm (Bechara et al. 1997). In die lig van hierdie hipotese lyk die verhoogde insula-reaksie by jonger adolessente teenstrydig. Ander studies het egter voorgestel dat hierdie outonome sein die belangrikheid van die besluit wat geneem moet word, weerspieël (Tomb et al. 2002), en vorige ontwikkelingstudies het getoon dat kinders outonome seine ervaar wanneer hulle riskante besluite verwag, maar nie hierdie seine gebruik om hul besluite te optimaliseer nie (Crone en van der Molen 2004, 2007; Crone et al. 2005). In die huidige studie kan die verhoogde insula-aktivering by jong adolessente onvolwassenheid van hierdie streek weerspieël. Die jongste deelnemers kon verhoogde psigofisiologiese opwekking ervaar het wat verband hou met die onsekerheid wat verband hou met die afwagting van 'n moontlike beloning. Alhoewel ons nie subjektiewe graderings van affek versamel het nie, het vorige studies gepoog om ervare affek en patrone van breinaktivering te korreleer. 'n Onlangse studie het bevind dat alhoewel aktivering in die ventrale striatum gekorreleer is met gerapporteerde positiewe effek, het aktivering in die anterior insula gekorreleer met beide positiewe en negatiewe gerapporteerde effek (Samanez-Larkin et al. 2007). Die resultate van hierdie studie dui daarop dat die anterior insula kan bydra tot besluitneming deur algemene opwekking in onsekere situasies te weerspieël.
Huettel (2006) gedissosieerde onsekerheid wat verband hou met die hoeveelheid potensiële beloning wat verkry kan word (beloningsrisiko) en onsekerheid met betrekking tot die optimale reaksie (gedragsrisiko). Hy het getoon dat aktivering in die anterior insula selektief beïnvloed is deur onsekerheid wat verband hou met responsseleksie. Ons resultate dra by tot hierdie bevinding deur te wys dat die anterior insula betrokke is by onsekere situasies in die afwesigheid van reaksie seleksie, wat daarop dui dat hierdie streek 'n meer algemene rol kan speel in die verteenwoordiging van onsekerheid van uitkomste. 'n Onlangse studie (Preuschoff et al. 2008) het getoon dat die anterior insula die mate van onsekerheid weerspieël op 'n manier soortgelyk aan dié waarin die striatum sensitief is vir die grootte van beloning. Die skrywers stel voor dat die anterior insula prosesse soortgelyk aan die beloningsvoorspellingsfoute in die striatum kan ondersteun. Die lineêre afname in aktivering in hierdie streek toon dat anterior insula-funksie onvolwasse is in adolessensie en kan geneem word om 'n groter probleem by adolessente voor te stel om die risiko betrokke by 'n onsekere situasie te skat. Moontlik het adolessente beloning meer dikwels verwag in vergelyking met volwassenes in die huidige studie omdat hulle nie geleer het dat die voorkoms van belonings onvoorspelbaar was nie. Saamgevat kan die verhoogde reaksie in die anterior insula in die vooruitsig van 'n onsekere beloning adolessente tot verhoogde risiko-neem gedrag beïnvloed.
Een verduideliking wat in ag geneem moet word, is dat die verhoogde aktivering in die anterior insula negatiewe invloed weerspieël. Om nie te wen nie kan geassosieer word met meer ervare negatiewe opwekking wanneer dit plaasvind aan die einde van die proef (XXY) in vergelyking met wanneer dit plaasvind by die aanbieding van die tweede prent (XYZ). Alhoewel ons die HRF by die aanvang van die tweede stimulus geskat het, het die derde stimulus 1.5 s later gevolg. Daarom is dit moontlik dat die waargenome neurale reaksie deur die derde stimulus beïnvloed word. In toekomstige studies sal dit belangrik wees om die effek van beide die mate van risiko/onsekerheid en die hoeveelheid beloning op adolessente besluitneming verder te ondersoek. Gegewe die moontlike fokus van die adolessente groep op beloning, sal dit interessant wees om te toets of die neurale sisteme wat reageer op onsekerheid soortgelyk reageer wanneer die valensie van die uitkoms negatief is, dit wil sê wanneer die XXX-toestand 'n verlies eerder as wins.
Ontwikkelingsveranderinge in uitkomsverwerking
Soos verwag, het die wen van geld gelei tot verhoogde aktivering in die ventrale striatum. Hierdie bevinding herhaal vorige studies wat getoon het dat hierdie streek reageer op belonings (Knutson et al. 2001; McClure et al. 2003; Huettel 2006). Interessant genoeg het striatale aktivering na 'n oorwinning 'n hoogtepunt bereik in 14-15-jariges en was minder uitgesproke in 10-12-jariges en 18-23-jariges, in ooreenstemming met die hipotese dat hierdie streek meer reageer in adolessente (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
In die huidige studie het ons die piek in reaksie van die ventrale striatum in middel-adolessensie slegs gevind vir beloningverwerking en nie vir beloningsafwagting nie. Hierdie bevinding stem nie ooreen met vorige studies nie, wat 'n toename in aktivering in hierdie streek voor die werklike lewering van belonings gerapporteer het. Hierdie vorige resultate is geneem om 'n rol vir die ventrale striatum in die voorspelling en afwagting van uitkomste voor te stel (Knutson et al. 2001; Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006; Huettel 2006). Ons bevindinge dui egter daarop dat die piek in ventrale striatum-reaksie by adolessente slegs gevind word vir die ontvangs van belonings. In vorige eksperimente het die leidrade potensiële belonings aangedui en voorsiening gemaak vir beloningsvoorspelling, daarom kan aktivering in die ventrale striatum in hierdie studies 'n vroeë reaksie weerspieël om te "weet" dat die beloning sal volg eerder as om die "moontlikheid" van 'n beloning te verwag. Hierdie data kan ook gebruik word om te suggereer dat adolessente hul kanse om 'n beloning of vermoë om 'n beloning te kry oorskat. Ons stel voor dat in die huidige studie 'n piek in aktivering in die ventrale striatum nie waargeneem is tot die werklike lewering van beloning nie, want die taakontwerp het onsekerheid gemaksimeer en nie voorsiening gemaak vir beloningsvoorspelling nie. Alhoewel die afwagtingsresultate nie 'n statisties beduidende piek in aktivering en geen ouderdom × toestand interaksie in die ventrale striatum getoon het nie, het opvolgontledings daarop gedui dat die afwagting striatum reaksie groter was vir jong en middel adolessente relatief tot volwassenes. Toekomstige studies behoort die afwagting teenoor uitkomsresultate in meer besonderhede te bestudeer.
Ten slotte het jong volwassenes, maar nie vroeë en middel-adolessente nie, verhoogde aktivering in linker-laterale OFC getoon na die weglating van belonings. Laterale OFC is voorheen betrek by die verwerking van straf (O'Doherty et al. 2001). Die OFC is hoogs verbind met beide aptytkringe en ander streke binne die PFC, en onlangs is daar voorgestel dat OFC 'n integrerende funksie het deur die brein se reaksie op affektiewe inligting te lei en affektiewe besluitneming te lei deur 'n voorstelling van te handhaaf en op te dateer. aansporingverwante verwagtinge aanlyn (vir resensies, sien O'Doherty 2007 en Wallis 2007). Die reaksie van laterale OFC by jong volwassenes kan dus die behoefte aan verhoogde aandag en aanpassing van gedrag na negatiewe uitkomste aandui. Daar moet kennis geneem word dat die OFC 'n heterogene streek is en baie vrae rakende sy rol in doelgerigte gedrag en besluitneming en gepaardgaande veranderinge met ontwikkeling moet in toekomstige studies getoets word. Die bevinding dat hierdie streek betrokke is by die verwerking van ongunstige uitkomste by volwassenes, maar nie by vroeë en middel-adolessente nie, stem ooreen met die hipotese dat netwerke in die brein wat verband hou met hoërorde-prosessering en kognitiewe beheerfunksies nie volwasse word tot laat adolessensie nie (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006).
Gevolgtrekkings
Die huidige bevindinge kan geïnterpreteer word in die lig van onlangse verhale wat 'n neuropsigologiese verklaring vir adolessente gedrag soek. Beide die sosiale inligtingverwerkingsnetwerk (SIPN) (Nelson et al. 2005) en die Triadiese Model (Ernst et al. 2006) bevat 'n aptytkomponent en 'n kognitiewe/regulatoriese komponent. In hierdie modelle word adolessentegedrag gekenmerk deur 'n sterk aptytstelsel en 'n relatief swak beheerstelsel. Die SIPN-model (Nelson et al. 2005) stel voor dat die breinstrukture wat die eetluskomponent onderlê, reageer op gonadale hormone en word aan die begin van puberteit geaktiveer, in teenstelling met kognitiewe strukture wat 'n stadiger ontwikkeling volg.
Die passiewe paradigma wat in die huidige studie gebruik is, het ons nie toegelaat om vrae op te los oor die manier waarop verskille in die neurale substraat van beloningverwerking en risikopersepsie tussen adolessente en volwassenes bydra tot gemotiveerde gedrag by adolessente en volwassenes nie. Dit is belangrik om hierdie verband en die ontwikkelingstrajek daarvan toe te lig omdat adolessente riskante gedrag ernstige gevolge kan hê (Steinberg 2004; Fareri et al. 2008). Die bevinding dat beloningsverwante breinstreke meer reageer in adolessensie, selfs wanneer belonings nie verband hou met gedrag en klein is nie, dui op fundamentele verskille in die manier waarop onsekere belonings op verskillende ouderdomme verwerk word. Om die ekologiese geldigheid van hierdie bevindinge te beoordeel, behoort toekomstige studies individuele verskille in byvoorbeeld sensasiesoektog, temperament en geslag in ag te neem en sal hierdie streke met meer komplekse take moet ondersoek. 'n Tweede beperking van hierdie studie is dat ons nie direkte maatstawwe van puberteitstatus verkry het nie, wat ons vermoë beperk om die bydrae van puberteitveranderinge tot die verskille tussen die 10-12 en 14-15-jariges te interpreteer. Toekomstige studies moet poog om ouderdomsverwante veranderinge nouer in verband te bring met veranderinge wat verband hou met puberteitontwikkeling.
Samevattend demonstreer ons bevindinge dat breinaktiveringspatrone wat verband hou met uitkomsafwagting in die afwesigheid van gedrag, onderskeibaar is van dié wat verband hou met die verwerking van uitkomste. Afwagting van onsekere beloning word geassosieer met aktivering in die anterior insula en striatum. Veral, aktivering in die anterior insula toon 'n lineêre ontwikkelingstendens en neem af vanaf vroeë adolessensie tot jong volwassenheid. In teenstelling hiermee word die verwerking van beloning geassosieer met 'n piek in aktivering in die ventrale striatum by 14-15-jariges en 10-12-jariges in 'n mindere mate. Interessant genoeg is 18-23-jariges die meeste reageer op weggelaat beloning, wat aktivering in laterale OFC-streke toon. Hierdie bevindinge ondersteun die hipotese dat adolessensie gekenmerk word deur 'n wanbalans in die rypwording van affektiewe en regulerende breinkringe (Mei et al. 2004; Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006). Die huidige data toon dat op 'n basiese vlak van verwerking adolessente meer reageer op verwagte en ontvangde beloning en risiko wat met onsekerheid geassosieer word in vergelyking met volwassenes.
Aanvullende materiaal
Aanvullende materiaal kan gevind word by: http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
Befondsing
Navorsing deur skrywers (EAC en SARBR) word moontlik gemaak deur NWO VENI/VIDI-toekennings.
Verwysings
;