مصدر
The Sackler Institute for Developmental Psychobiology، Weill Medical College of Cornell University، New York، New York 10021، USA. [البريد الإلكتروني محمي]
ملخص
اتسمت المراهقة بسلوكيات مجازفة يمكن أن تؤدي إلى نتائج قاتلة. فحصت هذه الدراسة التطور البيولوجي العصبي للأنظمة العصبية المتورطة في سلوكيات البحث عن المكافأة. تم فحص سبعة وثلاثين مشاركًا (تتراوح أعمارهم بين 7 و 29 عامًا) باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي المتعلق بالحدث ونموذج يتلاعب بقيم المكافأة بشكل حدودي. تظهر النتائج نشاطًا متكئًا مبالغًا فيه ، بالنسبة إلى نشاط الفص الجبهي لدى المراهقين ، مقارنةً بالأطفال والبالغين ، والذي بدا أنه مدفوع بدورات زمنية مختلفة من التطور لهذه المناطق. بدا النشاط المتكئ عند المراهقين مثل نشاط البالغين في كل من مدى النشاط والحساسية لقيم المكافأة ، على الرغم من المبالغة في حجم النشاط. في المقابل ، بدا مدى نشاط القشرة الأمامية المدارية لدى المراهقين أشبه بنشاط الأطفال منه لدى البالغين ، مع أنماط نشاط أقل تركيزًا. تشير هذه النتائج إلى أن الأنظمة تحت القشرية الناضجة تصبح نشطة بشكل غير متناسب بالنسبة لنضوج أنظمة التحكم من أعلى إلى أسفل لاحقًا ، مما يؤدي إلى تحيز عمل المراهق نحو مكاسب فورية على المدى الطويل.
المُقدّمة
تحدث بداية تعاطي المخدرات في كثير من الأحيان خلال فترة المخاطرة المتزايدة للمراهقة (سيلفر وآخرون ، 2004). لا يعرف إلا القليل عن العوامل العصبية الحيوية التي قد تؤهب المراهقين لزيادة السلوكيات المخاطرة. في البالغين ، تم توريط المناطق mesolimbic في مكافأة (كنوتسون وآخرون ، 2001; إليوت وآخرون ، 2003; McClure وآخرون ، 2004) ، أخذ المخاطر (Kuhnen و Knutson ، 2005) ، والإدمان (Hyman و Malenka ، 2001; Volkow وآخرون ، 2004) ، ولكن أقل معروف عن تطوير هذه الأنظمة. كان الغرض من هذه الدراسة هو اختبار الفرضية القائلة بأن المراهقة هي فترة تطورية لزيادة الاستجابة للمكافأة مقارنة بالطفولة والبلوغ. على وجه التحديد ، قمنا بفحص ما إذا كانت الاختلافات في تطور القشرة تحت القشرية [على سبيل المثال ، النواة المتكئة (NAcc)] نسبة إلى المناطق قبل الجبهية [على سبيل المثال ، القشرة الأمامية المدارية (OFC)] قد تميز هذه الفترة من التطور للمساعدة في تفسير الزيادة في سلوك المخاطرة. .
تتميز مرحلة المراهقة بالتطور الهيكلي والوظيفي المستمر للدوائر الأمامية الخيطية المتضمنة في التنظيم السلوكي. تظهر الفئران Periadolescent زيادة في انتقال الدوبامين ذات الصلة مكافأة في المخطط (Laviola et al.، 1999) ، وتظهر الرئيسيات غير البشرية زيادة تعصيب الدوبامين في قشرة الفص الجبهي (PFC) (روزنبرغ ولويس ، 1994, 1995). تُظهر دراسات التصوير البشري تغيرات منطقة واجهة منطقة ما بعد الصِّراع (Giedd وآخرون ، 1999; سويل وآخرون ، 1999; كيسي وآخرون ، 2005) التي يبدو أنها موازية السيطرة المعرفية المتزايدة (كيسي وآخرون ، 1997; Rubia وآخرون ، 2000; لونا وآخرون ، 2001; لونا و سويني ، 2004; شتاينبرغ ، 2004). يبدو أن هذه التغييرات تظهر تحولات تنشيط مناطق فص الجبهي من الانتشار إلى مزيد من التعيين المركزي بمرور الوقت (كيسي وآخرون ، 1997; Bunge et al.، 2002; موسى وآخرون ، 2002; Durston وآخرون ، 2006). لا يمكن لدراسات التصوير العصبي أن تميز بشكل محدد آلية مثل هذه التغييرات التنموية (مثل التقليم المتشابك ، والمايلين). ومع ذلك ، قد تعكس هذه التغيرات في الحجم والحجم التنقيح وصقل التوقعات المعاملة بالمثل من مناطق الدماغ هذه أثناء النضج. وبالتالي ، هذا التفسير هو مجرد المضاربة.
في الآونة الأخيرة ، بدأت الدراسات التصويرية للأعصاب تدرس المعالجة المتعلقة بالمكافأة في المراهقين وأظهرت تفعيل NAcc كما هو موضح في البالغين (Bjork et al.، 2004; مايو وآخرون ، 2004; Ernst et al.، 2005). ومع ذلك ، فقد اختلطت النتائج في كيفية اختلاف المراهقين والبالغين في النشاط. وقد ركزت هذه الدراسات في المقام الأول على منطقة المتكئين بدلا من OFC في دراسة التغيرات. علاوة على ذلك ، لم يُعطَ سوى القليل من الاهتمام لتوصيف تطوير NAcc و OFC من الطفولة حتى البلوغ. يوفر تتبع هذا التطور قيودًا إضافية على ما إذا كانت التغييرات التي يتم الإبلاغ عنها في مرحلة المراهقة محددة لهذه الفترة من التطور أم تعكس التغيرات الخطية الطموحة.
هنا ، استخدمنا التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) لفحص الاستجابات السلوكية والعصبية لمكافأة قيمة القيم عبر التنمية. ركزنا على NAcc و OFC نظرا للتقارير السابقة في الحيوانات (هيكوساكا وواتانابي ، 2000; Pecina وآخرون ، 2003) ، والتصوير (O'Doherty وآخرون ، 2001; Zald وآخرون ، 2004) ، والإدمان (Hyman و Malenka ، 2001) الدراسات التي تورطهم في التعلم المتعلق بالمكافأة. بناء على نماذج القوارضLaviola et al.، 1999; الرمح ، 2000) وأعمال التصوير السابقة (Ernst et al.، 2005) ، افترضنا أنه ، بالنسبة إلى الأطفال والبالغين ، سيظهر المراهقون استجابة متكئة مبالغ فيها موضحة للتنشيطات المركزية المكررة ضمن المتكئفين خلال هذه الفترة ، بالتنسيق مع عمليات تنشيط أقل نضجًا في مناطق PFC من أعلى لأسفل.
مواد وطرق
المشاركين.
ستة عشر طفلاً (سبع إناث ؛ عمر 7 - 11 ، متوسط العمر لسنوات 9.8) ، مراهقين 13 (ستة إناث ؛ عمر 13 - 17 ، مع متوسط العمر لسنوات 16) ، و 12 بالغين أصحاء يمين (ستة إناث ؛ عمر شارك 23 – 29 ، مع متوسط العمر لسنوات 25) في تجربة fMRI. تم الإبلاغ عن تحليل إحصائي منفصل عن بيانات البالغين سابقًا (Galvan et al.، 2005). تم استبعاد ثلاثة أطفال ومراهق واحد من التحليل بسبب الحركة المفرطة (> 2 مم). كانت الحركة> 0.5 فوكسل (1.56 مم) في أي اتجاه لموضوعين (طفل وشخص بالغ) مشمولان في التحليل. لم يغير استبعاد هذه الموضوعات من التحليل النتائج ولم تختلف الفئات العمرية المختلفة بشكل كبير في حركة الطائرة (البالغون: x = 0.48، y = 0.76، z = 0.49 المراهقين: x = 0.26، y = 0.58، z = 0.45 الأطفال: x = 0.18، y = 0.76، z = 0.36). لم يكن للموضوعات تاريخ من الاضطراب العصبي أو النفسي وقدم كل منهم موافقة مستنيرة (موافقة الوالدين وموافقة الطفل على المراهقين والأطفال) على بروتوكول وافق عليه مجلس المراجعة المؤسسية لكلية طب وايل كورنيل التابعة لجامعة كورنيل. تم محاكاة تجربة المراهقين والأطفال في ماسح ضوئي وهمي قبل التجربة ، حيث تعرضوا للأصوات التي كانوا يسمعونها أثناء التجربة الفعلية.
مهمة تجريبية.
تم اختبار المشاركين باستخدام نسخة معدلة من مهمة من اختيارين للإجابة المتأخرة كانت تستخدم في السابق في الرئيسيات غير البشرية (كرومويل وشولتز ، 2003) ووصفها سابقا (Galvan et al.، 2005) في دراسة الرنين المغناطيسي الوظيفي ذات الصلة بالحدث (التين 1). في هذه المهمة ، ارتبطت ثلاث مؤشرات (متوازنة) مع قيمة مكافأة متميزة. تم توجيه الموضوعات للضغط إما على فهرسهم أو إصبعهم الوسطي للإشارة إلى الجانب الذي ظهرت عليه الإشارة عند المطالبة ، والاستجابة بأسرع وقت ممكن دون ارتكاب أي أخطاء.
نموذج سلوكي. اللوحة اليسرى ، تم إقران ثلاث إشارات مع قيمة مكافأة متميزة (متوازنة عبر الموضوعات) بقيت ثابتة طوال التجربة. اللوحة اليمنى ، يتألف النموذج من جديلة ، استجابة ، ومكافأة تم فصلها مؤقتًا في الوقت المناسب مع ITI 12. إجمالي طول الفترة التجريبية كان 20 s.
وكانت المعلمات التحفيز على النحو التالي. تم تقديم واحدة من ثلاث صور للرسوم المتحركة للقرصنة بترتيب شبه عشوائي على الجانب الأيسر أو الأيمن من تثبيت مركز لـ 1000 مللي ثانية (التين 1). بعد التأخير الزمني لـ 2000 مللي ثانية ، تم عرض الموضوعات بمطالبة استجابة من صندوقي كنز على جانبي التثبيت (2000 مللي ثانية) وتم إرشادهما للضغط على زر بإصبع السبابة الأيمن إذا كان القراصنة على الجانب الأيسر من التثبيت أو إصبعهم الأوسط الأيمن إذا كان القراصنة على الجانب الأيمن من التثبيت. بعد تأخر آخر 2000 مللي ثانية ، تم تقديم تعليق مكافأة إما من كمية صغيرة أو متوسطة أو كبيرة من القطع النقدية في وسط الشاشة (1000 مللي ثانية). وارتبط كل قرصان بمكافأة متميزة. كان هناك فاصل بين عمودي 12 (ITI) قبل بدء المحاكمة القادمة. إجمالي طول الفترة التجريبية كان 20 s. لم تتم مكافأة الموضوعات إذا فشلت في تقديم رد أو إذا ارتكبت خطأ. وفي كلتا الحالتين ، تلقوا رسالة خطأ في الوقت الذي يتلقون فيه عادةً تعليقات على المكافآت.
تم ضمان الموضوعات 50 $ للمشاركة في الدراسة وتم إخبارهم بأنهم قد يكسبون ما يصل إلى $ 25 أكثر ، اعتمادًا على الأداء (حسب فهرسة وقت التفاعل ودقته) في المهمة. على الرغم من أن مبالغ المكافآت كانت مختلفة بشكل واضح عن بعضها البعض ، إلا أن القيمة الدقيقة لكل مكافأة لم يتم الإفصاح عنها للموضوع ، لأنه خلال الدراسات التجريبية ، أفاد الأشخاص عن عد المال بعد كل تجربة ، وأردنا تجنب هذا الإلهاء المحتمل. تم تقديم نظام Stimuli مع نظام التصوير الوظيفي المتكامل (PST، Pittsburgh، PA) باستخدام شاشة عرض شاشة عرض الكريستال السائل في تجويف الماسح الضوئي بالرنين المغناطيسي (MR) وجهاز تجميع استجابة الألياف البصرية.
تألفت التجربة من خمسة أشواط من تجارب 18 (ستة لكل من تجارب المكافآت الصغيرة والمتوسطة والكبيرة) ، والتي استمرت كل منها 6 min و 8 s. كان لكل تشغيل ستة تجارب لكل قيمة مكافأة قدمت بترتيب عشوائي. في نهاية كل جولة ، تم تحديث المواضيع على مقدار المال الذي كسبوه خلال هذا المدى. كانت كمية الأموال التي تم الحصول عليها متناسقة في جميع المواد ، وجميعها تلقت جدولًا مستمرًا من التعزيز (مُكافأة على نسبة 100٪ من التجارب). قبل بدء التجربة ، تم عرض الموضوعات المالية الفعلية التي يمكن أن تكسبها لضمان التحفيز. تلقوا تعليمات مفصلة التي شملت التعود على المحفزات المستخدمة. على سبيل المثال ، تم عرض الموضوعات الثلاثة والإشارات الثلاث التي سيشاهدونها أثناء التجربة. لم يتم إخبارهم كيف ترتبط العظة بالمكافآت. لقد أكدنا صراحة على أن هناك ثلاث مبالغ من المكافآت ، واحدة صغيرة ، وسيطة أخرى ، وأخرى كبيرة. هذه المبالغ واضحة بصريا في التجربة لأن عدد العملات في المنبهات يزيد بزيادة المكافأة. يمكن لموضوع واحد فقط التعبير عن الارتباط بين محفزات محددة ومبالغ المكافأة ، عندما يُسأل صراحة عن هذه العلاقة أثناء استخلاص المعلومات من الموضوع في نهاية التجربة.
الحصول على الصور.
تم إجراء التصوير باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T General Electric (Milwaukee، WI) باستخدام ملف تربيعي رأسي. تم الحصول على المسح الضوئي الوظيفي باستخدام تسلسل لولب داخلي وخارجي (Glover and Thomason، 2004). وشملت المعلمات ما يلي: وقت التكرار (TR) ، 2000 مللي ثانية ؛ وقت الصدى (TE) ، 30 مللي ثانية ؛ 64 × 64 matrix؛ 29 5 mm coronal slices؛ 3.125 × دقة 3.125 داخل الطائرة ؛ flip و 90 ° for 184 repetitions ، بما في ذلك أربع عمليات استحواذ مرفوضة في بداية كل تشغيل. تم جمع عينات المسح التوضيحي المرجحة داخل الطائرة T1 (TR ، 500 ؛ TE ، min ؛ 256 × 256 ؛ مجال الرؤية ، 200 مم ؛ سمك شريحة 5 مم) في نفس المواقع مثل الصور الوظيفية بالإضافة إلى ثلاثي الأبعاد مجموعة البيانات من الاستحواذ المدرّج عالي التدرج المدلل في صور ثابتة الحالة (TR ، 25 ؛ TE ، 5 ؛ سمك شريحة 1.5 مم ؛ شرائح 124).
تحليل الصور.
تم استخدام حزمة البرامج Brainvoyager QX (Brain Innovations، Maastricht، The Netherlands) لإجراء تحليل عشوائي لتأثيرات بيانات التصوير. قبل التحليل ، تم تنفيذ إجراءات المعالجة المسبقة التالية على الصور الخام: تصحيح الحركة ثلاثي الأبعاد للكشف عن وتصحيح حركات الرأس الصغيرة عن طريق المحاذاة المكانية لجميع المجلدات إلى المجلد الأول عن طريق تحويل الجسم الصلب ، وتصحيح وقت مسح الشريحة (باستخدام الاستيفاء الصادق ) ، وإزالة الاتجاه الخطي ، والترشيح الزمني تمرير عالية لإزالة الانجراف غير الخطية من ثلاث دورات أو أقل في دورة الزمن ، وتمهيد البيانات المكانية باستخدام نواة غوسية مع عرض كامل 4 ملم في نصف أقصى. لم تتجاوز تحركات التدوير والترجمة التقديرية أبداً 2 mm للمواضيع المدرجة في هذا التحليل. تم اسناد البيانات الوظيفية إلى الحجم التشريحي عن طريق محاذاة النقاط المقابلة والتعديلات اليدوية للحصول على أفضل ملاءمة عن طريق الفحص البصري ، ثم تم تحويلها إلى مساحة تالايراخ. تم تقريب voxels وظيفية من حجم voxel اكتساب 48.83 ملم3 إلى دقة 1 ملم3 خلال تحول طليعرش. تم تعريف NAcc و OFC من خلال إحداثيات Talairach جنبا إلى جنب مع الإشارة إلى الأطلس الدماغ Duvernoy (Talairach و Tournoux ، 1988; دوفرنوي ، 1999).
شمل تحليل النموذج الخطي العام (GLM) الجامع الأولي جميع المواد وكلها تمتد عبر كامل التجربة (نسبة إلى خط الأساس قبل المحاكمة) لتحديد المناطق الحساسة للمكافأة (NAcc و OFC). لضمان إجراء التحليلات الإحصائية على نفس المناطق لكل مجموعة عمرية ، تم إجراء تحليلات GLM منفصلة. وأظهرت كل مجموعة التنشيط في NAcc و OFC على أساس مقارنة مقابل مقابل خط الأساس. تم تأكيد توطين هذه المناطق بشكل إضافي لكل مجموعة على حدة بإحداثيات تالايراخ بالتزامن مع الإشارة إلى أطلس دوفرنوي الدماغي (Talairach و Tournoux ، 1988; دوفرنوي ، 1999) كما هو موضح أعلاه. وقد أظهرت الأعمال المنهجية السابقة أن التسجيل المجسم ومسار الزمن لاستجابة الدورة الدموية على مر العصور التي تم اختبارها في الدراسة الحالية ليست متباينة (Burgund وآخرون ، 2002; كانج وآخرون ، 2003). التحليل اللاحق و اللاحق تم إجراء تباينات على المناطق التي تم تحديدها مع هذا GLM الجامع الأولي لجميع المجموعات معًا ومن ثم لكل مجموعة على حدة. وأخيرًا ، تم إجراء تحليل بالارتباطات التي حددت voxels التي تم تنشيطها بشكل شائع عبر المجموعات الثلاث ، في NAcc و OFC (التكميلية الشكل 1 ، والمتاحة في www.jneurosci.org as مادة تكميلية). تتداخل مناطق الاهتمام التي تم تحديدها في تحليل الاقتران مع تلك التي تم تحديدها مع GLM الشامل الأولي ، و اللاحق اختبارات أكدت آثار مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها مع التحليلات المذكورة أعلاه.
في تحليل المجموعة بالكامل ، كان GLM الجامع يتألف من جميع عمليات التشغيل عبر التجربة بأكملها (تشغيل 5 × 37 subjects = 185 z- دورات وقتية وظيفية معتدلة) وتم إجراؤها بمقياس المكافأة كمؤشر رئيسي. تم الحصول على التنبؤات من خلال تلاقي استجابة صندوقية مثالية (بافتراض قيمة 1 لحجم عرض المهمة وحجم 0 للنقاط الزمنية المتبقية) مع نموذج خطي للاستجابة الدورة الدموية (Boynton وآخرون ، 1996) وتستخدم لبناء مصفوفة التصميم لكل دورة زمنية في التجربة. تم تضمين التجارب الصحيحة فقط وتم إنشاء تنبؤات منفصلة لتجارب الأخطاء. كان العدد الإجمالي للتجارب الصحيحة لكل مجموعة على النحو التالي: 1130 للأطفال (n = 13) و 1061 للمراهقين (n = 12) و 1067 للبالغين (n = 12). تم تصحيح عدد أقل من المحاكمات للأطفال بما في ذلك موضوع طفل إضافي.
وظيفة ثم أجريت تحليلات النقيض على أساس t اختبارات على "أوزان المتنبئين لتحديد منطقة اهتمام في NAcc و OFC. أجريت تباينات مع تحليل الآثار العشوائية. تم حساب السلسلة الزمنية والتغيرات المئوية في إشارة MR ، عبر كل نقطة بيانات للتجربة بأكملها (18 s) نسبة إلى 2 s للتثبيت الذي يسبق بداية التجربة (إجمالي مدة التجربة 20 s) ، باستخدام المتوسط المرتبط بالأحداث عبر voxels نشط بشكل كبير الحصول عليها من تحليلات النقيض. يستند حساب عدد voxels المعينين في كل منطقة حسب الفئة العمرية على تحليلات GLM التي أجريت على كل مجموعة موصوفة أعلاه.
اعتمدت تصويبات المقارنات المتعددة على محاكاة مونت كارلو ، والتي تم تشغيلها باستخدام برنامج AlphaSim داخل AFNI (كوكس ، 1996) لتحديد عتبات التواصل المناسبة لتحقيق مستوى α تم تصحيحه p <0.01 (Forman et al.، 1995) بناءً على حجم البحث في 450 ملم3 للحصول على NAcc. تصحيح مستوى α من p <0.05 في OFC استند إلى حجم بحث 25,400 ملم3 (Forman et al.، 1995). لم تنشط OFC التنشيط عتبة أكثر صرامة من p <0.01 عبر المجموعات.a
النتائج
نتائج التصوير
حدد تحليل GLM الشامل لبيانات التصوير NAcc [right (x = 6، y = 5، z = −2) واليسار (x = −8 ، y = 6، z = −2)] و OFC الصحيح (x = 46، y = 31، z = 1) مرسوم في الشكل 2, A و C، مع قيمة المكافأة كمتنبئ رئيسي ، عبر جميع المواد ونتائج التجربة للتجربة بأكملها (18 s) ، نسبة إلى فترة ما بين الأمريكتين 2 s التي تسبق بداية التجربة التالية (على سبيل المثال ، مقارنة مقابل مقابل مقابل خط الأساس). ضمن هذه المناطق ، كان هناك تأثير رئيسي لقيمة المكافأة (F(2,72) = 8.424؛ p = 0.001) (التين 2B) في NAcc ، ولكن ليس في OFC (F(2,72) = 1.3؛ p = 0.44) (التين 2D). وظيفة t الاختبارات على التأثير الرئيسي لمكافأة NAcc أكدت فروق ذات دلالة إحصائية بين الكبيرة والصغيرة (t(36) = 4.35؛ p <0.001) ، كبير ومتوسط (t(36) = 2.01؛ p <0.05) ومتوسطة وصغيرة (t(36) = 2.09؛ p <0.04) من المكافآت ، مع تنشيط أكبر للحصول على مكافآت أكبر.
توطين النواة المتكئة (A) والقشرة الأمامية المدارية (C) التنشيط لمكافأة. كان هناك تأثير رئيسي لقيمة المكافأة في النواة المتكئة (B) [حق (x = 6، y = 5، z = −2) واليسار (x = −8 ، y = 6، z = −2)] ولكن ليس في القشرة الأمامية المدارية الجانبية اليمنى (x = 46، y = 31، z = 1) (D). تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى اختلافات كبيرة بين الصغيرة والمتوسطة ، المتوسطة والكبيرة ، والصغيرة والكبيرة.
الاختلافات التطورية في حجم ومدى النشاط للمكافأة
لأن تركيز هذه الدراسة كان على كيفية تأثير المكافأة على التوظيف العصبي عبر التطوير ، فقد فحصنا الاختلافات التطورية في حجم ومدى المتكئين ونشاط OFC للمحاكمات إلى أكبر مكافأة. تم حساب حجم النشاط كتغير في النسبة المئوية في إشارة MR متوسطها خلال أول 18 من التجربة بالنسبة إلى فترة ما بين الدورات السابقة للتثبيت التي سبقت التجربة مباشرةً (2 s) ، والتي تم حساب متوسطها عبر التجربة بأكملها (90 trials = 900 مسح). تم إجراء هذا الحساب لكل مجموعة. تم حساب مدى النشاط باعتباره حجم النشاط (عدد voxels) عبر أشواط ، حسب المجموعة ، وذلك باستخدام نفس التباين.
حجم النشاط.
في المتكئين و OFC ، كانت هناك اختلافات كبيرة في التطور في النسبة المئوية للتغيير في إشارة MR (F(2,22) = 6.47، p <0.01 ؛ F(2,22) = 5.02، p = 0.01 ، على التوالي) (التين 3A,B). في المتكئين ، أظهر المراهقين أكبر تغيير في الإشارات. وظيفة اختبارات أكدت اختلافات كبيرة بين المراهقين والأطفال (t(11) = 4.2؛ p = 0.03) وبين المراهقين والبالغين (t(11) = 5.5؛ p = 0.01) في حجم النشاط المتكئ. في OFC ، اللاحق اختبارات أكدت اختلافات كبيرة بين الأطفال والمراهقين (t(11) = 4.9؛ p = 0.01) والأطفال والكبار (t(11) = 3.99؛ p = 0.01). وهكذا ، أظهر المراهقون نشاطًا مُحسَّنًا في المتكئفين ، وهذا النمط اختلف عن ذلك في مركز OFC ومن الأطفال والبالغين.
حجم ومدى المتكئين ونشاط OFC لمكافأة. Aأظهر المراهقون تغيرًا مئويًا في النسبة المئوية في إشارة MR إلى مكافأة كبيرة بالنسبة للأطفال والبالغين في المتكئين. Bفي الأطفال ، كان لدى الأطفال أكبر تغير في النسبة المئوية في إشارة MR مقارنة بالمراهقين والبالغين. C، أظهر الأطفال أكبر حجم من النشاط في المتكئين بالنسبة للمراهقين والبالغين. Dوأظهر الأطفال والمراهقون حجمًا أكبر من النشاط في OFC بالنسبة للبالغين. تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى اختلافات كبيرة في التنشيط بين الأطفال والمراهقين والمراهقين والبالغين A. تفعيل أكبر في الأطفال بالنسبة للمراهقين والبالغين في B. حجم أكبر من النشاط في الأطفال بالنسبة للمراهقين والبالغين في C. وحجم أكبر من النشاط في الأطفال بالنسبة للمراهقين والمراهقين بالنسبة للبالغين في D.
مدى النشاط.
كانت هناك اختلافات تنموية كبيرة في مدى النشاط في المتكئين (F(2,22) = 4.7؛ p <0.02) و OFC (F(2,22) = 5.01؛ p = 0.01). وظيفة أكدت الاختبارات حجم أكبر من النشاط في المتكئين للأطفال (503 ± 43 interpolated voxels) نسبة إلى المراهقين (389 ± 71 interpolated voxels) (t(22) = 4.2؛ p <0.05) والبالغون (311 ± 84 فوكسل محرف) (t(22) = 3.4؛ p <0.05) (التين 3C). لم يختلف المراهقون والبالغين (t(22) = 0.87؛ p = 0.31). ل OFC ، الأطفال (864 ± 165 interpolated voxels) (t(22) = 7.1؛ p = 0.01) والمراهقون (671 ± 54) (t(22) = 5.8؛ p = 0.01) أظهر أكبر مدى للنشاط بالنسبة للبالغين (361 ± 45 voxels) (التين 3D) ، ولكن لم تكن هناك اختلافات كبيرة بين الأطفال والمراهقين (t(22) = 1.8؛ p = 0.07). هذا النمط من النشاط يعكس التطور المطول لـ OFC بالنسبة إلى NAcc (التين 4، رسم بياني).
المدى الطبيعي لقياس النشاط للنواة المتكئة و OFC لجميع الموضوعات ، معدلة لمتوسط مدى النشاط (x - متوسط / متوسط لكل منطقة.
الاختلافات التطورية في المعالجة المؤقتة لقيمة المكافأة
لدراسة التغيرات التفاضلية في التجنيد العصبي خلال التجربة ، قمنا بفحص التأثير الرئيسي والتفاعلات مع الوقت (التجارب المبكرة والمتوسطة والمتأخرة) على تغيير إشارة MR في NAcc أو OFC. لوحظ تأثير الزمن فقط في تفاعل الزمن بالمجموعة بالمكافأة في المتكئين (F(8,136) = 3.08؛ p = 0.003) وأقل قوة في OFC (F(8,136) = 2.71؛ p = 0.02). كان هذا التفاعل مدفوعًا بشكل أساسي بالتغيرات التي حدثت أثناء التجارب المتأخرة للتجربة (للتغيرات كدالة في التجارب المبكرة والمتوسطة والمتأخرة ، انظر الشكل التوضيحي الإضافي 2 ، والمتوفر في www.jneurosci.org as مادة تكميلية). أرقام شنومكس و 6 يصور المسار الزمني للتغيير في إشارة MR كدالة لقيم المكافآت الصغيرة والمتوسطة والكبيرة للمحاكمات المتأخرة من قبل المجموعة لكل منطقة. تُظهر هذه السلسلة الزمنية تغيراً مبالغاً فيه في نشاط المتكئين في المراهقين بالنسبة إلى الأطفال أو الكبار في تجارب المكافآت الصغيرة والكبيرة التي تحدث ∼5-6 s بعد الاستجابة والنقطة التي تظهر فيها جميع الفئات العمرية الثلاث تغيراً في إشارة MR. هذا النمط موضح بيانياً في الشكل 7 من أجل الوضوح (للتغيير في نشاط OFC في هذه المرحلة الزمنية لجميع الفئات العمرية الثلاث ، انظر التكميلية التين 3، متاح على www.jneurosci.org as مادة تكميلية).
التغيرات الزمنية في النواة المتكئة كدالة لقيم المكافآت الصغيرة والمتوسطة والكبيرة للتجارب المتأخرة للتجربة لكل فئة عمرية. تناظر الأشرطة الرمادية النقطة (النقاط) ∼5-6 s بعد الاستجابة. تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى اختلافات التنشيط بين المجموعات.
التغيرات الزمنية في القشرة الأمامية المدارية كدالة لقيم المكافآت الصغيرة والمتوسطة والكبيرة للتجارب المتأخرة للتجربة لكل فئة عمرية. تناظر الأشرطة الرمادية النقطة (النقاط) ∼5-6 s بعد الاستجابة. تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى اختلافات التنشيط بين المجموعات.
النسبة المئوية للتغيير في إشارة MR ∼5 - 6 s بعد الاستجابة بالنسبة إلى خط الأساس قبل المحاكمة لكل فئة عمرية ، مما يظهر تغيراً مبالغاً فيه في نشاط المتكئين في المراهقين بالنسبة إلى الأطفال أو الكبار في تجارب المكافآت الصغيرة والكبيرة. تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى اختلافات التنشيط بين المجموعات.
النتائج السلوكية
تم اختبار تأثير الوقت على المهمة وقيمة المكافأة باستخدام 5 (تشغيل) × 3 (مكافئة صغيرة ومتوسطة وكبيرة) × 3 (مجموعة) ANOVA للمتغيرات التابعة لمتوسط وقت رد الفعل للتجارب الصحيحة ودقة الدقة. كانت هناك تأثيرات رئيسية لقيمة المكافأة (F(2,72) = 9.51؛ p = 0.001) والمجموعة (F(2,220) = 4.37؛ p = 0.02) والتفاعلات المهمة للمكافأة حسب الوقت (F(8,288) = 4.176؛ p <0.001) والتجميع حسب المكافأة حسب الوقت (F(16,272) = 3.01؛ p = 0.01) لوقت رد الفعل المتوسط. وأظهر التأثير الرئيسي للمكافأة ، في جميع المواد الدراسية ، أن أوقات رد الفعل كانت أسرع إلى أكبر مكافأة (المتوسط ، 515.47 ، SD ، 178.75 ؛ t(36) = 3.8؛ p <0.001) نسبة إلى متوسطة (متوسط 556.89 ؛ SD 180.53) أو مكافأة صغيرة (متوسط 552.39 ؛ SD 180.35). كان التفاعل الكبير للمكافأة بمرور الوقت مدفوعًا بشكل أساسي بالتفاعل الثلاثي للمجموعة بالمكافأة بالوقت. اختلف البالغون في متوسط وقت رد الفعل على جميع قيم المكافأة الثلاثة بنهاية التجربة (التين 8). كان المراهقون أسرع بشكل كبير بالنسبة للقيمة بالنسبة للمكافآت المتوسطة والصغيرة مع عدم وجود فرق بين المكافآت المتوسطة والصغيرة. أظهر الأطفال عدم وجود فروق ذات دلالة إحصائية في متوسط وقت رد الفعل للمكافآت الصغيرة أو المتوسطة أو الكبيرة. لم تكن هناك ارتباطات ذات دلالة إحصائية بين متوسط زمن التفاعل أو الدقة والمتكئة أو النشاط المداري الأمامي.
النتائج السلوكية. يتم عرض متوسط زمن التفاعل كدالة لقيم المكافآت الصغيرة والمتوسطة والكبيرة للمراحل المبكرة والمتوسطة والمتأخرة للتجربة لكل فئة عمرية. تشير أشرطة الأخطاء إلى SEM. تشير العلامات النجمية إلى وقت رد الفعل البطيء للمكافآت الصغيرة والمتوسطة نسبة إلى الصغيرة في المراهقين ووقت رد الفعل الأبطأ إلى صغير نسبي إلى متوسط ومتوسط نسبة إلى كبير في البالغين.
لم تكن هناك آثار مهمة للمكافأة (F(2,72) = 0.26؛ p = 0.40) ، مجموعة (F(2,220) = 0.73؛ p = 0.80) ، أو الوقت (F(4,476) = 0.57؛ p = 0.44) أو تفاعلات لدقة متوسطة. كانت جميع المواضيع عالية الدقة عبر قيم المكافأة (الأطفال: صغير ، 96٪ ؛ متوسط ، 98٪ ؛ كبير 96٪ ؛ مراهقين: صغير ، 98٪ ؛ متوسط ، 99٪ ؛ كبير ، 99٪ ؛ والكبار: صغير ، 98٪؛ متوسط ، 99٪ ؛ كبير ، 99٪).
مناقشة
بحثت هذه الدراسة الاستجابات السلوكية والعصبية إلى التلاعب قيمة مكافأة في التنمية. تدعم النتائج التي توصلنا إليها فرضيتنا أن المراهقين يختلفون عن الأطفال والبالغين في NAcc و OFC للتوظيف ، وهي مناطق كانت متورطة سابقاً في معالجة المكافآت (كنوتسون وآخرون ، 2001) والإدمان (Volkow وآخرون ، 2004). نتائجنا تتفق مع القوارض (Laviola et al.، 2003) والتصوير التنموي السابق (Ernst et al.، 2005) دراسات تعزيز النشاط المتكئ خلال فترة المراهقة. تشير هذه النتائج إلى أن المسارات التنموية المختلفة لهذه المناطق قد ترتبط بالسلوكيات الاندفاعية والمحفوفة بالمخاطر التي لوحظت خلال هذه الفترة من التطور.
التغيرات التنموية في الهيكل والوظيفة
كان النشاط المتكثف المحسّن موازياً بنمط متطور للنشاط للمراهقين بالنسبة للأطفال ، ولكنه مماثل للبالغين. وعلى النقيض من ذلك ، أظهر المراهقون أن تجنيد OFC المنتشر أكثر شبهاً بالأطفال أكثر من البالغين. نحن نفسر هذه البيانات لنقترح أن تطوير NAcc قد يسبق ذلك OFC خلال فترة المراهقة. التطور المطول للمناطق قبل الجبهية ، مع الانتقال من الانتشار إلى التنسيق البؤري يتسق مع التصوير العصبي المبني على التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)سويل وآخرون ، 1999; 2003; Gogtay وآخرون ، 2004) ودراسات الرنين المغناطيسي الوظيفي (كيسي وآخرون ، 1997, 2002; براون وآخرون ، 2005, Durston وآخرون ، 2006) من التطور الجبهي (كيسي وآخرون ، 2005).
التغيرات التنموية في حجم النشاط داخل المناطق الأمامية (سويل وآخرون ، 1999) مثيرة للاهتمام في ضوء العمليات التنموية المعروفة (على سبيل المثال ، التشجير الشجيري ، التقليم المتشابك ، الميالين) التي تحدث خلال هذه الفترة. ومع ذلك ، لا يقدم التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ولا التصوير بالرنين المغناطيسي مستوى من التحليل يميز بشكل محدد آلية هذه التغييرات. تم استخدام مقاييس الحجم جزئياً لتقييد تفسير الاختلافات في الحجم ، ولكن يمكننا فقط أن نتوقع أن تغيراتنا في حجم وحجم نشاط NAcc و OFC تعكس ضبطًا دقيقًا لهذه الدائرة مع الخبرة والتطوير.
تم الإبلاغ عن التعيين التفاضلي للمناطق الأمامية في العديد من الدراسات التنموية الرنين المغناطيسي الوظيفي (كيسي وآخرون ، 2002; Monk et al.، 2003; توماس وآخرون، 2004). عادة ، تم تفسير هذه النتائج من حيث المناطق قبل الجبهية غير ناضجة بدلا من عدم التوازن بين المناطق قبل الجبهية وتحت القشرية. تقديم أدلة على المناطق قبل الجبهية في توجيه الإجراءات المناسبة في سياقات مختلفة (ميلر وكوهن ، 2001) قد يعوق النشاط الجبهي غير الناضج التقدير المناسب للنتائج المستقبلية وتقييم الخيارات الخطرة ، وبالتالي قد يكون أقل تأثيرا على تقييم المكافأة من المتكئين. يتطابق هذا النمط مع الأبحاث السابقة التي تظهر ارتفاع القشرة تحت القشرية ، نسبة إلى النشاط القشري عندما تتحيز القرارات من خلال المكاسب الفورية على المدى الطويل (McClure وآخرون ، 2004). علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن نشاط المتكافلة يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بسلوكيات المخاطرة الآجلة (Kuhnen و Knutson ، 2005).
التعلم المرتبط بالمكافآت عبر التنمية
كان أحد أهداف هذه الدراسة هو وصف مكافأة التعلم في التنمية. أظهر الكبار التمييز السلوكي إلى الإشارات الثلاثة ، مع أسرع الردود على جديلة مكافأة كبيرة. أظهر المراهقون استجابات أقل وضوحا وأظهر الأطفال القليل من التعلم. يوازي التعلم البطيء في التنمية نتائج التصوير لتطور OFC المطول الذي قد يعوق التعلم الترابطية بين الأحداث التنبؤية ونتائج المكافآت. هذا التفسير مدعوم من قبل الحيوان (هيكوساكا وواتانابي ، 2000; Chudasama and Robbins، 2003; Cetin وآخرون ، 2004; Hosokawa وآخرون ، 2005) والتصوير البشري (إليوت وآخرون ، 2000; O'Doherty وآخرون ، 2003; McClure وآخرون ، 2004; Cox et al.، 2005; Galvan et al.، 2005) الدراسات التي تبين دور OFC في التعلم وتمثل الروابط بين الأحداث التنبؤية (المنبهات والاستجابات) ومكافأة النتائج في تحسين سلوك الاختيار.
تمكّن عدد قليل من دراسات التصوير لمكافأة حتى الآن من إظهار الاختلافات في السلوك كدالة نتيجة المكافأة (هارونو وآخرون ، 2004; Delgado et al.، 2005; Galvan et al.، 2005). هنا ، تشير بياناتنا إلى أن الاستجابات العصبية ذات الصلة بالمكافأة تؤثر على المخرجات السلوكية. الحد الأدنى من التغير السلوكي ربما منع المؤلفين السابقين من تحديد ما إذا كانت شروط المكافأة المختلفة تحيز الإنتاج السلوكي. قد يكون أحد الأسباب التي جعلتنا قادرين على تفريق الاختلافات السلوكية هو أن نموذجنا تم تصميمه لزيادة الاستجابات السلوكية والتعلم باستخدام جدول التعزيز المستمر (ديكنسون وماكينتوش ، 1978; Gottlieb ، 2004, 2005). تُظهر الدراسات على الحيوانات تعلُّمًا أسرع مع استمرارية نسبة إلى جداول التعزيز المتقطعة (Gottlieb ، 2004) التي ربما تكون قد أوضحت الاستجابات الأسرع لمحاكمات المكافآت الكبيرة عبر الموضوعات ونمط السلوك المتميز لكل قيمة مكافأة في البالغين من خلال التجارب المتأخرة.
المكافآت هي نسبية للسياقات المختلفة والأعمار
يختلف تفضيل المكافآت حسب سياق المكافأة (Tversky و Kahneman ، 1981; Tremblay و Schultz ، 1999). تدعم الأدلة من دراستنا فكرة أن التفضيل النسبي للمكافأة مبالغ فيه خلال فترة المراهقة: فقد أظهر المراهقون استجابة متكئة معززة للمكافأة الكبيرة وانخفاض في النشاط إلى المكافأة الصغيرة نسبة إلى مكافآت أخرى وإلى الأعمار الأخرى. أبلغ المراهقون عن كثافة أكبر للمشاعر الإيجابية وشدة إشارة BOLD أكثر إيجابية من البالغين خلال حالة الفوز (Ernst et al.، 2005). قد ينظر المراهقون إلى المكافأة الصغيرة كإغفال للمكافأة ، على غرار عدم وجود حدث متوقع في وقت معين ، والذي ظهر سابقًا لتقليل النشاط الجسدي (Davidson وآخرون ، 2004). وتوافقت هذه النتيجة مع تباطؤ وقت رد الفعل من التجارب المبكرة إلى المتأخرة للحصول على المكافآت الأصغر ، مما وفر دليلاً إضافياً على أن هذا الشرط ربما كان ينظر إليه على أنه أكثر سلبية للمراهقين. معا ، تشير هذه النتائج إلى أن إدراك المكافأة قد يتأثر بالتغيرات في الأنظمة العصبية خلال مرحلة المراهقة (اروين ، 1993).
قد التغييرات التنموية موازية التغييرات مع التعلم
في الآونة الأخيرة، Pasopathy و Miller (2005) أظهرت أنه في القرود ، اكتشفت المناطق النسيجية حالات طارئة للمكافأة أولاً ، والتي بدت على ما يبدو تحيز لمناطق ما قبل الجبهات لاتخاذ إجراءات. وقد أظهر عمل آخر أن OFC يبدو متورطًا في ربط الاستجابات بالنتائج (إليوت وآخرون ، 2000; Galvan et al.، 2005). ومع ذلك ، قد يكون هذا التأثير يعتمد على نضج النظم قبل الجبهية والصلات المتبادلة بين المناطق الأمامية (هابر ، 2003) أن الإجراءات المرتبطة مع النتيجة ، لأن الأطفال والمراهقين لم يظهروا التعلم ، كما تم فهرستها عن طريق متوسط وقت رد الفعل ، إلى الحد الذي فعله البالغون. ويبقى السؤال المفتوح ما إذا كان الأطفال لا يستطيعون تعلم التمييز بين قيم المكافأة المختلفة أو ما إذا كانوا سعداء بمكافأة صغيرة كمكافأة كبيرة.
قد تكون نتائج الحساسية الأقل في الاستجابة السلوكية في الاستجابة العصبية في الموضوعات الأصغر سنا متسقة مع دراسات التعلم السابقة التي تظهر أن التغييرات العصبية تسبق التغيرات السلوكية (Tremblay et al.، 1998). كان المراهقون أسرع بشكل ملحوظ في تجارب المكافآت الأكبر بنهاية التجربة بالنسبة إلى قيم المكافأة الأخرى ، لكن المتكئين أظهروا أنماطًا مميزة من النشاط لكل قيمة مكافأة مماثلة للبالغين. إذا كان هذا التفسير صحيحًا ، فقد نتوقع من خلال التدريب الإضافي أن الأداء السلوكي للمراهقين سوف يوازي في النهاية النشاط المتكئ. وبالمثل ، يتوقع المرء ظهور أنماط مماثلة عند الأطفال ، ولكن مع تدريب أكثر شمولاً.
يتناقض بين النتائج الحالية والسابقة
على الرغم من أن الاستجابة المتكافلة المبالغ فيها في المراهقين يكرر تلك مايو وآخرون. (2004) و ارنست وآخرون. (2005), بيورك وآخرون. (2004) وجدت انخفاض المتكئفين النشاط بالنسبة للبالغين خلال الكسب مقابل عدم وجود النقيض من الربح. بينما Bjork وآخرون. أبلغت (2004) عن تغيير إشارة MR خلال التجربة بأكملها ، ففحصنا تغييرات MR عبر التجربة بأكملها وكذلك خلال التجارب المبكرة والمتأخرة ، مع التجارب الأخيرة التي أظهرت تنشيطًا أكبر في المراهقين بالنسبة للبالغين.
الفرق الثاني في الدراسة الحالية ، مقارنة بالأدبيات الموجودة (O'Doherty وآخرون ، 2001, إليوت وآخرون ، 2003, Galvan et al.، 2005) ، كان عدم وجود تأثير رئيسي لقيمة المكافأة في OFC عبر الموضوعات. عند دراسة هذا التأثير الرئيسي ، قمنا بانهيار نشاط OFC عبر المجموعات العمرية وعبر التجربة. لم تشمل دراسات المكافأة الأخرى لمركز OFC السكان النمائيين ، الذين لديهم أنماط نشاط أكثر انتشاراً وأكثر تنوعًا في هذه المنطقة (كيسي وآخرون ، 1997). وبالتالي ، فإن إدراج السكان النمائيين زاد من التباين في توظيف هذه المنطقة ، مع وجود أنماط أقل اتساقا من نشاط OFC. علاوة على ذلك ، أظهرت بياناتنا أنه بالنسبة للتجارب اللاحقة للتجربة ، اختلف نشاط OFC بالنسبة إلى أكبر نسبة إلى المكافآت الصغيرة ، لكنه أظهر تخطيطًا أقل دقة لمكافأة القيمة بالنسبة إلى NAcc ، والتي أظهرت أنماطًا منفصلة من النشاط لكل قيمة مكافأة عبر العمر مجموعات ، بما يتفق مع عملنا السابق (Galvan et al.، 2005) و الآخرين (إليوت وآخرون ، 2003).
الآثار
تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى وجود تغييرات مطوّلة طويلة الأمد في أنظمة التحكم من الأعلى إلى الأسفل بالنسبة إلى المناطق دون القشرية المتضمنة في السلوكيات الشهية. قد تساهم هذه المسارات التنموية المختلفة في الاختيارات غير المثلى في المراهقين الذين يتم دفعهم أكثر من خلال الأنظمة الشهية من أنظمة التحكم (الرمح ، 2000). يمكن فهم تطوير الاتصال الهيكلي والوظيفي للدارات ميزوليبوم ذات الصلة مكافأة مزيد من المعلومات الميدانية على أساس العصبية الحيوية لزيادة الإدمان على المكافأة والمراهقة بداية.
وقد اقترح إطار عصبي مماثل لتلك التي نقترحها هنا لشرح الإدمان. وفقًا لذلك ، يتم "اختطاف" PFC من قبل نظام تحت القهري الاندفاعي ، مما قد يجعله غير قادر على تعديل القرارات بشكل مناسب في سياق العواقب المستقبلية (بشارة ، 2005). النتائج التي توصلنا إليها تتفق مع هذه التكهنات ولكن تحدث أثناء نموذجي. وبالتالي ، فإن الإسهامات غير المتناسبة للأنظمة تحت القشرية ذات الصلة بالأنظمة التنظيمية قبل الجبهية قد تكمن في سوء صنع القرار الذي يهيئ المراهقين لاستخدام المخدرات ، وفي نهاية المطاف ، الإدمان.
الحواشي
- تم الاستلام يناير 5، 2006.
- مراجعة مستلمة قد 15، 2006.
- مقبول قد 25، 2006.
↵a تم تحديد أحجام الكتلة 6 و 10 للمتصلين و OFC ، على التوالي ، بواسطة هذه المحاكاة. أحجام الكتلة 8 و 10 في بيانات المراهقين والطفولة ، على التوالي ، نجت من عتبات أكثر صرامة (p <0.002 و p <0.001 ، على التوالي). في OFC ، نجت أحجام المجموعات من 14 و 18 في المراهقين والأطفال ، على التوالي ، من عتبات أكثر صرامة (p <0.004 و p <0.001 ، على التوالي).
دعم هذا العمل جزئياً المعهد الوطني لتعاطي تعاطي المخدرات R01 DA18879 و R21 DA15882 ، والمعهد الوطني للصحة العقلية Grant P50 MH62196 (BJC) ، والمنحة الوطنية لمنحة Eye Institute Grant T32 EY07138 (AG). نحن نقدر بكل الامتنان جميع المشاركين وعائلاتهم للمشاركة في هذه الدراسة وثلاثة مراجعين مجهولين.
- يجب إرسال المراسلات إما إلى Adriana Galvan أو BJ Casey و 1300 York Avenue و Box 140 و New York و NY 10021. البريد الإلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي] or [البريد الإلكتروني محمي]
مراجع حسابات
المقالات التي تستشهد من هذا المقال
;