Mütləq davranış zamanı erkən prefrontal korteksin (2011) neyronal inhibisyonu və koordinasiyası

giriş

Yetkinlik, fiziki və psixososial keçişləri yetkin yaşa tamamladıqca tənzimləmə dövrüdür (Arnett, 1999). Əhval pozğunluqları, şizofreniya və narkotik istifadəsi də daxil olmaqla bir neçə böyük psixiatrik problemə simptomların başlaması ilə üst-üstə düşdüyü üçün zəiflik dövrü hesab olunur (Volkmar, 1996; Çam, 2002; Johnston və ark., 2008). Son illərdə, yetkin insanlarda və heyvan modellərində aparılan araşdırmalar, hüceyrə və molekulyar beyin arxitekturasında yaşa bağlı dəyişiklikləri və müxtəlif dərmanların farmakoloji təsirindəki fərqləri izah etdi (Mızraq və Əyləc, 1983; Mızrak, 2000; Adriani et al., 2004; Brenhouse et al., 2008; Paus, 2010). Yaşla bağlı davranış fərqləri də araşdırılmış və əksər hallarda diqqət mərkəzində saxlanılmışdır, baxmayaraq ki, yetkinlik yaşına çatmayanların davranışı əksər hallarda böyüklərdəki davranışlara, orta yetkinlik dövründən başlayaraq qərar qəbuletmə qabiliyyətində yalnız təvazökar dəyişikliklər göstərməyə meyllidir (Mızrak, 2000; Doremus-Fitzwater və digərləri, 2009; Figner və digərləri, 2009; Cauffman və digərləri, 2010). Buna baxmayaraq, yeniyetmələr ciddi hadisələri böyüklərdən fərqli olaraq emal edə bilərlər. Məsələn, son bir araşdırma, böyüklər arasında c-fos zülalının dorsal striatumda və nüvədə mükafatla əlaqəli bir qoxu ifrazatına məruz qaldıqdan sonra böyüdülməsində daha çox müşahidə edildi (Friemel və s. 2010). Yeniyetmələrin prefrontal korteksində (PFC) sinir fəaliyyəti və bağlantı ölçülərindəki fərqlər də izah edilmişdir (Ernst və digərləri, 2006; Galvan və digərləri, 2006; Liston və digərləri, 2006; Geier və s., 2009; Uhlhaas et al., 2009a). Bununla birlikdə, neyron səviyyəsindəki bu yaşla bağlı fərqlərin dəqiq mahiyyəti məlum deyil.

Yetkinlərdə kortikal neyronların dinamik işlənməsini böyüklər ilə müqayisə etmək üçün, mükafatlandırılmış bir davranış etdikləri üçün siçovulların orbitofrontal korteksindən (OFC) bir vahid və yerli sahə potensialını (LFP) qeyd etdik. OFC, dəyər gözləntilərinin emalında mərkəzi rolu və yeniyetmələrdə inkişaf etməməsinin əvvəlki sübutlarına görə hədəfə alındı ​​(Schultz və digərləri, 2000; Galvan və digərləri, 2006; Schoenbaum et al., 2009). Öyrənilmiş fəaliyyət nəticəsi dərnəyinə (davranışına) aid davranış tapşırığıSturman və digərləri, 2010) mürəkkəb motivasiyalı davranışın əsas bina bloku. Bu işin sadəliyi davranış tədbirlərinin qruplar arasında çox oxşar olmasına imkan verdi. Buna görə də, oxşar tapşırıqların icrası halında, yetkin uşaq OFC, vəzifəli insanlarla əlaqəli məlumatları böyüklərdən fərqli olaraq kodlaşdırması barədə fərziyyəni sınaya bildik. Bu cür əsas sinir fəaliyyətinin fərqliliyini və neyron səviyyəsində bunu xarakterizə etmək, yetkinlik yaşındakı artan nöropsikiyatrik risklərlə əlaqəli ola biləcək inkişaf proseslərini müəyyənləşdirmək və gələcəkdə bu kimi problemlərin qarşısını almaq və müalicə etmək üçün müdaxilə strategiyalarını hazırlamaq üçün vacibdir.

Materiallar və metodlar

Davranış

Yetkinlər və yeniyetmələr üçün siçovullar bir ev işığı olan bir Cant qutusu aparatında (Coulbourn Alətləri, Allentown, PA) sınaqdan keçirilmiş, qida qranullarını (istehkam edilmiş dekstroza, 45 mq; Bio-serv, Frenchtown, NJ) daxil edə bilən bir qranul jurnalı var. qida çubuğu və qida çubuğunun qarşısındakı divara yatay şəkildə düzülmüş üç burunlu çuxur. 5-6 günlük cərrahi bərpadan sonra heyvanlar yüngül şəkildə qida məhdudlaşdırdılar, davranış test aparatlarında vərdişdən keçdilər və əvvəllər xarakterizə olunan davranış tapşırıqları üzərində məşqlərə başladılar (Sturman və digərləri, 2010). Qısaca, siçovullar qida pelletinin möhkəmləndirilməsi üçün işıqlandırılmış bir mərkəz burun tıxanma çuxuruna soxmağı öyrəndi. Məhkəmə araşdırmaları, mərkəzi burun tıxanma çuxurunun içərisindəki bir səs işığının başlaması ilə başladı. Siçovul o çuxurun içinə girəndə işıq dərhal söndü və bir qranul qida qabına çatdırıldı, daha sonra işıqlandı. Pellet almaq üçün qida qabına girmək, qida qabının işığını söndürdü və 5-lı sınaq aralığına səbəb oldu (Şəkil 1a). Hər sessiya 100 sınaqlarından və ya 30 min keçmədən sonra dayandırıldı. Əvvəlki iş bu vəzifənin həm gənclər, həm də böyüklər tərəfindən tez öyrənilə biləcəyini, məşqin üçüncü gününə qədər gözlənilən maksimum performans göstərdiyini göstərdi (Sturman və digərləri, 2010). Əsas tapşırıq yerinə yetirmə tədbirlərinə hər seans ərzində başa çatmış ümumi sınaqların sayı, replikadan instrumental pokaya qədər olan gizlilik və instrumental pokdan qidaya daxil olan gecikmə (qranulun alınması) daxil edilmişdir. Yaş × sessiyanın təkrar ölçüləri SPSS-də bütün nəticələr (alfa = 0.05) üzrə qiymətləndirildi. Sferiklik fərziyyəsinin pozulduğu bütün hallarda, aşağı həddə olan düzəlişlərdən maksimum dərəcədə konservativ dərəcədə azadlıq tənzimlənməsi üçün istifadə edilmişdir.

Şəkil 1

Elektrod yerləşdirmə, tapşırıq paradiqması və davranış performansı. A) Yetkin və böyüklərdəki siçovullar sadə bir instrumental öyrənmə paradiqması üzərində təlim keçirdilər, bunlarda bir burun pokesini (instrumental cavab) sonrakı hissələrlə işıqlı bir çuxura birləşdirdilər. ...

Elektrofiziologiya təhlili

Elektrofizyolojik məlumatlar, LFP analizləri və atəş dərəcəsi dəyişkənliyi funksiyaları üçün xronux alətlər qutusu (Chronux.org) ilə birlikdə Matlab-da (Mathworks, Natick, MA) hazırlanmış xüsusi yazılı skriptlər ilə təhlil edildi və Churchland və həmkarları tərəfindən zövqlə təqdim edildi (http://www.stanford.edu/∼shenoy/GroupCodePacks.htm) (Churchland et al., 2010). Ümumiyyətlə, sinir fəaliyyəti müəyyən bir tapşırıq hadisələrinə vaxtında bağlanmışdı: sınaq başlamış replika, instrumental burun tökülməsinə reaksiya və qidaya giriş. Xam LFP izləri bu tapşırıq hadisələri üçün vaxtla bağlanmış və eksponatlarla sınaq işləri orta hesabla çəkilmədən əvvəl xaric edilmişdir. Armatur ətrafındakı dövrdə yetkin və yetkin xam LFP gərginlik izləri nümunəsi təqdim edilmişdir (Əlavə Şəkil 1). Hər bir subyektin hər tapşırıq hadisəsi ətrafında bir neçə saniyədə sınaqdan keçirilmiş ortalama güc spektri FFT tərəfindən hesablanmışdır. Bu, 13 qabaqcıl taper, 7 bant genişliyi məhsulu və 1 saniyəlik hərəkət pəncərəsi (250 ms addımda) istifadə edilərək həyata keçirildi. Bu parametrlər, araşdırdığımız digər parametrlərlə müqayisədə, təxminən 2 Hz tezlik qətnaməsinə imkan verdi və bu, hər bir maraq dairəsində birdən çox tezlik qutusuna icazə verdi. Sonsuz zaman seriyası məlumatları ilə işləyərkən spektrogram qiymətləndirmələrini yaxşılaşdırdığı üçün çox kağızlı bir yanaşma istifadə edildi (Mitra və Pesaran, 1999), 1, 3 və 9 taperlərdən istifadə etmələrinə baxmayaraq çox oxşar spektroqramlara səbəb oldu. Güc spektrindəki hər bir tezlik çubuğu (sıra) başlanğıc dövrü ərzində orta spektral gücə Z-bal normallaşdırıldı (istedaddan əvvəl 2 s başlayan bir 3-s pəncərə). Normallaşdırılmış güc spektrləri yeniyetmələr və böyüklər üçün orta hesabla alındı.

Tapşırıq hadisələri ətrafında pəncərələrdə hər vahid üçün hadisə vaxtı atəş dərəcəsi histoqramları hazırlandı. Hər bir vahidin sınaqdan keçirilmiş orta atəş dərəcəsi Z-hesabı, başlanğıc dövrünə nisbətən normallaşdırıldı. Vahidlər, orta normallaşmış fəaliyyətlərinin ardıcıl olaraq Z ≥ 50 və ya Z ≤ -2 olan üç ardıcıl 2 ms qutu içərisində olub-olmadığına əsasən maraq pəncərələrində "aktivləşdirilmiş" və ya "qadağan olunmuş" kimi təsnif edilmişdir. Bu meyarlar, hər bir vahidin başlanğıc dövründə parametrik olmayan bir başlanğıc təhlili istifadə edilərək təsdiqlənmişdir. Hər bir vahid üçün əsas pəncərə təsadüfi olaraq 10,000 dəfə dəyişdirilərək seçildi. Yenidən qurulmuş fəaliyyəti əhəmiyyət kriteriyalarına çatmış 2 saniyəlik pəncərələrin nisbəti, hər hansı bir 2 saniyəlik pəncərə zamanı həmin vahid üçün gözlənilən yalnış-müsbət nisbətin ölçüsüdür. Bu, bütün yeniyetmə vahidlər üçün alfa = 0.0034 və bütün yetkin vahidlər üçün alfa = 0.0038 olan gözlənilən yanlış pozitiv nisbətə gətirib çıxardı. Bu aşağı alfalar, vahid saxta kateqoriyalara bölmənin, yeniyetmələr və böyüklər arasındakı kateqoriya nisbətlərinin statistik müqayisələrini yersiz təsir etməyəcək qədər nadir olacağını göstərir. Vahid cavablarının vaxtını müqayisə etmək üçün təsnifat təhlili tapşırıq hadisələri ətrafında hərəkətli bir pəncərə ilə aparıldı (500 ms addımda hərəkətli pəncərə ölçüsü 250 ms). Yaşla əlaqəli statistik müqayisələr üçün xüsusi maraq kəsb edən zaman pəncərələri üçün (məsələn, işarədən sonrakı 1 saniyədə), aktivləşdirilmiş, inhibe edilmiş və əhəmiyyəti olmayan vahidlərin sayını daxil edən Chi-kvadrat analizləri aparıldı. Əhəmiyyətli Chi-kvadrat testlərini iki nisbətdə bir Z testi istifadə edərək hər bir kateqoriya üçün nisbi nisbətlərin müqayisəsi (məsələn, yeniyetmələr və böyüklər arasında inhibe edilmiş vahidlər) izlədi (Cədvəl 1). Bu davranış paradiqması ilə əvvəlki iş göstərdi ki, həm gənclər, həm də yetkinlər instrumental cavabı 3 sessiyası ilə sabit maksimumda yerinə yetirirlər (Sturman və digərləri, 2010). Bu səbəbdən, başqa bir qeyd edilmədiyi hallar xaricində 3-6 seanslar üçün elektrofizyolojik analizlər təqdim olunur və burada hər iki qrup tərəfindən fəaliyyət-nəticə əlaqəsi yaxşı öyrənilir. Burada və başqa yerlərdə p <0.05 olduqda sıfır fərziyyə rədd edildi.

Cədvəl 1

Seçilən pəncərələrdəki yeniyetmələr və yetkinlər vahidi fəaliyyətinin vaxt tapşırığı hadisələri ilə müqayisəsi. Maraq pəncərələri replika, instrumental poke (Poke) və ya qida novuna (FT) giriş üçün vaxtla bağlıdır. Yetkin (Adol) və yetkinlərin nisbəti ...

Atış dərəcəsi dəyişkənliyinin təhlilləri 80 ms addımlarında bir 50 ms pəncərədən istifadə edərək Fano amilləri (sünbül sayının dəyişməsi / orta) hesablandı. Hər vahid üçün sünbül sayının dəyişməsi və orta sünbül sayı hər zaman nöqtəsində hesablanırdı. Dəyişiklik və bütün bölmələr üçün mənfi olan reqressiyanın yamacı, hər bir pəncərə addımında tapşırıq hadisələri ətrafında Fano faktoru kursu təmin edilərək təyin olundu. Zamanla Fano amilində müşahidə edilən dəyişikliklərin (və yaşla əlaqəli Fano faktor fərqləri) dəyişkənliyə deyil, orta atəş sürətindəki dəyişikliklərə görə olub olmadığını yoxlamaq üçün Churchland və işçilərin hazırladığı orta uyğunluq texnikasını həyata keçirdik (Churchland et al., 2010). İlk analizdə, yetkin və böyüklər üçün ayrıca orta müqayisə etdik. Bu üsul təsadüfi və dəfələrlə atılan vahidlər tərəfindən hər bir nöqtədə orta atəş dərəcəsi sabitliyini saxladı. Hər zaman nöqtəsi üçün fano amillərinin qiymətləndirmələri bu prosesin 10 iterasyonlarının orta səviyyəsinə əsaslanır. Atış sürətinin dəyişməsi səbəbindən artefaktların qarşısını almaq üçün bu prosedur effektiv bir yanaşma olaraq təsdiqlənmişdir (Churchland et al., 2010). Bundan əlavə, ayrıca bir orta müqayisə təhlili aparıldı, bu zaman ən yüksək yayılmış atəş dərəcəsi histoqramı həm yaş qrupu daxilində, həm də yaş qrupları arasında zamanla istifadə edildi. Bənzər xam və orta ölçülü Fano amillərinin müşahidəsi təsdiq edir ki, Fano faktorundakı vaxt kursları və yaşla bağlı fərqlər sünbül müddəti dəyişkənliyini əks etdirir və yalnız orta atəş dərəcəsindəki fərqlərin artefaktı deyildir. Yetkin və yetkin Fano amilləri Matlab-da dərəcə cəmi testlərindən istifadə edərək statistik olaraq müqayisə edildi.

Nəticələr

Yerli Sahə Potensialları

LFP-lərin elektrofizyolojik qeydləri, regional afferentlərin fəaliyyətini əks etdirmək üçün düşünülmüşdür, yeniyetmələr və böyüklər üçün bir çox oxşar iş nümunələri aşkar edilmiş, möhkəmləndirmə almaq üçün qida daxil olduqdan dərhal sonra spektral gücdə nəzərə çarpan fərqlər olmuşdur (Şəkil 2a). O dövrdə böyüklər daha çox alfa (8-12 Hz) və beta (13-30 Hz) güc nümayiş etdirdilər. Teta (4-7 Hz) və aşağı qamma (31-75 Hz) güclər qruplar arasında oxşar idi, yetkinlərdə isə yetkinlərə nisbətən daha yüksək qamma (76-100 Hz) gücü vardı (Şəkil 2b).

Şəkil 2

3-6 seansları zamanı yetkin və yetkin OFC LFP-lər. A) Açar tapşırıq hadisələri ətrafındakı pəncərələrdə yeniyetmələr və böyüklər üçün LFP güc spektrləri hər bir tezlik üçün ilkin dövr üçün normallaşdırıldı (3-dan 1 saniyə əvvəl). Zaman normallaşdı ...

Fano Faktor Təhlili

Yaşla bağlı fərqlər müəyyən tapşırıq hadisələri ilə əlaqəli atəş sürətinin dəyişkənliyində müşahidə edilmişdir. Sünbül sayının dəyişməsi və sünbül sayma arasındakı əlaqənin yamacı olan Fano amili (Churchland et al. 2010), sınaqlar arasındakı sünbül vaxtının dəyişkənliyini araşdırmaq üçün hesablandı (Şəkil 3). Yeniyetmələrdə (8 siçovul 265 vahid) 4-184 seanslar zamanı (reytinq cəmi testləri ilə müqayisələr) Z = 3, p <6, a Sınaq başlanğıc işarəsindən dərhal sonra 2 saniyəlik pəncərə Z = 6.90, p <0.01, alət reaksiyası Z = 1, p <5.48 və bir saniyədə möhkəmləndirmə axtarışına aparan 0.01 saniyədə bir pəncərədə Z = 1 , p <3.12 (Şəkil 3). Fano amil hesablamaları pəncərə ölçüsündən və addımdan asılı olduğundan, hesablamaların böyüklüyü və hamarlığına təsir göstərildiyi halda ümumi vaxt kursu və yaşla bağlı fərqlərin qaldığını göstərmək üçün instrumental lövhənin ətrafındakı dövrdə bu parametrləri dəyişdik (Əlavə Şəkil 2) .Ortıq uyğun bir texnika etdik (Churchland et al. 2010müvəqqəti atəş dərəcəsinin dəyişməsi Fano amilini dəyişkənlik ölçüsü kimi şərh etməyimizə mane olmaması üçün zamanla orta atəş sürətini təxminən sabit saxlamaq. (Əlavə Şəkil 3a). Eyni şəkildə yaş qrupları arasında atəş dərəcələrini bərabərləşdirdik (Əlavə Şəkil 3b). Xam Fano amilləri ya da orta müqayisə üsulu ilə hesablanmış amillərə çox bənzəyirdi ki, bu da müşahidə olunan Fano faktoru vaxt kursunun orta atəş dərəcəsi dinamikasından asılı olmayaraq sünbül vaxtının dəyişkənliyini əks etdirir. Bunun üçün bir istisna, gücləndirmə axtarışından sonra idi, bu zaman böyüklər daha çox xam Fano amillərini nümayiş etdirdilər (Şəkil 3). Bu fərq ən azı qismən orta atəş nisbətinin dəyişməsi ilə əlaqədardı, çünki bu dövrdə orta müqayisə olunan Fano amillərində statistik cəhətdən ciddi fərq yox idi (Əlavə Şəkil 3). Bu tapıntılar, xəsis hadisələrin həm yeniyetmələr, həm də böyüklər üçün sünbül vaxtının dəyişkənliyinin azalmasına səbəb olduğunu və maraqlıdır ki, yeniyetmənin OFC neyron sünbül vaxtı ümumiyyətlə vəzifələrin əksəriyyətində böyüklərdən fərqli olaraq dəyişkəndir. Stimulus tərəfindən idarə olunan Fano amil azalmalarının kortikal memarlığın ümumi mülkü olduğu düşünülür (Churchland et al. 2010). Beləliklə, daha yüksək Fano amilləri, böyüklər ilə müqayisədə, yeniyetmələrin OFC-də daha az möhkəm nəzarət edilmək üçün sünbül vaxtı üçün daxili meyl göstərə bilər.

Şəkil 3

Yetkin və yetkinlərdə atəş dərəcəsinin dəyişkənliyini müqayisə edən Fano amil analizi. Fano faktoru, bütün vahidlər üçün sınaqdan keçən sünbül sayının dəyişməsi və sünbül sayma deməkdir. Bir sürüşmə pəncərəsindən istifadə edərək bu dəyişkənliyin qiymətləndirilməsi vaxt nöqtələrində hesablanmışdır ...

Bölmə Fəaliyyəti

Tapşırıq zamanı vahid bölməli sinir fəaliyyətinin təhlili, yeniyetmələr və böyüklər arasında əhəmiyyətli hadisəyə xas fərqləri aşkar etdi. 1 sessiyası zamanı, fəaliyyət nəticələrini verən birlikləri öyrənmədən əvvəl, vahid fəaliyyət hər iki qrupdakı tapşırıq hadisələrinə az dəyişdi. Tapşırıq yaxşı öyrənildikdən sonra (təlim sessiyaları 3-6), lakin tapşırıq tədbirləri sinir fəaliyyətinin ardıcıl nümunələrini tapdı (Şəkil 4). Vəzifə hadisələri ilə bağlı olan hər bölmənin ilkin normallaşdırılmış atəş dərəcələri göstərilir Şəkil 5a, phasic sinir fəaliyyətinin miqyasını və dərəcəsini göstərən. Yetkinlərdə (4 siçovullar, 184 ədəd), lakin yetkin olmayanlarda (8 siçovullar, 265 ədəd), replikada və instrumental cavabdan əvvəl orta aktivlik azaldı (Şəkil 5b). Cavabdan sonra, hər iki qrupun normallaşdırılmış populyarlıq fəaliyyəti eyni dərəcədə azalıb, yetkinlər böyüklərdən daha çox rezonans doğurub. Gücləndirmə vaxtı ətrafında əhali aktivliyi artdı, böyüklər daha erkən və ergenlərə nisbətən daha aşağı səviyyəyə çatdılar. Maksimum yetkinlik yaşına çatma fəaliyyətinə qida girərkən çatdı; bu nöqtədə böyüklərin orta aktivliyi daha aşağı idi. Güclü bir nəticə çıxarmaq üçün çox az olmasına baxmayaraq, yetkin (n = 8 ədəd) və yetkin (n = 5 ədəd) putative fast spiking (FS) interneuronları vahidlərin ümumi kütləsi kimi maraq hadisələri ətrafında oxşar ümumi bir fəaliyyət nümunəsi nümayiş etdirdilər. iclaslar zamanı 3 - 6 (Əlavə Şəkil 4) .Müxtəlif hadisələrə həyəcanverici və maneə törədən fazik fəaliyyət nisbətinin müqayisəsi. (Şəkil 5c) ümumiyyətlə azaldılmış inhibe reaksiyaları və yeniyetmələrdə bənzər və ya inkişaf etmiş həyəcanverici reaksiyalar aşkar edilmişdir. Yarıdan sonrakı 1 s-də, yetkinlər aktivləşdirilmiş vahidlərin müqayisəli nisbətləri olan yeniyetmələrə nisbətən daha çox inhibe olunmuş vahidlərin nisbətinə sahib idilər (Cədvəl 1). İnstrumental cavabdan sonra, yeniyetmələr və böyüklər populyasiyanın aktivliyində oxşar azalma olduqda, aktivləşdirilmiş və maneə törədilən hissələrin oxşar nisbətləri müşahidə edildi. Sinir işə cəlb olunma vaxtını görüntüləmək üçün istifadə olunan hərəkətli pəncərə təsnifatı təhlili göstərdi ki, instrumental reaksiya ətrafında böyüklər üçün inhibe edilmiş vahidlər daha əvvəl inhibə olunur və yeniyetmələrə nisbətən daha uzun müddət davam edir (Şəkil 5c). Bu, instrumental cavabdan 0.5 s əvvəl və 1 - 1.5 s sonra zaman pəncərələrində inhibə olunmuş vahidlərin nisbətlərinin araşdırılması ilə təsdiqlənir (Cədvəl 1). Yetkinlərin aktivləşdirilmiş bölmələri də yeniyetmələrdən əvvəl işə qəbul edildiyi görünsə də, bu fərqlər statistik baxımdan əhəmiyyətli deyildi. Aktivləşdirilmiş və qadağan olunmuş kateqoriyaya bölünən bölmələrin nisbəti möhkəmləndirmə ətrafında xeyli dərəcədə fərqlənirdi, yetkinlərdə inhibe edilmiş vahidlərin nisbəti daha çoxdur və yeniyetmələrdə aktivləşdirilmiş vahidlərin nisbəti daha çoxdur. Gücləndirmədən sonra 0.5 - 1 saniyə ərzində vahid kateqoriyasında yaşa bağlı heç bir fərq yox idi. Bu tapıntılar göstərir ki, ergen və yetkin vahidlərin oxşar nisbətləri müxtəlif dövrlərdə aktivləşdirilə və ya inhibe oluna bilər (məsələn, instrumental poke), yeniyetmələrin tapşırıqlarının çox hissəsi ilə inhibə edilmiş vahidlərin nisbəti daha az idi.

Şəkil 4

Altı seansın hər birində tapşırıq tədbirlərinə vaxtla bağlı olan bütün yetkin və yeniyetmələr üçün orta bazal normallaşdırılmış atəş dərəcəsi + 1 sem (kölgələmə). Bütün yeniyetmələr üçün orta səviyyəli atəş dərəcəsi 4.66Hz, bütün yetkin bölmələr isə 5.18Hz idi. ...

Şəkil 5

3-6 sessiyalar zamanı OFC populyasiyası və tək vahid fəaliyyət. A) İstilik sahələri hər bir ergen (n = 265; yuxarı sahələr) və yetkin (n = 184; alt sahələr) vahidi üçün normallaşdırılmış atəş dərəcəsini təmsil edir. Hər sıra fərdi vahidin fəaliyyətidir ...

Müzakirə

Həm populyasiyada, həm də vahid səviyyələrdə, yetkinlik yaşına çatmayan OFC mükafatlandırılmış davranışları, yetkinlərə nisbətən fərqli bir şəkildə inkişaf etdirdi, ən məşhur fərq mükafat və digər əlamətdar hadisələr zamanı sinir fəaliyyətində daha az görülən yeniyetmələrin azalmasıdır. Yeniyetmələr, eyni zamanda, tapşırıqların əksəriyyəti boyunca daha çox sünbül müddəti dəyişir. Gücləndirmə zamanı aktivliyin daha az azalmasına əlavə olaraq, aktivliklərini artıran yetkinlik yaşına çatmayan vahidlərin daha böyük bir hissəsi, böyüklər ilə müqayisədə alfa, beta və qamma LFP güclərində fərqlər var. Vəziyyətin oxşar olmasına baxmayaraq bu yaşa bağlı neyron emal fərqlərinin müşahidə olunduğu vacibdir ki, bu da fərqlərin sadəcə davranış qarışıqlığını əks etdirmədiyini göstərir (Schlaggar et al., 2002; Yurgelun-Todd, 2007). Əlavə fənlər əlavə etmək erkən təlim zamanı davranış fərqlərini aşkar etməli olsa da, həm gənclər, həm də böyüklər üçüncü seansdan başlayaraq vəzifəni maksimum səviyyədə yerinə yetirdilər. Elektrofizyolojik təhlillərimiz, hərəkət-nəticə assosiasiyasının hər iki qrup tərəfindən yaxşı öyrənildiyi zaman sonrakı iclaslara yönəldildi. Siçovul yetkinlik dövrünün qısa müddətində öyrənmək üçün kifayət qədər sadə olsa da, daha mürəkkəb motivasiyalı davranışın əsas bina bloku hesab edilə bilən davranış vəzifəsini seçdik. Beləliklə, bu tapıntılar, yeniyetmələrin böyüklər ilə eyni motivasiyalı davranışlarını həyata keçirdikləri halda, nadir hadisələrin neyron kodlaşdırılması və aydın emal səmərəliliyinin (bu sünbül müddətinin dəyişkənliyinə aid olduğu kimi) əsaslı şəkildə fərqləndiyini göstərir.

Yetkin neyronlar sınaq davranış hadisəsi, instrumental cavabdan əvvəl və mükafatlandırma zamanı vacib davranış hadisələri zamanı yetkinlərə nisbətən az aktivliyə meyl göstərdilər. Yaşla əlaqəli bu cür fərqlər bu dövrlərdə daha az OFC nöronal inhibe ilə əlaqəli ola bilər. Neyronal inhibe, salınma fəaliyyətinin sinxronlaşdırılmasında mühüm rol oynayır (Fries və digərləri, 2007; Cardin və digərləri, 2009; Sohal və s., 2009), dəqiq sünbül vaxtını idarə etmək və neyron əlaqənin səmərəliliyini artırmaq (Buzsaki və Chrobak, 1995). EEG və LFP ilə ölçülən bu cür salınımlar, daxili hüceyrə və dövrə xüsusiyyətlərinin qarşılıqlı təsirini əks etdirmək üçün düşünülmüş neyron həyəcanlılığının ritmik dalğalanmalarıdır (Buzsaki və Draguhn, 2004), sünbülün çıxma vaxtını dəqiq tənzimləyin (Fries, 2005). Salınımların sinxronizasiyası neyron qruplarının ünsiyyəti üçün bir keçid təmin edə bilər (Fries, 2005) və pertseptiv bağlama və digər proseslər üçün əsas ola bilər (Uhlhaas et al., 2009b). Xüsusi tezlik diapazonlarında neyron sinxronizasiya tədbirləri çoxsaylı kontekstlərdə bilişsel performansla əlaqədardır (Basar və s., 2000; Hutcheon və Yarom, 2000) və şizofreniya kimi bir sıra patoloji vəziyyətlərdə azalır (Uhlhaas və Minger, 2010). Uhlhaas və həmkarları, insan yeniyetmələri və böyüklər arasında vəzifə ilə əlaqəli EEG salınımlarında fərqlər tapdılar (Uhlhaas et al., 2009a). Bu tapıntılara uyğun olaraq, möhkəmləndirmə zamanı gənclərin OFC-də alfa və beta gücündə daha kiçik artımlar aşkar etdik. Bu tezlik diapazonlarının daha uzun məsafələrdə sinir əlaqəsi üçün vacib olduğu düşünülür (Pfurtscheller et al., 2000; Brovelli et al., 2004; Klimesch et al., 2007), yeniyetmələrdə daha az səmərəli ola bilər. Bu təfsir, funksional bağlantının daha çox yerli olmağından inkişaf yolu ilə daha çox paylandığını göstərən tədqiqatlara uyğundur (Fair et al., 2009; Somerville və Casey, 2010).

Fano amili analizindən istifadə edərək qiymətləndirilən sınaqlar zamanı atəş dərəcəsinin dəyişkənliyində yaşla bağlı fərqləri də müşahidə etdik. Son işlər göstərdi ki, bir çox kortikal bölgələrdə neyron fırlanma fəaliyyəti azaldılmış Fano amillərində əks olunduğu kimi stimul və ya instrumental davranışla sabitlənir (Churchland et al., 2010). Həqiqətən, biz OFC-də instrumental davranış, mükafat yanaşması / gözləmə və gücləndirmə (böyüklərdə) atəş nisbətinin dəyişkənliyini ölçməyimizin azalmasına səbəb olduğunu müşahidə etdik. Dəyişkənliyin ən böyük azalması siçovulların alət reaksiyasını yerinə yetirməsi və möhkəmlənmədən əvvəlki dövrdə baş verdi. Yeniyetmələrin OFC-də ola biləcəyi kimi, phasic sinir fəaliyyətinin vaxtı daha az nəzarət edilsə, daha böyük atəş sürətinin dəyişməsi gözlənilir. Yetkinlik yaşına çatmayanlar dərhal yemək daxil edildikdən dərhal sonra 1-lıq dövr istisna olmaqla, bir çox işdə böyüklərdən daha çox Fano amillərinə sahib idilər. Bu nəticələr, yeniyetmələrin sinir kodlaşdırmasında səmərəliliyin azaldılmasını təklif edə biləcək dərəcədə daha yüksək dərəcədə dəyişkənliyə meylli olduğunu göstərir. Yəni daha çox Fano amilləri göstərir ki, yetkinlik yaşına çatmayan OFC neyronları eyni təhlükəli hadisələri sınaqdan sınaq müddətinə qədər kodlaşdırır və bu da böyüklər ilə müqayisədə müvafiq dərəcədə aşağı siqnal-səs-küy nisbətini ifadə edə bilər. Bu, uşaqların və yeniyetmələrin hadisə ilə əlaqəli potensialının böyüklər ilə müqayisədə daha az siqnal-səs-küy nisbətinə sahib olması ilə əlaqədardır ki, bu da bu siqnalları istehsal edən beyin bölgələrinin "fərdi fərdi qeyri-sabitliyi" ilə əlaqəli ola bilər (Segalowitz et al., 2010). Neyron inhibe salınımların əldə edilməsi üçün çox vacib olduğu kimi, inhibitor şəbəkələr əsas hüceyrələrin tüklənməsi üçün dəqiq vaxt təmin edir (Buzsaki və Chrobak, 1995). Beləliklə, yetkinlik yaşına çatmayan vahidlərin görkəmli hadisələrə daha az fasik inhibe nümayiş etdirmə tendensiyası ilə yeniyetmələr vahidlərinin daha yüksək dərəcədə dəyişkənliyi arasında əlaqə mövcud ola bilər. Bununla birlikdə ehtiyatlılığımızı bildirməliyik ki, belə bir əlaqə, ehtimal ki, birbaşa deyil, çünki ən böyük Fano amil fərqliliyinin vaxtı həm də phasic inhibe ən böyük fərqlərin vaxtı deyildi.

Yetkinlik dövründə geniş nörodevelopmental dəyişikliklər baş verir. Bu dövrdə boz maddənin azalması və ağ maddənin artması var (Benes və ark., 1994; Paus və s., 1999; Paus və s., 2001; Sowell və digərləri, 2001; Sowell və digərləri, 2002; Sowell və digərləri, 2003; Gogtay et al., 2004). Dopamin kimi bir neçə nöromodülatörün reseptorları, yetkinlərdə PFC və bazal ganglionlarda olanlara nisbətən daha yüksək səviyyələrdə ifadə olunur (Gelbard et al., 1989; Lidow və Rakic, 1992; Teicher və digərləri, 1995; Tarazi və digərləri, 1999; Tarazi və Baldessarini, 2000). Anesteziya edilən siçovullarda, yetkinlik yaşına çatmayanlara və ya yetkinlərə nisbətən dopamin neyronlarının kortəbii sinir fəaliyyəti daha çoxdur (McCutcheon və Marinelli, 2009). Kortikal dilimlərdə bir dopamin D2 reseptor agonistinin aktivləşdirən təsiri yalnız gec yetkinlik və ya erkən yetkinlik dövründə olur, bu zaman qəfil sürüşmə müşahidə olunur (Tseng və O'Donnell, 2007). NMDA reseptorlarının sürətli böyüyən (FS) neyronlardakı ifadəsi yeniyetmələrin PFC-də də kəskin şəkildə dəyişir. Yetkinlik yaşına çatmayan FS interneuronların əksəriyyəti sinaptik NMDA reseptor vasitəçilik cərəyanlarını nümayiş etdirmir. Onlara sahib olan hüceyrələr çox azalmış NMDA: AMPA nisbəti (Wang və Gao, 2009). Bu tədqiqatlar, yetkinlik yaşına çatmayan beyin bölgələrinin və həssas davranış və psixiatrik zəifliklə əlaqəli ötürücülərin memarlığı və fiziologiyasındakı əsas fərqləri nümayiş etdirir. Bildiyimizə görə, oyuncaq, hüceyrəli heyvanlarla davranışda hücrədənkənar elektrofizyolojik qeydlərdən ilk istifadə edən bu araşdırma, vəzifə ilə əlaqəli sinir fəaliyyətinin yetkinlərdə emal zamanı köklü şəkildə fərqli olduğunu nümayiş etdirərək bu hüceyrə və molekulyar tapıntıların funksional əhəmiyyətini artırır. hadisələr.

İnsan fMRI araşdırmaları, yeniyetmələrin daha böyük miqyaslı regional səviyyədə böyüklərdən fərqli olaraq mükafat və mükafat gözləməsini inkişaf etdirdiyini tapdı (Ernst və digərləri, 2005; Galvan və digərləri, 2006; Geier və s., 2009; Van Leijenhorst və digərləri, 2009). Bəzi yeniyetmələrin davranış zəiflikləri üçün cari izahatlar, PFC'nin fəaliyyəti və / və ya funksional əlaqəsi və subkortikal strukturların modulyasiyası baxımından "inkişaf etməmiş" anlayışını ehtiva edir (Ernst və digərləri, 2006; Casey və digərləri, 2008; Steinberg, 2008). Hazırkı araşdırma inkişaf fərqlərinin çox əsas mükafatlandırılmış davranış zamanı da müşahidə olunacağını və vahid bir səviyyədə səviyyəsində, yetkin yaşda olanların hamısında deyil, bütün hallarda deyil, OFC-də sinir fəaliyyətinin azalmasına meyl göstərərək özünü göstərir. Gələcəkdə belə bir bağlantı qurmaq üçün lazım olsa da, inhibitor reaksiyalar nisbətində vahid bölmə səviyyəsindəki fərqlər, salınım gücündə və sünbül dövrü dəyişkənliyində müşahidə edilən bəzi yetkinlik fərqlərinin mənbəyi ola bilər. Sünbüllərin dəqiq vaxtını nəzarətdə saxlamağın, salınımlara girməyin və bununla da neyron qruplarının səmərəli ünsiyyətini asanlaşdırmağın vacibliyiBuzsaki və Chrobak, 1995; Fries və digərləri, 2007), azaldılmış yeniyetmənin PFC inhibisyonu, bu işdə və digərlərində görülən kortikal emaldakı geniş miqyaslı fərqlərin müşahidə edilməsinə uyğundur. Bununla birlikdə, yeniyetmələrin görkəmli hadisələr ətrafında vahid fəaliyyətində daha az azalma meyli, həyəcanverici afferentlərin fəaliyyətində azalma, eləcə də azalmış inhibe ilə nəticələnə bilər.

Dəyişən kortikal inhibitor fəaliyyəti davranış inhibisyonuna təsir göstərə bilər (Chudasama və digərləri, 2003; Narayanan və Laubach, 2006) və bəzi patoloji hallarla əlaqəli olmuşdur (Chamberlain və digərləri, 2005; Lewis və digərləri, 2005; Behrens və Sejnowski, 2009; Lewis, 2009). Məsələn, şizofreniya xəstələri inhibitor nörotransmitter GABA sintezində iştirak edən bir ferment olan GAD67 mRNA ifadəsini azaltdılar (Akbarian və digərləri, 1995). Şizofreniya xəstələri də PFC-də GABA membran nəqlini (GAT-1) -immunoreaktiv akson patronlarını azaltdılar (Woo və digərləri, 1998). Bu yeniyetmələrdə tədqiqat üçün xüsusi əhəmiyyət kəsb edir, çünki GAT-1 immunoreaktiv patron (yetkinlik yaşına çatmayan parvalbuminə qarşı immunitetli olan) pik həddinə çatır və sonra yetkinlik yaşına çatdıqdan sonra kəskin bir azalma keçir (Cruz və digərləri, 2003), şizofreniya üçün tipik başlanğıc vaxtı. Normal inkişaf zamanı yaşa bağlı fasik fəaliyyətin dəqiq mənbəyini müəyyənləşdirəcək gələcək işlər, yetkinlik dövründə ortaya çıxan psixiatrik xəstəliklərin patofiziologiyası və simptomatik vaxtı ilə birbaşa əlaqəli ola bilər.

Əlavə material

Minnətdarlıq

References