Adolescence jako citlivé období vývoje mozku (2015)

Fáze publikování: Korektura korektury v tisku

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.07.008

Definování plasticity a citlivých období

V 1960s Wiesel a Hubel zkoumali účinek monokulární deprivace pro 1 – 4 měsíce po otevření očí. Neurony v odpovídající vizuální kůře následně ztratily citlivost na podněty směřující k dříve deprivovanému oku a začaly přednostně reagovat na nevýrazné oko [1, 2]. Monokulární deprivace v prvních 3 měsících života byla také spojena s atrofií v buňkách v thalamu přijímajícím vstup od deprivovaného oka. Zotavení z této atrofie bylo velmi omezené, dokonce i po 5 letech vystavení světlu. Naproti tomu monokulární deprivace po 3 měsících věku neměla prakticky žádné fyziologické, morfologické nebo behaviorální účinky [3, 4]. Zjištění z těchto studií byla vzata jako důkaz, že prvních několik měsíců života tvoří citlivé období pro percepční vývoj, během kterého je zvýšena plasticita neuronů [5].

Plasticita popisuje schopnost nervového systému přizpůsobit jeho strukturu a funkci v reakci na environmentální požadavky, zkušenosti a fyziologické změny [6]. Lidský mozek si během života udržuje základní úroveň plasticity - je známá jako plasticita závislá na zkušenosti a je základem veškerého učení [7]. Naproti tomu plasticita v citlivých obdobích je očekávaná zkušenost - organismus „očekává“, že bude během této doby vystaven zvláštnímu podnětu [7].

Citlivá období byla původně označována jako „kritická období“. Tento termín se nyní používá méně často, protože od té doby je jasné, že určité obnovení funkce může být možné i mimo časové okno s nejvyšší citlivostí. V případě vizuálního vývoje pozdější výzkum monokulární deprivace u koťat ukázal, že zvířata mohou být vyškolena k použití původně deprivovaného oka poté, co je odkryto, a to může přinést určitou úroveň zotavení [8].

Studie o citlivých obdobích zrakového systému u lidí se spoléhaly na přirozeně se vyskytující případy vizuální deprivace u jedinců narozených s šedým zákalem, které uzavírají oční čočku. Zrak může být získán po zákroku zvratu šedého zákalu. Studie zvratu šedého zákalu ukazují rozdíly mezi citlivými obdobími pro normální vizuální vývoj, obdobími citlivosti na deprivaci a obdobími zotavení z deprivace [9]. Například pro zrakovou ostrost se období vizuálně řízeného typického vývoje prodlužuje během prvních 7 let života, ale jednotlivci zůstávají citliví na deprivaci až do 10 let věku a během života může být možné určité obnovení funkce [10].

Vývoj jazyka také obecně ukazuje zvýšenou plasticitu v dětství [11, 12], ačkoli pro jazyk neexistuje jediné citlivé období. Různé lingvistické schopnosti získávají částečně oddělitelné neurální systémy, které se mohou lišit v reakci na deprivaci a období zvýšené plasticity [13]. Vrozená hluchota je například spojena se změněným zpracováním gramatických informací, zatímco sémantické zpracování se zdá být necitlivé na sluchovou deprivaci [14]. To zdůrazňuje specifičnost citlivých období.

Práce na molekulárních mechanismech, které jsou základem časně citlivých období, ukázala, že rovnováha excitační a inhibiční neurotransmise je spouštěčem zvýšené plasticity a že molekulární „brzdy“ obvykle omezují plasticitu na konci citlivých období [15]. Načasování nástupu a offsetu citlivých období je poddajné. Studie s opicemi prokázaly, že období citlivé na obličej na začátku života může být prodlouženo o 2 nebo více let, pokud kojence opice nejsou během této doby vystaveny obličejovým stimulům. Deprivace tváře proto oddaluje začátek citlivého období [16]. Konec citlivé periody může být v některých případech vytvořen samostatně: učení může vést k angažovanosti nervových struktur, což účinně snižuje plasticitu [17, 18]. Vnímání tváře například podléhá zúžení vnímání, během kterého se jednotlivci lépe zpracovávají v kategorii tváří, které jsou nejvíce vystaveni na úkor kategorií, které vidí méně často, což vyvolává efekty, jako je předjímání tváře vlastní rasou [19]. Dalším vysvětlením pro konec citlivých období je to, že neuroplasticita není ve skutečnosti snížena, ale místo toho existuje menší nebo méně různorodá stimulace prostředí [18].

Většina studií o citlivých obdobích se soustředila na rané dětství, zatímco plasticita očekávaná v pozdějších vývojových obdobích byla poněkud opomíjena. Vědci začali zvažovat možnost, že dospívání představuje „druhé období zvýšené kujnosti“ (Steinberg, 2014 [20], str. 9; viz také [21, 22]). Adolescence, období života, které začíná v pubertě a končí v okamžiku, kdy jednotlivec získá nezávislou roli ve společnosti [23], je charakterizován výraznými změnami struktury a funkce mozku (Box 1). V tomto názorovém článku zkoumáme tři oblasti vývoje adolescentů, u nichž se navrhuje, aby byly charakterizovány zvýšenou plasticitou: paměť, sociální zpracování a účinky užívání drog. Tvrdíme, že pokroky ve vývojových studiích přinesly zajímavá data, která jsou v souladu se zvýšenou plasticitou v dospívání. Přes nedávný pokrok však většinou chybí konkrétní důkazy o citlivých obdobích.

+

Box 1

Neurocognitivní vývoj v adolescenci

Jaké důkazy by byly konzistentní s dospíváním jako citlivým obdobím?

Pokud by dospívání bylo skutečně citlivým obdobím, očekávaly by se určité vzorce ve vývojových datech. Zaprvé, dopad specifického podnětu na mozek a chování by měl být vyšší v dospívání než před nebo po. Z tohoto důvodu jsou zapotřebí studie srovnávající děti, dospívající a dospělé. Pouze pokud se vezmou v úvahu všechny tyto věkové skupiny, je možné posoudit, zda je dospívání samostatným obdobím zvýšené plasticity (Obrázek 1, Model A), nepřetržitě citlivé období s dětstvím (Obrázek 1, Model B) nebo vůbec nepředstavuje citlivé období (Obrázek 1, Model C).

V důsledku rozdílů v načasování zrání různých mozkových oblastí a obvodů [24], lze očekávat značné rozdíly v počátecích a offsetech citlivých období pro různé podněty. Stejně jako raný vývoj je charakterizován více citlivými obdobími [9, 13], adolescence není navržena jako citlivé období samo o sobě; místo toho se navrhuje, aby existovala určitá období dospívání, během nichž se očekává konkrétní vstup z prostředí.

Pokud budou mít určité environmentální podněty během této doby skutečně zvýšený dopad, očekávali bychom, že dojde k lepšímu učení, zejména dovednostem zrajících maturit. To bude popsáno v následující části o paměti. Očekává se, že nedostatek stimulace nebo aberantní stimulace bude mít během této doby nepřiměřený účinek. Tento rys citlivých období bude diskutován v sekci o dopadech sociálního stresu.

Plastičnost dospívajících se může lišit od plasticity na počátku vývoje, protože na rozdíl od kojenců a malých dětí jsou adolescenti s větší pravděpodobností a schopni aktivně si vybrat podněty prostředí, které zažívají. Obecně platí, že během dětství jsou prostředí strukturovanější rodiči nebo pečovateli, zatímco adolescenti mají větší autonomii při výběru toho, co zažít as kým [25]. Můžeme tedy očekávat velký stupeň individuálních rozdílů v citlivých obdobích adolescence a některá citlivá období mohou někdy zažít pouze podskupina adolescentů. To bude diskutováno v sekci o účincích užívání drog.

Adolescence jako citlivé období pro paměť

Ve věku 35 si častěji vzpomínáme na autobiografické vzpomínky z věků 10 na 30 let než na vzpomínky před nebo po tomto období, což je fenomén nazývaný „reminiscenční hrbol“ [26]. Reminiscenční hrbolek je pozoruhodně robustní a vykazuje podobný vzorec při testování s různými mnemotechnickými testy a v různých kulturách [26, 27]. Kromě autobiografických událostí je ve srovnání s jinými obdobími života lepší také stahování hudby, knih, filmů a veřejných událostí z období dospívání [28, 29]. Dokonce i světské události, které se odehrály v adolescenci a rané dospělosti, se zdají být nadměrně zastoupeny v paměti, což naznačuje, že mnemotechnická kapacita je během této doby života [30]. Například rozsáhlá studie ukázala vrchol dalších aspektů paměti, jako je verbální a visuospatiální paměť mezi 14 a 26 roky věku [31]. I když tato data naznačují citlivá období, je třeba provést výcvikové studie, aby poskytly experimentální důkazy o citlivých obdobích paměti.

K dispozici jsou školicí studie pro pracovní paměť (WM), schopnost ukládat a manipulovat s informacemi [32]. Jednoduché aspekty WM, jako je zpožděné prostorové stahování, mohou v dětství dosáhnout zralosti [33]. Složitější schopnosti WM, jako je strategické samostatně řízené prostorové vyhledávání, se během rané adolescence nadále zlepšují [33]. Takové složité úkoly WM získávají frontální regiony, které vykazují obzvláště zdlouhavý vývoj během dospívání [34] (Box 1).

Existují určité důkazy o plasticitě WM ve vývoji. U dětí a mladých adolescentů se zisky v tréninku WM typu n-back, ale ne na školení založené na znalostech, přenesly na zlepšení tekutinové inteligence [35]. Vylepšení byla udržována po dobu 3-měsíce, během které nebylo prováděno žádné další školení. Školení WM může být efektivní u dospívajících se špatným výkonným fungováním a také u typicky vyvíjejících se kontrol [36]. Zatím však nevíme, jak se účinky tréninku liší u dospívajících ve srovnání s dětmi nebo dospělými. Studie, ve kterých děti, adolescenti a dospělí absolvují kognitivní výcvik a jejich účinky se porovnávají s aktivními kontrolními skupinami, které dostávají placebo, budou zvláště informativní při určování, zda adolescence představuje citlivé období pro rozvoj WM [37]. Tyto studie by mohly přímo informovat o vzdělávacích intervencích a politikách (Box 2).

+

Box 2

Vzdělávání v dospívání

Adolescence jako citlivé období pro účinky stresu na duševní zdraví

Mnoho duševních chorob má svůj počátek v adolescenci a rané dospělosti [38, 39]. Dlouhodobá studie ukázala, že 73.9% dospělých s mentální poruchou dostalo diagnózu před 18 let a 50.0% před 15 let [40]. Předpokládá se, že psychiatrické poruchy mohou být částečně způsobeny stresovou expozicí v dětství nebo adolescenci [41]. Předpokládá se, že zejména sociální stres má v této době nepřiměřený dopad [41]. Zkušenost s akulturačním stresem souvisejícím s migrací například předpovídá podélně internalizující příznaky, jako je deprese a úzkost v dospívání [42]. Existují však důkazy, že šikana v dětství (věk 7 nebo 11) má také trvalé účinky na fyzické a duševní zdraví v dospělosti [43].

Studie hlodavců poskytují příležitost manipulovat experimentálně vystavení sociálnímu stresu a nabídly cenné poznatky o škodlivých účincích stresu v dospívání. Dospívání u samic potkanů ​​trvá přibližně od postnatálního dne (PND) 30 do 60 a od PND 40 do 80 u samců. U samic myší trvá dospívání od PND 20 do 40 a od PND 25 do 55 u mužů [44]. Je třeba poznamenat, že v literatuře existuje značný rozdíl ve věku hlodavců klasifikovaných jako dospívající nebo dospělí [44]. Ukázalo se, že dospívající krysy, které byly opakovaně poraženy dominantním jedincem, vykazují různé vzorce chování (více vyhýbání se než agresi) a ve srovnání s dospělými krysy se zotavují méně z obnoveného stresu. Vystavení stresu v adolescenci (ve srovnání s dospělostí) u potkanů ​​bylo také spojeno s menší aktivací neuronů v oblastech prefrontální kůry, cingulátu a thalamu [45]. Tato studie nezahrnovala mladistvé, což omezovalo závěry pro citlivá období.

Nepřítomnost jakékoli sociální stimulace může mít také škodlivé účinky. Ukázalo se, že sociální izolace u samců a samic potkanů ​​má nevratné účinky na některé aspekty explorativního chování, ale pouze tehdy, pokud k izolaci došlo mezi PND 25 a 45, ale ne před nebo po [46]. Toto se tedy jeví jako zranitelné období sociální deprivace u potkanů. I když toto paradigma nebylo přímo přeloženo na člověka, studie prokázaly, že u adolescentů u lidí je vyšší úroveň úzkosti v reakci na sociální vyloučení než u dospělých [47, 48]. Sociální vyloučení je také spojeno s vývojem sociální úzkosti v lidské adolescenci [49]. Poskytování důkazů o účincích sociální izolace napříč vývojem u lidí je důležité nejen z teoretického hlediska, ale může také pomoci při rozvoji a časových intervencích v oblasti duševního zdraví zaměřených na posílení odolnosti vůči sociálnímu vyloučení.

Adolescence může být také citlivým obdobím pro zotavení ze zkušeností se sociálním stresem [50]. Učení strachu je klíčem pro zdravou reakci na stres, například [51]. U psychiatrických stavů, jako je posttraumatická stresová porucha (PTSD), stres přetrvává, i když stresor již není přítomen. Bylo zjištěno, že strach z extinkce je oslaben v adolescenci ve srovnání s dětstvím a dospělostí - jak u lidí, tak u myší (Obrázek 2) [50]. Údaje o hlodavcích ve studii naznačují, že nedostatek synaptické plasticity v prechromní mozkové kůře ventromedií během dospívání je spojen se snížením strachu. To znamená, že desenzibilizační léčby, které jsou založeny na principech učení vymírání strachu, mohou být v dospívání méně účinné a zdůrazňuje to potřebu rozvoje alternativních léčebných přístupů pro tuto věkovou skupinu. Zvláštní síla této studie spočívá v tom, že zahrnovala dětské, dospívající a dospělé věkové skupiny a poskytovala neurální důkazy u hlodavců. Výsledky naznačují, že dospívání může být citlivým nebo zranitelným obdobím pro zotavení ze stresu.

Adolescence jako citlivé období pro účinky užívání drog

Dospívání je doba zvýšeného zapojení do rizikových zdravotních chování, jako je nebezpečné sexuální chování, nebezpečné řízení a experimentování s alkoholem a jinými drogami [52, 53]. Tento nárůst rizikového chování může být částečně zprostředkován prodloužením času stráveného s přáteli spíše než s rodinou [54]. Když se spolu se svými přáteli náchylní k rizikovému chování než u osamělých [55]. Zdá se, že mladí adolescenti jsou zvláště citliví na vzájemné ovlivňování vnímání rizika ve srovnání s jinými věkovými skupinami (Obrázek 3) [56]. Tato studie měřila míru sociálního vlivu na vnímání rizika v různých věkových skupinách a zjistila, že zatímco děti, mladí dospělí a dospělí byli více ovlivňováni názory dospělých na riziko, mladí adolescenti byli více ovlivňováni názory dospívajících ve srovnání s názory dospělých. Střední adolescenti neprokázali žádný rozdíl v úrovni vlivu názorů dospělých a dospívajících na rizika, což naznačuje, že se jedná o přechodné stadium vývoje.

V případě vrstevníků se adolescenti častěji zabývají rizikovým chováním, jako je užívání drog [57]. Dospívající, jejichž přátelé pravidelně konzumují tabák, alkohol a konopí, častěji užívají drogy sami, například [58]. Cannabis je jedním z nejrozšířenějších rekreačně užívaných drog mezi adolescenty a dospělými v USA a Velké Británii [59, 60]. Odhaduje se, že 15.2% Evropanů ve věku 15 až 24 užilo konopí v posledním roce a 8% v posledním měsíci [61]. Předpokládá se, že expozice kanabinoidům během časné adolescence vede k trvalým změnám ve struktuře mozku a kognitivním deficitům, což zřejmě činí dospívání zranitelným obdobím pro jeho účinky [62, 63].

Rekreační užívání konopí před věkem 18 (ale ne v dospělosti) nebo intenzivním užíváním v kterémkoli věku bylo spojeno s atrofií šedé hmoty v časném pólu dospělého, parahippocampálním gyrem a insula [64]. Podélné údaje naznačují, že self-reported perzistentní užívání konopí mezi 13 a 15 roky je spojeno s významným poklesem IQ [65]. Čím delší je období konzumace konopí, tím větší je pokles IQ [65]. Bylo zjištěno, že tento pokles IQ je výraznější u účastníků, kteří užívali konopí před věkem 18 ve srovnání s těmi, kteří začali konopí používat po 18u. Tato zjištění naznačují, že vyvíjející se mozek adolescentů může být zvláště citlivý na nepříznivé důsledky užívání konopí. Je však třeba poznamenat, že v této studii nelze vyloučit alternativní vysvětlení, jako jsou dříve existující poruchy nálady nebo úzkosti zprostředkující užívání konopí a kognitivní problémy [66]. Tyto studie rovněž nezahrnovaly mladší věkové skupiny a je možné, že vyvíjející se mozek během dětství by vykazoval podobnou nebo dokonce větší citlivost na konopí než v dospívání. I kdyby tomu tak bylo, takové citlivosti by se obvykle u lidí nevyjádřily, protože adolescence nebo dospělost budou obvykle prvním potenciálním bodem kontaktu s rekreačními drogami.

Molekulární a buněčné údaje o účincích konopí v adolescenci jsou řídké, ale existují určité nepřímé důkazy o zvýšené citlivosti. Ukázalo se, že konopí ovlivňuje endokanabinoidní systém, který spolu s dalšími neurotransmiterovými systémy (např. Glutamatergický a dopaminergní systém) prochází během dospívání rozsáhlou restrukturalizací [67]. Zatímco dva klíčové kanabinoidní receptory CB1 a CB2 jsou již přítomny v embryu hlodavců (gestační den 11 – 14 [68]), neuroanatomická distribuce a počet receptorových změn během vývoje. Bylo zjištěno, že exprese receptoru CB1 v několika oblastech mozku je nejvyšší s nástupem puberty u hlodavců žen a mužů [69]. Jakékoli narušení způsobené expozicí konopí během adolescentního období může mít trvalé účinky na endokanabinoidní systém, který ovlivňuje neurodevelopmentální procesy včetně neuronální geneze, neurální specifikace, neuronální migrace, axonálního prodloužení a tvorby glií [70, 71, 72]. Například expozice D9-tetrahydrokanabinolu (THC), hlavní psychoaktivní složky v konopí, během puberty u samic potkanů ​​(PND 35 – 45) vedla ke snížení hustoty a funkčnosti receptoru CB1 v několika oblastech mozku [73]. Srovnávací údaje z jiných věkových skupin však chybí.

Silné důkazy pro adolescentně citlivé období užívání drog pocházejí ze souboru studií zkoumajících chronickou expozici kanabinoidů u mužských hlodavců. Expozice kanabinoidů v dospívání (PND 40–65) předpovídala dlouhodobé kognitivní deficity v dospělosti (paměť pro rozpoznávání objektů), zatímco podobná expozice u prepubescentních (PND 15–40) a mladých dospělých hlodavců (> PND 70) nebyla spojena s takovými perzistentními deficity [74, 75]. Není však jasné, zda se tyto důkazy přímo projeví na lidech. Je třeba také poznamenat, že pouze podskupina lidských adolescentů experimentuje s drogami jako je konopí. Budoucí studie jsou nezbytné k prozkoumání individuálních rozdílů, zejména ve vztahu k vzájemnému ovlivňování a chování podstupujícího riziko, aby bylo možné pochopit, kdy a pro které může být dospívání zranitelným obdobím užívání drog.

Závěrečné poznámky

Důkazy o plasticitě v paměti a důsledcích sociálního stresu a užívání drog jsou v souladu s návrhem, že dospívání je citlivým obdobím pro určité oblasti rozvoje. Nejsilnější důkaz pro citlivá období doposud pocházejí ze studií na hlodavcích, které prokazují zvýšenou zranitelnost vůči rušivým účinkům sociální izolace a užívání konopí, jakož i snížené učení vymírání strachu. O lidské adolescenci je však málo přesvědčivých důkazů. Jsou nutné studie o účincích výcviku nebo stresu v dětství, dospívání a dospělosti člověka (viz nevyřešené otázky).

+

Nevyřešené otázky

Poděkování

Chtěli bychom poděkovat Kathryn Mills za užitečné komentáře k rukopisu. DF je financována z oddělení psychologie a jazykových věd UCL. SJB je financován z Royal Society University Research Fellowship. Náš výzkum je financován Nadací Nuffield a Wellcome Trust.

Publikováno online: září 23, 2015