Neurobiologie dospívání: změny v mozkové architektuře, funkční dynamice a tendence chování (2011)

1. Úvod

Dospívání je období, ve kterém jednotlivci pozorují fyzické změny ve svém těle, zažívají nové zájmy a touhy a ocitají se s větší svobodou, nezávislostí a odpovědností. Ačkoli variabilně definované, dospívání je obecně považováno za začátek puberty a končí, jakmile člověk přebírá sociální role dospělých (Dahl, 2004; Spear, 2000). Rozpětí puberty - které zahrnuje zvýšený růst, změny ve složení těla, vývoj pohlavních žláz a sekundárních pohlavních orgánů a charakteristik a změny kardiovaskulárního a respiračního - se obvykle objevuje od věku 10 do 17 u dívek a 12 do 18 u chlapců (Falkner a Tanner, 1986). V takovém případě dospívá adolescent k nejrůznějším kognitivním, behaviorálním a psychosociálním přechodům. Různé změny v adolescenci nezačínají a nekončí společně, a proto je hádanka o změnách adolescentních mozkových změn s chováním náročná. Studium dospívání je jako střelba na pohyblivý cíl, přičemž vědci určují „dospívající“ skupiny různého věku a úrovně vývoje. Dále od poloviny 19^th přes 20^th století, byl v západním světě pozorován dřívější průměrný věk menarky (Falkner a Tanner, 1986; Tanner, 1990). Vzdělávací proces se prodlužuje a jednotlivci mají tendenci čekat déle, než začnou svou kariéru, vdávají se a budou mít děti (Dahl, 2004). Délka dospívání tedy není fixní (a prodlužuje se) a zatímco období koreluje s mnoha biologickými vývojovými procesy, je částečně definováno podle psychosociálních a behaviorálních kritérií. S ohledem na tyto námitky zde popsaná literatura primárně definovala dospívání u lidí jako druhé desetiletí života, u opic jako věk dva až čtyři roky a u hlodavců jako týden čtyři až týden šest nebo sedm.

Přes definiční nejasnosti je dobře známo, že během tohoto období dochází k velkým přechodům, včetně řady charakteristických změn chování pozorovaných napříč druhy. Zvýšené sociální chování (Csikszentmihalyi a kol., 1977), hledání novosti a senzace (Adriani a kol., 1998; Stansfield a Kirstein, 2006; Stansfield a kol., 2004), tendence k riskování (Spear, 2000; Steinberg, 2008), emoční nestabilita (Steinberg, 2005) a impulsivita (Adriani a Laviola, 2003; Chambers a kol., 2003; Fairbanks a kol., 2001; Vaidya a kol., 2004). Vzájemné vztahy se stávají dominantní a existuje větší sklon hledat zábavné a vzrušující zážitky (Nelson a kol., 2005). Zvýšené hledání novosti a citů může být evolučně adaptivní, protože tato chování by mohla zlepšit šance nezávislých adolescentů na nalezení jídla a partnera (Spear, 2010). V moderní společnosti však mohou být tyto rysy spojeny s podstupováním zbytečných rizik. Proto je adolescence považována za období zranitelnosti v chování: u dospívajících je větší pravděpodobnost, že budou experimentovat s tabákem a nedovolenými drogami a alkoholem; řídit bezohledně; zapojit se do nechráněného sexu; a mají interpersonální konflikty (Arnett, 1992; Arnett, 1999; Chambers a kol., 2003; Spear, 2000). Riziko dospívání se častěji vyskytuje ve skupinách (např. Dopravní nehody), když jsou určitá chování vnímána vrstevníky jako přijatelná (např. Nechráněné pohlaví, užívání drog) (Steinberg, 2008) a v emočně nabitých situacích (Figner a kol., 2009). Ačkoli adolescenti přežili potenciální zdravotní problémy raného dětství, jejich úmrtnost a úmrtnost jsou dvakrát vyšší než u dětí před pubertou (Dahl, 2004).

Kromě přidaných rizik normální vývoj adolescentů je také časem, kdy se často projevují příznaky různých duševních chorob, včetně poruch nálady, poruch příjmu potravy a psychotických poruch, jako je schizofrenie (Paus a kol., 2008; Pine, 2002; Sisk a Zehr, 2005; Volkmar, 1996). Během tohoto období existuje obrovské množství neurobiologických změn, které řídí vše od kaskády hormonálních signálů, které iniciují pubertu (Sisk a Zehr, 2005), ke zvýšení kognitivních schopností a motivačních změn (Doremus-Fitzwater a kol., 2009; Luna a kol., 2004). Přesné pochopení toho, jak se mozek vyvíjí v období dospívání, a vztahující se k těmto změnám jak k normálním behaviorálním tendencím, tak k patologickým stavům, je pro veřejné zdraví kriticky důležité. Zde uvádíme přehled některých behaviorálních a neurodevolučních změn adolescence a diskutujeme několik modelů, které je spojují, včetně naší vlastní hypotézy snížené účinnosti zpracování.

2. Dospívající chování

Studie na hlodavcích a lidech ukázaly, že adolescenti vykazují větší „impulzivní volbu“, definovanou jako preference pro menší odměny, které se vyskytují dříve oproti větším zpožděným odměnám, měřeno pomocí úkolů snižujících zpoždění (Adriani a Laviola, 2003; Steinberg a kol., 2009). Je pozoruhodné, že ve studiích na lidech tento rozdíl projevují pouze mladší adolescenti; se zpožděním diskontování dosažení dospělé úrovně podle věku 16 – 17 (Steinberg a kol., 2009). Adolescentní lidé také mají vyšší skóre na Sensation-Seeking Scale než dospělí, muži vykazují vyšší úrovně než ženy (Zuckerman a kol., 1978). Hledání pocitů je „potřeba rozmanitých, nových a komplexních pocitů a zkušeností…“ (Zuckerman et al., 1979, str. 10), k nimž může dojít nezávisle nebo společně s impulzivitou. Hledání senzace je největší během časné až střední adolescence a nižší poté, zatímco se zdá, že se kontrola impulzů během dospívání neustále zlepšuje, což naznačuje, že jsou podporovány různými biologickými procesy (Steinberg a kol., 2008). V souladu s lidským důkazem zvýšeného hledání pocitů adolescentů, dospívající hlodavci dávají přednost novosti (Adriani a kol., 1998; Douglas a kol., 2003; Stansfield a kol., 2004), vykazují větší lokomoce vyvolanou novinkami (Stansfield a Kirstein, 2006; Sturman a kol., 2010) a trávit více času zkoumáním otevřených paží ve zvýšeném plus bludišti než dospělí (Adriani a kol., 2004; Macrì a kol., 2002).

Lze očekávat tendenci dospívajících hledat nové zkušenosti, a to i na riziko fyzické nebo sociální újmy, pokud je jejich schopnost hodnotit riziko nebo vypočítat pravděpodobnost výsledku nedostatečně rozvinutá. Kognitivní schopnosti se v této době nadále vyvíjejí (Luna a kol., 2004; Spear, 2000). Podle Piageta formální operační období, které je spojeno s abstraktnějším zdůvodněním, dosáhne dospívání v dospívání (Schuster a Ashburn, 1992) a může být u některých jednotlivců méně rozvinutá. Rovněž vytrvalost egocentrismu, ve kterém teenageři prožívají „imaginární publikum“ spolu s „osobní bajkou“ jedinečných pocitů, může přimět je, aby věřili, že jsou výjimeční, a dát jim pocit nezranitelnosti (Arnett, 1992; Elkind, 1967). Od poloviny dospívání se však objevují pouze skromná kognitivní zlepšení (Luna a kol., 2004; Spear, 2000), a dokonce i malé děti vykazují přesné implicitní porozumění pravděpodobnosti (Acredolo a kol., 1989). Kromě toho existuje jen málo důkazů o tom, že by se adolescenti skutečně cítili jako nezranitelné nebo podceňované riziko; ve skutečnosti často přeceňují riziko, jako je pravděpodobnost, že během jednoho roku otěhotní, jdou do vězení nebo zemřou mladí (de Bruin a kol., 2007). A konečně, každé kognitivní vysvětlení pro riskování dospívajících musí zohledňovat skutečnost, že děti podstoupí menší rizika a přesto jsou méně kognitivně rozvinutá než adolescenti.

Alternativně by adolescentní behaviorální rozdíly mohly souviset s rozdíly v kognitivních strategiích. Jedna hypotéza, nazvaná „fuzzy stopová teorie“, uvádí, že adolescenti daleko od nedostatku kognitivních schopností zpracovávají podrobnosti o riziku / přínosech výběrů explicitněji než dospělí. Paradoxně se adolescenti mohou chovat racionálněji než dospělí tím, že explicitně počítají očekávané hodnoty různých možností, ale to by mohlo vést k většímu riskování (Rivers et al., 2008). Podle Řeky a kolegové (2008), prostřednictvím vývoje postupujeme od doslovnějšího „doslovně“ k „fuzzy“ heuristice na úrovni gist, která zachycuje podstatu nebo spodní řádek bez podrobností. To pravděpodobně zlepšuje efektivitu rozhodování a má tendenci nás zaujmout před riskantními rozhodnutími, protože máme tendenci vyhýbat se potenciálním nepříznivým výsledkům, aniž bychom zjišťovali skutečné skutečné pravděpodobnosti. Například na rozdíl od adolescentů dospělí upřednostňují rozhodnutí, která připisují jistotu zvýšeným ziskům nebo sníženým ztrátám oproti pravděpodobnostním alternativám se stejnými očekávanými hodnotami (Rivers et al., 2008). Celkově je zajímavá myšlenka, že výběr adolescentů by mohl odrážet rozdíly v kognitivní strategii - ale nikoli nedostatky v predikci výsledků. Budoucí neuroimaging a fyziologické studie adolescentního rozhodování by mohly těžit z zvážení možnosti, že rozdíly v přesném vzorci nervové aktivity, dokonce v rámci stejných mozkových oblastí, spolu s úrovní integrace mezi různými regiony, by mohly usnadnit alternativní styly kognitivního rozvážení.

Větší nedbalost dospívajících může být způsobena rozdíly v tom, jak prožívají riziko a odměnu. Jedním vysvětlením je, že lidští adolescenti zažívají více negativních vlivů a depresivní nálady a mohou se cítit méně potěšení z podnětů s nízkou nebo střední motivační hodnotou. Dospívající by proto hledali stimuly s větší hedonickou intenzitou, aby uspokojili nedostatek ve své zkušenosti s odměnou (viz Spear, 2000). Toto je podporováno studiemi, které ukazují rozdíly v hedonické hodnotě roztoků sacharózy pro dospělé oproti adolescentům. Jakmile koncentrace sacharózy překročí kritický bod, hedonická hodnota prudce klesne; nicméně tyto poklesy jsou méně výrazné nebo neexistující u dětí a dospívajících (De Graaf a Zandstra, 1999; Vaidya a kol., 2004). Alternativní vysvětlení je, že dospívající mají větší citlivost na posilovací vlastnosti příjemných podnětů. Každá možnost je v souladu se zvířecími modely, ve kterých dospívající konzumují více sacharosového roztoku (Vaidya a kol., 2004), preferují komory dříve spojené se sociální interakcí (Douglas a kol., 2004) a prokazují vyšší motivační hodnotu pro drogy, jako je nikotin, alkohol, amfetamin a kokain než dospělí (Badanich a kol., 2006; Brenhouse a Andersen, 2008; Shram a kol., 2006; Spear a Varlinskaya, 2010; Vastola a kol., 2002). To však není vždy vidět (Frantz a kol., 2007; Mathews a McCormick, 2007; Shram a kol., 2008) a zvýšená preference adolescentních léků může souviset také se sníženou citlivostí na averzní vedlejší účinky a vysazení (Little et al., 1996; Moy a kol., 1998; Schramm-Sapyta a kol., 2007; Schramm-Sapyta a kol., 2009). Podobně mohou adolescenti provádět rizikovější chování, pokud je jejich posouzení možných averzivních důsledků méně motivující nebo význačné (nebo pokud vzrušení z riskování samo o sobě činí takové chování pravděpodobnější).

Dalším faktorem, který by mohl vysvětlit některé adolescentní behaviorální rozdíly, je dopad emocí (valence, pocity, vzrušení a specifické emoční stavy) na chování. K behaviorálním rozdílům může dojít, pokud adolescenti prožívají emoce odlišně, nebo pokud emoce různě ovlivňují rozhodování během tohoto období zvýšené emoční intenzity a volatility (Arnett, 1999; Buchanan a kol., 1992). Emoce jsou často považovány za cloudové racionální rozhodování. I když to v některých případech může platit (zejména pokud emoční obsah nesouvisí nebo není relevantní pro rozhodovací kontext), nedávná práce zkoumala, jak emoce mohou zlepšit určitá rozhodnutí. Například hypotéza somatických markerů uvádí, že v nejasných situacích mohou emoční procesy výhodně vést chování (Damasio, 1994). Úkol hazardní hry Iowa byl navržen tak, aby testoval rozhodování v podmínkách nejistoty (Bechara a kol., 1994). Jedinci s lézemi ventromediální PFC nebo amygdaly mají potíže s upřednostňováním výhodné strategie vyhýbající se riziku, což naznačuje, že nedostatky v integraci emoční informace mohou vést ke špatným rozhodnutím (Bechara a kol., 1999; Bechara a kol., 1996). Adolescenti a dospělí se mohou lišit ve způsobu, jakým integrují emocionální informace do rozhodnutí: adolescenti mohou být méně zběhlí při interpretaci nebo integraci relevantního emocionálního obsahu nebo méně efektivní při vytváření takových asociací. Cauffman et al. (2010) nedávno testovalo děti, adolescenty a dospělé na upravené verzi hry Iowa Gambling Task; zjistili, že zatímco adolescenti i dospělí v průběhu času zlepšovali své rozhodování, dospělí to dělali rychleji. Další studie prokázala, že pouze střední až pozdní adolescenci zlepšily subjekty svou výkonnost v oblasti hazardních her a že toto zlepšení se shodovalo s výskytem fyziologických korelací vzrušení (Crone a van der Molen, 2007). Tyto výsledky naznačují, že adolescenti mohou být méně efektivní při vytváření nebo interpretaci druhu relevantních afektivních informací nezbytných k tomu, aby se vyhli rizikovým rozhodnutím.

Podle Řeky a kolegové (2008) rozdíly v účinném zpracování gist činí dospívajícím náchylnější k potenciálně škodlivým účinkům vzrušení na rozhodování. V podmínkách zvýšeného vzrušení může snížení inhibice chování vést k přechodu z „odůvodněného“ na „reaktivní“ nebo impulzivní režim. Dále tvrdí, že tendence adolescentů provádět více doslovně analytického zpracování je pravděpodobnější, zatímco hodnoty a zkreslení jednoduššího „dospělého“ zpracování dospělých jsou pro vzrušení nepropustnější (Rivers et al., 2008). Jiní také argumentovali, že dospívající chování může být zvláště citlivé na podmínky vysokého emocionálního vzrušení (Dahl, 2001; Spear, 2010). Nedávná studie od Figner a jeho kolegové (2009) přímo testoval tuto hypotézu pomocí úkolu, který měřil riskování za různých afektivních podmínek. Dospívající a dospělí vykonali úkol Columbia Card, ve kterém byla úroveň tolerovaného rizika zkoumána za podmínek většího / menšího vzrušení a při různých faktorech, které by mohly být použity k přijímání informovanějších rozhodnutí (jako je velikost zisků / ztrát a jejich pravděpodobnost) ). Dospívající podstoupili více rizik než dospělí pouze v podmínkách vysokého vzrušení. V této souvislosti byli adolescenti méně ovlivněni velikostí a pravděpodobností zisku / ztráty, což naznačuje zjednodušené použití informací dospívajícími za podmínek zvýšeného vzrušení (Figner a kol., 2009).

Souhrnně tyto studie naznačují, že ačkoli adolescenti často rozumí a chovají se jako dospělí, v určitých kontextech existují rozdíly v jejich kognitivní strategii a / nebo v jejich reakci na riziko a odměnu, zejména za podmínek zvýšeného emocionálního vzrušení. Tyto změny chování pravděpodobně odrážejí podstatný rozvoj mozkových sítí - včetně struktur v PFC, bazálních gangliích a neuromodulačních systémech (např. Dopamin) - které jsou kritické pro motivované chování (Tabulka 1).

  

Tabulka 1

Adolescentní behaviorální rozdíly a strukturální neurodevelopment

3. Adolescentní strukturální neurodevelopment

Dospívající mozek prochází dramatickými změnami v hrubé morfologii. Studie lidského strukturálního zobrazování prokázaly, že v mozkové kůře dochází během dospívání ke ztrátě šedé hmoty, přičemž v šedých hmotách dochází ke snižování šedé hmoty a dorsolaterálnímu PFC v pozdním dospívání (Gogtay a kol., 2004; Sowell a kol., 2003; Sowell a kol., 2001; Sowell a kol., 2002). Redukce šedé hmoty jsou také patrné ve striatu a dalších subkortikálních strukturách (Sowell a kol., 1999; Sowell a kol., 2002). Tyto změny mohou souviset s masivním prořezáváním synapsí pozorovaným během tohoto období ze studií na zvířatech (Rakic ​​a kol., 1986; Rakic ​​a kol., 1994), ačkoli někteří zpochybňují toto spojení jako synaptické boutony, tvoří jen malou část kortikálního objemu (Paus a kol., 2008). Lidské zobrazování také odhalilo, že se bílá hmota zvyšuje v období dospívání v kortikálních a subkortikálních vláknových traktech (Asato a kol., 2010; Benes a kol., 1994; Paus a kol., 2001; Paus a kol., 1999), které jsou důsledkem zvýšené myelinizace, ráže axonu nebo obojího (Paus, 2010). Ke změnám ve vzorcích konektivity dochází také během dospívání. Například bylo pozorováno axonální klíčení a růst v obvodech spojujících amygdalu s kortikálními cíli (Cunningham a kol., 2002) a mezi PFC a striatem a dalšími oblastmi (Asato a kol., 2010; Giedd, 2004; Gogtay a kol., 2004; Liston a kol., 2006; Paus a kol., 2001; Sowell a kol., 1999).

Ve větším měřítku studie na potkanech a primátech prokázaly četné rozdíly v adolescentních neurotransmiterových systémech. Dospívající mají tendenci nadměrně exprimovat dopaminergní, adrenergní, serotonergní a endokanabinoidní receptory v mnoha regionech, po kterých následuje ořezávání na úroveň dospělých (Lidow a Rakic, 1992; Rodriguez de Fonseca a kol., 1993). Exprimují dopaminové receptory D1 a D2 ve vyšších hladinách v subkortikálních cílech, jako je dorzální striatum a nucleus accumbens, ačkoli některé nenalezly sníženou expresi dospělých v této druhé oblasti (Gelbard a kol., 1989; Tarazi a Baldessarini, 2000; Tarazi a kol., 1999; Teicher a kol., 1995). Během dospívání dochází také ke změnám v produkci a obratu dopaminu, jakož i ke změnám následných účinků vazby receptor-ligand (Badanich a kol., 2006; Cao a kol., 2007; Coulter a kol., 1996; Laviola a kol., 2001; Tarazi a kol., 1998). Funkčně existují důkazy od anestetizovaných potkanů, že spontánní aktivita neuronů dopaminu midbrain vrcholí během dospívání a poté klesá (McCutcheon a Marinelli, 2009). Vývojové změny v mezokortikoidických dopaminových obvodech a aktivitě mohou být základem některých rozdílů v motivovaném chování obecně, stejně jako zranitelnosti vůči riziku a zejména závislosti. Několik studií pozorovalo snížené psychomotorické účinky stimulačních drog u dospívajících zvířat, ale zesílené nebo podobné zesilující účinky (Adriani a kol., 1998; Adriani a Laviola, 2000; Badanich a kol., 2006; Bolanos a kol., 1998; Frantz a kol., 2007; Laviola a kol., 1999; Mathews a McCormick, 2007; Oštěp a brzda, 1983). Na rozdíl od toho jsou adolescenti citlivější na kataleptické účinky neuroleptik (např. Haloperidol), které jsou antagonisty dopaminových receptorů (Oštěp a brzda, 1983; Spear a kol., 1980; Teicher a kol., 1993). Někteří navrhli, že tento vzorec, spolu se zvýšeným průzkumem a hledáním novinek, naznačuje, že adolescentní dopaminový systém je blízko „funkčního stropu“ na začátku (Chambers a kol., 2003).

Několik řádků důkazů naznačuje, že rovnováha ve velkém měřítku excitační a inhibiční neurotransmise je u adolescentů ve srovnání s dospělými velmi odlišná. Hladiny GABA, hlavního inhibičního neurotransmiteru v mozku, se lineárně zvyšují prostřednictvím dospívání v předním mozku krysy (Hedner a kol., 1984). Exprese aktivujících glutamátových NMDA receptorů na rychle se rozvíjejících neuronech (považovaných za inhibiční interneurony) se dramaticky mění v PFC adolescentů. V současné době velká většina rychlých interneuronů nevykazuje žádné proudy zprostředkované synaptickým NMDA receptorem (Wang a Gao, 2009). Navíc modulační účinek vazebných dopaminových receptorových posunů během adolescence (O'Donnell a Tseng, 2010). Pouze v této době aktivace dopaminových receptorů D2 zvyšuje aktivitu interneuronu (Tseng a O'Donnell, 2007). Dále se během adolescence mění synergická interakce mezi aktivací dopaminového D1 receptoru a NMDA receptoru, což umožňuje depolarizaci plató, což může usnadnit kontextově závislou synaptickou plasticitu (O'Donnell a Tseng, 2010; Wang a O'Donnell, 2001). Tyto adolescentní dopaminové, glutamátové a GABA signalizační změny naznačují zásadní rozdíly v nervové aktivitě v mozku dospívajících. Všechny tyto systémy jsou nezbytné pro kognitivní a emoční procesy. Jejich dysfunkce se podílí na mnoha psychiatrických onemocněních, od poruch nálady a závislosti na schizofrénii.

4. Dospělý funkční neurodevelopment

Neuroimagingové studie prokázaly rozdíly ve funkční adolescentní lidské aktivitě v několika předních mozkových oblastech. Tyto rozdíly jsou primárně pozorovány v mozkových oblastech, které kódují emoční význam (např. Amygdala), integrují senzorické a emoční informace pro výpočet hodnotových očekávání (např. Orbitofrontální kůra) a hrají různé role v motivaci, výběru akcí a asociačním učení (např. striatum). Ve srovnání s dospělými mají adolescenti sníženou hemodynamickou odpověď v laterální orbitofrontální kůře a zvýšenou aktivitu ve ventrálním striatu na odměny (Ernst a kol., 2005; Galvan a kol., 2006). Jiní našli sníženou aktivitu v pravém ventrálním striatu a pravém prodlouženém amygdale během očekávání odměny, bez pozorovaných rozdílů v aktivitě souvisejících s věkem po dosažení zisku (Bjork a kol., 2004). V rozhodovacím úkolu adolescenti snížili pravou přední cingulaci a levou orbitofrontální / ventrolaterální aktivaci PFC ve srovnání s dospělými při riskantních volbách (Eshel a kol., 2007). Adolescenti také aktivovali ventrální striatum a orbitofrontální kůru silněji než dospělí, protože během řízení hry Stoplight riskovali větší rizika - účinek vyvolaný implicitním tlakem vrstevníků (Chein a kol., 2011).

Několik studií pozorovalo nezralost adolescentních kognitivních kontrolních systémů spolu s horšími behaviorálními výkony (Luna a kol., 2010). Například při úkolech, které vyžadují inhibici prepotentní odezvy (jejichž výkon se s věkem zlepšuje), mají adolescenti v některých podoblastech zvýšenou aktivitu PFC a v jiných zase aktivitu (Bunge a kol., 2002; Rubia a kol., 2000; Tamm a kol., 2002). Během úkolu kognitivní kontroly antisakády byla adolescentní (ale nikoli dospělá) aktivita ventrálního striata snížena při sledování tága, které indikovalo, zda byla v daném pokusu k dispozici odměna, ale během očekávání odměny byla aktivnější než její protějšek pro dospělé (Geier a kol., 2009). Dospívající tedy obecně aktivují podobné kognitivní a afektivní struktury jako dospělí, i když často s různými velikostmi nebo prostorovými a časovými vzory, nebo srovná funkční funkční propojení (Hwang a kol., 2010).

Zrání intra- a meziregionální konektivity a neuronální koordinace může hrát klíčovou roli ve vývoji chování adolescentů. Existuje přímý vztah mezi mírami frontostriatální bílé hmoty, která se zvyšuje v období dospívání, a inhibičním kontrolním výkonem (Liston a kol., 2006). Vývoj bílé hmoty také přímo souvisí se zlepšenou funkční integrací oblastí šedé hmoty, což naznačuje rozvoj distribuované síťové aktivity prostřednictvím rozvoje (Stevens a kol., 2009). To je potvrzeno studií, která pomocí MRI funkční konektivity MRI v klidovém stavu spolu s grafovými analýzami pozorovala posun od větší konektivity s anatomicky proximálními uzly k sítím, které byly rozsáhle integrovány napříč všemi uzly v dospělosti bez ohledu na vzdálenost (Fair a kol., 2009). Podobně zvýšení funkční integrace frontálních a parietálních oblastí související s věkem podporuje zlepšený výkon inhibiční kontroly shora dolů v antisakádové úloze (Hwang a kol., 2010). Vývoj bílé hmoty, rychlé prořezávání synapsí (což jsou převážně místní excitační spojení) a vývojové posuny v místní interneuronové aktivitě mohou společně usnadnit rozvoj rozsáhlejší funkční koordinace mezi mozkovými oblastmi. Méně rozšířená aktivita u adolescentů byla také prokázána v jiném úkolu kognitivní kontroly (Velanova a kol., 2008). Současně se v průběhu vývoje snižuje difúzní funkční signál nesouvisející s výkonem úlohy (Durston a kol., 2006). Vzorec dospělých využívající více distribuovaných sítí je tedy shodný se sníženou činností, která nemá význam pro úkoly, což ukazuje na vyšší účinnost ve struktuře a rozsahu kortikálního zpracování.

Elektrofyziologické studie také prokázaly další vývoj neuronálních odpovědí a větší lokální a dálkovou koordinovanou aktivitu prostřednictvím dospívání. Například kontingentní negativní variace, která je potenciálem souvisejícím s negativním napětím během přípravy odpovědi, se vyvíjí až v pozdním dětství a stále roste v období dospívání (Bender a kol., 2005; Segalowitz a Davies, 2004). Předpokládá se, že to odráží rozdíly související s věkem v distribuci PFC zpracování pozornosti a výkonného řízení motoru (Segalowitz a kol., 2010). Další věkovou elektrofyziologickou změnou je vývoj silného pozitivního píku (P300) přibližně 300 ms po sledování stimulu. Zralý vzor P300 se neobjeví do přibližně věku 13 (Segalowitz a Davies, 2004). A konečně, negativita spojená s chybami je záporné napětí soustředěné na předním cingulate cortexu během chybových zkoušek různých úkolů. Ačkoli existuje určitá variabilita ve věku jeho vzhledu, zdá se, že dorazí kolem střední adolescence (Segalowitz a Davies, 2004). Tato zjištění poskytují další důkazy pro pokračující zrání prefrontálního kortikálního zpracování během dospívání. Segalowitz a jeho kolegové také zjistili, že poměr signál-šum elektrických signálů dětí a dospívajících byl často nižší než u dospělých. Důvodem může být funkční nezralost nebo intraindividuální nestabilita mozkových oblastí produkujících tyto signály (Segalowitz a kol., 2010). Může také odrážet sníženou nervovou koordinaci dospívajících v mozkových oblastech a mezi nimi. Tato interpretace je v souladu s prací, kterou provádí Uhlhaas a jeho kolegové (2009b), ve kterém byly elektroencefalogramy (EEG) zaznamenány u dětí, adolescentů a dospělých během úkolu rozpoznávání obličeje. Ve srovnání s dospělými pozorovali u dospívajících sníženou oscilační sílu theta (4 – 7 Hz) a gama (30 – 50 Hz). Navíc došlo k větší fázové synchronizaci s dlouhým dosahem v pásmech theta, beta (13 – 30 Hz) a gama, spolu se zlepšeným výkonem úkolů u dospělých. Oscilace EEG jsou způsobeny fluktuacemi neuronální excitability a předpokládá se, že doladí načasování výstupu špice (Fries, 2005). Míra synchronizace ve specifických frekvenčních pásmech usnadňuje komunikaci mezi neuronálními skupinami a může být kritická pro četné vjemové a kognitivní procesy (Uhlhaas a kol., 2009a). Tato zjištění jsou tedy důkazem zlepšeného koordinovaného místního zpracování a zlepšené meziregionální komunikace od dospívání do dospělosti (Uhlhaas a kol., 2009b).

Další užitečný přístup pro zkoumání změn nervové aktivity prostřednictvím dospívání je in vivo elektrofyziologický záznam z implantovaných sad elektrod v probouzejících se zvířatech. Tato technika umožňuje zaznamenat aktivitu jednotlivých neuronů i širšího potenciálu pole. Nedávno jsme provedli takovou studii, ve které dospívající a dospělí potkani provedli jednoduché chování zaměřené na cíl (Obrázek 1a), protože nahrávky byly převzaty z orbitofrontální kůry. Zatímco adolescenti a dospělí chovali stejné chování, byly pozorovány nápadné rozdíly v nervovém kódování související s věkem, zejména za odměnu (Sturman a Moghaddam, 2011). To naznačuje, že i když se chování může zdát podobné, je prefrontální kůra dospívajících v jiném stavu než u dospělých. Konkrétně, adolescentní orbitofrontální kortikální neurony se staly mnohem více nadšenými odměnou, zatímco podíl adolescentů inhibovaných neuronů byl podstatně menší v té době a v dalších bodech úkolu (Obrázek 1b). Protože nervová inhibice je kritická pro řízení přesného načasování hrotů a strhávání synchronizované oscilační aktivity (Cardin a kol., 2009; Fries a kol., 2007; Sohal a kol., 2009), snížená inhibice neuronálních kortexů mozkové kůry závislá na úkolu může být přímo úměrná rozdílům nervového kódování ve velkém měřítku pozorovaným v této studii a popsaným ostatními. A konečně, v průběhu velké části úkolů vykazovali adolescenti větší variabilitu časování špiček v průběhu pokusu, což by mohlo naznačovat nižší signál-šum v adolescentní prefrontální kůře. Proto, jak se vyvíjí prefrontální kůra, zvýšená fázová inhibice na úrovni jedné jednotky by mohla podpořit větší intra-a meziregionální nervovou koordinaci a efektivitu zpracování.

  

Obrázek 1

A) Schéma behaviorálního úkolu. Krysy prováděly instrumentální chování uvnitř standardní komory operátora. Každá zkouška začala počátkem startovacího světla v díře s nosem (Cue). Pokud krysa strčila do té díry, když bylo světlo zapnuto (Poke) ...

5. Neurobehaviorální hypotézy

Co se všemi neurodevelopmentálními změnami dospívání, co odpovídá za specifické behaviorální rozdíly a zranitelnosti tohoto období? Předchozí oddíly nastíňují důkazy o různých adolescentních neurodevelopmentálních změnách a věkových souvislostech a zranitelnostech. Uvádíme několik hypotéz nebo modelů, které explicitně spojují adolescentní rozdíly v motivovaném chování, sociálním vývoji a inhibici chování se zralostí specifických nervových obvodů (Tabulka 2).

  

Tabulka 2

Neurobehaviorální hypotézy integrující adolescentní behaviorální změny s vývojem mozku

Adolescentní zdokonalení sítě pro zpracování sociálních informací je jedním z modelů propojujících sociální rozvoj dospívajících se změnami mozku (Nelson a kol., 2005). Tento rámec popisuje tři vzájemně propojené funkční uzly se zřetelnými nervovými strukturálními podpěrami: detekční uzel (spodní týlní kůra, spodní a přední temporální kůra, intraparietální sulcus, fusiformní gyrus a superiorní temporální sulcus), afektivní uzel (amygdala, ventrální striatum, septum, jádro postele stria terminalis, hypothalamus a orbitofrontální kůra za určitých podmínek) a kognitivně-regulační uzel (části prefrontální kůry). Detekční uzel určuje, zda podněty obsahují sociální informace, které jsou dále zpracovávány afektivním uzlem, který těmto podnětům dodává emocionální význam. Kognitivně-regulační uzel tyto informace dále zpracovává, provádí složitější operace spojené s vnímáním duševních stavů druhých, potlačováním předběžných odpovědí a generováním cílených chování (Nelson a kol., 2005). Adolescentní změny v citlivosti a interakci těchto uzlů se předpokládají pro posílení sociálních a emocionálních zážitků, silně ovlivňují rozhodování adolescentů a přispívají k vzniku psychopatologií během tohoto období (Nelson a kol., 2005).

Model triadického uzlu (Ernst a kol., 2006) předpokládá, že specifická vývojová trajektorie mozkových oblastí, které podléhají afektivnímu zpracování a kognitivní kontrole, a rovnováha mezi nimi, mohou být základem náchylnosti dospívajících k riskování. Tento model je také založen na aktivitě tří uzlů odpovídajících konkrétním oblastem mozku. V tomto případě je uzel odpovědný za přístup k odměnám (ventrální striatum) v rovnováze s uzlem vyhýbajícím se trestu (amygdala). Modulační uzel (prefrontální kůra) ovlivňuje relativní vliv těchto vyrovnávacích sil a rizikové chování bude výsledkem konečného přístupu, který zvýhodňuje počet. Podle tohoto modelu je v situacích zahrnujících určité pravděpodobnostní kompromisy mezi chtivými a averzivními stimuly dominantní přístupový uzel u adolescentů. Hyperaktivita nebo přecitlivělost systému odměnového přístupu by se jinak mohla upravit podle aktivity v částech prefrontální kůry, avšak její nedostatečný vývoj u dospívajících neumožňuje adekvátní vlastní monitorování a inhibiční kontrolu (Ernst a Fudge, 2009).

Casey a jeho kolegové předpokládají, že rozdíly ve vývojové trajektorii adolescentní prefrontální kůry versus subkortikální struktury (např. Ventrální striatum a amygdala), spolu s jejich propojeními, mohou být příčinou adolescentních behaviorálních tendencí (Casey a kol., 2008; Somerville a Casey, 2010; Somerville a kol., 2010). Během úkolu zahrnujícího přijímání různých hodnot odměn byl rozsah adolescentní aktivity v nucleus accumbens podobný jako u dospělých (i když s většími velikostmi), zatímco model orbitofrontální kortikální aktivity vypadal spíše jako u dětí než u dospělých (Galvan a kol., 2006). Relativní zralost subkortikálních systémů a nezralost prefrontální kůry, která je kritická pro kognitivní kontrolu, může vést k větší adolescentní náchylnosti k hledání senzoru a riskování. Klíčem je zde, stejně jako v modelu triadických uzlů, koncept relativní meziregionální nerovnováhy během dospívání, na rozdíl od dětství, kdy jsou všechny tyto regiony relativně nezralé a dospělost, když jsou všechny zralé (Somerville a kol., 2010). Tento model je také podobný Steinbergově rámci, ve kterém relativní pokles rizika podstupujícího dospívání do dospělosti je způsoben vývojem kognitivních kontrolních systémů, spojeními usnadňujícími integraci kognitivních funkcí a ovlivňujících kortikální a subkortikální regiony a rozdíly ve výtěžnosti odměn nebo citlivost (Steinberg, 2008).

Ústředním tématem těchto modelů je to, že u adolescentů existují rozdíly v citlivosti, úrovni nebo účinku aktivity v kortikálních a subkortikálních regionech v sítích, které podmiňují emoční zpracování a kognitivní kontrolu. Na základě našich údajů a dalších důkazů předpokládáme, že takové rozdíly mohou být výsledkem snížené koordinace a účinnosti neuronů u dospívajících, což se projevuje v důsledku méně účinného přenosu informací mezi regiony a nerovnováh v excitaci a inhibici neuronů v kritických oblastech mozku. , jako je orbitofrontální kůra a části bazálních ganglií. Jak bylo popsáno výše, in vitro práce prokázala dramatické změny ve vzorcích exprese různých receptorů a účinky aktivace receptoru, včetně reakce inhibičních rychlých interneuronů na stimulaci dopaminu a NMDA receptoru. Lze očekávat, že takové změny ovlivní rovnováhu excitace a inhibice a koordinaci neuronálních skupin. Protože rychlá interneuronová aktivita je rozhodující pro kontrolu přesného načasování neurální aktivity a strhávání oscilací, vývojové posuny v adolescentní interneuronové aktivitě a jejich reakce na neuromodulátory, jako je dopamin, mohou být pro některé z těchto procesních rozdílů souvisejících s věkem klíčové. V důsledku toho může být adolescentní nervová aktivita méně dobře koordinovaná, hlučnější a lokálnější a možná také citlivější na behaviorální aktivační účinky odměn, novinek nebo jiných význačných podnětů. Snížená meziregionální oscilační koordinace, dále omezovaná neúplnou myelinací, by mohla společně představovat méně distribuovanou funkční aktivitu pozorovanou ve zobrazovacích studiích. Dříve uvedená tendence adolescentů upřednostňovat riskantní rozhodnutí v emočně nabitých kontextech by mohla souviset také s kombinací snížené meziregionální komunikace (např. Selhání prefrontální kůry účinně tlumit subkortikální „go“ signály v bazálních gangliích) a zveličené aktivace a / nebo snížená inhibice výběrových impulzů v souvislosti s motivovaným chováním, jak jsme pozorovali během předvídání odměny v orbitofrontální kůře.

6. Shrnutí

Jak jsme se dozvěděli více o specifických mozkových a behaviorálních změnách adolescence, bylo navrženo několik neurobehaviorálních modelů. Pro většinu z nich je ústřední myšlenka, že nezralé neuronální zpracování v prefrontální kůře a dalších kortikálních a subkortikálních oblastech, spolu s jejich interakcemi, vede k chování, které je během dospívání zkreslené směrem k riziku, odměně a emoční reaktivitě. Nedávné práce na vývoji inhibičních interneuronových obvodů a jejich měnící se interakci s neuromodulačními systémy během dospívání mohou také objasnit, proč se v této době obvykle projevují nemoci jako schizofrenie. Pomocí technik, jako je fMRI u lidí a elektrofyziologických záznamů u laboratorních zvířat, začínáme přesněji identifikovat, jak dospívající zpracovávají odměnu a jiné aspekty motivovaného chování odlišně od dospělých. To je kritický krok k zjištění zranitelnosti normálního chování adolescentů v mozku a k pochopení patofyziologie psychiatrických chorob, které se v tomto období vyvinou.

Poznámky pod čarou

Reference