Role puberty v rozvíjejícím se dospívajícím mozku (2010)

Abstraktní

ÚVOD

Adolescence je období fyzické, kognitivní a sociální maturace mezi dětstvím a dospělostí [Lerner a Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Začátek adolescence nastává kolem počátku puberty, a proto se vyznačuje dramatickými změnami hladin hormonů a fyzického vzhledu (včetně rychlého fyzického růstu, změn ve struktuře obličeje a výskytu sekundárních sexuálních charakteristik). Ve stejném intervalu zažívají adolescenti četné změny v sociálních, akademických a dalších vlivech prostředí a obvykle vstupují do fáze hlubokého psychologického přechodu. Konec dospívání se říká, že nastane, když jednotlivec dosáhne stabilní role pro dospělé, do této doby bude většina pubertálních přechodů dokončena, alespoň v industrializovaných zemích [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner a Steinberg, ²⁰⁰⁴]. Po celou dobu dospívání dochází ke změnám ve struktuře a funkci mozku. Sexuální dimorfismy v mnoha z těchto změn naznačují možné vztahy k pubertě.

Relativně málo je známo o vztahu mezi pubertou a nervovým vývojem u lidí. Velké množství důkazů ze studií na nelidských zvířatech však naznačuje, že hormonální události puberty mají výrazné účinky na maturaci a chování mozku [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴; Kopí, ²⁰⁰⁰]. Tyto změny formují vnímání, motivace a behaviorální repertoár jedince, což umožňuje reprodukční chování a nezávislost [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. V posledních letech poskytl malý, ale rostoucí počet studií o chování lidí a neuroimagingu, včetně populací s endokrinními poruchami, předběžný důkaz, že pubertální hormony mohou ovlivnit strukturu a funkci vyvíjejícího se lidského mozku.

PUBERTY: ZAČÁTEK ADOLESCENCE

Časná adolescence je charakterizována změnami v těle v důsledku puberty, která zahrnuje tři endokrinní příhody: adrenarche, gonadarche a aktivaci růstové osy [Dorn, ²⁰⁰⁶; Kopí, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, které je často považováno za pubertu samo o sobě, je biologický proces začínající aktivací osy hypothalamicko-hypofýza-gonadal a končící dosažením reprodukční kompetence. Tento proces obvykle začíná mezi věkem 8 a 14 let u žen (průměrný věk 11) a mezi věky 9 a 15 u mužů (průměrný věk 12), v reakci na pulsní uvolňování hormonu uvolňujícího gonadotropin (GnRH) z hypotalamu, který stimuluje hypofýzu luteinizačního hormonu (LH) a folikuly stimulujícího hormonu (FSH). LH a FSH aktivují maturační změny v pohlavních žlázách (vaječníky nebo varlata), které reagují dosažením reprodukční kapacity (produkcí gamet). Zrající vaječníky a varlata také vylučují gonadální steroidy estrogen a testosteron. Toto zvýšení gonadálních steroidů zase vede k dalším změnám v reprodukčních orgánech a výskytu sekundárních sexuálních charakteristik [Susman a Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache nebo aktivace hypotalamo-hypofyzární-nadledvinové osy, často začíná dříve než gonadarche, obvykle mezi šesti a devíti lety u žen a o rok později u mužů [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach a Styne, 2003]. Adrenální androgeny (slabší formy gonadálního testosteronu) začínají stoupat na začátku adrenarche a pokračují v růstu, dokud nedosáhnou vrcholu v časných 20ech [Worthman a Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Toto zvýšení adrenálních androgenů přispívá k rozvoji sekundárních sexuálních charakteristik, jako jsou axilární a ochlupení ochlupení a změny potních žláz / tělesného pachu. Je možné, že adrenarche vyvolává také maturační účinky, které začínají před obdobím obvykle považovaným za dospívání; tyto účinky však nejsou dobře známy [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Třetí hormonální příhodou, která se vyskytuje během puberty, je aktivace růstové osy, která má za následek lineární růstový impulz kolem věku 12 u dívek a věku 14 u chlapců a také změny ve velikosti těla a složení [Marshall a Tanner, ^{1969, 1970}].

HORMONÁLNÍ ÚČINKY NA BRAIN A POVAHA

Gonadální steroidní hormony estrogen a testosteron, jakož i jejich slabší protějšky nadledvin, ovlivňují fyzický vzhled těla. Ovlivňují také mozek a chování. Předpokládá se, že tyto účinky nastanou prostřednictvím dvou relativně odlišných procesů: organizace a aktivace [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Organizační účinky se vyskytují pre- a perinatálně, s vlnami testosteronu, které maskují a defeminizují nervové obvody u mužů, a absence testosteronu vede k ženskému nervovému fenotypu. Aktivační účinky se objevují v pubertě, protože hormony gonadálních steroidů působí na spící nervové obvody a vyvolávají reprodukční chování dospělých v kontextu; nedávná modernizace této dichotomie naznačuje, že hormonální události puberty také organizují nervové obvody pro sociální a reprodukční chování dospělých [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Ve skutečnosti se na základě zjištění ze studií na nelidských zvířatech navrhuje, aby hormonální události puberty vyvolaly druhé období strukturální reorganizace a plasticity v mozku [Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴]. U lidí však existuje jen velmi malé porozumění specifickým vztahům mezi vývojem mozku v pubertě a adolescentem.

Studie na zvířatech naznačují, že pohlavní steroidní hormony mají tři hlavní účinky na chování v pubertě prostřednictvím specifických struktur mozku. Prvním účinkem je usnadnění přímého reprodukčního chování, ke kterému dochází hlavně prostřednictvím hypotalamu. Druhým účinkem je reorganizace senzorických a asociačních oblastí mozku, včetně vizuální kůry [Nunez et al., ²⁰⁰²], amygdala a hippocampus [Hebbard et al., ²⁰⁰³; Romeo a Sisk, ²⁰⁰¹; viz také Shen a kol., 2010]. Výsledkem jsou změněné smyslové asociace, např. Vůně nebo zraku potenciálních sexuálních partnerů nebo konkurentů [Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴], což může v pubertě usnadnit některé pozornostní a motivační změny. Třetí účinek pubertálních hormonů nastává prostřednictvím mozkových struktur souvisejících s odměnami, jako je nucleus accumbens, a dopaminergních cest k prefrontální kůře. Tyto účinky jsou nezbytné pro vytvoření silné motivace k hledání reprodukčních příležitostí. Například v jádru hlodavců narůstá pubertální nárůst v nervových obvodech testosteronu remodelovatelných, což ovlivňuje motivaci k chování zaměřenému na odměňování, včetně sexuálního chování [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. Je možné, že adrenarchel hormony (DHEA a DHEAS) začínají uplatňovat podobné účinky na mozek a chování před nástupem gonadarche, ale tyto účinky jsou špatně pochopeny. Je zřejmé, že je zapotřebí více výzkumu zaměřeného na nejranější stádia puberty / adrenarche, aby bylo možné předem porozumět těmto aspektům vývoje a chování mozku puberty a adolescenta [viz Dorn, ²⁰⁰⁶; pro diskusi].

MĚŘENÍ PUBLIKACE VE STUDIÍCH DOLNÍHO ROZVOJE BRZDY

Relativně málo je známo o pubertě specifických změnách ve vývoji lidského mozku. Prohloubení porozumění v těchto oblastech bude vyžadovat pečlivou pozornost na dvou úrovních: koncepčně a metodicky. Z koncepčního hlediska to bude vyžadovat vývoj a zdokonalení modelů vývoje mozku dospívajících, které se zabývají specifickými aspekty dospívání (např. Specifické hormony), které jsou kauzálně spojeny se specifickými aspekty změn mozku a chování. Metodicky bude vyžadovat studie navržené s výběrem vzorků a míry puberty, které umožní testování těchto specifických hypotéz. Protože věk a pubertální zrání jsou často korelovány (a věk je snadno měřitelný s velkou přesností a validitou, zatímco puberta je často odhadována pomocí hrubých kategoriálních opatření, která nejsou snadno ověřitelná), existuje potřeba studií s návrhy, které výslovně rozdělují pubertu a věk účinky (např. nábor vzorků, které mají stejnou věkovou a třídní úroveň, ale liší se od dospívání a poté se podélně uklidňují).

Tyto cíle vyvolávají řadu otázek týkajících se toho, jak měřit specifické aspekty dospívání ve studiích na člověku. Pro začátek není puberta ani krátkou událostí, ani jednotným jevem, nýbrž zahrnuje několik různých, ale časově se překrývajících procesů, které trvají několik let [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Jak bylo popsáno dříve, tyto procesy zahrnují aktivaci adrenálních, gonadálních a růstových hormonálních systémů a navíc celou řadu přímých a nepřímých účinků, od růstových pobídek po změnu sebevědomí. Nejvhodnější míra puberty bude proto částečně záviset na konkrétní výzkumné otázce v každé studii.

Běžně používaným měřítkem puberty je Tanner Stage. Tannerova inscenace rozděluje jednotlivce podle stupnice pořadové puberty od 1 do 5, na základě vývoje ochlupení a ochlupení u žen a ochlupení na ochlupení a pohlavních orgánech u mužů [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner a Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Představení Tannera fyzickou zkouškou by mělo být provedeno vyškoleným lékařem. Tannerova inscenace má několik omezení. Měřítko bylo vyvinuto s odkazem na jednu etnickou skupinu (mohou existovat mezietnické rozdíly) a v relativně malém vzorku dětí 200. Děvčata s nadváhou budou mít tendenci být nesprávně představeni, protože se spoléhají na inscenaci na vývoji prsu, což lze při čistě vizuálním vyšetření mylně přehnaně odhadnout. Přes tato omezení byla Tannerova inscenace historicky považována za zlatý standard pro měření puberty [Dorn, ²⁰⁰⁶].

S ohledem na výše uvedené obavy by se dalo očekávat, že Tannerovo staging fyzikálním vyšetřením by mohlo být užitečně doplněno hormonálními testy, protože tyto měří adrenální a gonadální (nebo adrenální / uvolňující gonadální) hormony před jejich vnějšími fyzickými účinky. Hormonální testy mohou být v budoucnu stále užitečnější pro měření pubertální fáze; v současné době však není jasné, jak by se měla měření hormonů kombinovat (nebo používat ve spojení s) jinými opatřeními, jako jsou Tannerovy fáze [viz Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹]. Existují také další praktické otázky týkající se hormonálních opatření, včetně nákladů, subjektivního zatížení a skutečnosti, že hladiny různých pubertálních hormonů kolísají v měsíčních a cirkadiánních cyklech. Byl proveden malý výzkum srovnávání hladin hormonů v různých biologických vzorcích (sliny, krev, moč) s klinicky hodnocenými Tannerovými stádii [viz Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe a kol., ²⁰⁰⁹], takže není jasné, jak velkou váhu by měly mít hormony. Například na koncepční úrovni mohou být některé neurobehaviorální změny v pubertě přímým důsledkem zvyšování hladin hormonů na specifických nervových systémech během dospívání mozku (a tedy nejlépe kvantifikovány pomocí hormonálních opatření), zatímco jiné neurobehaviorální změny mohou odrážet složitější vlivy (např. změny v sociálních zkušenostech, které jsou přímo spojeny s fyzickými změnami a sociálními rolemi a jsou lépe spojeny s Tannerovými stádii než jakákoli konkrétní změna hormonů).

Představení Tannera fyzikální prohlídkou kvalifikovaným lékařem může vyvolat praktické problémy týkající se vhodnosti a pohodlí. To se často nejlépe dosáhne v souvislosti s provedením krátké „zdravotní“ zkoušky. To znamená, že Tannerova inscenace může být součástí běžného vyšetření fyzického zdraví, a proto by neměla být spojena s žádnými stigma nebo etickými obavami (nad rámec běžné kontroly fyzického zdraví). Avšak náklady (čas lékaře, speciální místnost a vybavení pro fyzickou zkoušku a vysvětlování postupů pro adolescenta a rodinu) to mohou učinit nepraktickým pro mnoho výzkumných studií. Proto je užitečné zvážit alternativní způsoby kvantifikace pubertální maturace, například hodnocení pomocí dotazníku pro vlastní hlášení. Poměrně velký počet studií vyhodnotil Tannerovu etapu s vlastním hodnocením (nebo s rodičovským hodnocením) pomocí škály Petersen Development Scale [PDS; Petersen a kol., ¹⁹⁸⁸]. Jedná se o dotazník, který zahrnuje položky hodnotící růst vlasů, změny kůže a růstový spurt, s položkami specifickými pro pohlaví, tj. Menarche a vývoj prsu u žen, a růst pohlavních orgánů a vlasy na obličeji u mužů. Proto PDS měří kompozitní skóre puberty, které zahrnuje účinky nadledvin a růstových hormonů, jakož i gonadálních hormonů. Korelace s klinicky hodnoceným Tannerovým stádiem nejsou zvlášť vysoké: jedna studie zjistila korelace mezi 0.61 a 0.67 u 11 - až 13-letých dívek pro self-report PDS [Brooks-Gunn et al., ¹⁹⁸⁷; korelace jsou dokonce nižší u PDS s rodičovskou zprávou; viz Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹]. Je třeba vyhodnotit, do jaké míry jsou tyto relativně nízké korelace způsobeny nepřesným autoevaluací nebo odlišnými konstrukty, jako jsou odlišné účinky hormonů nadledvinek / růst versus gonadální hormony. PDS lze s opatrností použít k odhadu Tannerovy fáze, pokud není možné fyzické vyšetření. Pokud se však výzkumná otázka netýká hormonálních hladin a Tannerova stadia, ale místo toho se týká sebevědomí a sebevědomí nebo fáze puberty ve vztahu k vrstevníkům, lze tvrdit, že PDS je nejdůležitějším opatřením [viz Dorn , ²⁰⁰⁶ pro diskusi]. Stručně řečeno, vědci by měli důkladně zvážit, který aspekt puberty je pro jejich výzkumnou otázku nejrelevantnější, a podle toho vybrat svá měřítka puberty (a celkový design studie).

PUBERTY A STRUKTURÁLNÍ ROZVOJ BRZDY MĚŘENÉ MRI

Nástup neinvazivních technik zobrazování mozku, zejména zobrazování magnetickou rezonancí (MRI), umožnil zkoumat vývoj živého lidského mozku. Vývojové změny, které byly vymezeny pomocí MRI, zahrnují změny v množství šedé a bílé hmoty a změny mikrostruktury bílé hmoty.

ÚLOHA PUBLIKACE V KOGNITIVNÍM ROZVOJI

Pouze malý počet empirických behaviorálních studií se zaměřil na vliv puberty na konkrétní kognitivní proces. Některé z prvních studií se zaměřily na zpracování obličeje. Studie Carey et al. [¹⁹⁸⁰] ukázali, že zatímco výkon v úloze rozpoznávání obličejové identity se během první dekády života neustále zlepšoval, následoval pokles výkonu přibližně ve věku 12. Tento pokles může být způsoben spíše pubertou než věkem per se, protože pozdější studie ukázala, že ženy v polovině puberty vykazovaly horší výsledky než ženy před nebo po narození, když byly tyto skupiny přiřazeny k věku. V poslední době byl prokázán pubertální „pokles“ ve zpracování obličejových emocí [McGivern et al., ²⁰⁰²]. V této studii účastníci mužského a ženského věku ve věku 10 – 17 prováděli úkol odpovídající vzorku, při kterém byly tváře vykazující emoční výrazy spojovány s emocionálními slovy. Ve věku odpovídající zhruba nástupu puberty (ve věku 10 – 20 let u žen, 10 – 11 u mužů) byl zaznamenán nárůst reakční doby kolem 11 – 12%, který pak během dospívání klesal na úroveň prepubertity ve věku 16– 17. Tato studie však neposuzovala fázi puberty. Tyto výsledky by nyní měly být replikovány například přesnějšími hormonálními měřeními puberty a pomocí dlouhodobě posuzovaných kohort. Další studie by také měly prozkoumat, zda jsou tyto výsledky specifické pro zpracování obličeje, nebo zda jsou doménovým kognitivním vývojem více doménami.

ÚLOHA PUBLIKACE VE FUNKČNÍM ROZVOJI BRZDY MĚŘENÉ FMRI

Velmi malé množství dosud provedených funkčních studií neuroimagingu obsahovalo míry puberty. Řada studií dospělých a adolescentních funkčních MRI (fMRI) však ukazuje genderové rozdíly v nervové aktivitě v řadě kognitivních paradigmat (úplný přehled těchto nálezů je mimo rozsah tohoto článku). Některé rozdíly mezi pohlavími mohou být způsobeny účinky prenatálních pohlavních hormonů, účinky puberty nezávislých genů kódovaných na pohlavní chromozomy nebo vlivy životního prostředí specifických pro pohlaví během celého života. Některé z těchto účinků však lze přičíst pubertě. Tyto účinky by mohly být zprostředkovány účinky na nervově-hemodynamické spojení, prostřednictvím organizačních nebo aktivačních účinků na nervovou citlivost, vlivy na kognitivní zpracování nebo nepřímými vlivy pubertálních přechodů na kognitivní zpracování prostřednictvím stereotypů a identity. K objasnění těchto možných vztahů jsou zapotřebí další studie.

V populacích s endokrinními poruchami bylo provedeno několik studií fMRI. Ačkoli jsou výsledky obtížně interpretovatelné s ohledem na typickou pubertu a dospívání (tyto populace jsou hormonálně abnormální před nástupem puberty), poskytují konvergující důkazy, že determinanty nebo korelace puberty ovlivňují funkční mozkovou aktivitu. Například studie fMRI od Mueller et al. [²⁰⁰⁹] porovnávali mozkovou aktivitu během úkolu zpracování emocí obličeje mezi dospívajícími muži a familiárním hyperandrogenismem (způsobujícím přebytek testosteronu od raného věku). Ve srovnání s kontrolami vykazovala skupina s přebytkem testosteronu zvýšenou hippocampální aktivitu během zpracování strachu, jakož i rychlejší behaviorální reakce na tváře vykazující strachové výrazy. Ve studii fMRI Ernst et al. [²⁰⁰⁷], sedm mužů a sedm žen s vrozenou hyperplasií nadledvin (což vede k nadbytku testosteronu v děloze) byly porovnány s kontrolami podle věku a pohlaví v podobné úloze zpracování emocí obličeje. Na rozdíl od studie Mueller et al., Nebyly u hippocampu hlášeny žádné skupinové rozdíly. Avšak v klinické skupině žen byla zvýšená aktivita amygdaly během zpracování strachu a hněvu ve srovnání s kontrolními ženami. Zvýšená aktivita amygdaly v ženské klinické skupině byla podobná jako u mužských kontrol, což naznačuje zprostředkující účinek testosteronu.

ZÁVĚR

Puberta představuje období hlubokého přechodu, pokud jde o pohony, emoce, motivace, psychologii a společenský život. Nedávné předběžné důkazy z vývojových studií MRI naznačují, že fáze puberty by mohla hrát důležitou roli při vývoji mozku u dospívajících, snad více než v chronologickém věku. Jsou zapotřebí další behaviorální a neuroimagingové studie, ve kterých jsou přijímána přesná a spolehlivá měření puberty, aby bylo možné objasnit, jak pubertální hormony ovlivňují vývoj struktury a funkce mozku. Je zřejmé, že existuje velká hodnota pro dosažení lepšího porozumění vztahů mezi mozkem, kognitivním chováním, chováním a pubertou. Tyto cíle však budou vyžadovat koncepční a metodologický pokrok zaměřený na to, jak nejlépe integrovat různá pubertální opatření do vývojových studií dospívání mozku a chování.

Poděkování

REFERENCE