Cereb. Kůra (2010) 20 (1): 61-69. dva: 10.1093 / cercor / bhp078
+ Autorizace
Adresová korespondence s Lindou Van Leijenhorst. Katedra psychologie, Leiden University, Institut pro psychologický výzkum, Wassenaarseweg 52, 2300 RB Leiden, Nizozemsko. E-mailem: [chráněno e-mailem].
Abstraktní
Vztah mezi vývojem mozku v období dospívání a rizikovým chováním dospívajících vzbudil v posledních letech rostoucí zájem. Bylo navrženo, že adolescenti jsou přecitlivělí na odměnu kvůli nerovnováze ve vývojovém modelu následované striatem a prefrontální kůrou. K dnešnímu dni není jasné, zda se adolescenti zabývají rizikovým chováním, protože přeceňují potenciální odměny nebo více reagují na obdržené odměny a zda k těmto účinkům dochází při absenci rozhodnutí. V této studii jsme použili funkční paradigma pro zobrazování magnetickou rezonancí, která nám umožnila disociovat účinky očekávání, přijetí a opomenutí odměny u 10 - 12, 14 - 15, a 18- pro 23-leté účastníky.
Ukazujeme, že v očekávání nejistých výsledků je přední inzulin aktivnější u adolescentů ve srovnání s mladými dospělými a že ventrální striatum vykazuje vrchol související s odměnami ve střední adolescenci, zatímco mladí dospělí vykazují aktivaci orbitofrontální kůry k vynechání odměny. Tyto oblasti vykazují odlišné vývojové trajektorie.
Tato studie podporuje hypotézu, že adolescenti jsou přecitlivělí na odměnu, a doplňuje současnou literaturu tím, že prokazuje, že nervová aktivace se u adolescentů liší i při malých odměnách při absenci volby. Tato zjištění mohou mít důležité důsledky pro porozumění chování dospívajících podstupujících riziko.
Úvod
Rozhodnutí jsou často přijímána v nejistých situacích, ve kterých nejsou známy všechny informace potřebné pro racionální rozhodnutí. Pokud jsou volby v nejistých situacích spojeny s možnými negativními výsledky, považují se za riskantní. Zvýšení rizikového chování je jednou z nejdůležitějších charakteristik dospívání (Arnett 1999; Steinberg 2004; Boyer 2006). Tato změna chování naznačuje rozdíl v rozhodovacích procesech dospívajících ve srovnání s dospělými. To znamená, že adolescenti si mohou v nejistých situacích zvolit rozdíl mezi konkurenčními akcemi, protože zvažují možné výsledky a pravděpodobnosti, s nimiž se vyskytují odlišně ve srovnání s dospělými. Předchozí studie naznačují, že adolescenti jsou zaujati k riskování kvůli rozdílům ve způsobu, jakým zažívají odměny (Bjork a kol. 2004; May a kol. 2004; Ernst a kol. 2005; Galvan a kol. 2006; Van Leijenhorst a kol. 2006).
Studie funkčního zobrazování pomocí magnetické rezonance (fMRI) identifikovaly oblasti mozku související s očekáváním výsledku a zpracováním. Mnoho studií ukázalo, že ventrální striatum reaguje na očekávání potenciálních odměn (Breiter a kol. 2001; Knutson a kol. 2001; Dagher 2007; Tom a kol. 2007), což bylo potvrzeno nedávnou metaanalýzou (Knutson a Greer 2008). jáKromě toho byly přední ostrovy zapojeny do očekávání výsledků a aktivace v této oblasti je také často spojena s nejistotou spojenou s očekávánímn (Critchley a kol. 2001; Volz a kol. 2003). Konečně, několik studií u dospělých ukázalo, že mediální prefrontální kůra (PFC), orbitofrontální kůra a přední cingulate kůra jsou zapojeny do zpracování odměn (Rolls 2000; Bechara 2001; Knutson a kol. 2001; O'Doherty a kol. 2001, 2002).
Funkční rozvoj těchto regionů není dobře znám. Těch několik vývojových studií doposud ukazuje zdánlivě nekonzistentní strukturu výsledků. Riziko dospívajících bylo na jedné straně spojeno se „sníženou“ citlivostí ventrálního striatu na odměnu u dospívajících ve srovnání s dospělými. Tato nervová reakce byla navržena tak, aby vedla dospívající lidi k hledání více stimulačních zážitků, aby kompenzovala nízké úrovně aktivace ve ventrálním striatu (Spear 2000; Bjork a kol. 2004). Ón Na druhé straně je riziko dospívajících spojeno se „zvýšenou“ reakcí ventrálního striatu na reward (Galvan a kol. 2006). V těchto studiích bylo navrženo, že toto zvýšení odezvy na potenciální odměny v kombinaci s nezralými schopnostmi kognitivní kontroly (vyplývající z protahovaného vývoje PFC) zaujímá adolescenty vůči riskování (Galvan a kol. 2006; Ernst a kol. 2006; Casey, Jones, et al. 2008).
Interpretace těchto vývojových zjištění je z důvodů 2 komplikovaná. Zaprvé, ve věcích účastníků, kteří byli do těchto studií o zpracování odměn adolescentů zahrnuti, jsou velké rozdíly. To je problematické, protože adolescenti tvoří velmi heterogenní skupinu, například v rané adolescenci mohou být vývojové změny ovlivněny pubertálními změnami. V předchozích studiích byli zahrnuti adolescenti ze širokého věku. Například ve studii podle Bjork a kol. (2004), skupina adolescentů se skládala z účastníků ve věku 12 – 17 let, což může bránit naší interpretaci vzorce vývojových změn. Strukturální studie zobrazování mozku prokázaly, že vývoj struktury mozku z hlediska podílu šedé a bílé hmoty pokračuje v průběhu adolescence (Giedd et al. 1999; Gogtay a kol. 2004) a nedávná studie ukázala, že tyto vývojové změny sledují nelineární vzorec v mnoha oblastech mozku (Shaw a kol. 2008). Druhým problémem je, že v předchozích zprávách byly použity různé experimentální paradigmata, což ztěžuje srovnání výsledků. Například v předchozích studiích byly odměny závislé na plnění úkolů účastníků a požadavky na získání odměn se lišily. Odměny mohou záviset na době reakce (např. Bjork a kol. 2004) nebo o shodě přesnosti / pravděpodobnosti (např. Ernst a kol. 2005; Galvan a kol. 2006; Van Leijenhorst a kol. 2006; Eshel a kol. 2007). Kromě toho odměňte velikost (Bjork a kol. 2004; Galvan a kol. 2006), pravděpodobnost odměny (May a kol. 2004; Van Leijenhorst a kol. 2006), nebo jak velikost, tak pravděpodobnost (Ernst et al. 2005; Eshel a kol. 2007). Je proto obtížné spojit vývojové rozdíly v aktivaci ventrálního striata s obecnějším riskováním nebo zpracováním odměn. Nedávno se studie o rozhodování dospělých pokusily předpovědět chování založené na předchozích změnách v aktivaci ventrálního striatu (Knutson a Greer 2008). Tyto studie ukázaly, že zvýšená aktivace ventrálního striata je spojena se zvýšenou ochotou podstoupit rizika u dospělých. V předchozí studii zahrnující dospělé, Knutson et al. (2008) použil rozhodovací úkol a předložil odměnující obrázky, které k úkolu nesouvisely. Prezentace těchto obrázků se týkala zvýšené aktivace ventrálního striata a zvýšené ochoty riskovat (Knutson et al. 2008). Pokud je tedy vrchol v aktivaci ventrálního striatu u dospívajících vede k riskování, je důležité pochopit, do jaké míry je tento region nezávislý na požadavcích na chování. Kromě toho je důležité pochopit, v jaké fázi, během předvídání nebo zpracování odměn, jsou pozorovány rozdíly mezi dospívajícími a dospělými. Lepší pochopení příčin zpracování odměn adolescentů může pomoci interpretovat potenciálně škodlivé rizikové chování, do kterého se zapojuje mnoho adolescentů. Je důležité pochopit, zda je u dospívajících ve srovnání s dospělými osobami pravděpodobnější riskantní chování, protože přeceňují potenciální odměny (v raná fáze rozhodovacího procesu) nebo proto, že jejich odpověď na obdržené odměny se liší od odpovědi dospělých (v pozdější fázi). Nahlédnutí do těchto možných rozdílů v citlivosti odměn v adolescenci nás informuje o procesech, které jsou základem rizikového chování dospívajících v reálném světě. Kromě toho by tato znalost mohla pomoci pokusům zasáhnout a chránit dospívající před problémy, kterým čelí. Interpretace vývojových změn v chování mohou komplikovat základní rozdíly v mozkových oblastech souvisejících s odměnami mezi účastníky různého věku. Jedním ze způsobů, jak tento problém vyřešit, je studovat zpracování odměn pomocí experimentálního úkolu, ve kterém odměna a riziko nesouvisejí s chováním účastníků (podobný přístup viz. Tobler a kol. 2008). Cílem této studie proto bylo prozkoumat vývojové rozdíly v nervové aktivaci související s různými fázemi zpracování odměn v nepřítomnosti chování.
Pomocí fMRI jsme porovnávali nervové substráty předvídání výsledku a zpracování výsledků v časné a střední adolescenci a mladé dospělosti. Abychom identifikovali model vývoje mozkových oblastí zapojených do zpracování odměn, zahrnuli jsme 3 homogenní věkové skupiny (10 – 12, 14 – 15, 18 – 23). Tito účastníci provedli úlohu automatu (Donkers a kol. 2005), jednoduché paradigma, ve kterém jsou malé peněžní odměny nepředvídatelné a nesouvisejí s chováním. V tomto úkolu si účastníci prohlíží hrací automaty 3, ve kterých jsou obrázky ovoce prezentovány postupně. Pouze pokud jsou tyto obrázky 3 stejné, účastníci vyhrají peníze. Úkol zahrnuje prezentaci různých podmínek 3: 1) všechny obrázky 3 jsou různé (označovány jako podmínka XYZ), 2) první obrázky 2 jsou stejné, ale třetí jsou odlišné (označovány jako podmínka XXY) a 3) všechny obrázky 3 jsou stejné (označovány jako podmínky XXX). Tímto způsobem nám paradigma umožnila disociovat aktivaci mozku spojenou s očekáváním výsledku (když jsou první 2 obrázků 3 stejné vs. všechny 3 obrázky jsou odlišné; XXY vs. XYZ), zpracování odměny (když jsou všechny 3 obrázky stejné vs. první 2 ze tří obrázků jsou stejné; XXX vs. XXY) a opomenutí odměny (XXY vs. XXX).
Naše analýzy se zaměřily na identifikaci mozkových oblastí zapojených do zpracování odměn a nejistoty, včetně striata, insula a orbitofrontální kůry (OFC). Naší první hypotézou bylo, že tyto regiony vykazují funkční vývoj, což se odráží v různých vzorcích aktivace v různých věkových skupinách. Testovali jsme lineární a nelineární vývojové vzorce. Naše druhá hypotéza byla taková, že pokud je riziko dospívajících spojeno se zvýšenou citlivostí na odměnu, mělo by se to projevit ve vrcholu aktivace ve ventrálním striatu v této věkové skupině. Zkoumali jsme, ve které fázi, během předvídání nebo zpracování výsledků, by ventrální striatum vykazovalo různé reakce v případě neexistence požadavků na chování a zda by odpověď na odměny v tomto regionu byla u dospívajících ve srovnání s dospělými zvýšena nebo snížena. Očekává se, že výsledky poskytnou poznatky o vývoji mozkových oblastí souvisejících s odměnami během dospívání a přispějí k interpretaci rozdílů v nervových reakcích mezi adolescenty a dospělými ve složitějších úlohách odměňování a riskování.
Materiály a metody
Účastníci
Studie se zúčastnilo celkem 53 zdravých dobrovolníků s pravou rukou, patnáct let 18 – 23 (ženy 7; průměrný věk = 20.2, standardní odchylka [SD] = 1.6), osmnáct 14 – 15 let (průměrné ženy 10; průměr age = 15.0, SD = 0.7) a sedmnáctiletých 10 – 12 (ženy 8; průměrný věk 11.6, SD = 0.8). Informovaný souhlas byl získán od všech účastníků a od primární pečovatelky v případě, že účastníci byli mladší než 18 let. Studie byla schválena lékařskou etickou komisí v Leiden University Medical Center (LUMC). Údaje od dalších účastníků 3u byly vyloučeny z důvodu technických potíží. Data pro účastníky, kteří se pohybovali o více než 3 mm jakýmkoli směrem, byla z analýz vyloučena. Z tohoto důvodu byla vyloučena data účastníků 3 (stará 14, 15 a 10). Průměrný pohyb byl 0.52 mm u 18 – 23 let, 0.68 mm pro 14 – 15 let a 0.62 mm pro 10 – 12 let. Rozdíl v průměrném pohybu mezi věkovými skupinami nebyl významný (P > 0.1).
Hodnocení chování
Před skenováním byli všichni účastníci připraveni na skenovací relaci v klidné laboratoři, ve které byl přítomen simulovaný skener. Tento simulovaný skener, který simuloval prostředí a zvuky skeneru zobrazujícího skutečnou magnetickou rezonanci (MRI), poskytl nezletilým příležitost zvyknout si na prostředí skeneru a byl použit k vysvětlení postupu skenování všem účastníkům. Za účelem získání odhadu IQ, věkové verze 2 subtestů Wechsler Adult Intelligence Scale (Wechsler 1981) nebo Wechsler Intelligence Scales pro děti (Wechsler 1991) - podobnosti a návrh bloků - byly spravovány všem účastníkům. U roků 10 – 12, 14 – 15 a 18 – 23 byly odhady IQ 119.7 (SD = 9.7), 106.0 (SD = 9.0) a 108.7 (SD = 9.4). Průměrné IQ let 10 – 12 bylo významně vyšší ve srovnání s ostatními věkovými skupinami 2 (F2,49 = 11.62, P = 0.001), ale celkové IQ účastníků klesly v průměrném rozmezí. Analýzy uvedené níže byly korigovány na rozdíly v IQ přidáním IQ jako kovariančního faktoru k analýzám. Žádný z účinků však nebyl ovlivněn rozdíly IQ. Rozdíly IQ proto nejsou dále popisovány.
Všichni účastníci byli vyšetřeni na psychiatrické stavy, užívání drog, poranění hlavy a kontraindikace pro MRI pomocí kontrolního seznamu. Žádní účastníci nehlásili žádné problémy. Kromě toho byli účastníci nejmladších věkových skupin 2 podrobeni screeningu na problémy s chováním pomocí hodnocení rodičů na kontrolním seznamu chování dětí (Achenbach 1991). Skóre pro všechny účastníky spadalo do neklinického rozmezí.
Experimentální design
Účastníci provedli úlohu hracího automatu, což je verze paradigmatu, kterou dříve používali, pro děti Donkers a kol. (2005). Každá zkouška začala představením 3 prázdných hracích automatů. Po 500 ms byla ve spodní části obrazovky představena mince pro 1000 ms, která sloužila jako narážka. Aby účastníci zůstali zapojeni do (jinak pasivního) úkolu, byli instruováni ke spuštění strojů stisknutím přednastaveného tlačítka pravým ukazováčkem při prezentaci tága. Odpověď musela být dána v časovém okně 1000-ms. Po reakčním okně 1000-ms byly obrázky 3, každý 1 možných druhů ovoce 3 - kiwi, hruška nebo třešně - prezentovány postupně, zleva doprava ve výherních automatech, každý 1500 ms (viz. Obr. 1).
Příklad (a) soud a (b) možné zobrazení výsledku pro úkol automatu. Po časovém okně 1000-ms, ve kterém mohli účastníci reagovat na narážku, se obrázky 3 postupně objevovaly každých 1500 ms, což mělo za následek typy pokusů 3: XXX, XXY nebo XYZ. Účastníci vyhráli € 0.05 za každou XXX zkoušku a za jiných podmínek nevyhráli.
Fotografie byly prezentovány v 3 možných řádech: 1) 3 různé obrázky (např. Kiwi-hruškové třešně, označované jako pokusy XYZ), 2) 2 identické a 1 různé obrázky (např. Kiwi – kiwi – třešně, označované jako XXY pokusů) nebo 3) identické obrázky 3 (např. kiwi – kiwi – kiwi, označované jako XXX pokusy). Tyto typy pokusů 3 představují experimentální podmínky 3. Pořadí, ve kterém byly studie prezentovány, bylo randomizováno a účastníkům byla v každé studii představena nová kombinace obrázků 3.
Účastníci byli předem poučeni, že za každou zkoušku XXX získají € 0.05 a že za jiné typy pokusů nezískají peníze. Když účastníci během prezentace cue 1000-ms neodpověděli, soud skončil a dostali pokutu € 0.10. K tomu došlo u méně než 5% pokusů. Na konci experimentu byly celkové výhry (€ 1.50) přičteny k částce, kterou účastníci obdrželi jako náhradu za účast na studii.
Získávání dat MRI
Zkoušky byly prezentovány v průběhu skenů souvisejících s 2 událostmi, z nichž každá trvala přibližně 7 min. Vizuální podněty byly promítnuty na obrazovku, kterou účastníci mohli vidět přes zrcadlo připojené k hlavové cívce. Během skenování byly účastníkům předloženy celkem 120 experimenty, ve kterých byly promíchány XXX, XXY a XYZ, takže 60 XYZ, 30 XXY a 30 XXX byly prezentovány celkem, s 60 testy v každém běhu. Rozdíly v reakci na odměny související s věkem by mohly být ovlivněny pomalým zráním schopnosti učit se pravděpodobnosti a předvídat rizika. Tuto možnost jsme kontrolovali prezentací 3 po sobě jdoucích podnětů v pseudonáhodném pořadí, aby se maximalizovala nejistota. U všech pokusů po předložení prvního obrázku byla pravděpodobnost, že další obrázek v řadě 3 byl stejný, vždy 50%. Stejným způsobem, jakmile byly prezentovány identické obrázky 2, byla pravděpodobnost, že třetí obrázek byl stejný, 50% (50% XYZ, 25% XXY a 25% XXX studie, po následujících Donkers a kol. 2005). Mezi experimentální experimenty byly přidány periody fixace trvající mezi 1 a 3, roztrhané v krocích po 500 ms.
Skenování bylo provedeno za použití standardní cívky s celou hlavou na skeneru 3-T Philips na LUMC. Funkční data byla získána pomocí a T2* -vážená sekvence echo-rovinného pulzu s echo s gradientem (38 sousedící šikmé axiální řezy 2.75-mm, pomocí prokládaného získávání, opakování času = 2.211 s, časová ozvěna = 30 ms, 2.75 × 2.75 mm v rovině rozlišení, objemy 230 za běh ). První svazky 2 každého skenování byly vyřazeny, aby se umožnilo T1- vyrovnávací účinky. Vysoké rozlišení T2* vážené obrázky a vysoké rozlišení T1- na konci skenovací relace byly shromážděny anatomické obrázky. Pohyb hlavy byl omezen pomocí polštáře a pěnových vložek, které obklopovaly hlavu.
Předpracování a statistická analýza fMRI
Předběžné zpracování a analýza dat byla provedena pomocí SPM2 (Wellcome Department of Cognitive Neurology). Obrazy byly opraveny na rozdíly v načasování získávání řezů, následované korekcí pohybu tuhého těla. Strukturální a funkční objemy byly prostorově normalizovány T1 respektive echo-planární zobrazovací šablony. Normalizační algoritmus použil 12-parametrovou afinní transformaci spolu s nelineární transformací zahrnující kosinové základní funkce. Během normalizace byla data převzorkována na 3-mm krychlové voxely. Šablony byly založeny na stereotaxickém prostoru MNI305 (Cocosco a kol. 1997). Funkční objemy byly vyhlazeny plnou šířkou 8-mm při polovině maximálního izotropního gaussovského jádra. Statistické analýzy byly provedeny na datech jednotlivých subjektů pomocí obecného lineárního modelu (GLM) v SPM2.
Časové řady fMRI byly modelovány jako série událostí svázaných s kanonickou funkcí hemodynamické odezvy (HRF) v samostatných modelech 2. Každý pokus jsme modelovali v různých podmínkách 3 (XXX, XXY a XYZ) jako událost s nulovým trváním kolem časů nástupu druhého stimulu v prvním modelu a okolo časů nástupu třetího stimulu ve druhém modelu. Chybové pokusy, definované jako ty pokusy, kde účastník neodpověděl v okně cue 1000-ms, byly modelovány samostatně a byly vyloučeny z analýz fMRI.
Pro každého účastníka byly odhady parametrů výšky nejvhodnějšího kanonického HRF pro každou podmínku použity v párových kontrastech. Pro první model jsme vypočítali kontrastní obrázky pro srovnání XXY a XYZ (tj. Porovnání situace, kdy účastníci poprvé viděli obrázky 2, které byly stejné [XX] vs. obrázky 2, které byly odlišné [XY]), což odhalilo vzorce aktivace mozku související s „očekáváním“ výsledků studií, založené na hypotéze, že dospívající jsou citlivější na potenciální odměny než dospělí. Pro druhý model jsme vypočítali kontrastní obrazy pro porovnání podmínek XXX a XXY, porovnávání vzorců aktivace mozku souvisejících se zpracováním výsledku pokusů. Výsledné kontrastní obrazy vypočtené pro každého účastníka byly podrobeny skupinové analýze druhé úrovně. Na úrovni skupiny byly vypočteny kontrasty mezi mozkovými stavy provedením jednostranné t- testy na těchto obrázcích, s účastníky jako s náhodným efektem. Statistické mapy celého mozku byly prahovány na P <0.001, s prahovou hodnotou rozsahu 5 sousedících voxelů.
Statistické analýzy: Rozdíly související s věkem
Protože jsme se obzvláště zajímali o strukturu aktivace související s očekáváním výsledku a zpracováním výsledku v různých věkových skupinách 3, provedli jsme analýzy rozptylu (ANOVA) voxelwise, abychom identifikovali regiony, které vykazovaly rozdíly v aktivaci související s věkem. Testovali jsme lineární (−1 0 1), kvadratické (−0.5 1 −0.5) a křivočaré (1 −0.5 −0.5), (−0.5 −0.5 1) pro kontrast XXY-XY modelu očekávání výsledku) a XXX – XXY pro druhý model (zpracování výsledku). ANOVA byly považovány za významné při statistickém prahu 0.001 nekorigovaných pro vícenásobná srovnání, s prahem rozsahu sousedících voxelů 5.
Výsledky zobrazování: Analýza oblasti zájmu
Použili jsme sadu nástrojů MARSBAR pro použití s SPM2 (Brett a kol. 2002) provádět analýzy oblasti zájmu (ROI), aby se dále charakterizovaly vzorce aktivace. Vytvořili jsme sférické návratnosti investic 6-mm se středem ve vrcholné aktivitě voxel v regionech, které byly identifikovány při testování ANOVA na rozdíly související s věkem. Kromě toho jsme použili MARSBAR k extrakci časové řady aktivity závislé na hladině krevního kyslíku v těchto ROI průměrováním časových průběhů pro různé experimentální podmínky počínaje počátkem každé studie. Tyto časové kurzy jsou zobrazeny pro ilustraci v Čísla 2 a 3.
Výsledky celého mozku u účastníků ve věku 0 až 12 let, 14 až 15 let a 18 až 23 let ve vztahu k očekávání možné odměny za kontrast XXY> XYZ v P <0.001 nekorigovaná prahová hodnota (horní panel); 6 mm sférické ROI a průměrné časové kurzy pro 3 věkové skupiny pro přední ostrov a striatum (spodní panel).
Výsledky celého mozku u účastníků ve věku 10 až 12 let, 14 až 15 let a 18 až 23 let ve vztahu k očekávání možné odměny za kontrast XXX> XXY za P <0.001 nekorigovaný práh (horní panel) a XXY> XXX (modře); 6 mm sférické ROI a průměrné časové kurzy pro 3 věkové skupiny pro striatum a OFC (spodní panel).
výsledky
Očekávání výsledku
Provedli jsme GLM analýzu funkčních dat modelovaných na počátku druhého podnětu a samostatně vypočítali kontrast voxelwise XXY> XYZ pro 10–12leté, 14–15leté a 18–23leté. Tyto analýzy vedly k tomu, že se u 3 věkových skupin do značné míry překrývaly oblasti aktivace. Ve všech věkových skupinách bylo očekávání výsledku důsledně spojeno s aktivací v pravé přední ostrovní části (viz Obr. 2, horní panel). U roků 10 – 12 a 14 – 15 byla v obou polokoulích nalezena aktivace předních ostrovků. Kromě toho adolescentní věkové skupiny vykazovaly aktivační klastry ve ventrálním striatu a dorzálním cingulačním kortexu. Významné shluky a odpovídající souřadnice MNI jsou uvedeny v Doplňková tabulka 1.
Testování ANOVA vexelwise pro změny související s věkem pro kontrast XXY – XYZ nevedlo k žádným významným shlukům na prahu P <0.001. Na liberálnější hranici (P <0.005), testování ANOVA kontrastu −1 0 1 odhalilo lineární změnu v aktivaci s věkem v pravé přední insula (vrchol 42, 12, −3, z = 2.95), F1,47 = 11.24, P = 0.002. Vytvořili jsme sférickou návratnost investic 6-mm vystředěnou na tento voxel a provedli jsme věkovou skupinu (3) × podmínku (2) ANOVA na datech extrahovaných z této návratnosti, abychom dále charakterizovali vzorce aktivace v této oblasti. Průměrné časové řady pro tuto návratnost investic jsou vyneseny ve spodním panelu Obrázek 2. ANOVA pro tuto návratnost investic vedla k interakci mezi věkovou skupinou × podmínkami, F2,47 = 7.00, P = 0.002. Následná srovnání potvrdila, že tato oblast byla aktivnější ve XXY ve srovnání s podmínkou XYZ ve věku 10 – 12, F1,16 = 11.26, P = 0.004 a 14 – 15 let, F1,17 = 3.62, P = 0.005. U roků 18 – 23 nebyl rozdíl mezi podmínkami významný (P = 0.19).
Ve striatu nebyly nalezeny žádné změny související s věkem pro kontrast XXY – XYZ. ANOVA odhalila, že tato oblast byla aktivní ve všech věkových skupinách (pík při −9, 9, 0, z = 4.57) v očekávání výsledků, F3,47 = 13.11, P <0.001. Jak se dalo očekávat, výsledky ANOVA na datech extrahovaných z 6 mm sférické ROI pro tuto oblast vedly k hlavnímu účinku podmínky, F1,47 = 23.73, P <0.001 a žádná významná interakce s věkovou skupinou (P = 0.1). Tyto výsledky ukazují, že striatum bylo aktivnější v očekávání potenciální odměny ve stejné míře ve všech věkových skupinách. Srovnání pro jednotlivé věkové skupiny nicméně naznačuje větší odezvu ventrálního striata u adolescentních skupin. To znamená, že ve věku 10 − 12 a 14 − 15, vedla podmínka XXY k podstatně větší aktivaci ve srovnání s podmínkou XYZ (P = 0.001 pro hlavní účinek stavu), zatímco u dospělých tento rozdíl vykazoval pouze trend k významnosti (P = 0.09).
Zpracování výsledku
Aby se prozkoumaly mozkové aktivační vzorce související se zpracováním výsledků, byla provedena podobná analýza GLM na funkčních datech modelovaných na počátku třetího stimulu. Opět jsme samostatně vypočítali kontrasty zájmu 10–12letých, 14–15letých a 18–23letých. Pro kontrast XXX> XXY (zpracování odměn) jsme zjistili aktivaci ve striatum a dorzální cingulární kůře u 10–12letých a 14–15letých (viz Obr. 3, horní panel). U roků 18 − 23 nebyly nalezeny žádné významné shluky, a to ani na liberálnější nekorigované hranici P <0.005. Děti ve věku 14–15 let také ukázaly aktivaci v levém bočním PFC.
GLM pro reverzní kontrast XXY> XXX (zpracování vynechané odměny) neodhalilo žádné významné shluky pro 10–12leté i 14–15leté. Naproti tomu bylo zjištěno, že region v levém OFC lépe reaguje na vynechané odměny u osob ve věku 18–23 let při nekorigované hranici P <0.001. Přehled významných klastrů a odpovídající souřadnice MNI jsou uvedeny v Doplňková tabulka 2.
Testování ANOVA voxelwise na změny související s věkem u kontrastu XXX − XXY potvrdilo nálezy celého mozku u kontrastu XXX> XXY tím, že ukázalo, že aktivace ve striatu se u dospívajících a mladých dospělých lišila. Na nekorigované hranici P <0.001, testování ANOVA kontrastu −0.5 1 −0.5 odhalilo shluk ve ventrálním striatu (vrchol ve 12, 9, −15, z = 3.68), které vykazovaly kvadratický vývojový model, F1,47 = 17.64, P <0.001. Věková skupina (3) × podmínka (2) ANOVA na datech extrahovaných z sférického ROI o průměru 6 mm soustředěného na tento voxel odhalila, že tato oblast byla aktivnější ve stavu XXX ve srovnání s podmínkou XXY ve věku 14–15 let F1,17 = 22.84, P <0.001, ale nelišily se mezi podmínkami u 10–12letých (P = 0.41) a 18 − 23 let (P = 0.12) (viz Obr. 3, spodní panel).
Kontrasty celého mozku pro jednotlivé věkové skupiny odhalily oblast v postranním OFC, která reagovala na vynechané odměny v dospělé skupině. Toto zjištění bylo potvrzeno testováním ANOVA na křivočarý vývojový trend s kontrastem −0.5 −0.5 1, který vyústil v region v laterálním OFC (pík při −27, 48, −3, z = 3.05), F1,47 = 11.99, P = 0.001 (viz Obr. 3, spodní panel). ANOVA na sférické oblasti návratnosti 6-mm pro tuto oblast vedly k interakci podmínka × věková skupina F2,47 = 8.67, P = 0.001. Následná srovnání potvrdila, že tento region vykázal pouze zvýšenou reakci na opomenutí odměn ve srovnání s obdrženými odměnami ve věku 18 – 23. F1,14 = 7.38, P = 0.02.
Diskuse
Tato studie byla motivována otázkou, jak se adolescenti liší od dospělých v citlivosti na nejistou odměnu. Zkoumali jsme vývojovou trajektorii aktivace mozku související se zpracováním nejisté odměny během fáze očekávání a výsledku. Předchozí studie uváděly nekonzistentní nálezy týkající se zpracování odměn pro dospělé, které ukazují „příliš aktivní“ (Galvan a kol. 2006) a „nedostatečně aktivní“ (Bjork a kol. 2004) stimulační neurocircuitry v dospívání. Tato studie se od těchto předchozích studií lišila tím, že jsme použili paradigma, které mělo za následek pravděpodobnou odměnu nezávislou na chování. Tento přístup nám umožnil prozkoumat základní rozdíly v citlivosti odměn za nejistoty. Kromě toho jsme zkoumali nervové rozdíly ve zvláštních věkových skupinách 3: 10 – 12, 14 – 15 a 18 – 23, což nám umožnilo testovat různé vzorce změn souvisejících s věkem.
Studie přinesla hlavní výsledky 2: 1) při předvídání nejistých odměn vykazovaly všechny věkové skupiny zvýšenou aktivaci ve striatu, ale shluk v předním ostrově vykazoval lineární pokles aktivace od časné adolescence do dospělosti a 2) při zpracování výsledku Ve studiích byli střední adolescenti citlivější na obdržené odměny, jak ukazuje zvýšená aktivace ve ventrálním striatu, zatímco mladí dospělí nejvíce reagovali na opomenutí odměn, což naznačuje zvýšená aktivace v OFC. Obecně naše zjištění podporují hypotézu, že střední adolescence je charakterizována hyperaktivní stimulační neurocircuitrií, ale ukazujeme, že tento účinek je nejvýraznější během fáze příjmu odměny. Na základě výsledků předchozích studií tyto výsledky upřednostňují hypotézu, že příliš aktivní obvody související s odměnou a nezralé obvody PFC potenciálně zaujmou adolescenty k riskování (viz také Ernst a kol. 2006; Galvan a kol. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
Vývojové změny v očekávání výsledku
Očekávání výsledků bylo spojeno s aktivací ve striatu a předním izolátu, když byly první 2 stimuly identické a naznačovaly možnost vítězství. Aktivace na ostrově izolovala s věkem lineární pokles; tento region byl nejaktivnější ve věku 10 – 12, méně aktivní ve věku 14 – 15 a nejméně aktivní ve věku 18 – 23, když očekával odměnu. V paradigmatu, které jsme použili, bylo očekávání potenciální odměny spojeno s maximální nejistotou. Po prezentaci stejných obrázků 2 byla pravděpodobnost stejného nebo odlišného třetího obrazu stejná. Naproti tomu, když byl druhý obraz odlišný od prvního, odměna již nebyla možná, a v důsledku toho neexistovala žádná nejistota spojená s očekáváním výsledku. Změna věkové aktivace předních insulačních aktiv by proto mohla odrážet rozdíly v alespoň procesech 2: 1) pozitivní vzrušení spojené s očekáváním odměny nebo 2) nejistota při předvídání neznámého výsledku.
Naše výsledky jsou v souladu s výsledky nedávných studií, které zapříčinily přední izolaci v situacích, kdy jsou rozhodnutí spojena s nejistotou (Paulus a kol. 2003; Volz a kol. 2003; Huettel a kol. 2005; Huettel 2006; Volz a von Cramon 2006). Přední insula byla často zapojena do zkušeností s psychofyziologickým vzrušením. Bylo navrženo, aby se rozhodování o pomoci ostrovů odrazilo od reakcí autonomního nervového systému na riziko spojené s rozhodnutím (Bechara 2001; Critchley a kol. 2001; Paulus a kol. 2003). Byly navrženy velké autonomní signály, které předcházely nevýhodnému rozhodnutí, aby sloužily jako varovný signál, který chrání před riskováním (Bechara a kol. 1997). Ve světle této hypotézy se zdá, že zvýšená odezva insulátu u mladších adolescentů je v rozporu. Jiné studie však naznačují, že tento autonomní signál odráží význam rozhodnutí, které je třeba učinit (Tomb a kol. 2002) a předchozí vývojové studie ukázaly, že děti zažívají autonomní signály při předvídání rizikových rozhodnutí, ale tyto signály nevyužívají k optimalizaci svých rozhodnutí (Crone a van der Molen 2004, 2007; Crone a kol. 2005). V současné studii by zvýšená aktivace izolátů u mladých adolescentů mohla odrážet nezralost tohoto regionu. Nejmladší účastníci mohli zažít zvýšené psychofyziologické vzrušení související s nejistotou spojenou s očekáváním možné odměny. Přestože jsme neshromáždili subjektivní hodnocení vlivu, předchozí studie se pokusily korelovat zkušený vliv a vzorce aktivace mozku. Nedávná studie zjistila, že ačkoli aktivace ve ventrálním striatu korelovala s hlášeným pozitivním účinkem, aktivace v přední insulátu korelovala s pozitivním i negativním hlášeným účinkem (Samanez-Larkin a kol. 2007). Výsledky této studie naznačují, že přední insula by mohla přispět k rozhodování tím, že odráží všeobecné vzrušení v nejistých situacích.
Huettel (2006) disociovaná nejistota spojená s částkou potenciální odměny, která by mohla být získána (riziko odměny) a nejistota s ohledem na optimální reakci (riziko chování). Ukázal, že aktivace v předním ostrově byla selektivně ovlivněna nejistotou spojenou s výběrem odpovědi. Naše výsledky přispívají k tomuto zjištění tím, že ukazují, že přední ostrovní ostrov je zapojen do nejistých situací při absenci výběru odezvy, což naznačuje, že tento region může mít obecnější roli při vyjadřování nejistoty výsledků. Nedávná studie (Preuschoff a kol. 2008) ukázali, že přední izolát odráží stupeň nejistoty podobným způsobem, jako je striatum citlivé na velikost odměny. Autoři naznačují, že přední insula by mohla podporovat procesy podobné chybám predikce odměny ve striatu. Lineární pokles aktivace v této oblasti ukazuje, že funkce předního insulátu je nezralá v adolescenci a mohla by být použita pro naznačení větších obtíží u adolescentů při odhadování rizika spojeného s nejistou situací. V této studii pravděpodobně adolescenti očekávali odměnu častěji ve srovnání s dospělými, protože se nedozvěděli, že výskyt odměn je nepředvídatelný. Souhrnně lze říci, že zvýšená reakce na předním izolátu při předvídání nejisté odměny může vést k zaujetí dospívajících směrem ke zvýšenému riskování.
Jedno vysvětlení, které je třeba vzít v úvahu, spočívá v tom, že zvýšená aktivace v předním izolátu odráží negativní vliv. Nevyhrávání může být spojeno se zkušenějším negativním vzrušením, když k němu dojde na konci zkoušky (XXY) ve srovnání s tím, kdy k němu dojde při prezentaci druhého obrázku (XYZ). I když jsme odhadli HRF na začátku druhého stimulu, třetí stimul následoval 1.5 s později. Je proto možné, že pozorovaná nervová odpověď je ovlivněna třetím podnětem. V budoucích studiích bude důležité dále zkoumat vliv míry rizika / nejistoty a výše odměny na rozhodování adolescentů. Vzhledem k možnému zaměření adolescentní skupiny na odměnu by bylo zajímavé vyzkoušet, zda nervové systémy, které reagují na nejistotu, reagují podobně, když je valence výsledku záporná, tj. Když podmínka XXX odráží spíše ztrátu než získat.
Vývojové změny ve zpracování výsledku
Jak se očekávalo, výherní peníze vedly ke zvýšené aktivaci ve ventrálním striatu. Toto zjištění kopíruje předchozí studie, které ukázaly, že tento region reaguje na odměny (Knutson a kol. 2001; McClure a kol. 2003; Huettel 2006). Zajímavé je, že striatální aktivace po vítězství dosáhla vrcholu u 14 − 15 let a byla méně výrazná u 10 − 12 roků a 18 − 23 let, což je v souladu s hypotézou, že tento region reaguje lépe u adolescentů (Galvan a kol. 2006; Ernst a kol. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
V této studii jsme našli vrchol v citlivosti ventrálního striatu ve střední adolescenci pouze za zpracování odměny, nikoli za očekávání odměny. Toto zjištění je v rozporu s předchozími studiemi, které uváděly nárůst aktivace v této oblasti před skutečným doručením odměn. Tyto předchozí výsledky byly vzaty, aby se navrhla role ventrálního striatu v predikci a očekávání výsledků (Knutson a kol. 2001; Bjork a kol. 2004; Galvan a kol. 2006; Huettel 2006). Naše zjištění však naznačují, že vrchol reakce ventrálního striatu u dospívajících je nalezen pouze pro příjem odměn. V předchozích experimentech signály signalizovaly potenciální odměny a umožňovaly predikci odměny, proto by aktivace ve ventrálním striatu v těchto studiích mohla odrážet časnou reakci na „vědění“, že odměna bude následovat spíše než předvídání „možnosti“ odměny. Z těchto údajů lze také vyvodit, že adolescenti nadhodnocují své šance na získání odměny nebo schopnosti získat odměnu. Navrhujeme, aby v této studii nebyl vrchol aktivace ve ventrálním striatu pozorován až do skutečného doručení odměny, protože návrh úkolu maximalizoval nejistotu a neumožňoval predikci odměny. Přestože výsledky očekávání neprokázaly statisticky významný pík v aktivaci a žádná interakce věku a stavu ve ventrálním striatu, následné analýzy naznačily, že odpověď striata předvídání byla větší u mladých a středních adolescentů ve srovnání s dospělými. Budoucí studie by měly podrobněji studovat výsledky očekávání a výsledků.
Konečně mladí dospělí, ale ne časní a střední adolescenti, vykazovali zvýšenou aktivaci v levém postranním OFC po vynechání odměn. Boční OFC se již dříve podílelo na zpracování trestu (O'Doherty a kol. 2001). OFC je vysoce propojen jak s choulostivými obvody, tak s dalšími regiony v PFC, a nedávno bylo navrženo, že OFC má integrativní funkci tím, že řídí odpověď mozku na afektivní informace a řídí afektivní rozhodování udržováním a aktualizací reprezentace očekávání související s pobídkami online (přehledy viz O'Doherty 2007 a Wallis 2007). Reakce laterálního OFC u mladých dospělých může tedy signalizovat potřebu zvýšené pozornosti a přizpůsobení chování po negativních výsledcích. Je třeba poznamenat, že OFC je heterogenní region a v budoucích studiích je třeba vyzkoušet mnoho otázek týkajících se jeho úlohy v cílovém chování a rozhodování a souvisejících změnách s rozvojem. Zjištění, že tato oblast je zapojena do zpracování nepříznivých výsledků u dospělých, ale nikoli u časných a středních adolescentů, je v souladu s hypotézou, že sítě v mozku související s funkcemi vyššího řádu a kognitivními kontrolními funkcemi nezrají až do pozdní adolescence (Galvan a kol. 2006; Ernst a kol. 2006).
Závěry
Současná zjištění by mohla být interpretována na základě posledních zpráv, které hledají neuropsychologické vysvětlení chování dospívajících. Síť zpracování sociálních informací (SIPN) (Nelson a kol. 2005) a triadický model (Ernst et al. 2006) obsahují složku chutný a kognitivní / regulační. V těchto modelech je chování dospívajících charakterizováno silným apetitivním systémem a relativně slabým kontrolním systémem. Model SIPN (Nelson a kol. 2005) navrhuje, že mozkové struktury, které jsou základem chutné složky, reagují na gonadální hormony a jsou spouštěny na začátku puberty, na rozdíl od kognitivních struktur, které sledují pomalejší vývoj.
Pasivní paradigma použitá v této studii nám neumožnila vyřešit otázky o tom, jak rozdíly v nervovém substrátu zpracování odměn a vnímání rizika mezi adolescenty a dospělými přispívají k motivovanému chování adolescentů a dospělých. Je důležité objasnit tento vztah a jeho vývojovou trajektorii, protože rizikové chování dospívajících může mít vážné důsledky (Steinberg 2004; Fareri a kol. 2008). Zjištění, že mozkové oblasti související s odměnami jsou v dospívání citlivější, i když odměny nesouvisejí s chováním a jsou malé, naznačuje zásadní rozdíly ve způsobu, jakým jsou nejisté odměny zpracovávány v různých věcích. Aby bylo možné posoudit ekologickou platnost těchto zjištění, měly by budoucí studie zohlednit individuální rozdíly, například při hledání senzace, temperamentu a pohlaví, a budou muset tyto regiony prozkoumat pomocí složitějších úkolů. Druhým omezením této studie je, že jsme nezískali přímá měření stavu pubertálu, což omezuje naši schopnost interpretovat příspěvek pubertálních změn k rozdílům mezi lety 10 – 12 a 14 – 15. Budoucí studie by se měly pokusit o užší vztah mezi změnami souvisejícími s věkem a změnami souvisejícími s vývojem puberty.
Souhrnně naše zjištění ukazují, že vzorce aktivace mozku související s očekáváním výsledku při absenci chování jsou odlišitelné od modelů souvisejících se zpracováním výsledků. Očekávání nejisté odměny je spojeno s aktivací v předním izolátu a striatu. Zejména aktivace v předním ostrově má lineární vývojový trend a klesá od časné adolescence do mladé dospělosti. Naproti tomu zpracování odměny je spojeno s vrcholem v aktivaci ve ventrálním striatu u 14 – 15 let a 10 – 12 roků v menší míře. Zajímavé je, že 18 – 23 staří lidé nejvíce reagují na vynechanou odměnu a vykazují aktivaci v postranních OFC regionech. Tato zjištění podporují hypotézu, že dospívání je charakterizováno nerovnováhou v maturaci afektivních a regulačních mozkových obvodů (May a kol. 2004; Ernst a kol. 2006; Galvan a kol. 2006). Současná data ukazují, že na základní úrovni zpracování dospívajících lépe reagují na očekávanou a získanou odměnu a riziko spojené s nejistotou ve srovnání s dospělými.
Doplňkový materiál
Doplňkový materiál lze nalézt na adrese: http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
Financování
Výzkum autorů (EAC a SARBR) je umožněn granty NWO VENI / VIDI.
Reference
;
