Die Rolle der Pubertät im heranwachsenden heranwachsenden Gehirn (2010)

Hum Gehirn Mapp. 2010 Juni; 31(6): 926-933.

Veröffentlicht online 2010 Mai 3. doi: 10.1002 / hbm.21052

PMCID: PMC3410522

Sarah-Jayne Blakemore,^1,^* Stephanie Burnett,^1,² und Ronald E Dahl³

Abstrakt

Adoleszenz bezieht sich auf die Zeit der körperlichen und psychischen Entwicklung zwischen Kindheit und Erwachsenenalter. Der Beginn der Adoleszenz ist lose an den Beginn der Pubertät verankert, was dramatische Veränderungen des Hormonspiegels und eine Reihe von körperlichen Veränderungen mit sich bringt. Der Beginn der Pubertät ist auch mit tiefgreifenden Veränderungen der Triebkräfte, Motivationen, der Psychologie und des sozialen Lebens verbunden. Diese Veränderungen setzen sich während der Adoleszenz fort. Es gibt eine zunehmende Anzahl von Neuroimaging-Studien, die sich mit der Entwicklung des Gehirns sowohl strukturell als auch funktionell während der Adoleszenz befassen. In fast allen dieser Studien wurde die Entwicklung nach chronologischem Alter definiert, was eine starke, jedoch keine einheitliche Korrelation mit dem Stadium der Pubertät zeigt. Sehr wenige Neuroimaging-Studien haben die Entwicklung des Gehirns mit dem pubertären Stadium in Verbindung gebracht, und es gibt Hinweise darauf, dass die Pubertät bei einigen Aspekten der Gehirn- und kognitiven Entwicklung eine wichtige Rolle spielen könnte. In diesem Artikel beschreiben wir diese Forschung, und wir schlagen vor, dass neuroimaging-Studien zur Entwicklung des Jugendalters in Zukunft die Rolle der Pubertät berücksichtigen sollten. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Stichwort: Pubertät, Adoleszenz, Entwicklung, Hormone, präfrontaler Cortex

EINFÜHRUNG

Adoleszenz ist die Periode der körperlichen, kognitiven und sozialen Reifung zwischen Kindheit und Erwachsenenalter [Lerner und Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴]. Der Beginn der Adoleszenz beginnt um den Beginn der Pubertät und ist daher durch dramatische Veränderungen des Hormonspiegels und des körperlichen Erscheinungsbildes (einschließlich schnelles körperliches Wachstum, Veränderungen der Gesichtsstruktur und des Auftretens sekundärer Geschlechtsmerkmale) gekennzeichnet. Im gleichen Zeitraum erfahren Jugendliche zahlreiche Veränderungen bei sozialen, akademischen und anderen Umwelteinflüssen und treten typischerweise in eine Phase tiefgreifenden psychologischen Übergangs ein. Das Ende der Adoleszenz soll vorkommen, wenn ein Individuum eine stabile Rolle des Erwachsenen erlangt hat. Zu diesem Zeitpunkt ist die Mehrheit der pubertären Übergänge abgeschlossen, zumindest in den Industrienationen [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner und Steinberg, ²⁰⁰⁴]. Während der Pubertät gibt es Veränderungen in der Struktur und Funktion des Gehirns. Sexuelle Dimorphismen deuten bei vielen dieser Veränderungen auf mögliche Beziehungen zur Pubertät hin.

Über den Zusammenhang zwischen Pubertät und neuronaler Entwicklung beim Menschen ist relativ wenig bekannt. Eine Vielzahl von Beweisen aus nichtmenschlichen Tierstudien zeigt jedoch, dass die hormonellen Ereignisse der Pubertät tiefgreifende Auswirkungen auf die Hirnreifung und das Gehirnverhalten haben [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴; Speer, ²⁰⁰⁰]. Diese Veränderungen prägen die Wahrnehmungen, Motivationen und das Verhaltensrepertoire eines Individuums und ermöglichen Reproduktionsverhalten und Unabhängigkeit [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. In den letzten Jahren hat eine kleine, aber wachsende Zahl menschlicher Verhaltens- und Bildgebungsstudien, einschließlich in Populationen mit endokrinen Störungen, den vorläufigen Beweis dafür geliefert, dass Pubertätshormone die Struktur und Funktion des sich entwickelnden menschlichen Gehirns beeinflussen können.

PUBERTY: DER ANFANG DER ADOLESZENZ

Die frühe Adoleszenz ist durch Veränderungen des Körpers als Folge der Pubertät gekennzeichnet, die drei endokrine Ereignisse umfasst: Adrenarche, Gonadarche und Aktivierung der Wachstumsachse [Dorn, ²⁰⁰⁶; Speer, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, die häufig als Pubertät bezeichnet wird, ist ein biologischer Prozess, der mit der Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Gonaden-Achse beginnt und mit dem Erreichen der Fortpflanzungsfähigkeit endet. Dieser Prozess beginnt in der Regel zwischen den Altersgruppen 8 und 14 bei Frauen (Durchschnittsalter 11) und zwischen den Altersgruppen 9 und 15 bei Männern (Durchschnittsalter 12) als Reaktion auf die pulsierende Freisetzung von Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) aus dem Hypothalamus stimuliert die Produktion von luteinisierendem Hormon (LH) und follikelstimulierendem Hormon (FSH). LH und FSH aktivieren Reifungsänderungen in den Gonaden (Eierstöcke oder Hoden), die darauf reagieren, indem sie die Fortpflanzungsfähigkeit erreichen (Gameten produzieren). Die reifenden Eierstöcke und Hoden sekretieren auch das Östrogen und das Testosteron der Gonadensteroide. Diese Anstiege der Gonadensteroide lösen wiederum zusätzliche Veränderungen in den Fortpflanzungsorganen und das Auftreten sekundärer Geschlechtsmerkmale aus [Susman und Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache oder Aktivierung der Hypothalamus-Hypophyse-Nebennierenachse beginnt oft früher als Gonadarche, typischerweise bei Frauen zwischen sechs und neun Jahren und bei Männern ein Jahr später [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach und Styne, 2003]. Nebennieren-Androgene (schwächere Formen von Gonadatestosteron) beginnen zu Beginn der Adrenarche zu steigen und steigen weiter an, bis sie in den frühen 20 einen Höhepunkt erreichen [Worthman und Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Diese Zunahme der adrenalen Androgene trägt zur Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale wie Achselhaare und Schamhaare und zu Veränderungen der Schweißdrüsen / Körpergeruch bei. Es ist möglich, dass Adrenarche auch zu Reifungseffekten führt, die vor dem als Jugendalter üblichen Zeitraum beginnen. Diese Auswirkungen sind jedoch nicht gut verstanden [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Das dritte hormonelle Ereignis, das während der Pubertät auftritt, ist die Aktivierung der Wachstumsachse, was zu einem linearen Wachstumsschub bei etwa 12 bei Mädchen und 14 bei Jungen sowie zu Veränderungen der Körpergröße und der Zusammensetzung führt [Marshall und Tanner, ¹⁹⁶⁹^,¹⁹⁷⁰].

HORMONALE AUSWIRKUNGEN AUF DEN GEHIRN UND DAS VERHALTEN

Die Gonadensteroidhormone Östrogen und Testosteron sowie deren schwächere Nebennieren beeinflussen das körperliche Erscheinungsbild des Körpers. Sie beeinflussen auch das Gehirn und das Verhalten. Es wird vermutet, dass diese Effekte über zwei relativ unterschiedliche Prozesse auftreten: Organisation und Aktivierung [Schulz et al. ²⁰⁰⁹; Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴]. Organisatorische Effekte treten vor- und perinatal auf, wobei Wellen von Testosteron-Maskulinisierung und Definimierung von neuronalen Schaltkreisen bei Männern und das Fehlen von Testosteron zu einem weiblichen neuronalen Phänotyp führen. Aktivierungseffekte treten während der Pubertät auf, da Gonadensteroidhormone auf ruhende neuronale Schaltkreise einwirken, um erwachsene reproduktive Verhaltensweisen im Kontext hervorzurufen; Eine kürzliche Modernisierung dieser Dichotomie legt nahe, dass die hormonellen Ereignisse der Pubertät auch neuronale Schaltkreise für soziales und reproduktives Verhalten von Erwachsenen organisieren [Schulz et al. ²⁰⁰⁹; Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴]. Basierend auf Erkenntnissen aus nichtmenschlichen Tierstudien wird vermutet, dass die hormonellen Ereignisse der Pubertät eine zweite Periode der strukturellen Umstrukturierung und Plastizität im Gehirn auslösen [Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴]. Beim Menschen sind die spezifischen Zusammenhänge zwischen Pubertät und Entwicklung des Gehirns der Jugendlichen jedoch nur sehr wenig bekannt.

Tierstudien weisen darauf hin, dass Sexualsteroidhormone über spezifische Gehirnstrukturen drei Haupteffekte auf das Verhalten in der Pubertät ausüben. Der erste Effekt ist die Erleichterung direkt reproduktiven Verhaltens, die hauptsächlich über den Hypothalamus auftritt. Der zweite Effekt besteht in der Reorganisation sensorischer und Assoziationsregionen des Gehirns, einschließlich des visuellen Kortex [Nunez et al. ²⁰⁰²], Amygdala und Hippocampus [Hebbard et al., ²⁰⁰³; Romeo und Sisk, ²⁰⁰¹; siehe auch Shen et al., 2010]. Dies führt zu veränderten sensorischen Assoziationen, z. B. zum Geruch oder Anblick potenzieller Sexualpartner oder Konkurrenten [Sisk und Foster, ²⁰⁰⁴], was in der Pubertät einige Aufmerksamkeits- und Motivationsänderungen erleichtern kann. Die dritte Wirkung von Pubertätshormonen tritt über belohnungsbezogene Hirnstrukturen wie den Nucleus Accumbens und dopaminerge Wege zum präfrontalen Kortex auf. Diese Effekte sind notwendig, um eine starke Motivation für die Suche nach Fortpflanzungsmöglichkeiten zu schaffen. In den Nucleus Accumbens der Nagetiere nimmt beispielsweise die Pubertät eine Zunahme der neuronalen Schaltkreise im Testosteron-Bereich vor, die die Motivation für belohnungssuchende Verhaltensweisen, einschließlich des sexuellen Verhaltens, beeinflussen [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. Es ist möglich, dass Adrenarchelhormone (DHEA und DHEAS) vor dem Einsetzen der Gonadarche ähnliche Wirkungen auf das Gehirn und das Verhalten ausüben, jedoch sind diese Auswirkungen kaum verstanden. Es besteht eindeutig Bedarf an mehr Forschung, die sich auf die frühesten Stadien der Pubertät / Adrenarche konzentriert, um das Verständnis dieser Aspekte der Pubertät und des Gehirns für die Entwicklung und das Verhalten von Jugendlichen zu verbessern [siehe Dorn, ²⁰⁰⁶; zur Diskussion].

MESSUNG DER ÖFFENTLICHKEIT IN STUDIEN ÜBER DIE ENTWICKLUNG DES ADOLESCENT-GEHIRNS

Über pubertätsspezifische Veränderungen in der Entwicklung des menschlichen Gehirns ist relativ wenig bekannt. Um das Verständnis in diesen Bereichen voranzutreiben, bedarf es sorgfältiger Aufmerksamkeit auf zwei Ebenen: konzeptionell und methodisch. Konzeptionell erfordert dies die Entwicklung und Verfeinerung von Modellen für die Entwicklung des jugendlichen Gehirns, die sich auf spezifische Aspekte der Pubertätsreifung beziehen (z. B. spezifische Hormone), die ursächlich mit bestimmten Aspekten von Gehirn- und Verhaltensänderungen zusammenhängen. Methodisch werden Studien benötigt, bei denen Stichproben und Pubertätsmaße ausgewählt werden, die das Testen dieser spezifischen Hypothesen ermöglichen. Da Alter und Pubertätsreifung häufig miteinander korrelieren (und das Alter leicht mit großer Genauigkeit und Gültigkeit gemessen werden kann, während die Pubertät häufig mit groben kategorialen Kennzahlen geschätzt wird, die nicht leicht zu bewerten sind), besteht Bedarf nach Studien mit Entwürfen, die Pubertät und Alter explizit voneinander trennen Effekte (z. B. Rekrutierung von Proben, die dasselbe Alter und den gleichen Grad aufweisen, sich jedoch nach der Pubertätsreifung unterscheiden und dann in Längsrichtung erneut untersucht werden).

Diese Ziele werfen eine Reihe von Fragen auf, wie bestimmte Aspekte der Pubertätsreifung in Humanstudien gemessen werden können. Die Pubertät ist zunächst weder ein kurzes Ereignis noch ein einheitliches Phänomen, sondern umfasst mehrere verschiedene, aber zeitlich überlappende Prozesse, die sich über mehrere Jahre erstrecken [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Wie zuvor beschrieben, umfassen diese Prozesse die Aktivierung von Nebennieren-, Gonaden- und Wachstumshormonsystemen und zusätzlich eine Vielzahl direkter und indirekter Wirkungen, von Wachstumsschüben bis hin zur Veränderung des Selbstbildes. Das geeignetste Maß für die Pubertät hängt daher zum Teil von der spezifischen Forschungsfrage in jeder Studie ab.

Ein häufig verwendetes Maß für die Pubertät ist Tanner Stage. Tanner Staging kategorisiert Individuen entlang einer ordinalen Pubertätsskala von 1 bis 5 auf der Grundlage der Entwicklung der Schamhaare und der Brust bei Frauen und der Entwicklung der Schamhaare und des Genitales bei Männern [Tanner, ¹⁹⁷¹; Gerber und Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Die gerberische Inszenierung durch körperliche Untersuchung sollte von einem ausgebildeten Kliniker durchgeführt werden. Tanner-Inszenierung unterliegt mehreren Einschränkungen. Die Skala wurde unter Bezugnahme auf eine einzelne ethnische Gruppe (möglicherweise gibt es ethnisch unterschiedliche Unterschiede) und in einer relativ kleinen Auswahl von 200-Kindern entwickelt. Übergewichtige Mädchen werden tendenziell ungenau inszeniert, da sich die Inszenierung auf die Entwicklung der Brust stützt, was bei einer rein visuellen Untersuchung irrtümlich überschätzt werden kann. Trotz dieser Einschränkungen gilt die Tanner-Inszenierung als Goldstandard für die Pubertätsmessung [Dorn, ²⁰⁰⁶].

In Anbetracht der oben genannten Bedenken kann erwartet werden, dass Tanner-Staging durch körperliche Untersuchung durch Hormonuntersuchungen sinnvoll ergänzt werden kann, da diese Hormone der Nebennieren und Gonaden (oder Nebennieren / Gonaden-Freisetzung) stromaufwärts ihrer äußeren physikalischen Wirkungen messen. Hormon-Assays können in Zukunft zunehmend nützlich sein, um das Stadium der Pubertät zu messen; Derzeit ist jedoch unklar, wie Hormonmessungen mit anderen Maßnahmen wie Tanner-Stufen kombiniert werden sollten (oder in Verbindung damit verwendet werden sollten) [siehe Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹]. Es gibt auch andere praktische Probleme in Bezug auf hormonelle Maßnahmen, einschließlich Kosten, Belastung des Probanden und die Tatsache, dass die Konzentrationen verschiedener Pubertätshormone in monatlichen und zirkadianen Zyklen schwanken. Zum Vergleich der Hormonspiegel in verschiedenen biologischen Proben (Speichel, Blut, Urin) mit dem vom Arzt beurteilten Tanner-Stadium wurde wenig Forschung betrieben [siehe Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹], es ist also unklar, wie viel Gewicht den Hormonspiegeln Auf einer konzeptionellen Ebene können zum Beispiel einige neurobehaviorale Veränderungen während der Pubertät das direkte Ergebnis einer Erhöhung des Hormonspiegels auf bestimmten neuronalen Systemen während der Entwicklung des Gehirns des Jugendlichen sein (und somit am besten durch Hormonmaßnahmen quantifiziert werden), während andere neurobehaviorale Änderungen komplexere Einflüsse widerspiegeln können (z Veränderungen in der sozialen Erfahrung, die direkter mit den körperlichen Veränderungen und sozialen Rollen verbunden sind und besser mit den Tanner-Stadien verknüpft sind als jeder spezifische Hormonwechsel.

Wenn die körperliche Untersuchung durch einen qualifizierten Arzt durchgeführt wird, können praktische Fragen hinsichtlich der Angemessenheit und des Komforts aufgeworfen werden. Häufig wird dies am besten im Zusammenhang mit einer kurzen „Gesundheitsprüfung“ durchgeführt. Das Tanner-Staging kann also Teil einer normalen körperlichen Gesundheitsprüfung sein und sollte daher nicht mit Stigmatisierungen oder ethischen Bedenken in Verbindung gebracht werden (über eine normale körperliche Gesundheitsprüfung hinaus). Allerdings können die Kosten (Zeit des Klinikers, spezieller Raum und Ausrüstung für eine körperliche Untersuchung und Erklärung der Prozeduren für Jugendliche und Familie) dies für viele Forschungsstudien unpraktisch machen. Daher ist es sinnvoll, alternative Wege zur Quantifizierung der Pubertätsreifung in Betracht zu ziehen, beispielsweise Bewertungen anhand des Fragebogens zum Selbstbericht. Eine relativ große Anzahl von Studien hat das Tanner-Stadium mit Selbsteinstufung (oder Elterneinstufung) anhand der Petersen-Entwicklungsskala [PDS; Petersen et al. ¹⁹⁸⁸]. Dies ist ein Fragebogen, der Artikel zum Haarwachstum, zu Hautveränderungen und zum Wachstumsschub sowie zu geschlechtsspezifischen Elementen, z. B. Menarche- und Brustentwicklung bei Frauen, und Genitalwachstum und Gesichtsbehaarung bei Männern, enthält. Daher misst die PDS einen zusammengesetzten Pubertätswert, der die Wirkungen von Nebennieren- und Wachstumshormonen sowie von Gonadenhormonen einschließt. Die Korrelationen mit dem vom Arzt bewerteten Tanner-Stadium sind nicht besonders hoch: In einer Studie wurden für 0.61- und 0.67-jährige Mädchen Korrelationen zwischen 11 und 13 für den Selbstbericht der PDS gefunden [Brooks-Gunn et al. ¹⁹⁸⁷; Die Korrelationen für PDS mit Elternberichten sind noch geringer. siehe Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹]. Inwieweit diese relativ geringen Korrelationen auf eine ungenaue Selbsteinstufung oder auf bestimmte Konstrukte, wie die unterschiedlichen Wirkungen von Nebennieren / Wachstum gegenüber Gonadenhormonen, zurückzuführen sind, muss bewertet werden. Die PDS kann mit Vorsicht verwendet werden, um das Tanner-Stadium zu schätzen, wenn eine körperliche Untersuchung nicht möglich ist. Wenn sich die Forschungsfrage jedoch nicht auf den Hormonspiegel und das Tanner-Stadium bezieht, sondern sich auf das Selbstbild und das Selbstbewusstsein oder das Pubertätsstadium im Vergleich zu Gleichaltrigen bezieht, kann argumentiert werden, dass die PDS die relevanteste Maßnahme ist [siehe Dorn . ²⁰⁰⁶ zur Diskussion]. Zusammenfassend sollten die Forscher umfassend überlegen, welcher Aspekt der Pubertät für ihre Forschungsfrage am relevantesten ist, und ihre Pubertätsmaße (und das Gesamtdesign der Studie) entsprechend auswählen.

PUBERTY- UND STRUKTURELLE Hirnentwicklung, gemessen durch MRI

Die Einführung nichtinvasiver Bildgebungsverfahren des Gehirns, insbesondere der Kernspintomographie (MRI), hat die Untersuchung der Entwicklung des lebenden menschlichen Gehirns ermöglicht. Entwicklungsänderungen, die mittels MRI dargestellt wurden, umfassen Änderungen der Menge an grauer und weißer Substanz sowie Änderungen in der Mikrostruktur der weißen Substanz.

Entwicklung der jugendlichen grauen Materie

Die Menge an kortikaler grauer Substanz (ihre Dichte, ihr Volumen und ihre Dicke) ändert sich während der Kindheit und im Jugendalter auf regionale und vorwiegend nichtlineare Weise [Giedd et al. ¹⁹⁹⁹; Shaw et al. ²⁰⁰⁸; Sowell et al., ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al. ²⁰⁰⁹; siehe zB Blakemore, ²⁰⁰⁸ zur Durchsicht]. Über einen Großteil der kortikalen Oberfläche folgt die Entwicklung der grauen Substanz einer umgekehrten U-förmigen Entwicklungsbahn, die im Kindesalter anfänglich an Volumen zunimmt, einen Höhepunkt in der Pubertät erreicht und stetig ins Erwachsenenalter abfällt. Graue Substanz besteht aus Zellkörpern, Dendriten und nichtmyelinierten Axonen von Neuronen sowie Gliazellen und Kapillaren. Daher und basierend auf Beweisen aus histologischen Proben [zB Huttenlocher, ¹⁹⁷⁹], wurde vermutet, dass die in menschlichen MR-Scans zu beobachtende umgekehrte U-förmige Entwicklungsbahn des Volumens der grauen Substanz auf dendritisches Wachstum und Synaptogenese zurückzuführen ist, gefolgt von synaptischem Beschneiden [z. B. Giedd et al. ¹⁹⁹⁹]. Eine frühe Arbeit von Giedd et al. [¹⁹⁹⁹] zeigte dieses umgekehrte U-förmige Muster der Entwicklung der Grauen Substanz über den frontalen, temporalen und parietalen Kortikalis, obwohl nicht alle nachfolgenden Studien eine eindeutige Replikation dieses Musters lieferten (z. B. Shaw et al. ²⁰⁰⁸; Tamnes et al. ²⁰⁰⁹). In Giedd et al. Erreichten die Frontal- und Parietallappen im Alter von 11 bei Mädchen und 12 bei Jungen das maximale Volumen der grauen Substanz, bevor sie sich einer ausgedehnten Abfolge der Verdünnung bis ins Erwachsenenalter unterzogen. Das Alter, bei dem diese Peaks im Volumen der grauen Substanz beobachtet wurden, entspricht dem sexuell dimorphen Alter des Beginns der Gonadarche, was auf mögliche Wechselwirkungen zwischen den Pubertätshormonen und der Entwicklung der grauen Substanz hindeutet. Andere MRI-Studien haben gezeigt, dass die sexuellen Dimorphismen im Verlauf der Pubertät allmählich auftreten, wobei das Amygdala-Volumen nur während der Pubertät bei Männern und nur bei Frauen das Hippocampus-Volumen steigt [Lenroot et al. ²⁰⁰⁷; Neufang et al. ²⁰⁰⁹]. Daher ist es möglich, dass die neuroanatomische Entwicklung in bestimmten Gehirnregionen enger mit der Pubertät zusammenhängt als in anderen Gehirnregionen. In diesen Studien wurden jedoch keine direkten Pubertätsmaße erfasst.

Die Rolle der Pubertät bei der Entwicklung der grauen Materie

In den letzten Jahren haben eine Reihe von MRI-Studien für Jugendliche die Beziehungen zwischen struktureller Gehirnentwicklung, Geschlecht und Pubertät genauer untersucht. Eine Strukturstudie für Jugendliche mit MRT von Peper et al. [^2009b] zeigten Anzeichen für einen positiven Zusammenhang zwischen Testosteronspiegeln und globaler Dichte der grauen Substanz bei Männern (und nicht bei Frauen), während Frauen einen negativen Zusammenhang zwischen Östradiolkonzentrationen und der globalen und regionalen Dichte der grauen Substanz zeigten. Ob diese geschlechtsspezifischen Unterschiede repliziert werden können und ob sie tatsächlich regional sind, bleibt abzuwarten. An anderer Stelle wurden Belege für die regionalen und geschlechtsspezifischen Auswirkungen von pubertären Maßnahmen auf strukturelle Gehirnmaßnahmen nachgewiesen. Neufang et al. [²⁰⁰⁹] untersuchte Zusammenhänge zwischen Volumen der grauen Substanz, Geschlecht und pubertären Maßnahmen bei Teilnehmern im Alter von 8 – 15. Die pubertären Maßnahmen waren das vom Arzt bewertete Tanner-Stadium und die Plasmakonzentrationen der Gonadotropier (LH, FSH) und Gonadenhormone (Testosteron, Östrogen). Unabhängig vom Geschlecht bestand ein positiver Zusammenhang zwischen pubertären Maßnahmen (Tanner-Stadium und Testosteron) und dem Volumen der grauen Substanz in der Amygdala sowie einem negativen Zusammenhang zwischen diesen Maßnahmen und dem Hippocampus-Volumen. Darüber hinaus gab es geschlechtsspezifische Auswirkungen: Frauen zeigten eine positive Beziehung zwischen Östrogenspiegeln und limbischer grauer Substanz, und Männer zeigten eine negative Beziehung zwischen Testosteron und Parietalkortex. Alle diese Erkenntnisse sind vorläufig und müssen repliziert werden, sie sind jedoch ein wichtiger erster Schritt in diesem neuen Forschungsbereich.

Entwicklung der jugendlichen weißen Materie

Viele MRI-Studien zeigen einen stetigen linearen Anstieg des globalen Volumens der weißen Substanz zwischen Kindheit und Adoleszenz, wobei sich diese Zunahme bis ins Erwachsenenalter verlangsamt und stabilisiert [Giedd et al. ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al. ²⁰⁰⁹]. Diese Zunahme unterscheidet sich zwischen den Geschlechtern über die Adoleszenz hinweg, wobei Männer eine erheblich steilere altersbedingte Zunahme des Volumens der weißen Substanz aufweisen als Frauen [zB Perrin et al. ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Die Zunahme des Volumens der weißen Substanz wurde der fortschreitenden altersbedingten axonalen Myelinisierung in histologischen Proben zugeschrieben [Benes et al., ¹⁹⁹⁴; Jakowlew und Lecours, ¹⁹⁶⁷] oder alternativ zur Erhöhung des axonalen Kalibers [Paus et al. ²⁰⁰⁸].

Studien haben gezeigt, dass sich neben der Veränderung der weißen Substanz auch die Mikrostruktur der weißen Substanz ändert. Fraktionierte Anisotropie (FA) ist eine MRI-Messung, die beschreibt, inwieweit die Diffusion von Wassermolekülen im Gehirn anisotrop ist (nicht in alle Richtungen gleich). Es wird angenommen, dass hohe FA-Werte, die in Diffusions-Tensor-Imaging (DTI) -MRI-Studien gezeigt werden, die zunehmende Organisation von Trauben der weißen Substanz aufgrund von Prozessen einschließlich Myelinisierung widerspiegeln. Studien zeigen konsistent einen Anstieg der FA während der Pubertät, zum Beispiel in den Frontallappen [Barnea-Goraly et al. ²⁰⁰⁵]. Bis jetzt haben Studien keinen Beweis für sexuell dimorphe Entwicklungsverläufe von FA ergeben.

Eine weitere MRT-Messung, die in der Entwicklung verwendet wurde, ist das Myelintansfer-Verhältnis [MTR: Perrin et al. ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Die MTR gibt Auskunft über den makromolekularen Gehalt (z. B. den Myelingehalt) des Gewebes der weißen Substanz. Im Gegensatz zu FA gibt es Hinweise auf sexuell-dimorphe Entwicklungsverläufe von MTR. Insbesondere wurde gezeigt, dass die MTR mit zunehmendem Alter über die Adoleszenz nur bei Männern abnimmt [Perrin et al. ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Es wurde vermutet, dass diese Abnahme der MTR ein zunehmendes axonales Kaliber widerspiegelt, da je mehr Kaliber in die gleiche Einheit des abgebildeten Volumens passen, und dass dies zu einer relativen Abnahme der Myelinmenge führt [Paus et al. . ²⁰⁰⁸]. Es bleiben Fragen zu diesen faszinierenden Befunden bei der MTR: Zum Beispiel, ob diese Geschlechtsunterschiede vor oder ausschließlich während der Pubertät auftreten.

Die Rolle der Pubertät in der Entwicklung der weißen Materie

Die Flugbahnen der weißen Substanz entwickeln sich in Abhängigkeit von pubertären Maßnahmen. Eine Studie berichtete über eine positive Beziehung zwischen der LH-Konzentration und der Dichte der weißen Substanz im Alter von neun Jahren; diese Beziehung unterschied sich nicht zwischen den Geschlechtern [Peper et al., ^2009a]. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Entwicklungstrajektorien des Volumens der weißen Substanz sowie die MTR in der Adoleszenz zwischen den Geschlechtern unterschiedlich sind. Aktuelle Studien von Perrin et al. [²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹] haben untersucht, ob dieser Unterschied auf Pubertätshormone stromabwärts von LH zurückzuführen sein kann. Perrin et al. [²⁰⁰⁸] untersuchte die Beziehung zwischen den Expressionsniveaus eines Gens, das den Androgen (Testosteron) -Rezeptor kodiert, und der Entwicklung der weißen Substanz bei Männern. Die Ergebnisse zeigten, dass die Abweichung der Flugbahn der Entwicklung der weißen Substanz bei Männern tatsächlich mit den Genexpressionsniveaus zusammenhängt, was darauf schließen lässt, dass Testosteroneffekte für die sexuell dimorphe Beziehung zwischen Alter und Volumen der weißen Substanz verantwortlich sein könnten. In Perrin et al. [²⁰⁰⁹] wurden Beweise für den sexuellen Dimorphismus in dem Mechanismus vorgelegt, der der Zunahme der weißen Substanz durch Jugendliche zugrunde liegt.

Zusammenfassend hat eine Reihe von Studien gezeigt, dass gonadotrope und Gonaden-Pubertätshormone die strukturelle Entwicklung des Gehirns beeinflussen. Es sind weitere Arbeiten erforderlich, um die Mechanismen zu untersuchen, die der Regionalspezifität und dem sexuellen Dimorphismus in der Beziehung zwischen den Pubertätshormonen und der Gehirnentwicklung zugrunde liegen. Schließlich haben Studien bisher keine möglichen Wechselwirkungen zwischen dem Zeitpunkt der Pubertät und der strukturellen Gehirnentwicklung untersucht. Dies ist ein Bereich für zukünftige Untersuchungen.

Die Rolle der Öffentlichkeit in der kognitiven Entwicklung

Nur wenige empirische Verhaltensstudien haben sich auf die Auswirkungen der Pubertät auf einen bestimmten kognitiven Prozess konzentriert. Einige der ersten Studien konzentrierten sich auf die Gesichtsverarbeitung. Eine Studie von Carey et al. [¹⁹⁸⁰] zeigte, dass, während sich die Leistung bei einer Erkennungsaufgabe für die Gesichtsidentität im ersten Lebensjahrzehnt stetig verbesserte, ein Leistungsabfall im Alter von ungefähr 12 folgte. Dieser Rückgang kann eher auf die Pubertät als auf das Alter per se zurückzuführen sein, da eine spätere Studie zeigte, dass Frauen bei mittlerer Pubertät schlechter abschnitten als vor oder nach der Pubertät, wenn diese Altersgruppen übereinstimmten. In jüngerer Zeit wurden Beweise für einen pubertären „Einbruch“ in der Verarbeitung von Gesichtsemotionen gezeigt [McGivern et al. ²⁰⁰²]. In dieser Studie führten männliche und weibliche Teilnehmer im Alter von 10 – 17 eine Match-to-Sample-Aufgabe durch, bei der Gesichter, die emotionale Ausdrücke zeigten, mit Emotionswörtern abgeglichen wurden. Eine Zunahme der Reaktionszeit um 10-20% wurde in einem Alter gezeigt, das ungefähr dem Pubertätsbeginn entspricht (Alter 10-11-Jahre bei Frauen, 11-12 bei Männern), das dann während der Adoleszenz abnahm und im Alter 16– die Präpubertätswerte erreichte. 17. In dieser Studie wurde das Stadium der Pubertät jedoch nicht bewertet. Diese Ergebnisse sollten jetzt repliziert werden, z. B. mit genaueren hormonellen Pubertätsmessungen und unter Verwendung von in Längsrichtung bewerteten Kohorten. In weiteren Studien sollte auch untersucht werden, ob diese Ergebnisse für die Gesichtsverarbeitung spezifisch sind oder einen allgemeineren Effekt der kognitiven Entwicklung von Jugendlichen haben.

Die Wirkung von Sexualhormonen auf die kognitive Funktion

Es gibt Hinweise darauf, dass Hormone während der Pubertät einen anderen Einfluss auf das Verhalten haben können als im Erwachsenenalter. Das Challenge-Modell von Assoziationen zu Testosteron-Aggressionen deutet beispielsweise an, dass, obwohl der Testosteronspiegel während der Pubertät steigt, aggressives Verhalten keine einfache Beziehung zu Testosteron während der Adoleszenz zeigt [Archer, ²⁰⁰⁶]. Vielmehr gibt es sowohl aus humanen als auch aus nichtmenschlichen Primatenstudien Anzeichen dafür, dass Testosteron die Motivation zur Erreichung eines höheren Status erhöht, aber die spezifischen Auswirkungen auf das Verhalten hängen vom sozialen und entwicklungspolitischen Kontext ab. Es ist wichtig, die Komplexität dieser Probleme zu betonen. Das heißt, wir befinden uns zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Integration von Tierforschung (wo Experimente zur Aufklärung spezifischer hormoneller Wirkungen auf bestimmte neuronale Systeme entwickelt werden können) und Humanstudien, um die wichtigen aber anzusprechen komplexe Fragen in Bezug auf kognitive, emotionale und motivationale Veränderungen, die direkt mit der Pubertät zusammenhängen [siehe Dahl und Gunnar, ²⁰⁰⁹zur weiteren Erörterung einiger klinischer und gesundheitlicher Auswirkungen].

Aus der Forschung in diesem Bereich ergeben sich jedoch einige Konvergenzbereiche, in denen vielversprechende Fortschritte hervorgehoben werden. Zum Beispiel gibt es zunehmend Hinweise, dass jugendliche Veränderungen bei der Suche nach Empfindungen einige pubertätsspezifische Veränderungen einschließen und neue Erkenntnisse über die Risikobereitschaft bei Jugendlichen liefern können. Sensationssuchen ist einer der Entwicklungsfaktoren für Risikoverhalten und tritt wahrscheinlicher während der Pubertät auf als jeder andere Zeitraum [zB Arnett und Balle-Jensen, ¹⁹⁹³]. Empfindungssuchende Tendenzen scheinen stärker mit der Pubertät verbunden zu sein als mit dem Alter [Spear, ²⁰⁰⁰]. Eine der ersten Studien, die den spezifischen Zusammenhang zwischen Sensibilisierung und Pubertät auf Jugendliche im engen Altersbereich von 11 – 14 Jahren belegen. Jungen und Mädchen mit einer fortgeschritteneren Pubertätsentwicklung wiesen höhere Bewertungen für Sensationssuche und einen stärkeren Drogenkonsum auf [Martin et al. ²⁰⁰²]. In jüngerer Zeit haben Steinberg und Monahan [²⁰⁰⁷] haben Beweise dafür gefunden, dass das Analysieren von Sensationssuchen aus dem breiteren Konstrukt der Impulsivität (das manchmal experimentell mit Sensationssuchen verwechselt wird) eine umgekehrte U-förmige Entwicklungsbahn zeigt, die zum Zeitpunkt der Pubertätsreifung ihren Höhepunkt erreicht und signifikant mit Pubertätsmessungen zusammenhängt bei jungen Dahl und Gunnar [²⁰⁰⁹, zur weiteren Diskussion] haben ein breiteres Spektrum an affektiven Veränderungen im Zusammenhang mit der Pubertät berichtet, beispielsweise Emotionen als Reaktion auf soziale Situationen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nur wenige Studien den Zusammenhang zwischen Pubertät und kognitiver Entwicklung untersucht haben, und dieser Bereich wird ein interessanter Fokus für die zukünftige Forschung sein.

DIE ROLLE DER PUBERTY IN DER FUNKTIONALEN BRAIN-ENTWICKLUNG WIE MESSEN VON fMRI

Eine sehr kleine Anzahl funktioneller Neuroimaging-Studien, die bisher durchgeführt wurden, umfasste Pubertätsmessungen. Eine Reihe funktioneller MRI-Studien (fMRI) für Erwachsene und Jugendliche zeigen jedoch geschlechtsspezifische Unterschiede in der neuronalen Aktivität in einer Reihe kognitiver Paradigmen (eine vollständige Überprüfung dieser Ergebnisse liegt außerhalb des Rahmens dieses Artikels). Einige geschlechtsspezifische Unterschiede können auf vorgeburtliche Sexualhormoneffekte, auf die Pubertät unabhängige Effekte von Genen zurückzuführen sein, die auf den Geschlechtschromosomen codiert sind, oder auf geschlechtsspezifische Umwelteinflüsse über die gesamte Lebensdauer. Einige dieser Effekte können jedoch auf die Pubertät zurückzuführen sein. Diese Effekte könnten durch Effekte auf die neurale-hämodynamische Kopplung, durch organisatorische oder aktivierende Effekte auf die neuronale Reaktionsfähigkeit, Einflüsse auf die kognitive Verarbeitung oder durch indirekte Einflüsse von pubertären Übergängen auf die kognitive Verarbeitung durch Stereotypen und Identität vermittelt werden. Weitere Studien sind erforderlich, um diese möglichen Zusammenhänge aufzuklären.

In Populationen mit endokrinen Störungen wurden mehrere fMRI-Studien durchgeführt. Obwohl die Ergebnisse hinsichtlich der typischen Pubertät und der Pubertät schwer zu interpretieren sind (diese Populationen sind vor dem Beginn der Pubertät hormonell abnormal), liefern sie konvergierende Beweise dafür, dass Determinanten oder Korrelate der Pubertät die funktionelle Gehirnaktivität beeinflussen. Eine fMRI-Studie von Mueller et al. [²⁰⁰⁹] verglich die Gehirnaktivität während einer Aufgabe der Emotionsverarbeitung im Gesicht zwischen heranwachsenden Männern mit familiärer Hyperandrogenität (die schon früh ein übermäßiges Testosteron verursacht). Im Vergleich zu den Kontrollen zeigte die Gruppe mit übermäßigem Testosteron eine erhöhte Hippocampus-Aktivität während der Angstverarbeitung sowie schnellere Verhaltensreaktionen auf Gesichter, die angstvolle Ausdrücke zeigten. In einer fMRI-Studie von Ernst et al. [²⁰⁰⁷], sieben männliche und sieben weibliche Jugendliche mit angeborener Nebennierenhyperplasie (was zu einem erhöhten Testosteronspiegel führt in utero) wurden mit alters- und geschlechtsspezifischen Kontrollen in einer ähnlichen Aufgabe der Emotionsverarbeitung verglichen. Im Gegensatz zur Studie von Mueller et al. Wurden im Hippocampus keine Gruppenunterschiede festgestellt. In der weiblichen klinischen Gruppe war jedoch die Amygdala-Aktivität während der Verarbeitung von Angst und Wut im Vergleich zu weiblichen Kontrollen erhöht. Die verstärkte Amygdala-Aktivität in der weiblichen klinischen Gruppe war ähnlich der bei männlichen Kontrollen, was auf eine vermittelnde Wirkung von Testosteron hindeutet.

FAZIT

Die Pubertät ist eine Periode tiefgreifenden Übergangs in Bezug auf Triebe, Emotionen, Motivationen, Psychologie und soziales Leben. Jüngste vorläufige Beweise aus MRT-Studien in der Entwicklung haben gezeigt, dass das Stadium der Pubertät möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Gehirns von Jugendlichen spielt, möglicherweise mehr als das chronologische Alter. Es sind weitere Verhaltens- und Neuroimaging-Studien erforderlich, in denen genaue und verlässliche Pubertätsmessungen durchgeführt werden, um Aufschluss darüber zu geben, wie Pubertätshormone die Entwicklung der Gehirnstruktur und -funktion beeinflussen. Ein besseres Verständnis der Beziehungen zwischen Gehirn, Kognition, Verhalten und Pubertät ist natürlich von großem Wert. Für diese Ziele sind jedoch konzeptionelle und methodische Fortschritte erforderlich, die darauf abzielen, wie verschiedene pubertäre Maßnahmen am besten in Entwicklungsstudien des jugendlichen Gehirns und die Reifung des Verhaltens integriert werden können.

Anerkennungen

SJB ist ein Forschungsstipendiat der Royal Society University. SB wurde im Rahmen des 4-Promotionsprogramms für Neurowissenschaften an der UCL von Wellcome Trust finanziert.

REFERENZEN

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