Redukto neuronal inhibicio kaj kunordigo de adoleskanta prefrontala krozo dum motivita konduto (2011)

Enkonduko

Adoleskeco estas tempo de alĝustigo, kiam oni kompletigas la fizikajn kaj psikosociajn transirojn al plenaĝeco (Arnett, 1999). Ĝi ankaŭ konsideras periodon de vundebleco ĉar ĝi koincidas kun la apero de simptomoj pro pluraj gravaj psikiatriaj problemoj, inkluzive de malordoj, skizofrenio kaj droguzado (Volkmar, 1996; Pine, 2002; Johnston et al., 2008). En la lastaj jaroj, studoj ĉe adoleskaj homoj kaj bestaj modeloj priskribis aĝojn ligitajn al aĝoj en ĉela kaj molekula cerba arkitekturo kaj malegalecojn en la farmakologiaj efikoj de diversaj drogoj (Spear and Brake, 1983; Spear, 2000; Adriani et al., 2004; Brenhouse et al., 2008; Paus, 2010). Ankaŭ kun ekzameno pri kondutaj diferencoj estis ekzamenataj kaj ofte koncentriĝas, kvankam adoleska konduto kutime similas al tiu de plenkreskuloj en plej multaj kuntekstoj kun nur modestaj ŝanĝoj en decida kapablo de meze de adoleskeco antaŭen (Spear, 2000; Doremus-Fitzwater kaj aliaj, 2009; Figner et al., 2009; Cauffman et al., 2010). Tamen, adoleskantoj povas prilabori elstarajn eventojn malsame ol plenkreskuloj. Ekzemple, lastatempa studo observis pli grandan adoleskanton ol plenkreska proteino-esprimo en plenkreska striatumo kaj kerno accumbens post eksponado al rekompenco kun odoraŭzo.Friemel et al. 2010). Difinoj laŭ mezuroj de adoleska nefrosta kortekso (PFC) neŭra aktiveco kaj konektebleco ankaŭ estis priskribitaj (Ernst et al., 2006; Galvan et al., 2006; Liston et al., 2006; Geier et al., 2009; Uhlhaas et al., 2009a). Tamen, malmulte oni scias pri la preciza naturo de ĉi tiuj rilataj aĝoj sur la neurona nivelo.

Por rekte kompari la dinamikan prilaboradon de kortikaj neŭronoj en adoleskantoj kun tiu de plenkreskuloj, ni registris ununuran kaj lokan kampan potencialon (LFP) aktivecon el la orbitofrontala kortekso (OFC) de ratoj dum ili plenumis rekompencan konduton. La OFC estis celita pro sia centra rolo en prilaboro de atendo pri valoroj kaj antaŭaj evidentecoj de ĝia sub-disvolviĝo en adoleskantoj (Schultz et al., 2000; Galvan et al., 2006; Schoenbaum et al., 2009). La kondutisma tasko implikas agi sur lernita ago-rezulta asocio (Sturman et al., 2010), kiu estas fundamenta konstruaĵo de kompleksa motivita konduto. La simpleco de ĉi tiu tasko permesis al kondutaj mezuroj esti tre similaj inter grupoj. Ni povus do testi la hipotezon, ke eĉ kun simila taska agado, la adoleska OFC kodas elstarajn rilatajn taskojn rilate malsame ol plenkreskuloj. Karakterigi tiajn fundamentajn neŭrajn agadajn diferencojn - kaj fari tion ĉe la neuronal nivelo - estas kritika por identigi evoluajn procezojn, kiuj eble asocias kun la kreskantaj neuropsikiatriaj riskoj de adoleskeco, kaj por la estonta desegno de intervenaj strategioj por antaŭvidi kaj trakti tiajn problemojn.

Materialoj kaj Metodoj

Kutimaro

Plenkreskaj kaj adoleskaj ratoj estis testitaj en operant-skatola aparato (Coulbourn Instruments, Allentown, PA), kiu enhavis doman lumon, pellet revuon, kiu povus liveri manĝajn buletojn (fortika dextroso, 45 mg; Bio-serv, Frenchtown, NJ) en manĝaĵa trinkaĵo, kaj tri naz-pokaj truoj staris horizontale sur la muro kontraŭ la manĝaĵo. Post 5-6 tagoj de kirurgia resaniĝo, bestoj estis iomete manĝataj, mankis kutimo al la kondutisma testada aparato kaj komencis trejnadon pri la konduta tasko, kiu antaŭe estis karakterizita (Sturman et al., 2010). Mallonge, ratoj lernis piki en iluminitan centran nazotruan truon por plifortigo de manĝaĵoj. Provoj komenciĝis per la apero de klaklumo ene de la centro-nazotruo. Kiam la rato enigis tiun truon, la lumo tuj estingiĝis kaj unu sola pelto estis liverata al la manĝaĵo, kiu tiam estis lumigita. Enkonduki en la manĝaĵan trinkaĵon por ricevi la pelton malŝaltis la manĝaĵon per la lumo kaj ekigis inter-provan intervalon de 5-s (Figuro 1a). Ĉiu kunsido estis finita post 100-provoj aŭ la paŝo de 30-min. Antaŭa laboro pruvis, ke ĉi tiu tasko estas rapide lernebla de adoleskantoj kaj plenkreskuloj, kun atendata maksimuma agado antaŭ la tria tago de trejnado (Sturman et al., 2010). Ĉefaj tasko-plenumaj mezuroj inkluzivis la nombron da totalaj provoj plenumitaj dum ĉiu kunsido, la daŭro de kvato ĝis instrumenta pokeo, kaj la daŭro de instrumenta pokeo ĝis manĝaĵo per eniro (pelta reakiro). Aĝo × sesio ripetita-mezuritaj ANOVA-oj estis faritaj pri ĉiuj rezultaj mezuroj en SPSS (alpha = 0.05). En ĉiuj kazoj, kiam la supozo de sfereco estis malobservita, la pli malaltaj limigitaj korektoj estis uzataj por maksimume konservativa grado-de-libereca alĝustigo.

figuro 1

Elektrodaj allokigoj, taska paradigmo kaj kondutisma agado. A) Adoleskaj kaj plenkreskaj ratoj estis trejnitaj pri simpla instrumenta lernado-paradigmo, en kiu ili asociis nazotruojn (instrumenta respondo) al malpeza truo kun la posta ...

Analizo de Elektrofisiologio

Elektrofisiologiaj datumoj estis analizitaj per laŭmendaj skribaj skriptoj, ekzekutitaj en Matlab (Mathworks, Natick, MA), kune kun la ilo de kronux (Chronux.org) por analizoj de LFP kaj pafaj rapidecaj variablaj funkcioj gracie disponeblaj de Churchland kaj kolegoj (http://www.stanford.edu/∼shenoy/GroupCodePacks.htm) (Churchland et al., 2010). Ĝenerale, neŭra aktiveco estis ŝlosita de tempo al specifaj tasko-eventoj: provludado, cu instrumenta nazo-poke-respondo, kaj manĝaĵo-eniga eniro. Krudaj LFP-spuroj estis tempigitaj al ĉi tiuj tasko-eventoj, kaj provoj kun tranĉaj artefaktoj estis ekskluditaj antaŭ ol averaĝi. Ekzemploj de unuprocesaj adoleskantoj kaj plenkreskaj krudaj LFP-tensiaj spuroj estas prezentitaj dum la periodo ĉirkaŭ plifortigo (Suplementa Figuro 1). La prov-averaĝita potenca spektro de ĉiu subjekto en la kelkaj sekundoj ĉirkaŭ ĉiu taska evento estis kalkulita de FFT. Ĉi tio estis farita per 13 ĉefaj kandeloj, tempo-larĝa produkto de 7, kaj 1-s-movanta fenestro (en 250 ms-paŝoj). Ĉi tiuj parametroj, kompare kun aliaj, kiujn ni ekzamenis, permesis frekvencan rezolucion de ĉirkaŭ 2 Hz, kio ĝenerale permesis multoblajn oftajn rubujojn en ĉiu interesa bando. Multitapela aliro estis uzita ĉar ĝi plibonigas spektrogramtaksojn dum traktado ne-senfinajn tempajn seriojn datenojn (Mitra kaj Pesaran, 1999), kvankam uzante tajlojn 1, 3, kaj 9 kondukis al tre similaj spektrogramoj. Ĉiu frekvenca binaro (vico) en la spektro de potenco estis Z-poentaro normaligita al la averaĝa spektra potenco dum la baza periodo (2-s-fenestro komencanta 3-s antaŭ la kvono). Normaligitaj potencaj spektroj averaĝis por adoleskantoj kaj plenkreskuloj.

Peri-eventaj tempaj pafrapidecaj histogramoj estis produktitaj por ĉiu unuo en fenestroj ĉirkaŭ taskokazaĵoj. La interprocesa averaĝa pafrapideco de ĉiu unuo estis Z-poentaro normaligita al tiu de sia baza periodo. Unuoj estis klasifikitaj kiel "aktivigitaj" aŭ "malhelpitaj" ene de interesaj fenestroj bazitaj sur ĉu ilia averaĝa normaligita agado enhavis tri sinsekvajn 50 ms-rubujojn kun Z ≥ 2 aŭ Z ≤ -2, respektive. Ĉi tiuj kriterioj estis validigitaj per ne-parametrika botŝekla analizo sur la baza linio de ĉiu unuo. Por ĉiu unuo, la bazlinia fenestro estis hazarde provita kun anstataŭaĵo 10,000 fojojn. La proporcio de 2-s-fenestroj, kies reagrupita agado atingis gravajn kriteriojn, estas mezuro de la atendata fals-pozitiva rapideco por tiu unuo dum iu 2-s-fenestro. Ĉi tio kondukis al entuta atendata falspozitiva imposto de alfa = 0.0034 por ĉiuj adoleskaj unuoj kaj alfa = 0.0038 por ĉiuj plenkreskaj unuoj. Ĉi tiuj malaltaj alfaoj indikas, ke unuaj falsaj kategorioj estus sufiĉe maloftaj por ne troe trafi statistikajn komparojn de kategoriaj proporcioj inter adoleskantoj kaj plenkreskuloj. Por kompari la tempokurson de unuaj respondoj la kategoria analizo estis farita per moviĝanta fenestro ĉirkaŭ taskaj eventoj (moviĝanta fenestro-grandeco 500 ms en 250 ms-paŝoj). Por tempofenestroj kun aparta intereso por aĝ-rilataj statistikaj komparoj (ekz. En la 1 s post la signalvorto), Chi-kvadrataj analizoj estis faritaj, kiuj inkluzivis la nombron de plenkreskaj kaj adoleskaj aktivigitaj, inhibitaj kaj nesignifaj unuoj. Signifajn Chi-kvadratajn testojn sekvis post-hoc-komparoj de proporcioj por ĉiu kategorio (ekz. Inhibitaj unuoj inter adoleskantoj kaj plenkreskuloj) uzante Z-teston por du proporcioj (tablo 1). Antaŭa laboro kun ĉi tiu kondutisma paradigmo pruvis, ke kaj adoleskantoj kaj plenkreskuloj plenumas la instrumentan respondon maksimume stabilan per sesio 3 (Sturman et al., 2010). Tial, krom se alie dirite, elektrofiziologiaj analizoj estas prezentitaj por sesioj 3-6, tiam la agado-rezulto-asocio estas bone lernita de ambaŭ grupoj. Ĉi tie kaj aliloke, la nula hipotezo estis malakceptita kiam p <0.05.

tablo 1

Komparo de adoleska kaj plenkreska unuaktiveco en elektitaj fenestroj tempigitaj kun taskoj. Fenestroj de intereso estas ŝlositaj al la horo, instrumenta poke (Poke) aŭ eniro en la manĝaĵon. La proporcio de adoleskantoj (Adol) kaj plenkreskuloj ...

Analizoj de pafo-rapideca varieco estis kalkulitaj kiel Fano-faktoroj (spica kalkula varianco / mezumo) uzante 80 ms movantan fenestron en 50-paŝoj. Por ĉiu unuo, spico-kalkula varianco kaj meznivela spike-kalkulo estis kalkulitaj en ĉiu tempopunkto. La deklivo de la regreso rilatanta al varianco kaj mezumo por ĉiuj unuoj estis determinita ĉe ĉiu fenestra paŝo, havigante Fano-faktoro-kurson ĉirkaŭ taskaj eventoj. Por ekzameni ĉu observitaj ŝanĝoj en Fano-faktoro kun la tempo (kaj aĝoj rilataj al Fano-faktoro) estis pro ŝanĝoj en meznivela pafo-rapideco ol varianco, ni elfaris mezumon de komparebla tekniko elpensita de Churchland kaj kunlaborantoj (Churchland et al., 2010). En la unua analizo ni realigis mezumajn kongruojn aparte por adoleskaj kaj plenkreskaj ekzempleroj. Ĉi tiu tekniko tenis la mezan paftan distribuadon konstanta ĉe ĉiu tempopunkto, hazarde kaj ree forĵetante unuojn. Fano-faktoro-taksoj por ĉiu tempopunkto baziĝis sur la mezumo de 10-iteracioj de ĉi tiu procezo. Ĉi tiu proceduro estis validita kiel efika alproksimiĝo por eviti artefaktojn pro pafaj rapidecaj ŝanĝoj (Churchland et al., 2010). Krom ĉi tio, aparta meznombro-analizo estis farita, en kiu la plej ofta meznombro-pafo-histogramo estis uzata ambaŭ tra tempo ene de aĝa grupo (kiel supre) kaj ankaŭ inter aĝaj grupoj. La observado de similaj krudaj kaj meznombraj Fano-faktoroj konfirmus, ke la tempokursoj kaj aĝaj rilataj diferencoj en Fano-faktoro reflektas spik-tempigan variecon kaj ne estis nur artefaktoj de diferencoj en meznivela pafo. Adoleskaj kaj plenkreskaj Fano-faktoroj estis statistike komparitaj uzante rangajn provojn en Matlab.

rezultoj

Loka Ebleco Kamparanoj

Elektrofisiologia registrado de LFPoj, mezuro pensita reflekti la agadon de regionaj aferentoj, malkaŝis iom similajn padronojn por adoleskantoj kaj plenkreskuloj tra multe de la tasko, kun rimarkindaj diferencoj en spektra potenco tuj post manĝaĵo tra eniro por ricevi plifortigon (Figuro 2a). En tiu tempo, plenkreskuloj elmontris pli grandan potencon alfa (8-12 Hz) kaj beta (13-30 Hz). Theta (4-7 Hz) kaj malalta gamo (31-75 Hz) estis similaj inter grupoj, dum adoleskantoj havis pli grandan potencon gamma (76-100 Hz) ol plenkreskuloj (Figuro 2b).

figuro 2

OFC LFP-adoleskantoj kaj plenkreskuloj dum kunsidoj 3-6. A) LFP-potencaj spektroj por adoleskantoj kaj plenkreskuloj en fenestroj ĉirkaŭ kernaj taskaj eventoj estis normaligitaj al la baza periodo (3 al 1 dua antaŭ kvanta komenco) por ĉiu ofteco. La tempokurso de normaligita ...

Fano-Faktoro-Analizo

Aĝoj rilataj al aĝoj estis observitaj en pafo-rapideca variado asociita kun specifaj tasko-eventoj. La Fano-faktoro, kiu estas la deklivo de la rilato inter spike-kalkula varianco kaj spike-kalkula mezumo (Churchland et al. 2010), estis kalkulita por ekzameni la variecon de spico-tempigo inter provoj (figuro 3). Adoleskantoj (8 ratoj 265 ekzempleroj) havis signife pli grandajn Fano-faktorojn ol plenkreskuloj (4 ratoj 184 ekzempleroj) dum sesioj 3-6 (komparoj faritaj kun rang-sumaj testoj) dum la 2 s-baza periodo Z = 6.90, p <0.01, en 1-sekunda fenestro tuj post la prov-komenca signalvorto Z = 5.48, p <0.01, en 1 s-fenestro centrita ĉirkaŭ la instrumenta respondo Z = 3.12, p <0.01, kaj en la dua sekundo antaŭ plifortigo-rehavigo Z = 3.77 , p <0.01 (figuro 3). Ĉar Fano-faktoro-kalkuloj dependas de fenestra grandeco kaj paŝo ni variis ĉi tiujn parametrojn en la periodo ĉirkaŭ la instrumenta poke por pruvi, ke dum la grando kaj glateco de la kalkuloj tuŝas, la ĝeneralaj temp-kursaj kaj aĝaj rilataj diferencoj restas (Suplementa Figuro 2). Ni plenumis mezum-kongruan teknikon (Churchland et al. 2010) teni la mezan pafon-ritmon proksimume konstantan laŭlonge de la tempo, tiel ke tempaj paftaj ŝanĝoj ne obskuras nian interpreton de la Fano-faktoro kiel mezuro de varieco (Suplementa Figuro 3a). Ni simile egaligis paf-rapidecajn distribuojn inter aĝaj grupoj (Suplementa Figuro 3b). Krudaj Fano-faktoroj estis tre similaj al tiuj kalkulitaj per meznombro-egaliga metodo, konfirmante, ke la observita tempokurso de Fano-faktoro reflektas la variecon en spico-tempigo sendepende de meznivela pafo-dinamiko. Unu escepto al tio estis post plifortikigo, en kiu tempo plenkreskuloj elmontris pli grandajn krudajn Fano-faktorojn (figuro 3). Ĉi tiu diferenco ŝuldiĝis almenaŭ parte al ŝanĝoj en meznivela pafo, ĉar ne estis statistike signifa diferenco en la meznombraj Fano-faktoroj dum tiu periodo (Suplementa Figuro 3). Ĉi tiuj trovoj indikas, ke elstaraj eventoj kondukas al malpliigo de la varieco de spica tempigo por kaj adoleskantoj kaj plenkreskuloj, kaj ke interese, adoleska neŭra spico-tempigo de adoleskantoj estas ĝenerale pli ŝanĝiĝema ol tiu de plenkreskuloj tra multe de la tasko. Fano-faktoro-reduktoj de stimulo estas pensitaj kiel ĝenerala propraĵo de kortika arkitekturo (Churchland et al. 2010). Tiel, pli altaj Fano-faktoroj povas sugesti intrinsekan tendencon por spico-tempigo esti malpli strikte kontrolita en la OFC de adoleskantoj kompare kun plenkreskuloj.

figuro 3

Fano-faktoro-analizo komparante adoleskajn kaj plenkreskajn pafo-rapidecon. La Fano-faktoro estas la deklivo de la provo-per-provo spike-kalkula varianco kaj spike-kalkula mezumo por ĉiuj unuoj. Uzante glit-fenestron ĉi tiu varieca takso estis kalkulita je tempopunktoj ...

Unueca Aktiveco

Analizo de ununura neŭra aktiveco dum la tasko malkaŝis substancajn diferencojn pri eventaj specioj inter adoleskantoj kaj plenkreskuloj. Dum sesio 1, antaŭ ol lerni la agojn-rezultajn asociojn, unueca agado ŝanĝiĝis malmulte al taskaj eventoj en ĉiu grupo. Unufoje la tasko estis bone lernita (trejnaj kunsidoj 3-6), tamen la taskaj eventoj provokis konstantajn mastrojn de neŭra aktiveco (figuro 4). En la bas-normaligita pafo-ritmoj de ĉiu unuo tempo-ŝlosita al tasko-eventoj estas montrita en Figuro 5a, ilustrante la amplekson kaj amplekson de fazo-neŭra aktiveco. En plenkreskuloj (4-ratoj, 184-ekzempleroj), sed ne adoleskantoj (8-ratoj, 265-ekzempleroj), averaĝa aktiveco reduktis ĉe la komenco kaj antaŭi la instrumentan respondon (Figuro 5b). Post la respondo, la normaligita loĝantara agado de ambaŭ grupoj simile falis, kaj adoleskantoj resaltis pli ol plenkreskuloj. Ĉirkaŭ la tempo de plifortikigo de la loĝantara aktiveco pliiĝis, kaj plenkreskuloj pintis pli frue kaj je pli malalta nivelo ol adoleskantoj. Maksimuma adoleska agado estis atingita en la momento de manĝo tra eniro; je kiu punkto averaĝa plenkreska agado estis multe pli malalta. Kvankam tro malmultaj por eltiri fortan konkludon, adoleskantoj (n = 8-ekzempleroj) kaj plenkreskuloj (n = 5-unuoj) putativaj rapidaj spikado (FS) internezonoj montris similan ĝeneralan mastron de agado ĉirkaŭ eventaj interesoj kiel la ĝenerala loĝantaro de ekzempleroj. dum kunsidoj 3 - 6 (Suplementa Figuro 4). Komparoj de la proporcio de ekscita kaj inhibicia fazaj agadoj al taskaj eventoj (Figuro 5c) ĝenerale malkaŝis reduktitajn inhibiciajn respondojn kaj similajn aŭ plibonigitajn ekscitajn respondojn en adoleskantoj. En la 1-oj sekvantaj la spuron, plenkreskuloj havis signife pli grandan proporcion de inhibitaj unuoj ol adoleskantoj kun kompareblaj proporcioj de aktivigitaj unuoj (tablo 1). Post la instrumenta respondo, kiam adoleskantoj kaj plenkreskuloj havis similajn reduktojn en loĝantara agado, similaj proporcioj de aktivigitaj kaj inhibitaj ekzempleroj estis observitaj. Movada fenestra kategoriiga analizo, uzata por bildigi la tempokurson de neŭtrala varbado, pruvis, ke ĉirkaŭ la instrumenta respondo, plenkreskaj inhibitaj unuoj malhelpiĝis pli frue kaj estis subtenataj pli longe ol en adoleskantoj (Figuro 5c). Ĉi tio estas konfirmita per ekzameno de proporcioj de inhibitaj unuoj en tempaj fenestroj 0.5 s antaŭ kaj 1 - 1.5 s post la instrumenta respondo (tablo 1). Dum plenkreskaj aktivigitaj unuoj ankaŭ ŝajnas esti varbitaj antaŭ tiuj de adoleskantoj, ĉi tiuj diferencoj ne estis statistike signifaj. La proporcioj de unuoj klasifikitaj kiel aktivigitaj kaj inhibitaj diferencis multe ĉirkaŭ plifortigo, kun plenkreskuloj kun pli grandaj proporcioj de inhibitaj unuoj kaj adoleskantoj kun pli grandaj proporcioj de aktivigitaj unuoj. Post 0.5 - 1 s post plifortigo, ne estis aĝ-rilataj diferencoj en unuokategoriado. Ĉi tiuj trovoj montras, ke kvankam similaj proporcioj de adoleskaj kaj plenkreskaj unuoj povas esti aktivigitaj aŭ malhelpitaj en malsamaj tempoj (ekz. Instrumenta poke), tra granda parto de la tasko adoleskantoj havis pli malgrandajn proporciojn de inhibitaj unuoj.

figuro 4

Averaĝa bazlinia normaligita pafo-ritmo + 1 sem (ombrado) por ĉiuj plenkreskaj kaj adoleskaj ekzempleroj, ŝlositaj de tempo por taskoj dum ĉiu el ses sesioj. La meza tasko-paĝa rapideco por ĉiuj adoleskaj unuoj estis 4.66Hz kaj ĉiuj plenkreskaj ekzempleroj estis 5.18Hz. ...

figuro 5

Faza OFC-loĝantaro kaj ununura agado dum sesioj 3-6. A) Varmaj intrigoj reprezentas la bazlinian normaligitan pafrapidecon por ĉiu adoleska (n = 265; supraj intrigoj) kaj plenkreska (n = 184; pli malaltaj intrigoj) unuo. Ĉiu vico estas unuopa agado ...

diskuto

Ambaŭ loĝantara kaj unuokula niveloj, la adoleska OFC prilaboris rekompenc-kondutan konduton malsame ol tiu de plenkreskuloj, kun la plej elstara distingo estante malpli prononcitaj adoleskaj reduktoj en neŭra agado dum rekompenco kaj aliaj elstaraj eventoj. Adoleskantoj ankaŭ elmontris pli grandan spike-tempigan variecon tra multe de la tasko. Dum plifortigo, krom malpli reduktoj de aktiveco, ekzistis pli granda proporcio de adoleskaj unuoj, kiuj pliigis sian aktivecon, kaj ankaŭ diferencoj en alfa, beta kaj gamma LFP-potenco kompare kun plenkreskuloj. Gravas, ke ĉi tiuj diferencoj pri neŭra prilaborado de aĝoj estis observataj kvankam tasko-agado estis simila, kio indikas, ke tiaj diferencoj ne simple reflektas kondutan konfuzon (Schlaggar et al., 2002; Yurgelun-Todd, 2007). Eĉ se aldono de pliaj subjektoj malkaŝus kondutajn diferencojn dum frua trejnado, kaj adoleskantoj kaj plenkreskuloj plenumis la taskon maksimume al nivelo de la tria sesio pluen. Niaj elektrofiziologiaj analizoj koncentriĝis pri ĉi tiuj postaj kunsidoj, kiam la agado-rezulta asocio bone lernis ambaŭ grupojn. Ni elektis kondutan taskon, kiu, kvankam sufiĉe simpla por esti lernita en la mallonga tempodaŭro de rata adoleskeco, povus esti konsiderata baza konstruaĵo de pli kompleksa motivita konduto. Tiel, ĉi tiuj trovoj indikas, ke eĉ dum adoleskantoj plenumas la saman motivitan konduton kiel plenkreskuloj, ilia neŭtrala kodado de elstaraj eventoj kaj ŝajna prilabora efikeco (rilate al spic-tempodaŭreco) malsamas esence.

Adoleskaj neŭronoj tendencis havi malpli reduktitan aktivecon ol plenkreskuloj dum gravaj kondutismaj eventoj kiel la provludado, antaŭ la instrumenta respondo, kaj antaŭ kaj dum rekompenco. Tiaj diferencoj de aĝo povus esti pro ĉi tiuj tempoj malpli da neurona inhibo de OFC. Neŭrona inhibicio ludas kritikan rolon en sinkronigado de oscilaj agadoj (Fries et al., 2007; Cardin et al., 2009; Sohal et al., 2009), kontrolante precizan spik-tempigon, kaj plibonigante la efikecon de neurona komunikado (Buzsaki kaj Chrobak, 1995). Tiaj osciloj, kiel mezuritaj kun EEG kaj LFP, estas ritmaj fluktuoj en neŭrona ekscitebleco, pensita reflekti la interagojn de intrinseksaj ĉelaj kaj cirkvitaj proprietoj (Buzsaki kaj Draguhn, 2004), kiu agordas la tempigon de la spic-eligo (Fritaj, NULO). Sinkronigado de osciloj povas provizi konduton por la komunikado de neuronaj grupoj (Fritaj, NULO), kaj povas esti centra en perceptaj ligoj kaj aliaj procezoj (Uhlhaas et al., 2009b). Mezuroj de neuronal sinkroneco en specifaj frekvencaj grupoj korelacias kun kognitiva agado en multnombraj kuntekstoj (Basar et al., 2000; Hutcheon kaj Yarom, 2000) kaj estas reduktitaj en pluraj patologiaj statoj, kiel skizofrenio (Uhlhaas kaj Kantisto, 2010). Uhlhaas kaj kolegoj trovis diferencojn en tas-rilataj EEG-osciloj inter homaj adoleskantoj kaj plenkreskuloj (Uhlhaas et al., 2009a). Konsentite kun ĉi tiuj trovoj, ni trovis pli malgrandajn pliiĝojn en alfa kaj beta-potenco en la OFC de adoleskantoj dum plifortigo. Ĉi tiuj frekvencaj bandoj gravas por neŭra komunikado laŭ pli longaj distancoj (Pfurtscheller et al., 2000; Brovelli et al., 2004; Klimesch et al., 2007), kiu povus esti malpli efika ĉe adoleskantoj. Ĉi tiu lego konformas al studoj montrantaj, ke funkcia konektebleco ŝanĝiĝas de pli loka al pli distribuata tra evoluo (Fair kaj aliaj, 2009; Somerville kaj Casey, 2010).

Ni ankaŭ observis diferencojn de aĝo en pafo-ŝanĝiĝema ŝanĝiĝo tra provoj, taksitaj per analizo de Fano-faktoro. Lastatempa laboro pruvis, ke en multaj kortikaj regionoj, aktiveco de spionado de neŭronoj stabiligas per stimuloj aŭ instrumentaj kondutoj, kiel reflektas reduktitajn Fano-faktorojn (Churchland et al., 2010). Vere ni observis, ke en la OFC, instrumenta konduto, rekompenco-antaŭvido kaj plifortigo (en plenkreskuloj) kondukis al reduktoj de nia mezuro de pafo-rapideco. La plej grandaj reduktoj de varieco okazis ĉar ratoj plenumis la instrumentan respondon kaj en la periodo antaŭ plifortigo. Pli granda pafo-varieco-atendado estus atendita se la tempigo de faza neŭra aktiveco estus malpli strikte kontrolita, kiel povas esti la kazo en la OFC de adoleskantoj. Adoleskantoj havis pli grandajn Fano-faktorojn ol plenkreskuloj tra multo de la tasko, krom la 1-s-periodo tuj post manĝaĵo-eniga eniro. Ĉi tiuj rezultoj indikas, ke adoleskantoj inklinas pli grandan firman indicon, kio eble sugestas reduktitan efikecon en neŭra kodado. Tio estas, pli grandaj Fano-faktoroj indikas, ke adoleskaj OFC-neŭronoj kodas la samajn elstarajn eventojn kun pli da ŝanĝebleco, de provo al proceso, kio siavice povus signifi pli malaltajn signojn-al-bruajn rilatojn en la responda tarifo kompare kun tiu de plenkreskuloj. Ĉi tio konformas al la konstato, ke la eventoj rilataj al infanoj kaj adoleskantoj havas pli malaltajn rilatojn de signalo-bruo ol plenkreskuloj, kio povus ŝuldi al "intra-individua nestabileco" de cerbaj regionoj produktantaj ĉi tiujn signalojn (Segalowitz et al., 2010). Same kiel neŭra inhibo estas kritika por ekteni oscilojn, inhibitoraj retoj provizas precizajn tempojn por spikado de ĉefaj ĉeloj (Buzsaki kaj Chrobak, 1995). Tiel, ekzistas ligo inter la tendenco por adoleskaj unuoj elmontri malpli fazan inhibicion al elstaraj eventoj, kaj la pli granda pafo-ŝanĝebleco de adoleskaj ekzempleroj. Ni devas esprimi singardecon, tamen, ke tia rilato probable ne estas rekta, ĉar la tempigo de la plej grandaj Fano-faktaj malegalecoj ankaŭ ne estis la tempigo de plej grandaj diferencoj en fazaj malhelpoj.

Vastaj neŭroevoluaj ŝanĝoj okazas dum adoleskeco. Estas redukto de griza materio kaj pliigo de blanka materio dum ĉi tiu periodo (Benes et al., 1994; Paus et al., 1999; Paus et al., 2001; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002; Sowell et al., 2003; Gogtay et al., 2004). Receptoroj por pluraj neuromodulatoroj kiel dopamino estas esprimitaj je pli altaj niveloj en adoleskantoj ol ĉe plenkreskuloj en PFC kaj basaj ganglioj (Gelbard et al., 1989; Lidow kaj Rakic, 1992; Teicher et al., 1995; Tarazi et al., 1999; Tarazi kaj Baldessarini, 2000). Ĉe anestezitaj ratoj, la spontanea neŭra aktiveco de dopaminaj neŭronoj estas pli granda en adoleskantoj ol en junuloj aŭ en plenkreskuloj (McCutcheon kaj Marinelli, 2009). En kortikaj tranĉaĵoj aktivantaj efikoj de agonisto de dopamina D2-agento estas nur ĉe malfrua adoleskado aŭ frua plenkreskeco, dum kiu subita movo estas observata (Tseng kaj O'Donnell, 2007). La esprimo de NMDA-riceviloj pri rapida spikado (FS) neŭronoj ankaŭ ŝanĝas draste en la PFC de adoleskantoj. La plimulto de adoleskaj FS-interneŭronoj ne montras neniujn sinaptikajn NMDA-ricevil-mediaciitajn fluojn. Tiuj ĉeloj, kiuj havas ilin, havas multe-reduktitan NMDA: AMPA-raporton (Wang kaj Gao, 2009). Ĉi tiuj studoj pruvas fundamentajn diferencojn en la arkitekturo kaj fiziologio de regionoj de adoleskaj cerboj kaj transmisiiloj asociitaj kun motivita konduto kaj psikiatria vundebleco. La nuna studo, kiu laŭ nia scio estas la unua, kiu uzas eksterĉelajn elektrofisiologiajn registradojn en vekaj, kondutaj adoleskantaj bestoj antaŭas la funkcian gravecon de ĉi tiuj ĉelaj kaj molekulaj trovoj per pruvo, ke taska rilata neŭra aktiveco estas esence malsama en adoleskantoj dum prilaborado de elstaraj. eventoj.

Homaj fMRI-studoj trovis, ke adoleskantoj procesas rekompencon kaj rekompencon anticipan malsame ol plenkreskuloj je pli granda skala regiona nivelo (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006; Geier et al., 2009; Van Leijenhorst et al., 2009). Aktualaj klarigoj pri iuj adoleskaj kondutaj vundeblecoj inkluzivas la nocion, ke la PFC estas "subevoluinta" koncerne sian agadon kaj / aŭ ĝian funkcian konekteblecon kun kaj modulado de subkortikaj strukturoj (Ernst et al., 2006; Casey et al., 2008; Steinberg, 2008). La nuna studo konstatas, ke disvolvaj diferencoj estas observeblaj eĉ dum tre bazaj rekompenc-kondutoj, kaj esence manifestiĝas ĉe la unuopa nivelo per reduktita propensio al reduktita neŭra aktiveco en adoleska OFC al plej multaj, sed ne ĉiuj, elstaraj eventoj. Dum estonta laboro estas bezonata por establi tian rilaton, diferencoj je la ununura nivelo en la proporcioj de inhibitoraj respondoj povas esti la fonto de iuj el la adoleskaj diferencoj observitaj en osciliga povo kaj spic-tempodaŭreco. Pro la graveco de malhelpo en kontrolado de la preciza tempigo de pikiloj, enkaptilaj osciloj, kaj tiel faciligante efikan komunikadon de neŭronaj grupoj (Buzsaki kaj Chrobak, 1995; Fries et al., 2007), reduktita PFC-adoleska inhibo estas konforma al la observado de grandskalaj diferencoj en kortika prilaborado viditaj en ĉi tiu studo kaj aliaj. Tamen, la tendenco por adoleskantoj havi malpli da reduktoj de unueca aktiveco ĉirkaŭ elstaraj eventoj povas rezulti de malpli altaj reduktoj en la agado de ekscitaj aferentoj kaj ankaŭ de malpliigita inhibicio.

Alteriĝita kortika inhiba agado povas influi kondutan inhibicion (Chudasama et al., 2003; Narayanan kaj Laubach, 2006) kaj estis asociita kun iuj patologiaj statoj (Chamberlain et al., 2005; Lewis et al., 2005; Behrens kaj Sejnowski, 2009; Lewis, NENIU). Ekzemple, individuoj kun skizofrenio reduktis GAD67 mRNA-esprimon, enzimon implikitan en la sintezo de la inhibicia neurotransmisilo GABA (Akbarian et al., 1995). Skizofreniaj pacientoj ankaŭ malpliigis GABA-membran transportilon (GAT-1) -imunoreaktivajn aksonajn kartoĉojn en la PFC (Woo et al., 1998). Ĉi tio havas apartan gravecon por esplorado en adoleskantoj, ĉar imunoreaktivaj kartoĉoj GAT-1 (kiuj ankaŭ estas imunoreaktivaj al parvalbumin) pintas ĝuste antaŭ la adoleskeco kaj tiam spertas draman redukton tra malfrua adoleskeco (Cruz et al., 2003), la tipa komenca tempo por skizofrenio. Estonta laboro, kiu priskribas la precizan fonton de fazika aktiveco rilata al aĝo dum normala evoluo, povas esti rekte rilata al la fiziopatologio kaj simptomata tempokurso de psikiatriaj malsanoj, kiuj ekestas dum adoleskeco.

Suplementa Materialo

Dankojn

Referencoj