Noored kui ajuarenduse tundlik periood (2015)

Avaldamisetapp: In Press Corrected Proof

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.07.008

Plastiilsuse ja tundlike perioodide määratlemine

1960-ides uuris Wiesel ja Hubel monokulaarse puuduse mõju 1 – 4 kuudele pärast silmade avamist. Neuronid vastavas visuaalses ajukoores kaotasid vastupanu varem ärritatud silma suhtes suunatud stiimulitele ja hakkasid reageerima eelistatult silma [1, 2]. Monokulaarne puudus esimesel 3-i elukuudel oli seotud ka atroofiaga talamuse rakkudes, mis said puuduliku silma sisendit. Sellest atroofiast taastumine oli väga piiratud isegi pärast 5-i valgusaastat. Seevastu monokulaarne puudus pärast 3i kuu vanuseid ei põhjustanud praktiliselt füsioloogilisi, morfoloogilisi ega käitumuslikke toimeid [3, 4]. Nende uuringute tulemused olid tõendusmaterjaliks selle kohta, et esimestel elukuudel on tundlik arenguperiood, mille jooksul neuronite plastilisus suureneb [5].

Plastiilsus kirjeldab närvisüsteemi võimet kohandada oma struktuuri ja funktsiooni vastavalt keskkonnanõuetele, kogemustele ja füsioloogilistele muutustele [6]. Inimese aju säilitab kogu elu jooksul plastilisuse baastaseme - seda tuntakse kui kogemusest sõltuvat plastilisust ja see on aluseks kõikidele õppimistele [7]. Seevastu tundlikel perioodidel on plastilisus kogemus-ootuspärane - organism "ootab", et ta puutub selle aja jooksul teatud stiimuliga kokku [7].

Tundlikke perioode nimetati algselt kriitilisteks perioodideks. Seda mõistet kasutatakse nüüd harvemini, sest sellest ajast on selgunud, et mõningane funktsiooni taastumine võib olla võimalik isegi väljaspool kõrgeima tundlikkusega ajavahemikku. Visuaalse arengu puhul näitasid kassipoegade monokulaarse puuduse hilisemad uuringud, et loomi saab koolitada kasutama algselt puudust kandvat silma pärast seda, kui see on katmata, ja see võib tuua kaasa teatava taastumise taseme [8].

Inimeste visuaalse süsteemi tundlike perioodide uuringud on tuginenud kataraktiga sündinud isikutel, kellel on silma läätse ummistavad loomulikud nägemishäired. Nägemist võib taastada pärast katarakti pöördumise protseduure. Katarakti pöördumise uuringud näitavad erinevusi tundlike perioodide vahel normaalsele visuaalsele arengule, puudustundlikkuse perioodidele ja puudujääkide taastumisperioodidele [9]. Nägemisteravuse puhul ulatub visuaalselt juhitava tüüpilise arengu periood esimese 7i eluaasta jooksul, kuid üksikisikud jäävad tundlikuks kuni 10i vanuse aastani ja mõned elu taastumisvõimalused võivad olla [10].

Ka keelekasutus näitab lapsepõlves üldiselt kõrgendatud plastilisust [11, 12], kuigi keele jaoks pole ühtegi tundlikku perioodi. Erinevad keelelised võimed omandatakse osaliselt eraldatavatest närvisüsteemidest ja need võivad erineda nende vastusena puudusele ja kõrgendatud plastilisuse perioodidele [13]. Näiteks kaasasündinud kurtumus on seotud grammatilise teabe töötlemise muutmisega, samas kui semantiline töötlemine tundub kuuldava puuduse suhtes tundmatut [14]. See tõstab esile tundlike perioodide eripära.

Varajase tundliku perioodi aluseks olevate molekulaarsete mehhanismide töö on näidanud, et ergastava ja pärssiva neurotransmissiooni tasakaal on kõrgendatud plastilisuse käivitaja ning et molekulaarsed pidurid piiravad tavaliselt tundlikkuse perioodide ajal plastilisust [15]. Tundlike perioodide alguse ja kompenseerimise ajastus on tempermalli. Ahvidel läbiviidud uuringud on näidanud, et elu alguses tundlikku tundlikku perioodi saab pikendada 2i või rohkemate aastatega, kui imiku ahvidel ei ole sel ajal näo stiimuleid. Seetõttu jätab näo puudumine tundliku perioodi algust edasi [16]. Tundliku perioodi lõpp võib mõnel juhul olla iseenesest tekitatud: õppimine võib kaasa tuua närvistruktuuride pühendumist, vähendades efektiivselt plastilisust [17, 18]. Nägemise tajumine toimub näiteks tajumisel, mille käigus saavad inimesed paremini töötleda nägude kategooriat, mida nad kõige sagedamini kokku puutuvad nende kategooriate arvelt, mida nad harvemini näevad, tekitades selliseid mõjusid nagu näo tajumise enda võistluse eelis [19]. Teine selgitus tundlike perioodide lõppu on see, et neuroplastikat ei ole tegelikult vähendatud, vaid selle asemel on vähem või vähem varieeruv keskkonna stimuleerimine [18].

Enamik tundlike perioodide uuringutest on keskendunud varases lapsepõlves, samas kui hilisemates arenguperioodides on kogemuste ja oodatava plastilisusega veidi jäetud tähelepanuta. Uurijad on hakanud kaaluma võimalust, et noorukieas on „teine ​​kõrgendatud mallabilisuse periood” (Steinberg, 2014 [20], lk. 9; vaata ka [21, 22]). Noored, eluea, mis algab puberteedieas ja lõpeb hetkel, mil üksikisik saavutab ühiskonnas sõltumatu rolli [23], iseloomustab märkimisväärne muutus aju struktuuris ja funktsioonis (Box 1). Käesolevas arvamuse artiklis uurime kolme noorukite arengu valdkonda, mida iseloomustavad kõrgendatud plastilisus: mälu, sotsiaalne töötlemine ja uimastitarbimise mõjud. Me väidame, et arenguarengute edusammud on andnud intrigeerivaid andmeid, mis on kooskõlas noorukite kõrgendatud plastilisusega. Vaatamata hiljutistele edusammudele puuduvad tundlike perioodide kohta konkreetsed tõendid enamasti.

+

Box 1

Neurokognitiivne areng noorukieas

Millised tõendid oleksid kooskõlas noorukiga tundliku ajaga?

Kui noorukieas oli tõepoolest tundlik periood, siis oodatakse teatud arengujärgus sisalduvaid andmeid. Esiteks peaks konkreetse stiimuli mõju ajule ja käitumisele olema noorukieas suurem kui enne või pärast. Seetõttu on vaja uuringuid, mis võrdlevad lapsi, noorukeid ja täiskasvanuid. Ainult siis, kui kaalutakse kõiki neid vanuserühmi, on võimalik hinnata, kas noorukieas on kõrgendatud plastilisusega iseseisev periood (Joonis 1, Mudel A), lapsepõlvega pidev tundlik periood (Joonis 1, Mudel B) või ei esinda üldse tundlikku perioodi (Joonis 1, Mudel C).

Erinevate aju piirkondade ja ahelate küpsemise ajastuse erinevuste tõttu [24] eeldatakse, et tundlike perioodide alguses ja erinevates stiimulites on märkimisväärseid erinevusi. Nii nagu varajast arengut iseloomustab mitu tundlikku perioodi [9, 13], ei soovitata noorukil olla tundlik periood Rep; selle asemel tehakse ettepanek, et noorukieas oleks teatud ajaperioodid, mille jooksul oodatakse konkreetset keskkonna panust.

Kui teatud keskkonnaalastel stiimulitel on selle aja jooksul tõepoolest kõrgendatud mõju, siis eeldame, et õppimine on suurem, eriti hilinenud küpsemisoskuste osas. Seda käsitletakse järgmises mälu osas. Samuti peaks eeldama, et stimuleerimise või ebanormaalse stimulatsiooni puudumine avaldab selle aja jooksul ebaproportsionaalset mõju. Seda tundlike perioodide omadust arutatakse sotsiaalse stressi mõju kohta.

Noorte plastilisus võib plastilisusest varases arengujärgus erineda, sest erinevalt imikutest ja väikestest lastest on noorukid tõenäolisemad ja suudavad aktiivselt valida keskkonnaalaseid stiimuleid, mida nad kogevad. Üldiselt on lapsepõlves keskkondad struktureeritud vanemate või hooldajate poolt, samas kui noorukitel on suurem autonoomia, et valida, mida kogeda ja kellega [25]. Seega võime oodata noorukite tundlikel perioodidel suurt individuaalset erinevust ja mõningaid tundlikke perioode võib kogeda ainult noorukite alamhulk. Seda arutatakse uimastitarbimise mõju käsitlevas osas.

Noorus kui tundlik periood mälu jaoks

35i vanusepiirkonnas meenutavad me tõenäolisemalt autobiograafilisi mälestusi 10i vanusest 30i aastateni kui enne või pärast seda perioodi tehtud mälestusi.26]. Meeldetuletuskurss on märkimisväärselt tugev ja näitab samasugust mustrit, kui seda katsetatakse erinevate mnemoniliste testidega ja erinevates kultuurides [26, 27]. Lisaks autobiograafilistele sündmustele on muusika, raamatute, filmide ja avalike ürituste tagasikutsumine noorukieas samuti parem võrreldes teiste eluperioodidega [28, 29]. Isegi igapäevased sündmused, mis toimusid noorukieas ja varases täiskasvanueas, tunduvad mälus liiga esindatud, mis viitab sellele, et mnemonismivõime on selle eluaja jooksul kõrgendatud [30]. Näiteks ulatuslik uuring näitas teiste mälu aspektide tippu, nagu verbaalne ja visuospatiaalne mälu 14i ja 26i aastate vahel [31]. Kuigi need andmed viitavad tundlikele perioodidele, on vaja väljaõpet, et anda eksperimentaalsed tõendid mälu tundlike perioodide kohta.

Koolitusuuringud on olemas töömälu (WM), teabe salvestamise ja manipuleerimise võime kohta [32]. WM lihtsad aspektid, näiteks hilinenud ruumiline tagasikutsumine, võivad jõuda lapsepõlveni [33]. Keerukamad WM-võimed, nagu strateegiline iseseisev ruumiline otsing, paranevad varakult noorukieas [33]. Niisugused keerulised WM-ülesanded värbavad eesmiseid piirkondi, mis näitavad eriti noorukieas eriti pikaajalist arengut [34] (Box 1).

On tõendeid WM-i plastilisuse kohta arengus. Lastele ja noortele noorukitele on kasu n-back-tüüpi WM-koolitustest, kuid mitte teadmistepõhisest koolitusest, mis viiakse üle vedeliku luure parandamisele [35]. Parandused toimusid 3-kuu jooksul, mille jooksul täiendõpet ei rakendatud. WM koolitus võib olla efektiivne noorte puhul, kellel on halb täitevvõim, samuti tavapäraselt arenevates kontrollides [36]. Kuid me ei tea veel, kuidas koolituse mõju teismelistele erinev, võrreldes lastega või täiskasvanutega. Uuringud, kus lapsed, noorukid ja täiskasvanud läbivad kognitiivse koolituse ja selle mõju võrreldakse aktiivsete kontrollrühmadega, kes saavad platseebotreeningut, on eriti informatiivsed, et teha kindlaks, kas noorukieas on tundlik periood WM arengu jaoks [37]. Sellised uuringud võivad otseselt teavitada haridusalastest sekkumistest ja \ tBox 2).

+

Box 2

Haridus noorukieas

Noorus kui tundlik periood stressile vaimsele tervisele

Paljudel vaimsetel haigustel esineb noorukieas ja varases täiskasvanueas [38, 39]. Pikisuunaline uuring näitas, et psüühikahäiretega täiskasvanutel 73.9% sai diagnoosi enne 18i aastat ja 50.0% enne 15-i vanust [40]. Arvatakse, et psühhiaatrilisi häireid võib osaliselt käivitada stressi kokkupuude lapsepõlves või noorukieas [41]. Eriti arvatakse, et sotsiaalsel stressil on sel ajal ebaproportsionaalne mõju [41]. Näiteks on migratsioonist tingitud akultureerimistressi kogemus ennustanud pikisuunas sisestavaid sümptomeid, nagu depressioon ja ärevus noorukieas [42]. Samuti on tõendeid, et kiusamine lapsepõlves (vanus 7 või 11) avaldab ka täiskasvanueas püsivat mõju füüsilisele ja vaimsele tervisele [43].

Näriliste uuringud annavad võimaluse manipuleerida eksperimentaalselt sotsiaalsele stressile ja pakkusid väärtuslikke teadmisi stressi kahjulikust mõjust noorukieas. Noorukitel emastel rottidel kestab umbes postnataalne päev (PND) 30 kuni 60 ja PND 40 kuni 80 meestel. Naine hiirtel kestab noorukieas PND 20-st 40-i ja PND 25-lt 55-i meestel [44]. Tuleb märkida, et kirjanduses noorukiks või täiskasvanuteks liigitatud näriliste vanus on märkimisväärselt erinev [44]. On näidatud, et domineeriva üksikisiku korduvale rünnakule allunud teismelised rottidel on erinevad käitumismallid (pigem vältimine kui agressioon) ja taastuvad vähem taastunud stressist võrreldes täiskasvanud rottidega. Rottidel esines noorukieas (võrreldes täiskasvanuiga) stressiga seostumist ka vähem neuronaalse aktivatsiooniga prefrontaalse koore, cingulate ja talamuse piirkondades [45]. See uuring ei hõlmanud alaealisi, piirates järeldusi tundlike perioodide kohta.

Sotsiaalse stimuleerimise puudumisel võib olla ka kahjulik mõju. On näidatud, et isastel ja emastel rottidel on sotsiaalne eraldatus pöördumatuid mõningaid uurimiskäitumise aspekte, kuid ainult siis, kui isolatsioon toimus PND 25i ja 45i vahel, kuid mitte enne või pärast [46]. Seetõttu tundub, et see on haavatav periood sotsiaalse puuduse korral rottidel. Kuigi seda paradigmat ei ole inimestele otseselt tõlgitud, on uuringud näidanud, et inimeste noorukitel on sotsiaalse tõrjutuse korral suurem ärevus kui täiskasvanutel [47, 48]. Sotsiaalne tõrjutus on seotud ka noorukite sotsiaalse ärevuse arenguga [49]. Tõendite esitamine sotsiaalse isolatsiooni mõju kohta inimeste arengule ei ole oluline mitte ainult teoreetilisest vaatenurgast, vaid võib aidata ka arendada ja ajastada vaimse tervise sekkumisi, mille eesmärk on tugevdada vastupanuvõimet sotsiaalsele tõrjutusele.

Nooruk võib olla ka tundlik periood sotsiaalse stressi kogemusest taastumiseks [50]. Hirmu väljasuremise õppimine on oluline, et reageerida stressile, näiteks [51]. Psühhiaatriliste seisundite puhul, nagu traumajärgne stressihäire (PTSD), püsib stress ka siis, kui stressor ei ole enam olemas. On tuvastatud, et noorukitel on hirmul väljasuremisõpe nõrgenenud võrreldes lapsepõlvega ja täiskasvanueas - nii inimestel kui ka hiirtel (Joonis 2) [50]. Uuringu andmed näriliste kohta näitasid, et sünaptilise plastiilsuse puudumine ventromediaalses prefrontaalses ajukoores noorukieas on seotud vähenenud hirmu väljasuremisega. See tähendab, et hirmul väljasuremispõhimõttel põhinevad desensibiliseerimisprotseduurid võivad olla noorukieas vähem tõhusad ja toob esile vajaduse töötada välja alternatiivsed ravimeetodid selle vanuserühma jaoks. Selle uuringu eriline tugevus seisneb selles, et see hõlmas laste, noorukite ja täiskasvanute vanuserühmi ning andis närilistele närvisüsteemi tõendeid. Tulemused viitavad sellele, et noorukieas võib olla tundlik või haavatav periood taastumiseks stressist.

Noorukust kui tundlikku perioodi narkootikumide tarvitamise mõjudele

Noorukus on aeg, kus osalemine riskantsetes tervisekäitumistes on kõrgem, näiteks ohtlik seksuaalkäitumine, ohtlik sõitmine ja alkoholi ja teiste ravimitega katsetamine [52, 53]. Sellist riskide võtmise käitumise suurenemist võib osaliselt vahendada pigem sõprade kui pereliikmete arvu suurenemine [54]. Kui nad koos sõpradega tegelevad riskantsema käitumisega tõenäolisemalt kui üksi [55]. Noored noorukid näivad olevat eriti vastuvõtlikud riskitundlikkusele võrreldes teiste vanuserühmadega (Joonis 3) [56]. Selles uuringus mõõdeti erinevate vanuserühmade riskitunnetuse sotsiaalset mõju ning leiti, et kui lapsed, noored täiskasvanud ja täiskasvanud mõjutasid suurema tõenäosusega täiskasvanute arvamusi riskide kohta, mõjutasid noored noorukid enamasti teismeliste arvamusi võrreldes täiskasvanute arvamusi. Kesk-noorukid ei näidanud erinevusi täiskasvanute ja teismeliste arvamuste riskide osas, mis viitab sellele, et tegemist on üleminekuetapiga.

Kui eakaaslastega suhtutakse, siis noorukid osalevad tõenäolisemalt sellistes riskantsetes käitumistes nagu uimastitarbimine [57]. Noored, kelle sõbrad regulaarselt tarbivad tubakat, alkoholi ja kanepit, kasutavad narkootikume tõenäolisemalt, näiteks [58]. Kanep on üks kõige laialdasemalt kasutatavaid narkootikume noorukite ja täiskasvanute seas USAs ja Ühendkuningriigis [59, 60]. Hinnanguliselt on 15.2i 15i 24-i 8-i osakaal XNUMXi kasutanud viimase aasta jooksul kanepit ja viimase kuu jooksul XNUMX% [61]. Arvatakse, et kannabinoidide ekspositsioon varases noorukieas põhjustab ajutisi muutusi aju struktuuris ja kognitiivsetes puudujääkides, mis võib muuta noorukite haavatavaks perioodiks selle toime jaoks [62, 63].

Kanepitarbimine enne 18i vanust (kuid mitte täiskasvanueas) või raske kasutamine igas vanuses on seotud halli aine atroofiaga täiskasvanute ajalises pargis, parahippokampuses ja insula [64]. Pikisuunalised andmed on näidanud, et ise teatatud püsiv kanepitarbimine 13i ja 15i vahel on seotud IQ olulise langusega [65]. Mida pikem on kanepitarbimise periood, seda suurem on IQ langus [65]. Leiti, et IQ langus oli suurem 18-i kasutanud patsientidel, kes kasutasid kanepit enne 18i kasutamist. Need tulemused viitavad sellele, et noorukite arenev aju võib olla eriti tundlik kanepitarbimise kahjulike tagajärgede suhtes. Tuleb siiski märkida, et selles uuringus ei saa välistada alternatiivseid selgitusi, nagu näiteks kanepitarbimist ja kognitiivseid probleeme vahendavad olemasolevad meeleolu või ärevushäired.66]. Need uuringud ei hõlmanud ka nooremaid vanuserühmi ja on võimalik, et lapsepõlves arenevad aju näitavad kanepi suhtes sarnast või isegi suuremat tundlikkust kui noorukieas. Isegi kui see nii oleks, ei väljendataks selliseid tundlikkust inimestel tavaliselt, sest noorukieas või täiskasvanueas on tavaliselt esimene potentsiaalne kokkupuutepunkt vabaaja ravimitega.

Molekulaarsed ja rakulised andmed kanepi mõju kohta noorukieas on väikesed, kuid on kaudseid tõendeid kõrgendatud tundlikkuse kohta. On näidatud, et kanep mõjutab endokannabinoidi süsteemi, mis koos teiste neurotransmitterite süsteemidega (nt glutamatergilised ja dopamiinergilised süsteemid) on noorukieas põhjalikult ümber korraldatud [67]. Kuigi kaks peamist kannabinoidi retseptorit CB1 ja CB2 on juba näriliste embrüos (gestatsioonipäev 11 – 14 [68]), arengu ajal neuroanatoomiline jaotus ja retseptorite arv. Leiti, et CB1-i retseptori ekspressioon mitmes aju piirkonnas tõusis puberteedi algusega naissoost ja isastel närilistel [69]. Igasugune kannabise kokkupuutest tingitud häirimine noorukieas võib avaldada püsivat mõju endokannabinoidi süsteemile, mis mõjutab neurodevelopmentaalseid protsesse, sealhulgas neuronaalset teket, närvi spetsifikatsiooni, neuronaalset migratsiooni, aksonaalset pikenemist ja glia moodustumist [70, 71, 72]. Näiteks kanepi peamise psühhoaktiivse koostisosa D9-tetrahüdrokannabinooli (THC) kokkupuude emasrottide puberteedi ajal (PND 35 – 45) põhjustas CB1 retseptori tiheduse ja funktsionaalsuse vähenemise mitmes aju piirkonnas [73]. Samas puuduvad teiste vanuserühmade võrdlusandmed.

Tugevad tõendid noorukite tundliku uimastitarbimise perioodi kohta pärinevad uuringute kogumist, milles uuriti kannabinoidide kroonilist kokkupuudet isastel närilistel. Kannabinoidide ekspositsioon noorukieas (PND 40–65) ennustas pikaajalisi kognitiivseid puudujääke täiskasvanueas (eseme tuvastamise mälu), samas kui sarnane kokkupuude eel puberteedieas (PND 15–40) ja noortel täiskasvanud närilistel (> PND 70) ei olnud seotud sellise püsivaga puudujäägid [74, 75]. Siiski ei ole selge, kas see tõendusmaterjal tõlgendab otseselt inimestele. Samuti tuleb märkida, et ainult noorukite alamhulk katsetab selliseid ravimeid nagu kanep. Tulevased uuringud on vajalikud individuaalsete erinevuste uurimiseks, eelkõige seoses vastastikuse mõju ja riskivõtmise käitumisega, et mõista, millal ja kellele noorukieas võib narkootikumide tarvitamisel olla haavatav periood.

Lõppsõna

Tõendid mälu plastilisuse ja sotsiaalse stressi ning uimastitarbimise mõju kohta on kooskõlas ettepanekuga, et noorukieas on teatud arengupiirkondades tundlik periood. Tugevaimad tõendid seniste tundlike perioodide kohta tulenevad näriliste uuringutest, mis näitavad suuremat haavatavust sotsiaalse isolatsiooni ja kanepitarbimise häirivate mõjude suhtes, samuti vähenenud hirmu väljasuremise õppimist. Siiski on vähe veenvaid tõendeid inimese noorukiea kohta. Vaja on uuringuid koolituse või stressi mõju kohta inimese lapsepõlves, noorukieas ja täiskasvanueas (vt silmapaistvad küsimused).

+

Tasumata küsimused

Tunnustused

Soovime tänada Kathryn Millsit käsikirja kohta tehtud kasulike kommentaaride eest. DF-i rahastab UCL-i psühholoogia- ja keeleteaduste osakond. SJB-d rahastab Royal Society University Research Fellowship. Meie uuringuid rahastavad Nuffieldi fond ja Wellcome Trust.

Avaldatud Online: September 23, 2015