allikas
Sackleri Arengupsühobioloogia Instituut, Corneli Ülikooli Weill Medical College, New York, New York 10021, USA. [meiliga kaitstud]
Abstraktne
Noorukiiga on iseloomustanud riskikäitumine, mis võib viia surmaga lõppenud tulemusteni. Selles uuringus uuriti tasu otsimise käitumisega seotud närvisüsteemide neurobioloogilist arengut. Kolmkümmend seitse osalejat (vanuses 7–29 aastat) skaneeriti sündmustega seotud funktsionaalse magnetresonantstomograafia ja paradigma abil, mis parameetriliselt manipuleeris tasu väärtusi. Tulemused näitavad, et noorukite prefrontaalse aktiivsusega võrreldes on laste ja täiskasvanutega liialdatud accumbens-aktiivsus, võrreldes laste ja täiskasvanutega, mida näisid põhjustavat nende piirkondade erinevad ajakursid. Accumbensi aktiivsus nägi noorukite välimuselt välja nii täiskasvanute aktiivsuse kui ka tundlikkuse alusel preemiaväärtustele, ehkki aktiivsuse suurus oli liialdatud. Seevastu noorukite orbitaalse frontaalkoore aktiivsuse ulatus nägi välja rohkem laste kui täiskasvanute omaga, vähemate fookuskaugustega. Need leiud viitavad sellele, et küpsed alamkortikaalsed süsteemid aktiveeruvad ebaproportsionaalselt hiljem küpsevate ülalt-alla juhtimissüsteemidega võrreldes, kallutades nooruki tegevust kohese pikaajalise kasu saavutamisel.
Sissejuhatus
Aine kuritarvitamise algus esineb sageli noorukieas suurenenud riskivõtmise ajal (Silveri et al., 2004). Praeguseks on vähe teada neurobioloogilistest teguritest, mis võivad soodustada noorukite riskikäitumise suurenemist. Täiskasvanutel on mesolimbilised piirkonnad kaasatud tasu (Knutson et al., 2001; Elliott et al., 2003; McClure et al., 2004), riskeerimine (Kuhnen ja Knutson, 2005) ja sõltuvus (Hyman ja Malenka, 2001; Volkow jt, 2004), kuid vähem on teada nende süsteemide arendamisest. Uuringu eesmärk oli testida hüpoteesi, et noorukieas on lapsepõlve ja täiskasvanueaga võrreldes suurenenud reageerimisvõime arengutasemele. Täpsemalt uurisime, kas erinevused subkortikaalsete [nt. Tuumadakumeenide (NAcc)] arengus prefrontaalsete [nt orbitaalsete eesnäärme (OFC)] piirkondade suhtes võivad iseloomustada seda arenguperioodi, et aidata selgitada riskide võtmise käitumise suurenemist .
Noorukust iseloomustab käitumusliku reguleerimisega seotud frontostriaalskeemide jätkuv struktuuriline ja funktsionaalne areng. Periadoolsed rottid näitavad, et striatumis on suurenenud tasulise dopamiini ülekanne.Laviola et al., 1999) ja mitteinimlikud primaadid näitavad suurenenud dopamiinergilist inervatsiooni prefrontaalses ajukoores (PFC) (\ tRosenberg ja Lewis, 1994, 1995). Inimese pildiuuringud näitavad frontostriaalse piirkonna muutusi (Giedd et al., 1999; Sowell et al., 1999; Casey et al., 2005), mis tunduvad paralleelselt suurenevat kognitiivset kontrolli (Casey et al., 1997; Rubia et al., 2000; Luna et al., 2001; Luna ja Sweeney, 2004; Steinberg, 2004). Need muudatused näitavad, et prefrontaalsete piirkondade aktiveerimismuutused hajuvad kuni rohkem fookusliku värbamiseni aja jooksul (Casey et al., 1997; Bunge et al., 2002; Moses et al., 2002; Durston et al., 2006). Neuropiltimisuuringud ei suuda selliste arengumuutuste mehhanismi lõplikult iseloomustada (nt sünaptiline lõikamine, müeliniseerimine). Siiski võivad need mahu- ja struktuurimuutused kajastada nende aju piirkondade vastastikuste projektsioonide täpsustamist ja täpsustamist küpsemise ajal. Seega on see tõlgendus vaid spekulatiivne.
Hiljuti on neuropiltimise uuringutes hakatud uurima noorukite tasustamisega seotud töötlemist ja nad on näidanud NAcc aktiveerimist, nagu on näidatud täiskasvanutel (Bjork et al., 2004; May et al., 2004; Ernst et al., 2005). Siiski on tulemused olnud erinevad nii, kuidas noorukid ja täiskasvanud erinevad tegevusest. Need uuringud on muutuste uurimisel keskendunud peamiselt pigem accumbensi piirkonnale kui OFC-le. Lisaks sellele on vähe tähelepanu pööratud NAcc ja OFC arengu iseloomustamisele lapsepõlvest täiskasvanueas. Selle arengu jälgimine annab täiendavaid piiranguid selle kohta, kas noorukieas teatatud muutused on selle arenguperioodi suhtes spetsiifilised või peegeldavad lineaarseid muutusi.
Siin kasutasime funktsionaalset magnetresonantstomograafiat (fMRI), et uurida käitumuslikke ja närvilisi vastuseid, et hinnata väärtuse manipuleerimist arengus. Keskendusime NAcc-ile ja OFC-le, kes andsid varasemaid aruandeid loomade kohta (Hikosaka ja Watanabe, 2000; Pecina et al., 2003), pildistamine (O'Doherty et al., 2001; Zald et al., 2004) ja sõltuvus (Hyman ja Malenka, 2001) uuringud, mis kaasavad neid tasustamisega seotud õppesse. Tuginedes näriliste mudelitele (Laviola et al., 1999; Spear, 2000) ja eelmine pilditöö (Ernst et al., 2005), oletasime, et noorukid näitavad laste ja täiskasvanute suhtes liialdatud vastuseid, mis viitavad selle perioodi jooksul accumbensi rafineeritud fookuse aktivatsioonidele, koos vähem küpsete aktivatsioonidega ülalt-alla PFC piirkondades.
Materjalid ja meetodid
Osalejad.
Kuusteist last (seitse naist, vanad 7 – 11, vanuse keskmine vanus 9.8 aastat), 13i noorukid (kuus naist, vanuses 13 – 17, 16-i keskmine vanus) ja 12i parempoolsed terved täiskasvanud (kuus naist; 23 – 29, kes oli 25-i keskmine vanus, osales fMRI katses. Täiskasvanute andmete eraldi statistilist analüüsi esitati varem (Galvan et al., 2005). Kolm last ja üks nooruk jäeti analüüsist välja liigse liikumise (> 2 mm) tõttu. Liikumine oli kahe analüüsi kaasatud subjekti (üks laps ja üks täiskasvanu) suvalises suunas> 0.5 vokslit (1.56 mm). Nende subjektide väljajätmine analüüsist ei muutnud tulemusi ja erinevad vanuserühmad ei erinenud tasapinnalises liikumises märkimisväärselt (täiskasvanud: x = 0.48, y = 0.76, z = 0.49; noorukid: x = 0.26, y = 0.58, z = 0.45; lapsed: x = 0.18, y = 0.76, z = 0.36). Patsientidel ei olnud anamneesis neuroloogilisi või psühhiaatrilisi häireid ning igaüks andis teadliku nõusoleku (vanemate nõusolek ja noorte ja laste lapse nõusolek) Cornelli Ülikooli Weill Cornelli meditsiinikolledži institutsionaalse ülevaatusnõukogu poolt heakskiidetud protokolli jaoks. Noorukite ja laste katse simuleeriti enne katse skaneerimisskannerit, kus nad olid kokku puutunud heliga, mida nad kuulda said tegeliku katse ajal.
Eksperimentaalne ülesanne.
Osalejad testiti, kasutades selleks kohandatud varianti, mis viitas hilinenud vastuse kahe valiku ülesandele, mida varem kasutati mitteinimlikes primaatides (Cromwell ja Schultz, 2003) ja kirjeldatud varem (Galvan et al., 2005) sündmusega seotud fMRI uuringus (Joon. 1). Selles ülesandes seostati kolm märki (tasakaalustatud) eraldi tasu väärtusega. Isikutel paluti vajutada kas oma indeksit või keskmist sõrme, et näidata külge, millel kiip ilmus, ja reageerida nii kiiresti kui võimalik vigu tegemata.
Käitumise paradigma. Vasakpoolne paneel, kolm märki olid omavahel seotud eraldi tasu väärtusega (tasakaalustatud teemadel), mis püsis kogu katse jooksul konstantsena. Parempoolne paneel, paradigma koosnes kiibist, vastusest ja tasust, mis aja jooksul eraldati 12 s ITI-ga. Kogu katseaja pikkus oli 20 s.
Stimulatsiooni parameetrid olid järgmised. Üks kolmest piraatkaartide pildist esitati pseudorandom järjekorras keskse fikseerimise vasakul või paremal küljel 1000 ms jaoks (Joon. 1). Pärast 2000 ms viivitusega esitati subjektidele vastusreageerimised kahest aardekarbist fikseerimise mõlemal küljel (2000 ms) ja neile anti käsk vajutada nupule, millel on parem parempoolne sõrm, kui piraat oli fikseerimise vasakul küljel või paremal pool sõrmega, kui piraat oli fikseerimise paremal küljel. Järgmise 2000 ms viivitusega esitati ekraani keskel väikese, keskmise või suure hulga müntide tagasiside (1000 ms). Iga piraat seostati eraldi tasu summaga. Enne järgmise uuringu algust esines 12i intertriaalintervall (ITI). Kogu katsepikkus oli 20 s. Teemad ei saanud tasu, kui nad ei suutnud vastata või kui nad tegid vea; mõlemal juhul said nad ajahetkel veateate, kui nad tavaliselt saavad tasu tagasisidet.
Objektidele tagati uuringus osalemiseks $ 50 ja neile öeldi, et nad võivad teenida kuni $ 25i rohkem, sõltuvalt sellest, milline on ülesanne (nagu reaktsiooniaeg ja täpsus on indekseeritud). Kuigi tasu summad olid üksteisest selgelt erinevad, ei avalikustatud subjektile iga tasu täpne väärtus, sest pilootuuringute ajal teatasid isikud raha pärast iga uuringut ja me tahtsime vältida seda võimalikku häiret. Stimuleeriti koos integreeritud funktsionaalse kuvamissüsteemiga (PST, Pittsburgh, PA), kasutades magnetresonantsi (MR) skanneri ja kiudoptilise vastuse kogumisseadme vedelkristallkuvari kuvarit.
Katse koosnes viiest 18i uuringust (kuus väikest, keskmist ja suurt tasu uuringut), mis kestsid iga kord 6 min ja 8 s. Igal jooksul oli iga tasu väärtuse kuus katset, mis esitati juhuslikus järjekorras. Iga sõidu lõpus värskendati teemasid, kui palju raha nad selle aja jooksul teenisid. Teenitud raha oli kõikide teemade lõikes järjepidev ja kõik said pideva tugevdamise ajakava (tasustati 100% uuringutest). Enne katse alustamist näidati subjektidele tegelikku raha, mida nad motivatsiooni tagamiseks teenisid. Nad said üksikasjalikud juhised, mis hõlmasid kasutatud stiimulitega tutvumist. Näiteks näidati subjektidele kolme vihjeid ja kolme tasu summat, mida nad katse ajal näeksid. Neile ei räägitud, kuidas vihjed on seotud hüvedega. Me rõhutasime selgesõnaliselt, et on olemas kolm tasu, millest üks on väike, teine meedia ja teine suur. Need summad on eksperimendis visuaalselt ilmsed, sest müntide arv stiimulites suureneb tasu suurenemisega. Ainult üks subjekt võis sõnastada seose spetsiifiliste stiimulite ja tasu suuruse vahel, kui küsitakse selgesõnaliselt selle seose kohta, kui teema katkestamise ajal oli teema.
Kujutise omandamine.
Pildistamine viidi läbi, kasutades 3T General Electric (Milwaukee, WI) MRI-skannerit, kasutades kvadratuur-peaga. Funktsionaalsed skaneeringud saadi spiraalse sisse- ja väljalülitamise järjestusega (Glover ja Thomason, 2004). Parameetrid sisaldasid järgmist: kordusaeg (TR), 2000 ms; kajaaeg (TE), 30 ms; 64 × 64 maatriks; 29 5 mm koronaalsed viilud; 3.125 × 3.125 mm tasapinnaline eraldusvõime; klapp, 90 ° 184 korduste jaoks, sealhulgas neli ära visatud soetust iga sõidu alguses. Koguti anatoomilised T1-kaalutud tasapinnalised skaneeringud (TR, 500; TE, min; 256 × 256; vaateväli, 200 mm; 5 mm viilude paksus) samades kohtades kui funktsionaalsed pildid lisaks kolmemõõtmelisele kõrge eraldusvõimega riknenud gradient-tagasikutsutud andmete kogum püsiseisundi kujutistes (TR, 25; TE, 5; 1.5 mm viilide paksus; 124 viilud).
Pildianalüüs.
Brainvoyager QX (Brain Innovations, Maastricht, Holland) tarkvarapaketti kasutati pildiandmete juhuslike efektide analüüsimiseks. Enne analüüsi teostati toorkujutistel järgmised eeltöötlusprotseduurid: kolmemõõtmeline liikumise korrigeerimine väikeste pealiigutuste avastamiseks ja korrigeerimiseks kõigi ruumalade ruumilise joondamise teel esimese mahuga jäiga keha teisenduse, viilude skaneerimise aja korrigeerimise abil (kasutades sinc interpolatsiooni ), lineaarse suundumuse eemaldamine, kõrge läbilaskvusega ajutine filtreerimine kolme või vähem tsükli mittelineaarsete triivude eemaldamiseks aja jooksul ja ruumiandmete silumine, kasutades Gausssi tuuma 4 mm täislaiusega poole maksimumiga. Hinnangulised pöörlemis- ja teisendusliigutused ei ületanud kunagi 2 mm antud analüüsis osalejate puhul. Funktsionaalsed andmed registreeriti anatoomilisele mahule, viies vastavad punktid ja manuaalsed kohandused optimaalse sobivuse saavutamiseks visuaalse kontrolliga ja seejärel transformeeriti Talairachi ruumi. Funktsionaalsed vokslid interpoleeriti 48.83 mm koguse voksli suurusest3 1 mm lahutusvõimele3 Talairachi ümberkujundamise ajal. NAcc ja OFC määrasid Talairachi koordinaadid koos viidetega Duvernoy aju atlasile (Talairach ja Tournoux, 1988; Duvernoy, 1999).
Esialgne üldine lineaarse mudeli (GLM) analüüs hõlmas kõiki aineid ja kõik toimusid kogu uuringu jooksul (võrreldes eelvere algtasemega), et määrata kindlaks tasu suhtes tundlikud piirkonnad (NAcc ja OFC). Et tagada, et statistilised analüüsid viidi läbi kõigis vanuserühmades samades piirkondades, viidi läbi eraldi GLM analüüsid. Iga rühm näitas aktivatsiooni NAcc ja OFC-s, tuginedes tasuvusele võrreldes algtaseme kontrastiga. Nende piirkondade lokaliseerimist kinnitas iga grupi kohta eraldi Talairachi koordinaadid koos viidetega Duvernoy aju atlasile.Talairach ja Tournoux, 1988; Duvernoy, 1999) nagu eespool kirjeldatud. Eelmine metodoloogiline töö on näidanud, et stereotaktiline registreerimine ja hemodünaamilise reaktsiooni ajaline kulg kogu praeguses uuringus testitud vanuses ei ole erinevad (Burgund et al., 2002; Kang et al., 2003). Järgnev analüüs ja post hoc kontrastid tehti kõigi nende rühmade puhul, kes olid selle esialgse üldise GLM-iga identifitseeritud, ja seejärel iga rühma kohta eraldi. Lõpuks viidi läbi ühisanalüüs, mis tuvastas kõikides kolmes rühmas, NAcc ja OFC-s (täiendav joonis 1, saadaval aadressil www.jneurosci.org as täiendav materjal). Ühendusanalüüsis tuvastatud huvipiirkonnad kattusid algse omnibus GLM-iga tuvastatud piirkondadega ja post hoc katsed kinnitasid samasuguseid mõjusid kui need, mis saadi ülaltoodud analüüsidega.
Kogu grupi analüüsis koosnes omnibus GLM kõigist proovidest (5 jookseb × 37 objektid = 185) z-normaalsete funktsionaalsete aegade kursused) ja see tehti esmase ennustajaga tasu suurusega. Prognoosijad saadi ideaalse boxcar-vastuse konvolutsiooniga (eeldades 1-i väärtust ülesande esitlusmahu ja 0-i mahu osas ülejäänud ajahetkedel) koos hemodünaamilise vastuse lineaarse mudeliga (Boynton et al., 1996) ja seda kasutatakse iga katse ajamaatriksi loomiseks. Lisati ainult õiged katsed ja vigade katsetamiseks loodi eraldi prognoosijad. Igale grupile oli korrektne katsete arv järgmine: 1130 lastele (n = 13), 1061 noorukitele (n = 12) ja 1067 täiskasvanutele (n = 12). Vähem lastekatsete arvu korrigeeriti, lisades täiendava lapse.
Post hoc seejärel teostati kontrastanalüüsid t testida ennustajate β-kaalusid, et tuvastada huvipakkuv piirkond piirkonnas NAcc ja OFC. Kontrastid viidi läbi juhuslike mõjude analüüsiga. Ajavahemikud ja MR-signaali muutused protsentides kogu katse iga andmepunkti (18 s) suhtes võrreldes uuringu algusega tehtud fikseerimise 2-iga (kogu uuringu kestus oli 20 s) arvutati, kasutades sündmusega seotud keskmistamist märkimisväärselt aktiivsete vokslite abil saadud kontrastanalüüsid. Igasse piirkonda värbatud vokslite arvu arvutamine vanuserühmade kaupa põhines iga ülalkirjeldatud rühma GLM analüüsil.
Korrigeerimised mitmekordse võrdluse jaoks põhinesid Monte Carlo simulatsioonidel, mida kasutati AFNI-s programmi AlphaSim abil.Cox, 1996), et määrata kindlaks sobivad piirväärtused korrigeeritud α taseme saavutamiseks p <0.01 (Forman et al., 1995) 450 mm otsingumahu alusel3 NAcc jaoks. Parandatud α tase p <0.05 OFC-s põhines otsingumahul ~ 25,400 XNUMX mm3 (Forman et al., 1995). OFC aktiveerimine ei jäänud ellu rangema p <0.01 rühmade lõikes.a
Tulemused
Pildi tulemused
Kujutiste andmete üldine GLM-i analüüs tuvastas NAcc [paremal (x = 6, y = 5, z = −2) ja vasakule (x = −8, y = 6, z = −2)] ja õige OFC (x = 46, y = 31, z = 1) Joonis 2, A ja C, kus esmane ennustaja on tasu väärtus kõigis katseprojektides (18 s) kõigi katsealuste ja katsesõitude puhul, võrreldes järgmise uuringu algusele eelneva intervalliga intervalliga (nt tasu vs algtaseme kontrast). Nendes piirkondades oli tasu väärtuse peamine mõju (F(2,72) = 8.424; p = 0.001) (Joon. 2B) NAcc-s, kuid mitte OFC-s (F(2,72) = 1.3; p = 0.44) (Joon. 2D). Post hoc t NAcc tasu peamise mõju testid kinnitasid olulisi erinevusi suurte ja väikeste (t(36) = 4.35; p <0.001), suured ja keskmised (t(36) = 2.01; p <0.05) ning keskmise ja väikese (t(36) = 2.09; p <0.04) hüved, suurema aktiveerimise korral suuremate hüvede jaoks.
Tuumade akumuleerumine (A) ja orbitaalse eesmise ajukoorega (C) aktiveerimine tasu saamiseks. Tasu väärtus oli tuuma accumbensis peamine (B) [õigus (x = 6, y = 5, z = −2) ja vasakule (x = −8, y = 6, z = −2)], kuid mitte paremas külgmises orbitaalses eesmise ajukoores (x = 46, y = 31, z = 1) (D). Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad olulisi erinevusi väikeste ja keskmise suurusega, keskmise suurusega ja väikeste ning suurte vahel.
Arendavad erinevused tasu ja tegevuse ulatuse ja ulatuse vahel
Kuna selle uuringu keskmes oli see, kuidas tasu mõjutab neuronaalset värbamist kogu arengu vältel, uurisime uuringute puhul akumulaatide ja OFC aktiivsuse suuruse ja ulatuse arengu erinevusi suurima tasu eest. Aktiivsuse suurus arvutati protsentuaalse muutusena MR-signaali keskmisele uuringu esimese 18-i keskmisele võrreldes vahetult enne uuringut (2 s) eelneva interregiaalse fikseerimisintervalliga, mis arvutati kogu katse keskmisena (90 uuringud = 900 skaneerib). See arvutus tehti iga rühma kohta. Aktiivsuse ulatus arvutati aktiivsuse mahuna (vokslite arv) jooksvate rühmade kaupa, kasutades sama kontrasti.
Tegevuse ulatus.
Accumbensis ja OFC-s täheldati MR-signaali muutuse protsentides olulisi arenguhäireid.F(2,22) = 6.47, p <0.01; F(2,22) = 5.02, p = 0.01 vastavalt) (Joon. 3A,B). Akumeenides näitasid noorukid suurimat signaali muutust. Post hoc testid kinnitasid olulisi erinevusi noorukite ja laste vahel (\ tt(11) = 4.2; p = 0.03) ja noorukite ja täiskasvanute vahel (t(11) = 5.5; p = 0.01) accumbensi aktiivsuse suuruses. OFC-s post hoc testid kinnitasid olulisi erinevusi laste ja noorukite vahel (\ tt(11) = 4.9; p = 0.01) ning lapsed ja täiskasvanud (t(11) = 3.99; p = 0.01). Seega näitasid noorukid akumuleerunud aktiivsust, mis erines OFC-st ja lastest ja täiskasvanutest.
Auhindade ja OFC tegevuse tasu ja ulatus. ANoorukid näitasid MR-signaali ülemäärast protsentuaalset muutust suurte hüvedega laste ja täiskasvanutega võrreldes. BOFC-s oli lastel MR-signaali suurim muutus noorukite ja täiskasvanute suhtes. C, Lapsed näitasid suurimat aktiivsust akumeenides noorukite ja täiskasvanute suhtes. D, Lastel ja noorukitel oli OFC-s täiskasvanutega võrreldes suurem aktiivsus. Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad olulisi aktivatsioonierinevusi laste ja noorukite ning noorukite ja täiskasvanute vahel A; - suurem aktiveerumine lastel võrreldes noorukite ja täiskasvanutega. \ t B; suurem aktiivsus lastel võrreldes noorukite ja täiskasvanutega. \ t C; ja suurem aktiivsus lastel võrreldes noorukite ja noorukitega võrreldes täiskasvanutega. \ t D.
Aktiivsuse ulatus.
Akumeenide aktiivsuse ulatuses esines märkimisväärseid arenguhäireid.F(2,22) = 4.7; p <0.02) ja OFC (F(2,22) = 5.01; p = Post hoc testid kinnitasid laste suurimat aktiivsuse mahtu (503 ± 43 interpoleeritud vokslid) noorukite suhtes (389 ± 71 interpoleeritud vokslid) (t(22) = 4.2; p <0.05) ja täiskasvanutel (311 ± 84 interpoleeritud vokslit) (t(22) = 3.4; p <0.05) (Joon. 3C). Noored ja täiskasvanud ei erinenud (t(22) = 0.87; p = 0.31). OFC jaoks on lapsed (864 ± 165 interpoleeritud vokslid) (t(22) = 7.1; p = 0.01) ja noorukid (671 ± 54) (t(22) = 5.8; p = 0.01) näitas suurimat aktiivsust täiskasvanutega võrreldes (361 ± 45 voxels) (Joon. 3D), kuid laste ja noorukite vahel ei esinenud olulisi erinevusi (\ tt(22) = 1.8; p = 0.07). See tegevussuund kajastab OFC pikaajalist arengut NAcc suhtes (Joon. 4, graafik).
Akumulaatorite ja OFC-de aktiivsuse mõõtmise normaalne ulatus kõikidele ainetele, mis on kohandatud keskmise aktiivsuse ulatusega (x - keskmine / keskmine) iga piirkonna kohta.
Arenevad erinevused tasu väärtuse ajalises töötlemises
Et uurida neuroloogilise värbamise diferentsiaalseid muutusi kogu katse vältel, uurisime peamist mõju ja koostoimeid ajaga (varased, keskmised ja hilisemad uuringud) MR signaali muutumisele NAcc-s või OFC-s. Aja mõju täheldati ainult ajast koosnevas interaktsioonis tasu (accumbens) kaudu.F(8,136) = 3.08; p = 0.003) ja vähem tugevalt OFC-s (F(8,136) = 2.71; p = 0.02). Seda koostoimet ajendas peamiselt eksperimendi hiliskatsete ajal toimunud muutused (muutused varase, keskse ja hilise uuringu funktsioonina, vt täiendav joonis 2, saadaval aadressil www.jneurosci.org as täiendav materjal). Arvud 5 ja 6 kujutavad MR-signaali muutuse ajalist kulgu väikeste, keskmiste ja suurte tasuväärtuste funktsioonina iga piirkonna hilinenud katsete puhul. Need aegridad näitavad, et väikeste ja suurte tasustamiskatsete puhul, mis esinevad response5 – 6 s pärast vastust, ja punkt, kus kõik kolm vanusegruppi näitavad MR-signaali muutust, on ülemäärane muutus akumeenide aktiivsuses noorukitel. Seda mustrit illustreeritakse graafiliselt Joonis 7 selguse huvides (OFC-i tegevuse muutus antud ajahetkel kõigis kolmes vanuserühmas, vt lisa Joon. 3Kättesaadav aadressil www.jneurosci.org as täiendav materjal).
Igas vanuserühmas on katse hilinenud katsete ajal tuuma accumbensi ajutised muutused väikese, keskmise ja suure tasu väärtuse funktsioonina. Hallid ribad vastavad punktile )5 – 6 s pärast vastust. Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad rühmade vahelisi aktiveerimissuhteid.
Ajutised muutused orbitofrontaalses ajukoores väikese, keskmise ja suure tasu väärtuse funktsioonina katse hiliskatsete jaoks igas vanuserühmas. Hallid ribad vastavad punktile )5 – 6 s pärast vastust. Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad rühmade vahelisi aktiveerimissuhteid.
MR-i signaali ∼5 – 6 protsentuaalne muutus pärast vastusperioodi algust iga vanuserühma puhul, mis näitab, et väikeste ja suurte tasustamiskatsete puhul on akumeenide aktiivsus liialdatud noorukite ja laste või täiskasvanute suhtes. Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad rühmade vahelisi aktiveerimissuhteid.
Käitumise tulemused
Aja ülesandeid ja tasu väärtust testiti 5 (jooksud) × 3 (väike, keskmine ja suur tasu) × 3 (grupp) ANOVA korral sõltuvate muutujate puhul, mis olid seotud korrektsete katsete ja keskmise täpsusega. Tasu väärtus oli peamine (F(2,72) = 9.51; p = 0.001) ja grupp (F(2,220) = 4.37; p = 0.02) ja tasu olulised koostoimed aja järgi (F(8,288) = 4.176; p <0.001) ja rühmitage tasu järgi aja järgi (F(16,272) = 3.01; p = 0.01) keskmine reaktsiooniaeg. Tasu peamine mõju näitas, et kõigil subjektidel olid keskmised reaktsiooniajad kiiremini kui suurim tasu (keskmine, 515.47; SD, 178.75; t(36) = 3.8; p <0.001) keskmise (keskmine 556.89; SD 180.53) või väikese preemia (keskmine 552.39; SD 180.35) suhtes. Auhinna märkimisväärne vastastikmõju aja järgi oli peamiselt tingitud grupi kolmepoolsest suhtlusest tasu ja aja vahel. Täiskasvanud erinesid katse lõpuks kõigi kolme preemia väärtuse keskmise reaktsiooniaja poolest (Joon. 8). Noorukid olid keskmisest ja väikestest hüvedest oluliselt suuremad, võrreldes keskmise ja väikese tasuga. Lapsed ei näidanud olulisi erinevusi keskmises reaktsiooniajas väikeste, keskmise või suurte hüvedega. Keskmise reaktsiooniaja või täpsuse ja akumuleerumise või orbitofrontaalse aktiivsuse vahel ei olnud olulisi seoseid.
Käitumise tulemused. Keskmine reaktsiooniaeg väikeste, keskmiste ja suurte tasu väärtuste funktsioonina on näidatud katse varajases, keskmises ja hilises katses iga vanuserühma puhul. Veabaarid näitavad SEM-i. Tärnid tähistavad aeglasemat reaktsiooni aega väikeste ja keskmise suurusega hüvedega võrreldes väikeste noorukite puhul ja aeglasemat reaktsiooni aega väikestele võrreldes keskmise ja keskmise suurusega võrreldes suurte täiskasvanutega.
Tasu ei avaldanud olulist mõju (F(2,72) = 0.26; p = 0.40), rühm (F(2,220) = 0.73; p = 0.80) või aeg (F(4,476) = 0.57; p = 0.44) või keskmised täpsused. Kõigil isikutel oli tasu väärtuste kõrge täpsus (lapsed: väike, 96%; keskmine, 98%; suur 96%; noorukid: väike, 98%; keskmine, 99%; suur, 99% ja täiskasvanud: väike, 98%; keskmine, 99%, suur, 99%).
Arutelu
Selles uuringus vaadeldi käitumise ja närvi vastuseid, et hinnata tasuväärtuse manipuleerimist arengus. Meie järeldused toetavad meie hüpoteesi, et noorukid erinevad NAcc ja OFC värbamise lastest ja täiskasvanutest, mis on eelnevalt seotud tasu töötlemisega (Knutson et al., 2001) ja sõltuvus (Volkow jt, 2004). Meie tulemused on kooskõlas näriliste (Laviola et al., 2003) ja varasemate arenguprotsessidega (Ernst et al., 2005) uuringud, mis käsitlevad noorukite akumuleerumise aktiivsust. Need tulemused viitavad sellele, et nende piirkondade erinevad arengusuundad võivad olla seotud selle arenguperioodi jooksul täheldatud suurenenud impulsiivse ja riskantse käitumisega.
Arengu muutused struktuuris ja funktsioonis
Parendatud akumeenide aktiivsust paralleelselt täiskasvanutele suunatud noorukite täiuslik tegevusmudel, kuid sarnane täiskasvanutega. Seevastu noorukitel esines rohkem levinud OFC värbamist, mis sarnanes lastega kui täiskasvanutega. Me tõlgendame neid andmeid, et oletada, et NAcc areng võib olla suurem kui OFC noorukieas. Prefrontaalsete piirkondade pikaajaline areng üleminekuga difuusilisest fookusesse värbamisse on kooskõlas MRI-põhise neuroanatoomikaga (Sowell et al., 1999; 2003; Gogtay et al., 2004) ja fMRI uuringud (Casey et al., 1997, 2002; Brown et al., 2005, Durston et al., 2006) prefrontaalsest arengust (Casey et al., 2005).
Arengumuutused aktiivsuse mahus Frontostriatuse piirkondades (Sowell et al., 1999) on huvitavad selle perioodi jooksul esinevate teadaolevate arenguprotsesside (nt dendriitiline arboriseerumine, sünaptiline pügamine, müeliniseerimine) valguses. Siiski ei anna fMRI ega MRI analüüsi taset, millega selliste muutuste mehhanismi lõplikult iseloomustada. Mahtu mõõdeti osaliselt selleks, et piirata erinevuste tõlgendamist, kuid me võime vaid oletada, et meie muutused NAcc ja OFC tegevuse mahus ja suuruses peegeldavad selle vooluahela täpsustamist kogemuste ja arenguga.
Frontostriatuse piirkondade erinev värbamine on teatatud mitmetest fMRI uuringutest (Casey et al., 2002; Monk et al., 2003; Thomas et al., 2004). Tavaliselt on neid tulemusi tõlgendatud ebaküpsete prefrontaalsete piirkondade mõttes, mitte ebaühtlaselt prefrontaalsete ja subkortikaalsete piirkondade vahel. Arvestades prefrontaalsete piirkondade tõendeid asjakohaste meetmete juhtimisel erinevates kontekstides (Miller ja Cohen, 2001) ebaküpsed prefrontaalsed tegevused võivad takistada tulevaste tulemuste asjakohast hindamist ja riskantsete valikute hindamist ning võivad seega olla vähem mõjutavad tasu hindamist kui accumbens. See muster on kooskõlas eelnevate uuringutega, mis näitavad kõrgemat subkortikaalset, võrreldes kortikaalset aktiivsust, kui otsused on kallutatud otsese pikaajalise kasu tõttu (McClure et al., 2004). Lisaks on näidatud, et accumbensi aktiivsus korreleerub positiivse käitumisviisiga (Kuhnen ja Knutson, 2005).
Tasu-alane õpe kogu arengus
Käesoleva uuringu üheks eesmärgiks oli iseloomustada tasuõpet kogu arengus. Täiskasvanud näitasid kolme näpunäite käitumuslikku eristust, kusjuures kõige kiiremini reageerisid nad suurele tasustussignaalile. Noorukid näitasid vähem diskreetset vastust ja lapsed ei oska õppida. Kogu arengu aeglasem õppimine võrdub pikaajalise OFC arengu kujunemisega, mis võib takistada ennustavate sündmuste ja tasu tulemuste vahelist assotsieeruvat õppimist. Seda tõlgendust toetab loom (Hikosaka ja Watanabe, 2000; Chudasama ja Robbins, 2003; Cetin et al., 2004; Hosokawa jt, 2005) ja inimeste pildistamine (Elliott et al., 2000; O'Doherty et al., 2003; McClure et al., 2004; Cox et al., 2005; Galvan et al., 2005) uuringud, mis näitavad OFC rolli õppimises ja esindavad seoseid ennustavate sündmuste (stiimulite ja vastuste) vahel ja tasustavad tulemuste optimeerimise valiku käitumise optimeerimisel.
Vähesed tänapäevased tasuanalüüsid on suutnud näidata erinevusi käitumises kui tasu tulemuste funktsioonina.Haruno et al., 2004; Delgado et al., 2005; Galvan et al., 2005). Siin näitavad meie andmed, et premeerimisega seotud närvivastused mõjutavad käitumist. Minimaalne käitumuslik varieeruvus oleks võinud välistada eelmistel autoritel kindlaks teha, kas erinevad tasustamistingimused kalduvad käituma. Üks põhjus, miks me võime eristada käitumuslikke erinevusi, võivad olla sellepärast, et meie paradigma eesmärk oli maksimeerida käitumuslikke vastuseid ja õppimist pideva tugevdamise ajakava abil (Dickinson ja Mackintosh, 1978; Gottlieb, 2004, 2005). Loomkatsed näitavad kiiremat õppimist pidevalt võrreldes vahelduva tugevdusgraafikuga (Gottlieb, 2004) mis võisid selgitada kiiremaid reageeringuid suurtele tasustamiskatsetele subjektide vahel ja täpse käitumisviisi iga tasu väärtuse kohta täiskasvanutel hilinenud uuringute käigus.
Auhinnad on suhtelised erinevates kontekstides ja vanuses
Tasu eelistus sõltub tasu kontekstist (Tversky ja Kahneman, 1981; Tremblay ja Schultz, 1999). Meie uuringu tõendid toetavad arusaama, et noorukite suhteline tasu eelistamine on liialdatud: noorukid näitasid suuremat vastukaja suurele tasule ja tegevuse vähenemisele väikese tasu suhtes võrreldes teiste hüvedega ja teiste vanustega. Noorukid teatavad võidu seisundi ajal positiivsete tundete intensiivsusest ja positiivsest BOLD-signaali intensiivsusest kui täiskasvanutelErnst et al., 2005). Noorukid võisid vaadelda väikest tasu kui tasu puudumist, mis sarnaneb eeldatava sündmuse puudumisele teatud ajahetkel, mis varem näitas, et see vähendab striaaltegevust (Davidson et al., 2004). See järeldus vastas reaktsiooniaegade aeglustumisele varajastest hilisematest uuringutest väiksemate hüvede puhul, andes täiendavaid tõendeid selle kohta, et see seisund võib olla noorte jaoks negatiivsem. Üheskoos viitavad need tulemused sellele, et tasu tajumist võivad mõjutada neuraalsete süsteemide muutused noorukieas (Irwin, 1993).
Arengumuudatused võivad paralleelselt muutuda õppega
Hiljuti Pasupathy ja Miller (2005) näitas, et ahvidel avastasid striattaalsed piirkonnad kõigepealt tasu ebaõnnestumisi, mis siis tundusid eelisjärjekorras regioonide tegemises. Muu töö on näidanud, et OFC näib olevat seotud vastuste sidumisega tulemustega (Elliott et al., 2000; Galvan et al., 2005). Kuid see mõju võib sõltuda prefrontaalsete süsteemide küpsusest ja vastastikusest seostest eesmise piirkonna piirkondade vahel.Haber, 2003), mis seovad tegevusi tulemustega, sest lapsed ja noorukid ei näidanud õppimist, nagu indekseeriti keskmisest reaktsiooniajast, nii palju kui täiskasvanud tegid. Jääb lahtiseks küsimus, kas lapsed ei saanud õppida diskrimineerima erinevaid tasuväärtusi või kas nad olid sama õnnelikud väikese tasuga kui suur tasu.
Vähem tundlikud tulemused käitumuslikus reaktsioonis kui närvivastuses noorematel isikutel võivad olla kooskõlas varasemate õpiuuringutega, mis näitavad, et närvimuutused toimuvad enne käitumismuutusi (Tremblay et al., 1998). Noorukitel oli katse lõpuks suuremate preemiakatsete läbimine võrreldes teiste preemiaväärtustega oluliselt kiirem, kuid kasvatajad näitasid iga preemiaväärtuse puhul täiskasvanute omadega sarnaseid aktiivsusmudeleid. Kui see selgitus oleks tõsi, võiksime täiendkoolitusega eeldada, et noorukite käitumisnäitajad on lõppkokkuvõttes paralleelsed akumbeenide tegevusega. Samamoodi võiks eeldada, et lastel ilmnevad sarnased mustrid, kuid ulatuslikuma väljaõppega.
Erinevused praeguste ja eelmiste leidude vahel
Kuigi liialdatud accumbensi vastus noorukitel kordub sama, mis May et al. (2004) ja Ernst et al. (2005), Bjork et al. (2004) leiti vähenenud accumbens aktiivsus võrreldes täiskasvanutega võidu ajal ei saavuta kontrasti. Bjork et al. (2004) teatas MR-signaali muutusest kogu katse vältel, uurisime MR-i muutusi kogu katse vältel ja ka varases ja hilises uuringus, kusjuures hilisemad uuringud näitasid noorukite aktiivsust täiskasvanutega võrreldes.
Teine erinevus praeguses uuringus võrreldes olemasoleva kirjandusega (O'Doherty et al., 2001, Elliott et al., 2003, Galvan et al., 2005) oli tasu väärtuse peamise mõju puudumine OFC-s subjektide vahel. Selle peamise efekti uurimisel kokkutõmbasime OFC aktiivsust üle vanuserühmade ja kogu katse. Teised OFC tasustamisuuringud ei ole hõlmanud arengupopulatsioone, kellel on selles piirkonnas hajutatud ja muutuvamaid tegevusi.Casey et al., 1997). Arengupopulatsioonide kaasamine suurendas seega selle piirkonna värbamise varieeruvust, kusjuures OFC aktiivsus oli vähem ühtne. Lisaks näitasid meie andmed, et katse hilisemate katsete puhul erines OFC aktiivsus väiksematest hüvedest suurema suurusega võrreldes, kuid näitas vähem täpset kaardistamist NAcc väärtuse suhtes, mis näitas iga vanuse väärtuse diskreetseid aktiivsusmudeleid. rühmad, mis on kooskõlas meie eelmise tööga (Galvan et al., 2005) ja teiste (Elliott et al., 2003).
Mõju
Meie tulemused viitavad sellele, et ülalt-alla kontrollisüsteemides on pikaajaline küpsemine muutustega isuäralises käitumises osalevate subkortikaalsete piirkondade suhtes. Need erinevad arengusuundad võivad aidata kaasa noorukite optimaalsetele valikutele, mida juhivad rohkem isuäratavad süsteemid kui kontrollisüsteemid (Spear, 2000). Tasulise mesolimbilise vooluahela struktuuri ja funktsionaalsuse ühendamise mõistmine võib täiendavalt teavitada valdkonda suurenenud tasu otsimise ja noorukieas tekkiva sõltuvuse neurobioloogilisest alusest.
Narkomaania raamistikku, mis sarnaneb siin pakutule, on soovitatav selgitada sõltuvust. Sellest tulenevalt on PFC-d „röövitud” impulsiivse alakoormase süsteemi abil, mis võib muuta võimatuks otsuste asjakohase moduleerimise tulevaste tagajärgede kontekstis (Bechara, 2005). Meie tulemused on kooskõlas selle spekulatsiooniga, kuid esinevad tüüpilise arengu käigus. Seega võivad ebaõiglased otsuste tegemise alused, mis soodustavad noorukite uimastitarbimist ja lõppkokkuvõttes sõltuvust, subkonaalsete süsteemide ebaproportsionaalne panus prefrontaalsete reguleerimissüsteemide suhtes.
Allmärkused
- Saanud Jaanuar 5 2006.
- Saadud läbivaatamine Mai 15, 2006.
- Heaks kiidetud Mai 25, 2006.
↵a Nende simulatsioonide abil määrati vastavalt 6i ja 10i klastri suurused vastavalt accumbensile ja OFC-le. 8i ja 10i klastri suurused teismeliste ja laste andmetel jäid ellu rangemad künnised (p <0.002 ja p <0.001). OFC-s elasid noorukite ja laste klastri suurused vastavalt 14 ja 18 rangemad künnised (p <0.004 ja p <0.001).
Seda tööd toetasid osaliselt riiklik narkootikumide kuritarvitamise toetamise instituut R01 DA18879 ja R21 DA15882, riiklik vaimse tervise toetamise instituut P50 MH62196 (BJC) ja National Eye Institute Grant T32 EY07138 stipendium (AG). Tunnustame tänulikult kõiki osalejaid ja nende perekondi selles uuringus osalemise ja kolme anonüümse retsensendi eest.
- Kirjavahetus peaks olema adresseeritud aadressile Adriana Galvan või BJ Casey, 1300 York Avenue, Box 140, New York, NY 10021. E-post: [meiliga kaitstud] or [meiliga kaitstud]
viited
Artiklid, mis viitavad sellele artiklile
;