Noorukuse neurobioloogia: aju arhitektuuri, funktsionaalse dünaamika ja käitumissuundumuste muutused (2011)

1. Sissejuhatus

Nooruk on periood, mil inimesed jälgivad oma keha füüsilisi muutusi, kogevad uusi huvisid ja soove ning satuvad suurema vabaduse, sõltumatuse ja vastutuse alla. Kuigi noorukieas määratletakse varieeruvalt, peetakse seda üldiselt alguses puberteedi algusega ja lõpeb täiskasvanute sotsiaalsete rollidega (Dahl, 2004; Spear, 2000). Puberteedi kestus - mis hõlmab suurenenud kasvu, keha koostise muutusi, sugunäärmete ja sekundaarsete suguelundite ja omaduste arengut ning südame-veresoonkonna ja hingamisteede muutusi - esineb tavaliselt 10-i ja 17-i vahel 12-i ja 18-i vahel.Falkner ja Tanner, 1986). Kuna see juhtub, läbib nooruk erinevaid kognitiivseid, käitumuslikke ja psühhosotsiaalseid üleminekuid. Noorukuse erinevad muutused ei käivitu ega lõpeta üheskoos ja seega on noorte aju muutuste ja käitumise puzzle keeruline. Noorukuse õppimine on nagu liikumine liikuva sihtmärgiga, kus teadlased nimetavad erineva vanuse ja arengutasemega noorukite rühmi. Lisaks 19i keskelt^th Läbi 20i^th sajandil on läänemaailmas täheldatud varasemat keskmist vanusepiiri (Falkner ja Tanner, 1986; Tanner, 1990). Haridusprotsess on pikem ja üksikisikud kipuvad ootama kauem enne karjääri alustamist, abiellumist ja laste saamist (Dahl, 2004). Seega ei ole noorukiea pikkus fikseeritud (ja on pikenenud) ja kuigi periood korreleerub paljude bioloogiliste arenguprotsessidega, siis määratletakse see osaliselt psühhosotsiaalsete ja käitumuslike kriteeriumide alusel. Arvestades neid hoiatusi, on siin vaadeldavas kirjanduses määratletud eelkõige noorukite hulk inimestel teise elukümnendina, ahvidel vanuses 2–4 aastat ja närilistel neljandal nädalal kuus või seitse.

Kindlaksmääratud mitmetähenduslikkusest hoolimata on hästi teada, et sel perioodil tekivad suured üleminekud, sealhulgas erinevad iseloomulikud käitumuslikud muutused liikide lõikes. Sotsiaalne käitumine on suurenenud (Csikszentmihalyi et al., 1977), uudsuse ja tunnetuse otsimine (Adriani et al., 1998; Stansfield ja Kirstein, 2006; Stansfield et al., 2004), riskide võtmise tendentsid (Spear, 2000; Steinberg, 2008), emotsionaalne ebastabiilsus (Steinberg, 2005) ja impulsiivsus (Adriani ja Laviola, 2003; Chambers et al., 2003; Fairbanks et al., 2001; Vaidya et al., 2004). Vastastikused suhted muutuvad domineerivateks ja on suuremad kalduvused otsida lõbusaid ja põnevaid kogemusi (Nelson et al., 2005). Suurenenud uudsuse ja tunnetuse otsimine võib olla evolutsiooniliselt adaptiivne, kuna need käitumised võivad parandada üha sõltumatumaid noorukite võimalusi leida toitu ja kaaslast (Spear, 2010). Tänapäeva ühiskonnas võib neid omadusi seostada tarbetute riskide võtmisega. Seetõttu peetakse noorukit käitumusliku haavatavuse perioodiks: teismelised eksperimenteerivad tõenäolisemalt tubaka ja ebaseaduslike uimastite ja alkoholiga; sõitma hoolimatult; tegelema kaitsmata seksiga; ja neil on inimestevahelised konfliktid (Arnett, 1992; Arnett, 1999; Chambers et al., 2003; Spear, 2000). Noorukite riskide võtmine toimub tõenäolisemalt rühmades (nt sõidukite õnnetused), kui teatud käitumisviise peetakse oma eakaaslastele vastuvõetavaks (nt kaitsmata sugu, uimastitarbimine).Steinberg, 2008) ja emotsionaalselt laetud olukordades (Figner et al., 2009). Seega, kui noorukid on säilinud varajase lapsepõlve võimalikud terviseprobleemid, on nende haigestumuse ja suremuse määr kaks korda suurem kui puberteedi-järgsetel lastel (Dahl, 2004).

Lisaks. \ T normaalne noorukite areng, see on ka aeg, mil sageli ilmnevad mitmesuguste vaimuhaiguste sümptomid, sealhulgas meeleoluhäired, söömishäired ja psühhootilised häired, nagu skisofreenia (Paus et al., 2008; Pine, 2002; Sisk ja Zehr, 2005; Volkmar, 1996). Selle perioodi jooksul on olemas suur hulk neurobioloogilisi muutusi, mis juhivad kõike alates puberteeti käivitavate hormonaalsete signaalide kaskaadist (Sisk ja Zehr, 2005), suurenenud kognitiivsete võimete ja motiveerivate muutuste \ tDoremus-Fitzwater jt, 2009; Luna et al., 2004). Arusaamine, kuidas aju areneb noorukiea jooksul ja mis on seotud nii normaalsete käitumissuundumuste kui ka patoloogiliste seisunditega, on rahvatervise seisukohalt äärmiselt oluline. Siin vaatame läbi mõned noorukite käitumuslikud ja neurodevelopmentaalsed muutused ning arutame mitmeid neid ühendavaid mudeleid, sealhulgas meie enda hüpoteesi vähendatud töötlemise efektiivsuse kohta.

2. Noorte käitumine

Närilistega ja inimestega läbi viidud uuringud on näidanud, et noorukitel on suurem impulsiivne valik, mida määratletakse kui eelistust väiksematele hüvedele, mis esinevad varem kui suuremate hilinenud hüvedega, mõõdetuna viivitusega diskonteerimise ülesannetega (Adriani ja Laviola, 2003; Steinberg jt, 2009). Tähelepanuväärne on see, et inimestel on erinevused ainult noorematel noorukitel; viivitusega diskonteerimine täiskasvanute tasemeni 16 – 17 (Steinberg jt, 2009). Nooremad inimesed on ka tundlikkuse ja skooriga võrreldes kõrgemad kui täiskasvanutel, kusjuures meestel on kõrgem tase kui naistel (Zuckerman et al., 1978). Tundlikkuse otsimine on „vajadus mitmekesiste, uudsete ja keeruliste tunnetuste ja kogemuste järele…” (Zuckerman et al., 1979, 10), mis võivad esineda iseseisvalt või koos impulsiivsusega. Tundlikkuse otsimine on suurim noorukieas juba varajases ja keskpaigas ning seejärel madalam, samas kui impulsi juhtimine näib teismeliste aastate jooksul pidevalt paranevat, mis viitab sellele, et neid järgitakse erinevate bioloogiliste protsessidega (Steinberg jt, 2008). Kooskõlas inimese tõestusega noorukite kõrgenenud tunne otsimise kohta eelistavad noorukid närilised uudsust (Adriani et al., 1998; Douglas et al., 2003; Stansfield et al., 2004), näitavad suuremat uudsuse põhjustatud liikumist (Stansfield ja Kirstein, 2006; Sturman et al., 2010) ja veeta rohkem aega avatud relvade avastamiseks kõrgendatud pluss-labürindis kui täiskasvanutel (Adriani et al., 2004; Macrì et al., 2002).

Noorukite kalduvust otsida uusi kogemusi, isegi füüsilise või sotsiaalse kahju ohu korral, võib eeldada, kui nende võime hinnata riski või arvutusliku tulemuse tõenäosust on vähearenenud. Kognitiivsed võimed arenevad praegu edasi (Luna et al., 2004; Spear, 2000). Piageti sõnul jõuab formaalse operatsiooniperiood, mis on seotud abstraktsemate põhjendustega, täiskasvanueas täiskasvanud (Schuster ja Ashburn, 1992) ja võib mõnedel inimestel olla vähem arenenud. Samuti võib egotsentrismi püsimine, kus teismelised kogevad „kujuteldavat publikut” koos unikaalsete tundete „isikliku fabiiliga”, põhjustada neile usku, et nad on erakordsed ja annavad neile tundmatuse (Arnett, 1992; Elkind, 1967). Kuid keskmisest noorukist ilmuvad ainult tagasihoidlikud kognitiivsed parendused (Luna et al., 2004; Spear, 2000) ja isegi väikelastel on täpne kaudne arusaam tõenäosusest (Acredolo et al., 1989). Lisaks on vähe tõendeid selle kohta, et noorukid tajuvad ennast vigastamatuna või alahinnata; tegelikult hindavad nad sageli riske, näiteks võimalust, et nad rasestuvad aasta jooksul, lähevad vanglasse või surevad noored (de Bruin jt, 2007). Lõpuks peab igasugune kognitiivne selgitus noorukite riskide võtmise kohta võtma arvesse asjaolu, et lapsed võtavad vähem riske ja on siiski vähem kognitiivselt arenenud kui noorukid.

Teise võimalusena võivad noorukite käitumuslikud erinevused olla seotud kognitiivsete strateegiate erinevustega. Üks hüpotees, mida nimetatakse "fuzzy trace teoreetikaks", ütleb, et kaugel kognitiivse võime puudumisest töötavad noorukid valiku riskide ja tulude üksikasju täpsemalt kui täiskasvanud. Paradoksaalsel kombel võivad noorukid käituda ratsionaalsemalt kui täiskasvanud, arvutades selgesõnaliselt erinevate võimaluste eeldatavad väärtused, kuid see võib viia suurema riski võtmiseni (Rivers et al., 2008). Vastavalt Jõed ja kolleegid (2008)Arengu kaudu me edasi liikume rohkem sõna-sõnalt „sõna-sõnalt“ “fuzzy” põhi-tasemelisse heuristilisse, mis jäädvustab sisuliselt või alumise rea ilma üksikasjadeta. See parandab tõenäoliselt otsuste tegemise efektiivsust ja kaldub meid riskantsetest valikutest kõrvale kalduma, sest me kaldume vältima võimalikke negatiivseid tulemusi ilma tegelike tõenäosuste hindamiseta. Näiteks, erinevalt noorukitest, eelistavad täiskasvanud valikuid, mis annavad kindluse suurenenud kasumi või vähenenud kahjumi suhtes tõenäoliste alternatiivide ja identsete eeldatavate väärtustega (Rivers et al., 2008). Üldiselt on huvitav mõte, et noorukite valikud võivad peegeldada kognitiivse strateegia erinevusi, kuid mitte tulemuste prognoosimise puudusi. Noorte otsustusprotsessi tulevaste neuropiltide ja füsioloogiliste uuringute puhul võiks kaaluda võimalust, et närviaktiivsuse täpse struktuuri erinevused, isegi samas aju piirkonnas, ning erinevate piirkondade integratsiooni tase, võivad soodustada alternatiivseid kognitiivse arutelu stiile.

Noorte suurem hoolimatus võib olla tingitud erinevustest, kuidas nad riske ja tasusid kogevad. Üks seletus on see, et inimeste noorukitel on rohkem negatiivset mõju ja depressiivset meeleolu ning nad võivad tunda väiksemat või mõõdukat stiimulit tekitavatest stiimulitest vähem rõõmu. Seepärast otsivad noorukid suurema hedoonilise intensiivsusega stiimuleid, et rahuldada puudujääke nende tasustamise kogemuses (vt. \ T Spear, 2000). Seda toetavad uuringud, mis näitavad erinevusi sahharoosilahuste hedoonilises väärtuses täiskasvanutel ja noorukitel. Kui sahharoosikontsentratsioon ületab kriitilise punkti, väheneb hedooniline väärtus järsult; sellised vähenemised on lastel ja noorukitel vähem väljendunud või puuduvad (De Graaf ja Zandstra, 1999; Vaidya et al., 2004). Alternatiivne selgitus on, et noorukitel on suurem tundlikkus meeldivate stiimulite tugevdavate omaduste suhtes. Mõlemad võimalused on kooskõlas loommudelitega, kus noorukid tarbivad rohkem sahharoosilahust (Vaidya et al., 2004), eelistavad eelnevalt sotsiaalse suhtlemisega seotud kodasid (Douglas et al., 2004) ja neil on tõendeid selle kohta, et sellised ravimid nagu nikotiin, alkohol, amfetamiin ja kokaiin on kõrgemad kui täiskasvanutel (Badanich et al., 2006; Brenhouse ja Andersen, 2008; Shram et al., 2006; Spear ja Varlinskaya, 2010; Vastola et al., 2002). Seda ei ole siiski alati näha (Frantz et al., 2007; Mathews ja McCormick, 2007; Shram et al., 2008) ja suurenenud noorukite ravimi eelistus võib olla seotud ka tundlikkuse vähenemisega vastumeelsete kõrvaltoimete ja \ tLittle et al., 1996; Moy et al., 1998; Schramm-Sapyta jt, 2007; Schramm-Sapyta jt, 2009). Samamoodi võib noorukitel olla riskantsem käitumine, kui nende võimalike vastumeelsete tagajärgede hindamine on vähem motiveeriv või silmapaistev (või kui riskivõtmine ise muudab sellise käitumise tõenäolisemaks).

Teine tegur, mis võib kaasa tuua mõned noorukite käitumuslikud erinevused, on emotsioonide (valents, tunded, erutus ja konkreetsed emotsionaalsed seisundid) mõju käitumisele. Käitumuslikud erinevused võivad tekkida, kui noorukid kogevad emotsioone erinevalt või kui emotsioonide intensiivsuse ja volatiilsuse perioodil mõjutavad emotsioonid erinevalt otsustamisprotsessi.Arnett, 1999; Buchanan et al., 1992). Emotsioon peetakse sageli mõistliku otsustusprotsessi pilveks. Kuigi see võib mõningatel juhtudel olla tõsi (eriti kui emotsionaalne sisu ei ole otsuste kontekstis seotud või ei oma tähtsust), on hiljutine töö uurinud, kuidas emotsioonid võivad teatud otsuseid parandada. Näiteks ütleb somaatilise markeri hüpotees, et ebaselgetes olukordades võivad emotsionaalsed protsessid käitumist soodsalt suunata (Damasio, 1994). Iowa hasartmängu ülesanne oli testida otsuste tegemist ebakindlates tingimustes (Bechara et al., 1994). Ventromediaalse PFC või amygdala kahjustustega isikutel on raskusi soodsa riskide vältimise strateegia eelistamisega, mis viitab sellele, et puudused emotsionaalse informatsiooni integreerimisel võivad põhjustada halbu otsuseid (Bechara et al., 1999; Bechara et al., 1996). Noored ja täiskasvanud võivad emotsionaalse teabe integreerimisel otsuste tegemisel erineda: noorukid võivad olla vähem tundlikud asjakohase emotsionaalse sisu tõlgendamisel või integreerimisel või selliste ühenduste moodustamisel vähem tõhusad. Cauffman et al. (2010) hiljuti testitud lastel, noorukitel ja täiskasvanutel Iowa hasartmängu ülesande muudetud versioonil; nad täheldasid, et kuigi mõlemad noorukid ja täiskasvanud parandasid oma otsustamisi aja jooksul, tegid täiskasvanud seda kiiremini. Teine uuring näitas, et ainult kesk- ja hilisemate noorukite puhul parandasid isikud oma hasartmängu ülesannete täitmist ja et see paranemine langes kokku erutamise füsioloogiliste korrelatsioonide ilmumisega (Crone ja van der Molen, 2007). Need tulemused viitavad sellele, et noorukid võivad olla vähem efektiivsed riskantsete otsuste vältimiseks vajaliku asjakohase afektiivse teabe kujundamisel või tõlgendamisel.

Järgi Jõed ja kolleegid (2008) erinevused tõhusas põhiprotsessis muudavad noorukid vastuvõtlikumaks ärrituse võimaliku kahjuliku mõju otsuste tegemisel. Kõrgendatud erutuse tingimustes võib käitumise pärssimise vähenemine põhjustada ülemineku “põhjendatud” reaktsioonilt “reaktiivsele” või impulsiivsele režiimile. Lisaks väidavad nad, et noorukite kalduvus teostada sõna-sõnalt analüütilist töötlemist muudab selle tõenäolisemaks, samas kui lihtsama täiskasvanute „gist” töötlemise väärtused ja eelarvamused on erutusolekule mitteläbilaskvamad (Rivers et al., 2008). Teised on ka väitnud, et noorukite käitumine võib olla eriti tundlik kõrge emotsionaalse erutumise tingimustele (Dahl, 2001; Spear, 2010). Hiljutine Figner ja kolleegid (2009) katsetas seda hüpoteesi otseselt, kasutades ülesannet, mis mõõdab riski võtmist erinevatel afektiivsetel tingimustel. Noorukid ja täiskasvanud tegid Columbia kaardi ülesannet, kus tolerantse riski taset uuriti suuremate / väiksemate erutusolude tingimustes ja samal ajal erinevaid tegureid, mida saaks kasutada teadlikumate otsuste tegemiseks (näiteks kasumi / kahjumi suurus ja tõenäosus). ). Noorukid võtsid suuremat ohtu kui täiskasvanud ainult kõrge arousaliga seisundis, ning selles kontekstis mõjutasid noorukid vähem kasumit / kahjumit ja tõenäosust, mis viitab noorukite lihtsustatud teabekasutusele kõrgendatud erutuse tingimustes (Figner et al., 2009).

Need uuringud näitavad kollektiivselt, et kuigi noorukid mõtlevad sageli ja käituvad nagu täiskasvanud, on teatud kontekstis erinevusi nende kognitiivses strateegias ja / või nende reageerimisel riskidele ja hüvedele, eriti kõrgendatud emotsionaalse erutuse tingimustes. Need käitumuslikud muutused peegeldavad tõenäoliselt aju võrgustike olulist arengut, sealhulgas PFC-de, basaalganglionide ja neuromoduleerivate süsteemide (nt dopamiin) struktuure, mis on motiveeritud käitumise seisukohalt kriitilised.Tabel 1).

  

Tabel 1

Noorte käitumuslikud erinevused ja struktuuri neurodevelopment

3. Noorte struktuurne neurodevelopment

Noorte aju läbivad dramaatilised muutused brutomorfoloogias. Inimese struktuurse uurimise uuringud on näidanud, et kogu ajukoores on noorukieas halli aine kadu, kusjuures hilises noorukieas esinev halogeen-aine vähenemine ajalises lõunas ja dorsolateraalses PFC-osas väheneb (Gogtay et al., 2004; Sowell et al., 2003; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002). Hallainete vähenemine ilmneb ka striatumi ja teiste subkortikaalsete struktuuride puhul (Sowell et al., 1999; Sowell et al., 2002). Need muutused võivad olla seotud sel perioodil loomkatsetest täheldatud sünapsi massilise kärpimisega (Rakic ​​et al., 1986; Rakic ​​et al., 1994), kuigi mõned küsivad seda seost, sest sünaptilised boutonid moodustavad vaid väikese osa kortikaalsest mahust (Paus et al., 2008). Inimese pildistamine on näidanud ka seda, et valge aine suureneb noorukieas kortikaalsete ja subkortikaalsete kiudude puhul (Asato et al., 2010; Benes et al., 1994; Paus et al., 2001; Paus et al., 1999), mis tuleneb müeliniseerumise, aksoni kaliibriga või mõlema \ tPaus, 2010). Muudatused ühenduvuse mustrites esinevad ka noorukieas. Näiteks on täheldatud aksonaalset idanemist ja kasvamist ahelates, mis ühendavad amygdala kortikaalsete sihtmärkidega (Cunningham et al., 2002) ning PFC ja striatumi ja teiste piirkondade vahel täheldatakse valget ainet (Asato et al., 2010; Giedd, 2004; Gogtay et al., 2004; Liston et al., 2006; Paus et al., 2001; Sowell et al., 1999).

Peenemates mõõtmetes on rottide ja primaatide uuringud näidanud mitmeid erinevusi noorukite neurotransmitterisüsteemides. Noorukid kalduvad ekspresseerima paljudes piirkondades dopamiinergilisi, adrenergilisi, serotonergilisi ja endokannabinoidiretseptoreid, millele järgneb lõikamine täiskasvanutele (Lidow ja Rakic, 1992; Rodriguez de Fonseca jt, 1993). Nad ekspresseerivad D1i ja D2i dopamiini retseptoreid kõrgemal tasemel subkortikaalsetes sihtmärkides, näiteks dorsaalses striatumis ja tuumasõlmedes, kuigi mõned neist ei ole selles piirkonnas vähenenud täiskasvanu ekspressiooni (Gelbard et al., 1989; Tarazi ja Baldessarini, 2000; Tarazi et al., 1999; Teicher et al., 1995). Noorukuse ajal esineb ka muutusi dopamiini tootmisel ja käibel, samuti tõendeid retseptor-ligandi sidumise järgneva mõju kohta (Badanich et al., 2006; Cao et al., 2007; Coulter et al., 1996; Laviola et al., 2001; Tarazi et al., 1998). Funktsionaalselt on anesteseeritud rottidel tõendeid selle kohta, et keskmise aju dopamiini neuronite spontaanne aktiivsus suureneb noorukieas ja seejärel väheneb (McCutcheon ja Marinelli, 2009). Arengumuutused mesokortikolimbilise dopamiini ahelas ja aktiivsuses võivad olla tingitud mõningatest erinevustest üldiselt motiveeritud käitumises ning eriti riskide võtmises ja sõltuvuse haavatavuses. Mitmetes uuringutes on täheldatud stimuleerivate ravimite vähenenud psühhomotoorseid toimeid noorukitel, kuid tugevdatud või sarnaseid tugevdavaid toimeid (Adriani et al., 1998; Adriani ja Laviola, 2000; Badanich et al., 2006; Bolanos et al., 1998; Frantz et al., 2007; Laviola et al., 1999; Mathews ja McCormick, 2007; Sõrm ja pidur, 1983). Seevastu noorukid on tundlikumad neuroleptikumide (nt haloperidooli) kataleptiliste toimete suhtes, mis on dopamiini retseptorite antagonistid (Sõrm ja pidur, 1983; Spear et al., 1980; Teicher et al., 1993). Mõned on teinud ettepaneku, et see mudel koos suurenenud uurimise ja uudsuse otsimisega näitab, et noorukite dopamiinisüsteem on algtasemel „funktsionaalse ülemmäära“ lähedal.Chambers et al., 2003).

Mitmed tõendid näitavad, et suurte erutus- ja inhibeerivate neurotransmissioonide tasakaal on noorukitel oluliselt suurem kui täiskasvanutel. GABA tase, mis on peamine inhibeeriv neurotransmitter ajus, suureneb lineaarselt läbi noorukite rottide eesnäärme (Hedner et al., 1984). Aktiveerivate glutamaadi NMDA retseptorite ekspressioon kiiretel närvilistel neuronitel (arvatavasti inhibeerivad interneuronid) muutub noorukite PFC-s dramaatiliselt. Sel ajal ei esine enamikel kiiresti kiirenevatel interneuronitel sünaptilisi NMDA retseptori vahendatud voolusid (Wang ja Gao, 2009). Lisaks on dopamiini-retseptoriga seonduvate nihete moduleeriv mõju noorukieas (O'Donnell ja Tseng, 2010). Dopamiini D2 retseptorite aktiveerimine suurendab interneurooni aktiivsust ainult sel ajal (Tseng ja O'Donnell, 2007). Peale selle muutub dopamiini D1 retseptori aktiveerimise ja NMDA retseptori sünergistlik koostoime noorukieas, võimaldades platoo depolarisatsioone, mis võivad soodustada kontekstist sõltuvat sünaptilist plastilisust (O'Donnell ja Tseng, 2010; Wang ja O'Donnell, 2001). Need noorukite dopamiini, glutamaadi ja GABA signalisatsiooni muutused viitavad põhiliste närviaktiivsuse erinevustele nooruki ajus. Kõik need süsteemid on kognitiivsete ja emotsionaalsete protsesside jaoks hädavajalikud. Nende düsfunktsioon on seotud paljude psühhiaatriliste haigustega, mis ulatuvad meeleoluhäiretest ja skisofreeniast sõltuvusest.

4. Noorte funktsionaalne neurodevelopment

Neuropiltimise uuringud on näidanud erinevusi inimese noorukite funktsionaalses aktiivsuses mitmetes eesnäärme piirkondades. Neid erinevusi täheldatakse peamiselt aju piirkondades, mis kodeerivad emotsionaalset tähtsust (nt amygdala) integreerivad sensoorset ja emotsionaalset informatsiooni väärtuse ootuste arvutamiseks (nt orbitofrontaalne ajukoor) ning mängivad erinevaid motivatsiooni, tegevuse valiku ja assotsiatsioonide õppimise ülesandeid (nt striatum). Täiskasvanutega võrreldes on noorukitel vähenenud hemodünaamiline vastus lateraalses orbitofrontaalses ajukoores ja suurenenud aktiivsus ventraalses striatumis.Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006). Teised on leidnud vähendatud aktiivsust parema kõhu striatumis ja paremal pikendatud amygdala ajal tasu ennetamise ajal, kusjuures täheldatud vanusepõhiseid aktiivsuse erinevusi pärast võimendustulemust ei täheldatud.Bjork et al., 2004). Otsustamisülesandes vähendasid noorukid riskantsete valikute puhul täiskasvanutega võrreldes paremat eesmist cingulaati ja vasakut orbitofrontaalset / ventrolateraalset PFC aktiveerimist (Eshel et al., 2007). Noorukid aktiveerisid oma ventraalse striatumi ja orbitofrontaalse ajukoore tugevamalt kui täiskasvanud, kuna nad võtsid suurema riskiga stopplampide sõidu ajal - mõju, mida põhjustab kaudne vastastikune surve (Chein et al., 2011).

Mitmed uuringud on täheldanud noorukite kognitiivsete kontrollisüsteemide ebaküpsust koos halvenenud käitumiskäitumisega (Luna et al., 2010). Näiteks, ülesannete puhul, mis nõuavad eellase vastuse inhibeerimist (mille tulemuslikkus paraneb koos vanusega), on noorukid suurendanud PFC aktiivsust mõnes alampiirkonnas ja vähendanud aktiivsust teistes (Bunge et al., 2002; Rubia et al., 2000; Tamm et al., 2002). Antiseerumisvastase kognitiivse kontrolli ülesande ajal vähendati noorukite (kuid mitte täiskasvanute) vatsakese striatumi aktiivsust, kui vaadati kihti, mis oli näidatud, kui tasu oli antud uuringu ajal kättesaadav, kuid see oli aktiivsem kui tema täiskasvanud kolleeg tasu ennetamise ajal (Geier et al., 2009). Seega aktiveerivad noorukid üldiselt sarnaseid kognitiivseid ja afektiivseid struktuure kui täiskasvanuid, kuigi sageli on neil erinevad suurused või ruumilised ja ajaline mustrid või funktsionaalne seostuvus (Hwang et al., 2010).

Piiriülese ja piirkondadevahelise ühenduvuse küpsemine ja närvirakkude koordineerimine võivad olla noorukite käitumise arengus kesksel kohal. Frontostriaalse valge aine mõõtmiste vahel on otsene seos, mis suureneb noorukiea vältel ja inhibeerib kontrollitulemusi (Liston et al., 2006). Valge materjali arendamine on otseselt seotud halli materjali piirkondade funktsionaalse integreerimise parandamisega, mis viitab rohkem hajutatud võrgu tegevusele arengu kaudu (Stevens jt, 2009). Seda kinnitab uuring, mille kohaselt kasutati puhkeoleku funktsionaalse ühenduvuse MRI ja graafikanalüüside abil üleminekut suuremast ühenduvusest anatoomiliselt proksimaalsete sõlmedega võrkudele, mis olid täiskasvanueas kõikides sõlmedes ulatuslikumalt integreeritud, vaatamata kaugusele (Fair et al., 2009). Sarnaselt toetavad eesmise ja parietaalsete piirkondade vanusepõhise funktsionaalse integreerimise suurenemine ülalt-alla pärssivat kontrollitulemust antiseerumisvastases ülesandes (Hwang et al., 2010). Valge aine areng, sünapside kiire lõikamine (mis on suures osas kohalikud ergutusühendused) ja arengulised muutused kohalikus interneurooni aktiivsuses võivad koos aidata arendada ulatuslikumat funktsionaalset koordineerimist aju piirkondade vahel arengu kaudu. Vähem levinud aktiivsust noorukitel on näidatud ka teises kognitiivse kontrolli ülesandes (Velanova et al., 2008). Samal ajal väheneb arendustegevuse käigus funktsionaalsete tulemustega korrelatsioonita hajutatud funktsionaalne signaal (Durston et al., 2006). Seega kattub rohkem hajutatud võrkude kasutamise täiskasvanute mudel vähenenud ülesande-ebaolulise aktiivsusega, mis näitab suuremat efektiivsust kortikaalse töötlemise struktuuris ja ulatuses.

Elektrofüsioloogilised uuringud on leidnud tõendeid ka neuronaalsete reaktsioonide edasise arengu kohta ning suurema kohaliku ja pikaajalise koordineeritud aktiivsuse kohta noorukieas. Näiteks areneb negatiivne variatsioon, mis on negatiivse pinge sündmusega seotud potentsiaal reageerimise ettevalmistamise ajal, ainult hilises lapsepõlves ja muutub noorukieas suuremaks (Bender et al., 2005; Segalowitz ja Davies, 2004). Arvatakse, et see peegeldab vanusega seotud erinevusi PFC töötlemise tähelepanelikkuse ja juhtimismootori juhtimise osas (Segalowitz et al., 2010). Teine vanusega seotud elektrofüsioloogiline muutus on tugeva positiivse piigi (P300) kujunemine ligikaudu 300 ms pärast stimuleerimiseni. Küps P300 muster ei ilmu kuni umbes 13-i vanuseni (Segalowitz ja Davies, 2004). Lõpuks, veaga seotud negatiivsus on negatiivne pinge, mis on keskendatud üle eesmise cinguleeriva ajukoorme erinevate ülesannete vigade katsetamisel. Kuigi välimuse vanuses on mõningane varieeruvus, tundub, et see jõuab noorukieani (Segalowitz ja Davies, 2004). Need leiud annavad täiendavat tõestust prefrontaalse koore töötlemise jätkuva küpsemise kohta noorukieas. Segalowitz ja kolleegid leidsid samuti, et laste ja noorukite elektriliste signaalide signaali-müra suhe oli sageli madalam kui täiskasvanutel. See võib olla tingitud nende signaalide tootvate aju piirkondade funktsionaalsest ebaküpsusest või individuaalsest ebastabiilsusest (Segalowitz et al., 2010). See võib peegeldada ka noorte noorte närvi koordineerimist aju piirkondades ja nende vahel. See tõlgendus on kooskõlas Uhlhaas ja kolleegid (2009b), kus näo tuvastamise käigus registreeriti lastel, noorukitel ja täiskasvanutel elektroentsefalogramme (EEG). Neil täheldati noorukitel võrreldes theta (4-7 Hz) ja gamma- (30 – 50 Hz) võnkevõime vähenemist võrreldes täiskasvanutega. Lisaks sellele oli suurematele faaside sünkroniseerimisele ka teeta-, beeta (13-30 Hz) ja gamma-sagedusribad koos täiustatud ülesannete täitmisega täiskasvanutel. EEG võnkumised on tingitud neuronite erutatavuse kõikumisest ja arvatakse, et nad täpsustavad piigi väljundi ajastust (Friikartulid, 2005). Sünkroniseerimise meetmed konkreetsetes sagedusribades hõlbustavad suhtlemist neuronaalsete rühmade vahel ja võivad olla kriitilised arvukate taju- ja kognitiivsete protsesside jaoks (Uhlhaas et al., 2009a). Seega on need tulemused tõestanud tõhustatud koordineeritud kohalikku töötlemist ja paremat piirkondadevahelist suhtlust noorukieas täiskasvanueas (Uhlhaas et al., 2009b).

Teine kasulik lähenemisviis närviaktiivsuse muutuste uurimiseks noorukieas on koos in vivo elektrofüsioloogiline salvestamine implanteeritud elektroodide massiividest ärkvel käituvatel loomadel. See meetod võimaldab registreerida üksikute neuronite aktiivsust ja suuremahulisi põldude potentsiaali. Hiljuti tegime sellise uuringu, kus noorukid ja täiskasvanud rotid tegid lihtsa eesmärgipõhise käitumise (Joonis 1a) kui salvestused võeti orbitofrontaalsest ajukoorest. Kuigi noorukid ja täiskasvanud tegid sama käitumist, täheldati silmatorkavaid vanusega seotud närvikoodide erinevusi, eriti tasu eest (Sturman ja Moghaddam, 2011). See näitab, et isegi kui käitumine võib tunduda sarnane, on noorukite prefrontaalne koore erinevas seisundis kui täiskasvanutel. Täpsemalt, noorukite orbitofrontaalsed ajukoore neuronid muutusid tasuvusele palju põnevamaks, samal ajal kui noorukite inhibeeritud neuronite osakaal oli sel ajal ja ülesande teistes punktides oluliselt väiksem.Joonis 1b). Kuna närvi inhibeerimine on kriipsude täpse ajastamise ja sünkroniseeritud ostsillatiivse aktiivsuse kontrollimise seisukohalt kriitiline (Cardin jt, 2009; Fries et al., 2007; Sohal et al., 2009), vähendatud ülesannetega seotud noorukite orbitofrontaalse ajukoore neuronite pärssimine võib olla otseselt seotud selles uuringus täheldatud suuremate mõõtmetega neuraalsete kodeeringute erinevustega, mida on kirjeldanud teised. Lõpuks, kogu tööülesande ajal esinesid noorukid suuremat läbilöögisageduse varieeruvust, mis võib tähendada madalamat signaali-müra noorukite prefrontaalses ajukoores. Seega, kuna prefrontaalne ajukoor areneb, võib suurenenud faasiline inhibeerimine ühe ühiku tasemel toetada suuremat piirkondadevahelist ja piirkondadevahelist närvide koordineerimist ja töötlemise efektiivsust.

  

Joonis 1

A) Käitumisülesande skeem. Rotid tegid standardse operatsioonikambri sees instrumentaalse käitumise. Iga uuring algas nina-klapi ava (Cue) sees oleva valguse algusega. Kui rott sattus sellesse auku, kui tuli tuli (Poke) ...

5. Neurobeheaalsed hüpoteesid

Kõikide noorukite neurodevelopmentaalsete muutustega arvestatakse selle perioodi konkreetsed käitumuslikud erinevused ja haavatavused? Eelmistes peatükkides kirjeldatakse tõendeid mitmesuguste noorukite neurodevelopmentaalsete muutuste ja vanusega seotud käitumuslike erinevuste ja haavatavuste kohta. Siin tutvustame mitmeid hüpoteese või mudeleid, mis selgesõnaliselt seostavad noorukite erinevusi motiveeritud käitumises, sotsiaalses arengus ja käitumise inhibeerimises spetsiifiliste närvipiiride küpsusega (Tabel 2).

  

Tabel 2

Neurobehulaarsed hüpoteesid, mis integreerivad noorukite käitumuslikke muutusi aju arenguga

Sotsiaalse info töötlemise võrgustiku noorukite täiustamine on üks mudel, mis ühendab noorukite sotsiaalset arengut aju muutustega (Nelson et al., 2005). See raamistik kirjeldab kolme omavahel ühendatud funktsionaalset sõlme, millel on erinevad neuraalsed struktuursed alused: tuvastussõlm (madalam okcipitaalne ajukoor, madalam ja eesmine ajaline ajukoor, intraparietaalne sulcus, fusiform gyrus ja parem ajaline sulcus), afektiivne sõlm (amygdala, ventral striatum, vahesein, stria terminalis, hüpotalamuse ja orbitofrontaalse ajukoore aluse tuum teatud tingimustes) ja kognitiiv-regulatiivne sõlme (prefrontaalse koore osa). Tuvastussõlm määrab, kas stiimulid sisaldavad sotsiaalset informatsiooni, mida töödeldakse edasi emotsionaalse sõlmpunktiga, mis imiteerib selliseid emotsionaalse tähtsusega stiimuleid. Kognitiiv-regulatiivne sõlmed töötlevad seda informatsiooni edasi, teostades keerukamaid operatsioone, mis on seotud teiste vaimse seisundi tajutamisega, ennetades eelset vastuseid ja genereerides sihikule suunatud käitumist (Nelson et al., 2005). Noorte muutused nende sõlmede tundlikkuses ja interaktsioonis on oletatavad, et intensiivistada sotsiaalseid ja emotsionaalseid kogemusi, mõjutada tugevalt noorukite otsustusprotsessi ja aidata kaasa psühhopatoloogiate tekkimisele sel perioodil (Nelson et al., 2005).

Kolmiku sõlme mudel (Ernst et al., 2006) on seisukohal, et aju piirkondade eriline arengu trajektoor, mis järgib afektiivset töötlemist ja kognitiivset kontrolli, ning nende vaheline tasakaal võib olla noorukite riskide võtmise kalduvus. See mudel põhineb ka kolme sõlme aktiivsusel, mis vastavad konkreetsetele aju piirkondadele. Sel juhul on tasu lähenemise eest vastutav sõlm (ventral striatum) tasakaalus karistust vältiva sõlme (amygdala) vahel. Moduleerimissõlm (prefrontaalne ajukoor) mõjutab nende tasakaalustavate jõudude suhtelist mõju ja riskantne käitumine tuleneb lõplikust kalkulaatori eelistamisest. Selle mudeli kohaselt on olukordades, kus esineb mõningane tõenäosusega kompromissi söögiisu ja aversiivsete stiimulite vahel, lähenemissõlm noorematel domineerivam. Vastupidise lähenemise süsteemi hüperaktiivsust või ülitundlikkust võib muidu kohandada prefrontaalse koore osade aktiivsuse järgi, kuid selle vähene areng noorukitel ei võimalda piisavat enesekontrolli ja inhibeerivat kontrolli (Ernst ja Fudge, 2009).

Casey ja kolleegid oletavad, et noorukite prefrontaalse koore ja subkortikaalsete struktuuride (nt ventral striatum ja amygdala) arengusuundade erinevused koos nende vaheliste ühendustega võivad olla seotud noorukite käitumuslike kalduvustega (Casey et al., 2008; Somerville ja Casey, 2010; Somerville jt, 2010). Erinevate tasuvusväärtuste saamisega seotud ülesande ajal oli noorukite aktiivsus tuuma accumbensis sarnane täiskasvanute omaga (kuigi suurema ulatusega), samas kui orbitofrontaalse kortikaalse aktiivsuse muster tundus pigem lastel kui täiskasvanutel (Galvan et al., 2006). Subkortikaalsete süsteemide suhteline küpsus ja kognitiivse kontrolli seisukohalt kriitilise tähtsusega prefrontaalse koore ebaküpsus võivad viia suurema nooruki kalduvuseni tunnete otsimise ja riskide võtmise suhtes. Võti siin, nagu kolmiku sõlme mudelis, on suhtelise piirkondadevahelise tasakaalustamatuse kontseptsioon noorukieas, erinevalt lapsepõlvest, kui need piirkonnad on kõik suhteliselt ebaküpsed ja täiskasvanueas, kui nad kõik on küpsed (Somerville jt, 2010). See mudel sarnaneb ka Steinbergi raamistikuga, kus noorukite ja täiskasvanueas riskide võtmise suhteline vähenemine on tingitud kognitiivsete kontrollisüsteemide arengust, seostest, mis hõlbustavad kognitsiooni integreerimist ja mõjutavad kortikaalset ja subkortikaalset piirkonda, ning erinevusi tasu saamisel või tundlikkus (Steinberg, 2008).

Nende mudelite keskne teema on see, et noorukitel esineb erinevusi tundlikkuse, taseme või toime poolest kortikaalsetes ja subkortikaalsetes piirkondades võrgustikes, mis alluvad emotsionaalsele töötlemisele ja kognitiivsele kontrollile. Meie andmete ja muude tõendite põhjal oletame, et sellised erinevused võivad olla tingitud neuronite koordineerimise ja töötlemise efektiivsuse vähenemisest noorukitel, mis avaldub piirkondade vahelise vähem tõhusa infovahetuse ja neuronaalse ergutuse ja inhibeerimise vahel kriitilistes aju piirkondades. , nagu orbitofrontaalne ajukoor ja basaalganglioni osad. Nagu varem kirjeldatud, vitro töö on näidanud dramaatilisi muutusi erinevate retseptorite ekspressioonimustrites ja retseptori aktiveerimise mõjudes, kaasa arvatud kiire inhibeeriva interneurooni vastus dopamiini ja NMDA retseptori stimuleerimisele. Sellised muutused peaksid eeldatavalt mõjutama nii ergastamise kui ka inhibeerimise tasakaalu ja neuronite rühmade koordineerimist. Kuna kiire interneurooni aktiivsus on äärmiselt oluline neuronaalse aktiivsuse täpse ajastuse ja võnkumiste kaasnemise kontrollimiseks, võivad noorukite interneurooni aktiivsuse arengu muutused ja nende reaktsioon neuromodulaatoritele, nagu dopamiin, olla mõningate nendest vananemisega seotud erinevuste keskmes. Selle tulemusena võib noorukite närviaktiivsus olla vähem hästi koordineeritud, mürarikkam ja lokaalsem ning võib-olla ka tundlikumad hüvede, uudsuse või teiste esilekutsuvate stiimulite käitumuslikult aktiveerivatele mõjudele. Vähenenud piirkondadevaheline võnkumise koordineerimine, mida täiendavalt häirib mittetäielik müeliniseerumine, võib koos kujutada kujutise uuringutes täheldatud vähem hajutatud funktsionaalset aktiivsust. Eelnevalt mainitud noorukite kalduvus soodustada riskantseid valikuid emotsionaalselt laetud kontekstides võib olla seotud ka väiksema piirkondadevahelise suhtluse kombinatsiooniga (nt prefrontaalse ajukoorme ebaõnnestumine, et nõrgendada subkortikaalset "signaali" basaalganglionis) ja liialdatud aktiveerimine ja / või vähenenud inhibeerimine esiletõstetud motivatsiooniga motiveeritud käitumise kontekstis, nagu me täheldasime orbitofrontaalses ajukoores tasu ennetamise ajal.

6. Kokkuvõte

Nagu me rohkem teada saime noorukiea spetsiifilistest aju- ja käitumuslikest muutustest, on välja pakutud mitmeid neurobehuurset mudelit. Enamikus neist on mõiste, et ebaküpsed neuronite töötlemine prefrontaalses ajukoores ja teistes kortikaalsetes ja subkortikaalsetes piirkondades koos nende koostoime toob kaasa käitumise, mis on kallutatud riski, tasu ja emotsionaalse reaktiivsuse suunas noorukieas. Hiljutine töö inhibeerivate interneuroonahelate väljatöötamisel ja nende muutumine koosmõju neuromoduleerivate süsteemidega noorukieas võib valgustada ka seda, miks sellised haigused nagu skisofreenia tavaliselt sel ajal ilmnevad. Kasutades selliseid meetodeid nagu fMRI inimestel ja elektrofüsioloogilisi salvestusi laborloomadel, hakkame täpsemini kindlaks tegema, kuidas noorukid töötavad tasu ja teisi motiveeritud käitumise aspekte erinevalt täiskasvanutest. See on kriitiline samm normaalse nooruki käitumise aju-põhise haavatavuse kindlakstegemisel ja selle perioodi jooksul arenevate psühhiaatriliste haiguste patofüsioloogia mõistmisel.

Allmärkused

viited