Cereb. Cortex (2010) 20 (1): 61-69. doi: 10.1093 / cercor / bhp078
+ Autor Seosed
Aadresskirjavahetus Linda Van Leijenhorstiga. Leideni ülikooli psühholoogiaosakond, psühholoogiliste uuringute instituut, Wassenaarseweg 52, 2300 RB Leiden, Holland. E-post: [meiliga kaitstud].
Abstraktne
Aju arengu seos noorukieas ja noorukite riskantse käitumise vahel on viimastel aastatel äratanud üha suuremat huvi. On tehtud ettepanek, et noorukid on tasu suhtes ülitundlikud, kuna arengumustris on tasakaalustamatust, millele järgneb juttkeha ja prefrontaalne ajukoor. Praeguseks on ebaselge, kas noorukid käituvad riskantse käitumisega seetõttu, et nad ülehindavad võimalikke hüvesid või reageerivad rohkem saadud tasudele, ja kas need mõjud ilmnevad otsuste puudumisel. Selles uuringus kasutasime funktsionaalset magnetresonantstomograafia paradigmat, mis võimaldas meil 10–12-aastastel, 14–15-aastastel ja 18-aastastel eristada tasu ootamise, saamise ja väljajätmise mõju. 23-aastastele osalejatele.
Näitame, et ebakindlate tulemuste ootuses on eesmine insula noorukitel aktiivsem kui noortel täiskasvanutel ja et ventraalne juttkeha näitab tasuga seotud haripunkti keskmises noorukieas, samas kui noortel täiskasvanutel ilmneb orbitofrontaalne ajukoore aktiveerimine väljajäetud tasu suhtes. Nendel piirkondadel on erinevad arengutrajektoorid.
See uuring toetab hüpoteesi, et noorukid on tasu suhtes ülitundlikud, ja täiendab praegust kirjandust, näidates, et neuraalne aktiveerimine erineb noorukitel isegi väikeste hüvede korral valiku puudumisel. Need leiud võivad avaldada olulist mõju noorukite riskikäitumise mõistmisele.
Sissejuhatus
Sageli tehakse otsuseid ebakindlates olukordades, kus ei ole teada kogu ratsionaalse otsuse tegemiseks vajalik informatsioon. Kui ebakindlates olukordades tehtud valikuid seostatakse võimalike negatiivsete tulemustega, peetakse neid riskantseks. Riskikäitumise suurenemine on noorukiea üks silmapaistvamaid omadusi (Arnett 1999; Steinberg 2004; Poiss 2006). Selline käitumise muutus viitab noorukite otsustusprotsesside erinevusele täiskasvanutega võrreldes. See tähendab, et noorukid võivad ebakindlas olukorras konkureerivate tegevussuundade vahel valida erinevalt, kuna nad kaaluvad võimalikke tulemusi ja nende esinemise tõenäosust täiskasvanutega võrreldes erinevalt. Varasemad uuringud on näidanud, et noorukid on kallutatud riskide võtmise suhtes, kuna neil on erinevad hüvede saamise viisid (Bjork et al. 2004; May et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst jt. 2006).
Funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) uuringud on tuvastanud ajupiirkonnad, mis on seotud tulemuste prognoosimise ja töötlemisega. Paljud uuringud on näidanud, et ventraalne juttkeha reageerib potentsiaalsete hüvede ootustele (Breiter et al. 2001; Knutson et al. 2001; Dagher 2007; Tom et al. 2007), mida kinnitas hiljutine metaanalüüs (Knutson ja Greer 2008). ILisaks on eesmine isol olnud seotud tulemuste ootusega ja aktivatsioon selles piirkonnas on sageli seotud ka ootusega seotud ebakindlusega.n (Critchley et al. 2001; Volz et al. 2003. aasta). Lõpuks on seda näidanud mitmed täiskasvanutega tehtud uuringud Mediaalne prefrontaalne ajukoor (PFC), orbitofrontaalne ajukoor ja eesmine tsingulaarne ajukoor on seotud preemiate töötlemisega (Rollid 2000; Bechara 2001; Knutson et al. 2001; O'Doherty jt. 2001, 2002).
Nende piirkondade funktsionaalset arengut ei mõisteta hästi. Senised vähesed arenguuuringud näitavad näiliselt ebajärjekindlat tulemuste mustrit. Noorukite riskivõtmist on ühelt poolt seostatud ventraalse juttkeha „vähenenud” tundlikkusega noorukitel, võrreldes täiskasvanutega. Arvatakse, et see neuraalne reaktsioon sunnib noorukeid otsima rohkem stimuleerivaid kogemusi, et kompenseerida ventraalses juttkehas esinevat aktivatsiooni madalat taset.Spear 2000; Bjork et al. 2004). OTeisest küljest on noorukite riskivõtmist seostatud ventraalse juttkeha "suurenenud" reageerimisvõimega sõjale.d (Galvan et al. 2006). Nendes uuringutes pakuti välja, et potentsiaalsetele hüvedele reageerimise suurenemine koos ebaküpsete kognitiivsete kontrollivõimetega (mis tuleneb PFC pikaajalisest arengust) kaldub noorukeid riskide võtmise suunas.Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Jones jt. 2008).
Nende arengutulemuste tõlgendamine on keeruline kahel põhjusel. Esiteks on nendesse noorukite tasu töötlemise uuringutesse kaasatud osalejate vanuses suur erinevus. See on problemaatiline, kuna noorukid moodustavad väga heterogeense rühma, näiteks võivad varases noorukieas arengumuutusi mõjutada puberteediealised muutused. Varasemates uuringutes on kaasatud noorukid laiast vanusevahemikust. Näiteks uuringus autor Bjork et al. (2004), koosnes noorukite rühm osalejatest vanuses 12–17 aastat, mis võib takistada meie tõlgendamist arengumuutuste mustri kohta. Struktuurse aju kujutise uuringud on näidanud, et aju struktuuri areng halli ja valge aine osakaalu osas jätkub kogu noorukieas.Giedd et al. 1999; Gogtay et al. 2004) ja hiljutine uuring on näidanud, et need arengumuutused järgivad paljudes ajupiirkondades mittelineaarset mustrit (Shaw et al. 2008). Teine raskus seisneb selles, et varasemates aruannetes on kasutatud erinevaid eksperimentaalseid paradigmasid, mis muudab tulemuste võrdlemise keeruliseks. Näiteks eelnevates uuringutes sõltusid preemiad osalejate ülesannete täitmisest ja preemiate saamise nõuded olid erinevad. Preemiad võivad sõltuda reaktsiooniaegadest (nt Bjork et al. 2004) või vastuse täpsuse/tõenäosuse sobitamise kohta (nt Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst jt. 2006; Eshel et al. 2007). Lisaks preemia suurusjärk (Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006), tasu tõenäosus (May et al. 2004; Van Leijenhorst jt. 2006), või nii suurusjärku kui ka tõenäosust (Ernst et al. 2005; Eshel et al. 2007) manipuleeriti. Seetõttu on ventraalse juttkeha aktiveerimise arenguerinevusi raske üldisemalt seostada riskide võtmise või tasu töötlemisega. Hiljuti on täiskasvanute otsuste tegemise uuringud püüdnud ennustada käitumist, tuginedes eelnevatele muutustele ventraalse juttkeha aktivatsioonis.Knutson ja Greer 2008). Need uuringud näitasid, et suurenenud ventraalse juttkeha aktiveerimine on seotud täiskasvanute suurenenud valmisolekuga riskida. Varasemas uuringus, mis hõlmas täiskasvanuid, Knutson et al. (2008) kasutasid otsustusülesannet ja esitasid tänuväärseid pilte, mis ei olnud ülesandega seotud. Nende piltide esitamine oli seotud ventraalse juttkeha suurenenud aktiveerumisega ja suurenenud riskivalmidusega (Knutson et al. 2008). Seega, kui noorukite ventraalse juttkeha aktivatsiooni tippaeg sunnib neid riske võtma, on oluline mõista, mil määral on see piirkond käitumisnõuetest sõltumatu. Lisaks on oluline mõista, millises faasis, preemiate ootamise või töötlemise ajal, täheldatakse erinevusi noorukite ja täiskasvanute vahel. Noorukite preemiate töötlemise põhjuste parem mõistmine võib aidata tõlgendada potentsiaalselt kahjulikku riskantset käitumist, millega paljud noorukid osa võtavad. Oluline on mõista, kas noorukitel on suurem tõenäosus riskantse käitumise käitumiseks võrreldes täiskasvanutega, kuna nad hindavad potentsiaalseid hüvesid üle. otsustusprotsessi varases faasis) või seetõttu, et nende reaktsioon saadud tasudele erineb täiskasvanute omast (hilises faasis). Ülevaade nendest võimalikest erinevustest tasu tundlikkuses noorukieas annab meile teada protsessidest, mis on noorukite riskantse käitumise aluseks. Lisaks võivad need teadmised aidata katseid sekkuda ja kaitsta noorukeid nende ees seisvate probleemide eest. Põhilised erinevused tasuga seotud ajupiirkondades erinevas vanuses osalejate vahel võivad raskendada käitumise arengumuutuste tõlgendamist. Üks võimalus sellest raskusest üle saada on uurida tasu töötlemist, kasutades eksperimentaalset ülesannet, mille puhul tasu ja risk ei ole osalejate käitumisega seotud (sarnase lähenemise kohta vt. Tobler et al. 2008). Seetõttu oli selle uuringu eesmärk uurida närvide aktiveerimise arengulisi erinevusi, mis on seotud tasu töötlemise erinevate faasidega käitumise puudumisel.
Võrdlesime fMRI abil tulemuste prognoosimise ja tulemuste töötlemise närvisubstraate varases ja keskmises noorukieas ning noores täiskasvanueas. Tasu töötlemisega seotud ajupiirkondade arengumustri tuvastamiseks kaasasime 3 homogeenset vanuserühma (10–12-aastased, 14–15-aastased ja 18–23-aastased). Need osalejad täitsid mänguautomaadi ülesande (Donkers et al. 2005), lihtne paradigma, mille puhul väikesed rahalised hüved on ettearvamatud ega ole käitumisega seotud. Selles ülesandes vaatavad osalejad 3 mänguautomaati, millel on järjestikku puuviljapildid. Ainult siis, kui need 3 pilti on samad, võidavad osalejad raha. Ülesanne hõlmab 3 erineva tingimuse esitamist: 1) kõik 3 pilti on erinevad (mida nimetatakse XYZ tingimuseks), 2) esimesed 2 pilti on samad, kuid kolmas on erinev (nimetatakse XXY tingimuseks) ja 3) kõik 3 pilti on samad (viidatud kui XXX tingimused). Sel viisil võimaldas paradigma meil lahutada aju aktiveerimine, mis on seotud tulemuste ootusega (kui esimesed 2 pilti kolmest on samad vs. kõik 3 pilti on erinevad; XXY vs. XYZ), tasu töötlemise (kui kõik 3 pilti on sama vs. esimesed 3 kolmest pildist on samad; XXX vs. XXY) ja preemia väljajätmine (XXY vs. XXX).
Meie analüüsid keskendusid tasu töötlemise ja ebakindlusega seotud ajupiirkondade tuvastamisele, sealhulgas striatum, insula ja orbitofrontal cortex (OFC). Meie esimene hüpotees oli, et need piirkonnad näitavad funktsionaalset arengut, mis kajastub erinevates vanuserühmades erinevas aktiveerimismustris. Testisime lineaarseid ja mittelineaarseid arengumustreid. Meie teine hüpotees oli, et kui noorukite riski võtmine on seotud suurenenud tundlikkusega tasu suhtes, peaks see peegelduma selle vanuserühma ventraalses juttkehas aktiveerumise tipus. Uurisime, millises etapis tulemuste ennetamise või töötlemise ajal näitaks ventraalne juttkeha käitumisnõuete puudumisel erinevaid reaktsioone ja kas vastus hüvedele selles piirkonnas suureneks või väheneks noorukitel võrreldes täiskasvanutega. Eeldatakse, et tulemused annavad ülevaate tasuga seotud ajupiirkondade arengust noorukieas ning aitavad tõlgendada noorukite ja täiskasvanute närvireaktsioonide erinevusi keerukamate tasustamis- ja riskiülesannete puhul.
Materjalid ja meetodid
Osalejad
Uuringus osales kokku 53 tervet paremakäelist vabatahtlikku, kellest viisteist 18–23-aastast (7 naist; keskmine vanus = 20.2, standardhälve [SD] = 1.6), kaheksateist 14–15-aastast (10 naist; keskmine) vanus = 15.0, SD = 0.7) ja seitseteist 10–12-aastast (8 naist; keskmine vanus 11.6, SD = 0.8). Kõigilt osalejatelt ja esmaselt hooldajalt saadi teadlik nõusolek, kui osalejad olid alla 18-aastased. Uuringu kiitis heaks Leideni ülikooli meditsiinikeskuse (LUMC) meditsiinieetika komitee. 3 täiendava täiskasvanud osaleja andmed jäeti tehniliste raskuste tõttu välja. Andmed osalejate kohta, kes olid mis tahes suunas liikunud rohkem kui 3 mm, jäeti analüüsidest välja. Sel põhjusel jäeti välja 3 osaleja (14-, 15- ja 10-aastased) andmed. Keskmine liikumine oli 0.52–18-aastastel 23 mm, 0.68–14-aastastel 15 mm ja 0.62–10-aastastel 12 mm. Erinevus keskmises liikumises vanuserühmade vahel ei olnud oluline (P > 0.1).
Käitumise hindamine
Enne skaneerimist valmistati kõiki osalejaid skaneerimisseansiks ette vaikses laboris, kus oli näidisskanner. See näidisskanner, mis simuleeris tegeliku magnetresonantstomograafia (MRI) skanneri keskkonda ja helisid, andis alaealistele võimaluse skannerikeskkonnaga harjuda ja seda kasutati skaneerimisprotseduuri selgitamiseks kõigile osalejatele. IQ hinnangu saamiseks koostage vanusekohased versioonid kahest Wechsleri täiskasvanute intelligentsusskaala alamtestist (Wechsler 1981) või Wechsleri intelligentsuskaalud lastele (Wechsler 1991) – sarnasused ja plokikujundus – manustati kõigile osalejatele. 10–12-aastaste, 14–15-aastaste ja 18–23-aastaste IQ oli vastavalt 119.7 (SD = 9.7), 106.0 (SD = 9.0) ja 108.7 (SD = 9.4). 10–12-aastaste keskmine IQ oli oluliselt kõrgem võrreldes kahe ülejäänud vanuserühmaga (F2,49 = 11.62, P = 0.001), kuid osalejate üldine IQ langes keskmisesse vahemikku. Allpool esitatud analüüsid korrigeeriti IQ erinevuste suhtes, lisades IQ analüüsidele ühismuutuja tegurina. Siiski ei mõjutanud ühtki mõju IQ erinevused. Seetõttu IQ erinevusi pikemalt ei kirjeldata.
Kõiki osalejaid kontrolliti kontrollnimekirja abil psühhiaatriliste seisundite, uimastitarbimise, peavigastuste ja MRI vastunäidustuste suhtes. Ükski osaleja ei teatanud probleemidest. Lisaks kontrolliti kahes noorimas vanuserühmas osalejaid käitumisprobleemide suhtes, kasutades lapse käitumise kontrollnimekirjas vanemate hinnanguid (Achenbach 1991). Kõigi osalejate hinded jäid mittekliinilisse vahemikku.
Eksperimentaalne disain
Osalejad sooritasid mänguautomaadiülesannet, mis on lapsesõbralik versioon varem kasutatud paradigmast Donkers et al. (2005). Iga katse algas 3 tühja mänguautomaadi esitlemisega. 500 ms pärast esitati ekraani allosas 1000 ms münt, mis toimis vihjena. Selleks, et osalejad (muidu passiivse) ülesandega seotud hoiaksid, kästi neil masinad käivitada, vajutades vihje esitamisel parema nimetissõrmega eelnevalt määratud nuppu. Vastus tuli anda 1000 ms aja jooksul. Pärast 1000 ms vastuse akent esitati mänguautomaatides iga 3 ms järel vasakult paremale 1 pilti, igaüks üks kolmest võimalikust puuviljatüübist – kiivi, pirn või paar kirsse (vt. Joon. 1).
Näide (a) kohtuprotsess ja (b) mänguautomaadi ülesande võimalikud tulemused. Pärast 1000 ms ajaakent, mille jooksul osalejad said vihjele reageerida, ilmus iga 3 ms järel 1500 pilti järjest, mille tulemuseks oli 3 katsetüüpi: XXX, XXY või XYZ. Osalejad võitsid igal XXX katsel 0.05 eurot ja muudel tingimustel ei võitnud.
Pildid esitati 3 võimalikus järjestuses: 1) 3 erinevat pilti (nt kiivi-pirn-kirsid, mida nimetatakse XYZ-katseteks), 2) 2 identset ja 1 erinev pilt (nt kiivi-kiivi-kirsid, viidatud kui XXY katsed) või 3) 3 identset pilti (nt kiwi–kiwi–kiwi, mida nimetatakse XXX katseteks). Need 3 katsetüüpi esindavad 3 katsetingimust. Katsete esitamise järjekord randomiseeriti ja osalejatele esitati igas katses uus 3 pildi kombinatsioon.
Osalejaid teavitati eelnevalt, et nad võidavad 0.05 eurot iga XXX katsega ja et nad ei võida raha muud tüüpi katsete eest. Kui osalejad ei vastanud 1000 ms pikkuse esitluse ajal, siis katse lõppes ja nad said 0.10 euro suuruse trahvi. See juhtus vähem kui 5% katsetest. Katse lõpus lisati koguvõidud (1.50 €) summale, mille osalejad said uuringus osalemise eest hüvitisena.
MRI andmete kogumine
Katsed viidi läbi kahe sündmusega seotud skaneerimise käigus, millest igaüks kestis umbes 2 minutit. Visuaalsed stiimulid projitseeriti ekraanile, mida osalejad nägid pea mähise külge kinnitatud peegli kaudu. Skaneerimise ajal esitati osalejatele kokku 7 katset, milles XXX, XXY ja XYZ katseid segati, nii et kokku esitati 120 XYZ, 60 XXY ja 30 XXX katset, igas katses 30 katset. Vanusega seotud erinevusi hüvedele reageerimisel võib mõjutada tõenäosuste õppimise ja riski ennustamise võime aeglane küpsemine. Kontrollisime seda võimalust, esitades 60 järjestikust stiimulit pseudojuhuslikus järjekorras, et maksimeerida ebakindlust. Kõigil katsetel pärast esimese pildi esitamist oli tõenäosus, et järgmine pilt 3-st seeriast oli sama, alati 3%. Samamoodi, pärast kahe identse pildi esitamist, oli tõenäosus, et kolmas pilt oli sama, 50% (2% XYZ, 50% XXY ja 50% XXX katsed, järgides Donkers et al. 2005). Eksperimentaalsete katsete vahele lisati fikseerimisperioodid, mis kestsid 1–3 sekundit ja mis värisesid 500 ms kaupa.
Skannimine viidi läbi LUMC 3-T Philipsi skanneri standardse terve peaga mähise abil. Funktsionaalsed andmed saadi kasutades a T2*-kaalutud gradient-kaja kaja-tasapinnaline impulsside jada (38 külgnevat 2.75 mm kaldus aksiaalset lõiku, kasutades vahelduvat võtet, aja kordus = 2.211 s, aja kaja = 30 ms, 2.75 × 2.75 mm tasapinnalise helitugevuse eraldusvõime 230 jooksu kohta ). Iga skannimise esimesed 2 köidet visati ära, et võimaldada T1- tasakaalustusefektid. Kõrgresolutsiooniga T2*-kaalutud pildid ja kõrge eraldusvõime T1-Skaneerimisseansi lõpus koguti anatoomilised kujutised. Pea liikumist piirati padja ja pead ümbritsevate vahtmaterjalidega.
fMRI eeltöötlus ja statistiline analüüs
Andmete eeltöötlus ja analüüs viidi läbi SPM2 (Wellcome Department of Cognitive Neurology) abil. Pilte korrigeeriti lõikude omandamise ajastuse erinevuste osas, millele järgnes jäik keha liikumise korrigeerimine. Struktuursed ja funktsionaalsed mahud normaliseeriti ruumiliselt T1 ja vastavalt kajatasandi kujutise mallid. Normaliseerimisalgoritm kasutas 12-parameetrilist afiinset teisendust koos mittelineaarse teisendusega, mis hõlmas koosinuspõhifunktsioone. Normaliseerimise ajal valiti andmed uuesti 3 mm kuupvoksliteks. Mallid põhinesid MNI305 stereotaksilisel ruumil (Cocosco et al. 1997. aastal). Funktsionaalsed mahud siluti 8 mm täislaiusega poole maksimaalsest isotroopsest Gaussi tuumast. Statistilised analüüsid viidi läbi üksikute katsealuste andmetega, kasutades SPM2 üldist lineaarset mudelit (GLM).
FMRI aegrida modelleeriti sündmuste seeriana, mis olid seotud kanoonilise hemodünaamilise vastuse funktsiooniga (HRF) kahes eraldi mudelis. Modelleerisime iga katse kolmes erinevas tingimuses (XXX, XXY ja XYZ) nulli kestusega sündmusena esimeses mudelis teise stiimuli algusaegadel ja teises mudelis kolmanda stiimuli algusaegadel. Veakatsed, mis määratleti kui katsed, kus osaleja ei vastanud 2 ms näpunäidete akna jooksul, modelleeriti eraldi ja jäeti fMRI analüüsidest välja.
Iga osaleja puhul kasutati paarikaupa kontrastides iga seisundi jaoks kõige paremini sobiva kanoonilise HRF-i kõrguse hinnanguid. Esimese mudeli jaoks arvutasime kontrastsed kujutised XXY ja XYZ võrdlemiseks (st olukorra võrdlemiseks, kus osalejad olid esmakordselt näinud 2 pilti, mis olid samad [XX] vs. 2 pilti, mis olid erinevad [XY]), mis näitasid aju aktiveerimise mustrid, mis on seotud katsete tulemuste "ootmisega", põhinedes hüpoteesil, et noorukid on potentsiaalsete hüvede suhtes tundlikumad kui täiskasvanud. Teise mudeli jaoks arvutasime kontrastsed kujutised XXX ja XXY tingimuste võrdlemiseks, võrreldes katsetulemuste töötlemisega seotud aju aktiveerimise mustreid. Iga osaleja jaoks arvutatud kontrastpildid esitati teise taseme rühmaanalüüsidele. Rühma tasandil arvutati kogu aju kontrastid tingimuste vahel ühe sabaga t- nende piltide testid, käsitledes osalejaid juhusliku efektina. Kogu aju statistiliste kaartide künnis oli P < 0.001, ulatuse läviväärtusega 5 külgnevat vokslit.
Statistilised analüüsid: vanusega seotud erinevused
Kuna meid huvitas eriti tulemuste ootuse ja tulemuste töötlemisega seotud aktiveerimismuster kolmes erinevas vanuserühmas, viisime läbi vokslipõhise dispersioonanalüüsi (ANOVA), et tuvastada piirkonnad, mis näitasid aktiveerimises vanusega seotud erinevusi. Esimese mudeli puhul testisime XXY-XYZ kontrastide lineaarset (-3 1 0), ruut- (-1 0.5 -1) ja kõverjoonelist (0.5 -1 -0.5), (-0.5 -0.5 0.5) efekti. tulemuste prognoosimine) ja XXX–XXY teise mudeli jaoks (tulemuse töötlemine). ANOVA-sid peeti oluliseks statistilise läve 1 korral korrigeerimata mitme võrdluse korral, ulatuse läviväärtusega 0.001 külgnevat vokslit.
Pildistamise tulemused: huvipakkuva piirkonna analüüs
SPM2-ga kasutamiseks kasutasime MARSBAR-i tööriistakasti (Brett et al. 2002), et teha huvipiirkonna (ROI) analüüse, et iseloomustada täiendavalt aktiveerimismustreid. Lõime 6-mm sfäärilised ROI-d, mille keskpunkt oli aktiivsuse tippvokslil piirkondades, mis tuvastati vanusega seotud erinevuste testimisel ANOVA-des. Lisaks kasutasime MARSBAR-i, et eraldada nendes ROI-des vere hapnikutasemest sõltuvad aktiivsuse aegridad, keskmistades erinevate katsetingimuste ajakulu alates iga katse algusest. Need ajakursused on illustratiivsetel eesmärkidel kuvatud Arvud 2 ja 3.
0–12-aastaste, 14–15-aastaste ja 18–23-aastaste osalejate kogu aju tulemused, mis on seotud võimaliku tasu ootusega kontrasti XXY > XYZ eest P < 0.001 korrigeerimata lävi (ülemine paneel); 6 mm sfäärilised ROI-d ja keskmised ajakursused 3 vanuserühma jaoks eesmise isolaali ja juttkeha jaoks (alumine paneel).
Terve aju tulemused 10-12-aastaste, 14-15-aastaste ja 18-23-aastaste osalejate kohta, mis olid seotud võimaliku tasu ootusega kontrasti XXX > XXY eest P < 0.001 parandamata lävi (ülemine paneel) ja XXY > XXX (sinine); 6-mm sfäärilised ROI-d ja keskmised ajakursused 3 vanuserühmas juttkeha ja OFC jaoks (alumine paneel).
Tulemused
Tulemuste ootus
Tegime teise stiimuli alguses modelleeritud funktsionaalsete andmete GLM-analüüsi ja arvutasime XXY> XYZ vokslipõhise kontrasti 10–12-aastaste, 14–15-aastaste ja 18–23-aastaste jaoks eraldi. Nende analüüside tulemusel kattuvad 3 vanuserühma aktiveerimisvaldkonnad. Kõigis vanuserühmades seostati tulemuste prognoosimist järjekindlalt aktiveerimisega paremas eesmises isolatsioonis (vt Joon. 2, ülemine paneel). 10–12-aastastel ja 14–15-aastastel leiti mõlemas poolkeras anterior insula aktivatsioon. Lisaks ilmnesid noorukite vanuserühmades aktivatsiooniklastrid ventraalses juttkehas ja dorsaalses tsingulaatkoores. Olulised klastrid ja vastavad MNI-koordinaadid on esitatud Täiendav tabel 1.
Voxelwise ANOVA-d, mis testisid vanusega seotud muutusi XXY–XYZ kontrasti puhul, ei andnud mingeid olulisi klastreid künnisel P < 0.001. Liberaalsemal lävel (P < 0.005), näitas ANOVA-test –1 0 1 kontrasti jaoks lineaarset muutust aktivatsioonis vanuse kasvades paremas eesmises insulas (piik 42, 12, –3, z = 2.95), F1,47 = 11.24, P = 0.002. Lõime 6-mm sfäärilise ROI, mille keskpunkt oli see voksel, ja viisime sellest ROI-st eraldatud andmetele läbi vanuserühma (3) × tingimus (2) ANOVA, et veelgi iseloomustada selle piirkonna aktiveerimismustreid. Selle ROI keskmised aegread on näidatud alumisel paneelil Joonis 2. Selle ROI ANOVA tulemuseks oli vanuserühma × seisundi interaktsioon, F2,47 = 7.00, P = 0.002. Järelkontrollide võrdlused kinnitasid, et see piirkond oli XXY-s aktiivsem võrreldes XYZ-i seisundiga 10–12-aastastel. F1,16 = 11.26, P = 0.004 ja 14–15-aastased, F1,17 = 3.62, P = 0.005. 18–23-aastaste puhul ei olnud tingimuste erinevus oluline (P =
Striatumis XXY-XYZ kontrasti vanusega seotud muutusi ei leitud. ANOVA näitas, et see piirkond oli aktiivne kõigis vanuserühmades (piik -9, 9, 0, z = 4.57) tulemuste ootuses, F3,47 = 13.11, P < 0.001. Ootuspäraselt andsid selle piirkonna 6-mm sfäärilisest ROI-st eraldatud andmete ANOVA-d tulemuseks seisundi peamise mõju, F1,47 = 23.73, P < 0.001 ja olulist koostoimet vanuserühmaga (P = 0.1). Need tulemused näitavad, et striatum oli aktiivsem potentsiaalse tasu ootuses kõigis vanuserühmades samal määral. Sellegipoolest näitavad vanuserühmade võrdlused noorukite rühmades suuremat ventraalset striatumi reaktsiooni. See tähendab, et 10–12- ja 14–15-aastastel põhjustas XXY seisund oluliselt rohkem aktiveerumist kui XYZ (P = 0.001 seisundi peamise mõju jaoks), samas kui täiskasvanutel näitas see erinevus ainult olulisuse suundumust (P =
Tulemuste töötlemine
Tulemuste töötlemisega seotud aju aktiveerimismustrite uurimiseks viidi läbi sarnane GLM-analüüs funktsionaalsete andmetega, mis olid modelleeritud kolmanda stiimuli alguses. Jällegi arvutasime eraldi 10-12-aastaste, 14-15-aastaste ja 18-23-aastaste huvipakkuvad kontrastid. Kontrasti XXX > XXY (tasu töötlemine) puhul leidsime, et 10–12-aastastel ja 14–15-aastastel on aktiveerumine striatumis ja dorsaalses tsingulaarses ajukoores (vt. Joon. 3, ülemine paneel). 18–23-aastaste hulgas ei leitud olulisi klastreid, isegi mitte liberaalsema korrigeerimata läve juures. P < 0.005. 14–15-aastastel lastel ilmnes ka vasakpoolse külgmise PFC aktivatsioon.
GLM vastupidise kontrasti jaoks XXY > XXX (väljajäetud tasu töötlemine) ei näidanud olulisi klastreid nii 10–12-aastaste kui ka 14–15-aastaste puhul. Seevastu leiti, et vasakpoolse OFC piirkond reageeris 18–23-aastastel noortel paremini välja jäetud preemiatele korrigeerimata läve juures P < 0.001. Ülevaade olulistest klastritest ja vastavatest MNI-koordinaatidest on esitatud Täiendav tabel 2.
Voxelwise ANOVA-d, mis testisid vanusega seotud muutusi XXX−XXY kontrasti puhul, kinnitasid kogu aju leide XXX > XXY kontrasti puhul, näidates, et aktivatsioon juttkehas erines noorukitel ja noortel täiskasvanutel. Korrigeerimata lävel P < 0.001, näitas ANOVA-test -0.5 1 -0.5 kontrasti jaoks klastri ventraalses juttkehas (piik 12, 9, -15, z = 3.68), mis näitas ruutkeskset arengumustrit, F1,47 = 17.64, P < 0.001. Selle voksli keskpunktiga 3-mm sfäärilisest ROI-st eraldatud andmete vanuserühma (2) × tingimus (6) ANOVA näitas, et see piirkond oli aktiivsem XXX võrreldes XXY seisundiga 14–15-aastastel. F1,17 = 22.84, P < 0.001, kuid ei erinenud 10–12-aastaste laste seisundite vahel (P = 0.41) ja 18–23-aastased (P = 0.12) (vt Joon. 3, alumine paneel).
Erinevate vanuserühmade kogu aju kontrastid näitasid külgmise OFC piirkonna, mis reageeris täiskasvanute rühmas välja jäetud hüvedele. Seda leidu kinnitati ANOVA testiga kõverjoonelise arengutrendi kohta –0.5 –0.5 1 kontrastiga, mille tulemuseks oli külgmine OFC piirkond (piik -27, 48, -3, z = 3.05), F1,47 = 11.99, P = 0.001 (vt Joon. 3, alumine paneel). ANOVA-d selle piirkonna 6 mm sfäärilise ROI kohta andsid tulemuseks seisundi × vanuserühma interaktsiooni F2,47 = 8.67, P = 0.001. Järelkontrollide võrdlused kinnitasid, et see piirkond näitas ainult suuremat vastust preemiate väljajätmisele võrreldes 18–23-aastaste preemiatega. F1,14 = 7.38, P = 0.02.
Arutelu
Selle uuringu ajendiks oli küsimus, mille poolest erinevad noorukid täiskasvanutest oma tundlikkuse poolest ebakindla tasu suhtes. Uurisime aju aktiveerimise arengutrajektoori, mis oli seotud ebakindla tasu töötlemisega ootus- ja tulemusefaasis. Varasemad uuringud on teatanud ebajärjekindlatest leidudest noorukite tasustamise kohta, mis näitavad nii "üliaktiivsust" (Galvan et al. 2006) ja "alaaktiivne" (Bjork et al. 2004) stiimulitega seotud neuroskeem noorukieas. Käesolev uuring erines eelmistest uuringutest selle poolest, et kasutasime paradigmat, mille tulemuseks oli tõenäosuslik tasu, mis ei sõltunud käitumisest. See lähenemine võimaldas meil uurida põhilisi erinevusi tasu tundlikkuses ebakindluse korral. Lisaks uurisime närvilisi erinevusi kolmes erinevas vanuserühmas: 3–10-aastased, 12–14-aastased ja 15–18-aastased, mis võimaldas meil testida vanusega seotud muutuste erinevaid mustreid.
Uuring andis 2 peamist tulemust: 1) ebakindlate hüvede prognoosimisel ilmnes kõigis vanuserühmades suurenenud aktivatsioon juttkehas, kuid eesmise isolatsiooni klaster näitas lineaarset aktivatsiooni langust varasest noorukieast täiskasvanueani ja 2) uuringu tulemuste töötlemisel. uuringutes reageerisid keskmised noorukid saadud tasudele paremini, nagu näitas suurenenud aktivatsioon ventraalses juttkehas, samas kui noored täiskasvanud reageerisid kõige enam preemiate väljajätmisele, mida näitas suurenenud aktivatsioon OFC-s. Üldiselt toetavad meie leiud hüpoteesi, et keskmist noorukiea iseloomustab üliaktiivne stiimuliga seotud neuroskeem, kuid näitame, et see mõju on kõige tugevam tasu kättesaamise faasis. Varasemate uuringute tulemuste valguses toetavad need tulemused hüpoteesi, et üliaktiivne tasuga seotud skeem ja ebaküpsed PFC-skeemid võivad noorukeid riskida (vt ka Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006; Casey, Getz jt. 2008).
Arengumuutused tulemuste prognoosimisel
Tulemuste ootust seostati aktiveerumisega juttkehas ja eesmises isolatsioonis, kui esimesed 2 stiimulit olid identsed ja näitasid võiduvõimalust. Aktiveerimine insulas näitas lineaarset vähenemist vanusega; See piirkond oli tasu ootuses kõige aktiivsem 10–12-aastastel, vähem aktiivne 14–15-aastastel ja kõige vähem aktiivne 18–23-aastastel. Meie kasutatud paradigmas seostati potentsiaalse tasu ootust maksimaalse ebakindlusega. Pärast kahe sama pildi esitamist oli tõenäosus, et kolmas pilt on sama või erinev, võrdne. Seevastu kui teine pilt erines esimesest, ei olnud tasu enam võimalik saada ja sellest tulenevalt ei olnud tulemuse ootusega seotud ebakindlust. Vanusega seotud muutus eesmise isolatsiooni aktiveerimises võib seega kajastada erinevusi vähemalt kahes protsessis: 2) positiivne erutus, mis on seotud tasu saamise ootusega, või 2) ebakindlus teadmata tulemuse ennetamisel.
Meie tulemused on kooskõlas hiljutiste uuringute tulemustega, mis on kaasanud eesmise isolatsiooni olukordades, kus otsused on seotud ebakindlusega (Paulus et al. 2003. aasta; Volz et al. 2003. aasta; Huettel jt. 2005; Huettel 2006; Volz ja von Cramon 2006). Anterior insula on sageli seotud psühhofüsioloogilise erutuse kogemusega. On oletatud, et insula aitab otsuste tegemist, peegeldades autonoomse närvisüsteemi reaktsioone otsusega seotud riskidele (Bechara 2001; Critchley et al. 2001; Paulus et al. 2003. aasta). Ebasoodsatele otsustele eelnevad suured autonoomsed signaalid on hoiatussignaalina, mis kaitsevad riski võtmise eest (Bechara et al. 1997). Selle hüpoteesi valguses näib nooremate noorukite suurenenud insulavastus vastuoluline. Teised uuringud on aga näidanud, et see autonoomne signaal peegeldab tehtava otsuse olulisust (Tomb jt. 2002. aasta) ja varasemad arenguuuringud näitasid, et lapsed kogevad riskantsete otsuste ennetamisel autonoomseid signaale, kuid ei kasuta neid signaale oma otsuste optimeerimiseks (Crone ja van der Molen 2004, 2007; Crone et al. 2005). Käesolevas uuringus võib isolatsiooni suurenenud aktivatsioon noortel noorukitel kajastada selle piirkonna ebaküpsust. Noorimad osalejad võisid kogeda suurenenud psühhofüsioloogilist erutust, mis on seotud võimaliku tasu ootusega seotud ebakindlusega. Kuigi me ei kogunud subjektiivseid mõjuhinnanguid, on varasemad uuringud püüdnud seostada kogenud mõju ja aju aktiveerimise mustreid. Hiljutises uuringus leiti, et kuigi aktivatsioon ventraalses juttkehas korreleerus teatatud positiivse mõjuga, korreleerus aktivatsioon eesmises isolatsioonis nii positiivse kui ka negatiivse teatatud mõjuga.Samanez-Larkin et al. 2007). Selle uuringu tulemused näitavad, et eesmine isol võib aidata kaasa otsuste tegemisele, peegeldades üldist erutust ebakindlates olukordades.
Huettel (2006) dissotsieerunud ebakindlus, mis on seotud saadava võimaliku tasu suuruse (tasu risk) ja ebakindlus optimaalse vastusega (käitumisrisk). Ta näitas, et aktiveerimist eesmises isolatsioonis mõjutas valikuliselt vastuse valikuga seotud ebakindlus. Meie tulemused lisavad sellele järeldusele, näidates, et vastuse valiku puudumisel on eesmine isol ebakindlates olukordades, mis viitab sellele, et sellel piirkonnal võib olla üldisem roll tulemuste ebakindluse esindamisel. Hiljutine uuring (Preuschoff et al. 2008) näitas, et eesmine isolatsioon peegeldab ebakindluse astet sarnaselt sellega, kus juttkeha on tasu suuruse suhtes tundlik. Autorid väidavad, et eesmine isol võib toetada protsesse, mis on sarnased striatumis esinevate tasu ennustamise vigadega. Aktivatsiooni lineaarne vähenemine selles piirkonnas näitab, et eesmise isolatsiooni funktsioon on noorukieas ebaküps ja seda võib pidada noorukitel raskemaks hinnata ebakindlas olukorras kaasnevat riski. Võimalik, et noorukid ootasid käesolevas uuringus täiskasvanutega võrreldes tasu sagedamini, kuna nad ei saanud teada, et preemiate saamine oli ettearvamatu. Kokkuvõttes võib eesmise isolatsiooni suurenenud reaktsioon ebakindla tasu ennetamisel kallutada noorukeid suurenenud riskikäitumise suunas.
Üks seletus, mida tuleb arvestada, on see, et suurenenud aktivatsioon eesmises isolatsioonis peegeldab negatiivset mõju. Võitmata jätmist võib seostada kogenud negatiivse erutusega, kui see toimub katse lõpus (XXY) võrreldes teise pildi esitamisega (XYZ). Kuigi me hindasime HRF-i teise stiimuli alguses, järgnes kolmas stiimul 1.5, XNUMX sekundit hiljem. Seetõttu on võimalik, et täheldatud närvivastust mõjutab kolmas stiimul. Edaspidistes uuringutes on oluline täiendavalt uurida nii riski/ebakindluse astme kui ka tasu suuruse mõju noorukite otsuste tegemisele. Arvestades noorukite rühma võimalikku keskendumist tasule, oleks huvitav testida, kas ebakindlusele reageerivad närvisüsteemid reageerivad sarnaselt, kui tulemuse valents on negatiivne, st kui tingimus XXX peegeldaks pigem kaotust kui kaotust. kasu.
Arengumuutused tulemuste töötlemisel
Ootuspäraselt põhjustas raha võitmine ventraalse juttkeha aktivatsiooni. See leid kordab varasemaid uuringuid, mis on näidanud, et see piirkond reageerib hüvedele (Knutson et al. 2001; McClure et al. 2003; Huettel 2006). Huvitav on see, et võidule järgnenud striataalne aktivatsioon saavutas haripunkti 14–15-aastastel ja oli vähem väljendunud 10–12-aastastel ja 18–23-aastastel, mis on kooskõlas hüpoteesiga, et see piirkond on noorukitel paremini reageeriv (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Getz jt. 2008).
Käesolevas uuringus leidsime keskmises noorukieas ventraalse juttkeha reageerimisvõime haripunkti ainult tasu töötlemisel, mitte tasu ennetamisel. See leid on vastuolus varasemate uuringutega, mis teatasid aktiveerimise suurenemisest selles piirkonnas enne preemiate tegelikku kättesaamist. Need eelnevad tulemused viitavad ventraalse juttkeha rollile tulemuste ennustamisel ja ennetamisel (Knutson et al. 2001; Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006; Huettel 2006). Meie leiud viitavad aga sellele, et ventraalse juttkeha vastuse tipp noorukitel leitakse ainult preemiate saamisel. Varasemates katsetes andsid näpunäited märku potentsiaalsetest hüvedest ja võimaldasid tasu ennustada, seetõttu võib ventraalses juttkehas aktiveerumine nendes uuringutes kajastada varajast vastust teadmisele, et tasu järgneb, selle asemel, et oodata tasu saamise võimalust. Neid andmeid võib ka arvata, et noorukid ülehindavad oma võimalusi saada tasu või võimet saada tasu. Soovitame, et käesolevas uuringus ei täheldatud ventraalses juttkehas aktivatsiooni tippu enne tasu tegelikku kättesaamist, kuna ülesande ülesehitus maksimeeris ebakindlust ega võimaldanud tasu ennustada. Kuigi ootuste tulemused ei näidanud ventraalses juttkehas statistiliselt olulist aktivatsiooni tippu ja vanuse × seisundi interaktsiooni puudumist, viitasid järelkontrolli analüüsid sellele, et striatumi ootusvastus oli noorte ja keskmiste noorukite puhul suurem kui täiskasvanutel. Tulevased uuringud peaksid üksikasjalikumalt uurima ootusi ja tulemusi.
Lõpuks näitasid noored täiskasvanud, kuid mitte varased ja keskmised noorukid, pärast preemiate väljajätmist vasakpoolses külgmises OFC-s suurenenud aktivatsiooni. Lateral OFC on varem olnud seotud karistuse menetlemisega (O'Doherty jt. 2001). OFC on tihedalt seotud nii isuäratava vooluringi kui ka teiste PFC piirkondadega ning hiljuti on välja pakutud, et OFC-l on integreeriv funktsioon, mis juhib aju reageerimist afektiivsele teabele ja suunab afektiivsete otsuste tegemist, säilitades ja värskendades stiimulitega seotud ootused veebis (ülevaateid vt O'Doherty 2007 ja Wallis 2007). Seetõttu võib külgmise OFC reaktsioon noortel täiskasvanutel näidata vajadust suurema tähelepanu ja käitumise kohandamise järele pärast negatiivseid tulemusi. Tuleb märkida, et OFC on heterogeenne piirkond ning tulevastes uuringutes tuleb testida paljusid küsimusi, mis puudutavad selle rolli eesmärgipärases käitumises ja otsuste tegemises ning sellega seotud muutusi arenguga. Avastus, et see piirkond on seotud ebasoodsate tulemuste töötlemisega täiskasvanutel, kuid mitte varajases ja keskmises noorukites, on kooskõlas hüpoteesiga, et aju kõrgema astme töötlemise ja kognitiivse kontrolli funktsioonidega seotud võrgustikud küpsevad alles hilises noorukieas.Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006).
Järeldused
Praeguseid leide saab tõlgendada hiljutiste aruannete valguses, mis otsivad noorukite käitumisele neuropsühholoogilist selgitust. Nii sotsiaalse teabe töötlemise võrk (SIPN) (Nelson et al. 2005) ja triaadiline mudel (Ernst et al. 2006) sisaldavad isuäratavat komponenti ja kognitiivset/regulatiivset komponenti. Nendes mudelites iseloomustab noorukite käitumist tugev söögiisu süsteem ja suhteliselt nõrk kontrollisüsteem. SIPN-i mudel (Nelson et al. 2005) viitab sellele, et isuäratava komponendi aluseks olevad ajustruktuurid reageerivad sugunäärmete hormoonidele ja vallanduvad puberteediea alguses, erinevalt kognitiivsetest struktuuridest, mis järgivad aeglasemat arengut.
Käesolevas uuringus kasutatud passiivne paradigma ei võimaldanud meil lahendada küsimusi selle kohta, kuidas erinevused tasu töötlemise ja riskitaju närvisubstraadis noorukite ja täiskasvanute vahel aitavad kaasa noorukite ja täiskasvanute motiveeritud käitumisele. Seda seost ja selle arengutrajektoori on oluline selgitada, sest noorukite riskantsel käitumisel võivad olla tõsised tagajärjed (Steinberg 2004; Fareri et al. 2008). Avastus, et tasuga seotud ajupiirkonnad reageerivad noorukieas paremini, isegi kui hüved ei ole käitumisega seotud ja väikesed, viitab põhimõttelistele erinevustele selles, kuidas ebakindlaid tasusid erinevas vanuses töödeldakse. Nende leidude ökoloogilise paikapidavuse hindamiseks peaksid tulevased uuringud võtma arvesse individuaalseid erinevusi, näiteks sensatsiooniotsingutes, temperamendis ja soos, ning uurima neid piirkondi keerukamate ülesannete abil. Selle uuringu teine piirang on see, et me ei saanud puberteedi staatuse otseseid mõõtmisi, mis piirab meie võimet tõlgendada puberteediealiste muutuste panust 10–12- ja 14–15-aastaste erinevustesse. Tulevased uuringud peaksid püüdma paremini seostada vanusega seotud muutusi puberteedi arenguga seotud muutustega.
Kokkuvõttes näitavad meie leiud, et tulemuste prognoosimisega seotud aju aktiveerimise mustrid käitumise puudumisel on eristatavad tulemuste töötlemisega seotud mustritest. Ebakindla tasu ootus on seotud aktiveerumisega eesmises insulas ja juttkehas. Eelkõige näitab aktivatsioon eesmises insulas lineaarset arengutendentsi ja väheneb varasest noorukieast noore täiskasvanueani. Seevastu tasu töötlemine on seotud 14–15-aastastel ja 10–12-aastastel vähemal määral aktivatsiooni tipuga ventraalses juttkehas. Huvitav on see, et 18–23-aastased noored reageerivad kõige paremini välja jäetud tasudele, näidates aktiveerumist külgmistes OFC piirkondades. Need leiud toetavad hüpoteesi, et noorukieale on iseloomulik tasakaalustamatus afektiivsete ja regulatiivsete ajuahelate küpsemises.May et al. 2004; Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006). Praegused andmed näitavad, et töötlemise algtasemel reageerivad noorukid täiskasvanutega võrreldes paremini oodatud ja saadud tasudele ja riskidele, mis on seotud ebakindlusega.
Lisamaterjal
Täiendav materjal võib leida aadressilt: http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
Rahastamine
Autorite (EAC ja SARBR) uurimustöö on võimalik tänu NWO VENI/VIDI grantidele.
viited
;