Cereb. Cortex (2010) 20 (1): 61-69. doi: 10.1093 / cercor / bhp078
+ Affiliations d'auteurs
Adressez votre correspondance à Linda Van Leijenhorst. Département de psychologie, Université de Leiden, Institut de recherche psychologique, Wassenaarseweg 52, 2300 RB Leiden, Pays-Bas. Email: [email protected].
Abstract
La relation entre le développement du cerveau à l'adolescence et les comportements à risque chez les adolescents a suscité un intérêt croissant ces dernières années. Il a été proposé que les adolescents hypersensibles à récompenser en raison d'un déséquilibre dans le schéma de développement suivi par le striatum et le cortex préfrontal. À ce jour, il est difficile de savoir si les adolescents adoptent un comportement à risque parce qu'ils surestiment les récompenses potentielles ou réagissent davantage aux récompenses reçues et si ces effets se produisent en l'absence de décision. Dans cette étude, nous avons utilisé un paradigme d’imagerie par résonance magnétique fonctionnel qui nous a permis de dissocier les effets de l’anticipation, de la réception et de l’omission de récompenses chez les utilisateurs âgés de 10 à 12, de 14 à 15 et de 18. aux participants âgés de 23.
Nous montrons qu'en prévision de résultats incertains, l'insula antérieure est plus active chez les adolescents que chez les jeunes adultes et que le striatum ventral montre un pic lié à la récompense au milieu de l'adolescence, alors que les jeunes adultes montrent une activation du cortex orbitofrontal ou une récompense omise. Ces régions présentent des trajectoires de développement distinctes.
Cette étude appuie l'hypothèse selon laquelle les adolescents sont hypersensibles à la récompense et complète la littérature actuelle en démontrant que l'activation neuronale diffère chez les adolescents, même pour de petites récompenses en l'absence de choix. Ces résultats peuvent avoir des implications importantes pour la compréhension du comportement de prise de risque chez les adolescents.
Introduction
Les décisions sont souvent prises dans des situations incertaines, dans lesquelles toutes les informations nécessaires pour prendre une décision rationnelle ne sont pas connues. Lorsque des choix dans des situations incertaines sont associés à des résultats négatifs possibles, ils sont considérés comme risqués. L’augmentation du comportement à risque est l’une des caractéristiques les plus saillantes de l’adolescence (Arnett 1999; Steinberg 2004; Boyer 2006). Ce changement de comportement suggère une différence dans les processus décisionnels des adolescents par rapport à ceux des adultes. En d’autres termes, les adolescents peuvent choisir différemment des plans d’action concurrents dans une situation incertaine, car ils évaluent les résultats possibles et les probabilités selon lesquelles ils se produisent différemment par rapport aux adultes. Des études antérieures ont suggéré que les adolescents ont tendance à prendre des risques en raison des différences dans la manière dont ils perçoivent les récompenses (Bjork et al. 2004; May et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006).
Des études d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont identifié des régions du cerveau liées à l'anticipation et au traitement des résultats. De nombreuses études ont montré que le striatum ventral répond à l’anticipation des avantages potentiels (Breiter et al. 2001; Knutson et al. 2001; Dagher 2007; Tom et al. 2007), confirmée par une récente méta-analyse (Knutson et Greer 2008). jeDe plus, les insula antérieures ont été impliquées dans l’anticipation des résultats et l’activation dans cette région est également souvent associée à l’incertitude associée à l’anticipation.n (Critchley et al. 2001; Volz et al. 2003). Enfin, plusieurs études chez l’adulte ont montré que le cortex préfrontal médian (PFC), le cortex orbitofrontal et le cortex cingulaire antérieur sont impliqués dans le traitement des récompenses (Rolls 2000; Bechara 2001; Knutson et al. 2001; O'Doherty et coll. 2001, 2002).
Le développement fonctionnel de ces régions n'est pas bien compris. Les quelques études sur le développement réalisées à ce jour montrent un schéma de résultats apparemment incohérent. La prise de risque chez les adolescents a, d'une part, été associée à une sensibilité «diminuée» du striatum ventral à récompenser chez les adolescents par rapport aux adultes. Cette réponse neuronale a été suggérée pour amener les adolescents à rechercher des expériences plus stimulantes afin de compenser les faibles niveaux d’activation dans le striatum ventral (Lance 2000; Bjork et al. 2004). LaEn revanche, la prise de risque chez les adolescents a été associée à une réactivité «accrue» du striatum ventral au rewarré (Galvan et al. 2006). Dans ces études, il a été suggéré que cette augmentation de la réponse aux récompenses potentielles associée à des capacités de contrôle cognitif immatures (résultant du développement prolongé du PFC) incite les adolescents à prendre des risques (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Jones et al. 2008).
L'interprétation de ces résultats de développement est compliquée pour des raisons 2. Premièrement, il existe une grande variance dans l'âge des participants inclus dans ces études sur le traitement des récompenses des adolescents. Ceci est problématique car les adolescents forment un groupe très hétérogène, par exemple, au début de l'adolescence, les changements dans le développement pourraient être influencés par les changements dans la puberté. Dans des études antérieures, des adolescents appartenant à une large tranche d’âge ont été inclus. Par exemple, dans l’étude de Bjork et al. (2004), le groupe d’adolescents était composé de participants âgés de 12 – 17, ce qui peut nuire à notre interprétation du schéma de changement du développement. Des études d'imagerie cérébrale structurelle ont démontré que le développement de la structure cérébrale en termes de proportion de matière grise et de substance blanche se poursuit tout au long de l'adolescence (Giedd et al. 1999; Gogtay et al. 2004), et une étude récente a montré que ces changements de développement suivent un schéma non linéaire dans de nombreuses régions du cerveau (Shaw et al. 2008). Une deuxième difficulté tient au fait que différents rapports expérimentaux ont été utilisés dans des rapports antérieurs, ce qui rend difficile la comparaison des résultats. Par exemple, dans les études précédentes, les récompenses dépendaient de l'exécution des tâches des participants et les exigences pour obtenir des récompenses variaient. Les récompenses pourraient dépendre des temps de réaction (par exemple, Bjork et al. 2004) ou sur la corrélation précision / probabilité de réponse (par exemple, Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006; Eshel et al. 2007). En outre, l’ampleur de la récompense (Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006), probabilité de récompense (May et al. 2004; Van Leijenhorst et al. 2006), ou à la fois la magnitude et la probabilité (Ernst et al. 2005; Eshel et al. 2007) ont été manipulés. Il est donc difficile de relier les différences de développement dans l'activation du striatum ventral à la prise de risque ou au traitement de récompense plus généralement. Récemment, des études sur la prise de décision chez l’adulte ont tenté de prédire le comportement sur la base des modifications précédentes de l’activation du striatum ventral (Knutson et Greer 2008). Ces études ont montré qu'une augmentation de l'activation du striatum ventral est associée à une volonté accrue de prendre des risques chez l'adulte. Dans une étude antérieure incluant des adultes, Knutson et al. (2008) a utilisé une tâche de prise de décision et présenté des images gratifiantes sans lien avec la tâche. La présentation de ces images était liée à une activation accrue du striatum ventral et à une volonté accrue de prendre des risques (Knutson et al. 2008). Ainsi, si un pic d'activation du striatum ventral chez les adolescents les incite à prendre des risques, il est important de comprendre dans quelle mesure cette région est indépendante des exigences comportementales. En outre, il est important de comprendre à quelle phase, lors de l’anticipation ou du traitement des récompenses, des différences entre adolescents et adultes sont observées. Une meilleure compréhension des causes du traitement des récompenses des adolescents peut aider à interpréter les comportements à risque potentiellement dommageables auxquels de nombreux adolescents se livrent. Il est important de comprendre si les adolescents sont plus susceptibles d'adopter un comportement à risque que les adultes, car ils surestiment les récompenses potentielles phase initiale du processus décisionnel) ou parce que leur réponse aux récompenses reçues diffère de celle des adultes (dans une phase ultérieure). Un aperçu de ces différences possibles dans la sensibilité aux récompenses à l’adolescence nous renseigne sur les processus qui sous-tendent les comportements à risque dans le monde réel des adolescents. En outre, ces connaissances pourraient faciliter les tentatives d’intervention et protéger les adolescents des problèmes qu’ils rencontrent. Des différences fondamentales dans les régions cérébrales liées aux récompenses entre participants de différents âges peuvent compliquer l'interprétation des changements de comportement dans le développement. Une façon de contourner cette difficulté consiste à étudier le traitement des récompenses à l'aide d'une tâche expérimentale, dans laquelle récompense et risque ne sont pas liés au comportement des participants (pour une approche similaire, voir Tobler et al. 2008). Par conséquent, l'objectif de cette étude était d'examiner les différences de développement dans l'activation neuronale liées aux différentes phases du traitement de la récompense en l'absence de comportement.
Nous avons comparé les substrats neuronaux d'anticipation et de traitement des résultats au début et au milieu de l'adolescence et au début de l'âge adulte en utilisant l'IRMf. Afin d'identifier le schéma de développement des régions cérébrales impliquées dans le traitement de la récompense, nous avons inclus les groupes d'âge homogènes 3 (années 10 – 12, années 14 – 15 et 18 – 23). Ces participants ont exécuté une tâche de machine à sous (Donkers et al. 2005), un paradigme simple dans lequel les petites récompenses monétaires sont imprévisibles et indépendantes du comportement. Dans cette tâche, les participants visualisent les machines à sous 3 dans lesquelles des images de fruits sont présentées consécutivement. Ce n'est que lorsque ces images 3 sont identiques que les participants gagnent de l'argent. La tâche implique la présentation de différentes conditions 3: 1) toutes les images 3 sont différentes (appelée condition XYZ), 2) les premières images 2 sont identiques, mais la troisième est différente (appelée condition XXY), et 3) toutes les images 3 sont identiques (appelées conditions XXX). De cette manière, le paradigme nous a permis de dissocier l'activation cérébrale associée à l'anticipation des résultats (lorsque les premières images 2 de 3 sont identiques par rapport à toutes les images 3 sont différentes; XXY par rapport à XYZ), le traitement de la récompense (lorsque toutes les images 3 sont identiques). le même vs le premier 2 sur trois images sont les mêmes, XXX vs. XXY) et omission de récompense (XXY vs. XXX).
Nos analyses se sont concentrées sur l'identification des régions du cerveau impliquées dans le traitement des récompenses et l'incertitude, y compris le striatum, l'insula et le cortex orbitofrontal (OFC). Notre première hypothèse était que ces régions présentent un développement fonctionnel, ce qui se traduit par un modèle d'activation différent selon les groupes d'âge. Nous avons testé des modèles de développement linéaires et non linéaires. Notre deuxième hypothèse était que si la prise de risque chez les adolescents était associée à une sensibilité accrue à la récompense, cela devrait se traduire par un pic d'activation dans le striatum ventral dans ce groupe d'âge. Nous avons examiné à quel stade, pendant l’anticipation ou le traitement des résultats, le striatum ventral présenterait des réponses différentes en l’absence d’exigences comportementales et si la réponse aux récompenses dans cette région serait augmentée ou diminuée chez les adolescents par rapport aux adultes. Les résultats devraient permettre de mieux comprendre le développement des régions cérébrales liées aux récompenses pendant l'adolescence et de contribuer à l'interprétation des différences de réponses neurales entre adolescents et adultes dans des tâches plus complexes de prise de risque et de récompense.
Matériels et méthodes
Participants
Un nombre total de volontaires sains et droitiers 53 ont participé à l’étude: quinze ans 18 – 23 (femmes 7; âge moyen = 20.2, écart-type [SD] = 1.6), dix-huit ans 14 – 15 (moyennes 10); âge = 15.0, SD = 0.7) et dix-sept ans 10 – 12 (femelles 8; âge moyen 11.6, SD = 0.8). Un consentement éclairé a été obtenu de tous les participants et d'un soignant principal dans le cas où les participants étaient âgés de moins de 18. L'étude a été approuvée par le comité d'éthique médicale du centre médical de l'université de Leiden (LUMC). Les données provenant de participants adultes 3 supplémentaires ont été exclues en raison de difficultés techniques. Les données relatives aux participants ayant déplacé plus de 3 mm dans n'importe quelle direction ont été exclues des analyses. Pour cette raison, les données des participants 3 (14, 15 et 10 ans) ont été exclues. Le mouvement moyen était de 0.52 mm pour les années 18 – 23, 0.68 mm pour les années 14 – 15 et 0.62 mm pour les années 10 – 12. La différence de mouvement moyen entre les groupes d’âge n’était pas significative (P > 0.1).
Évaluation comportementale
Avant la numérisation, tous les participants étaient préparés pour la session de numérisation dans un laboratoire silencieux dans lequel un scanner factice était présent. Ce simulateur, qui simulait l’environnement et les sons d’un scanner à imagerie par résonance magnétique (IRM), permettait aux mineurs de s’habituer à l’environnement du scanner et était utilisé pour expliquer la procédure de numérisation à tous les participants. Afin d’obtenir une estimation du QI, des versions des sous-tests 2 de l’échelle de Wechsler Adult Intelligence adaptées à l’âge (Wechsler 1981) ou les balances de renseignement de Wechsler pour enfants (Wechsler 1991) - Les similitudes et la conception des blocs - ont été administrés à tous les participants. Pour les années 10 – 12, 14 – 15 et 18 – 23, les QI estimés étaient respectivement 119.7 (SD = 9.7), 106.0 (SD = 9.0) et 108.7 (SD = 9.4). Le QI moyen des 10 – 12 ans était significativement plus élevé que celui des autres groupes d’âge 2 (F2,49 = 11.62, P = 0.001), mais le QI global des participants est tombé dans la moyenne. Les analyses présentées ci-dessous ont toutes été corrigées des différences de QI en ajoutant IQ en tant que facteur de covariable aux analyses. Cependant, aucun des effets n'a été influencé par les différences de QI. Par conséquent, les différences de QI ne sont pas décrites plus en détail.
Tous les participants ont été examinés à l'aide d'une liste de contrôle pour les problèmes psychiatriques, la consommation de drogues, les blessures à la tête et les contre-indications à l'IRM. Aucun participant n'a signalé de problème. En outre, les participants du groupe des plus jeunes 2 ont été soumis à un dépistage des problèmes de comportement à l'aide des évaluations des parents de la liste de contrôle du comportement de l'enfant (Achenbach 1991). Les scores de tous les participants se situaient dans la plage non clinique.
Conception expérimentale
Les participants ont exécuté la tâche de la machine à sous, une version adaptée aux enfants d’un paradigme utilisé précédemment par Donkers et al. (2005). Chaque essai commençait par la présentation des machines à sous vides 3. Après 500 ms, une pièce de monnaie représentant 1000 ms était présentée en bas de l'écran. Afin de garder les participants engagés dans la tâche (sinon passive), il leur a été demandé de démarrer les machines en appuyant sur un bouton prédéfini avec l'index droit lors de la présentation du signal. La réponse devait être donnée dans une fenêtre temporelle 1000-ms. Après la fenêtre de réponse 1000-ms, les images 3 présentaient chaque 1 parmi les types de fruits possibles 3 (un kiwi, une poire ou une paire de cerises), de manière consécutive (de gauche à droite dans les machines à sous) (voir Fig. 1).
Exemple de (a) un procès et (b) affiche les résultats possibles pour la tâche de la machine à sous. À la suite d'une fenêtre temporelle 1000-ms dans laquelle les participants pouvaient répondre à la requête, des images 3 apparaissaient consécutivement toutes les 1500 ms, ce qui donnait des types d'essais 3: XXX, XXY ou XYZ. Les participants ont gagné € 0.05 à chaque essai XXX et n'ont pas gagné dans les autres conditions.
Les images étaient présentées en ordre 3: 1) Différentes images 3 (par exemple, kiwi – poire – cerises, appelées essais XYZ), 2) une image 2 identique et 1 (par exemple, kiwi – kiwi – cerises, désignées XXY essais), ou 3) images identiques à 3 (par exemple, kiwi – kiwi – kiwi, appelées essais XXX). Ces types d'essais 3 représentent les conditions expérimentales 3. L'ordre dans lequel les essais ont été présentés a été randomisé et les participants ont reçu une nouvelle combinaison d'images 3 sur chaque essai.
Les participants ont été informés à l'avance qu'ils gagneraient € 0.05 à chaque essai XXX et qu'ils ne gagneraient pas d'argent sur les autres types d'essais. Lorsque les participants ne répondaient pas lors de la présentation de la réplique 1000-ms, l’essai s’est terminé et ils ont reçu une pénalité de € 0.10. Cela s'est produit dans moins de 5% des essais. À la fin de l'expérience, le total des gains (1.50) a été ajouté au montant que les participants ont reçu en remboursement de leur participation à l'étude.
Acquisition de données IRM
Les essais ont été présentés au cours d'analyses relatives aux événements 2 d'une durée approximative minimale de 7. Les stimuli visuels ont été projetés sur un écran que les participants pouvaient voir via un miroir fixé à la bobine de la tête. Au cours de la numérisation, les participants ont été présentés à un total d'essais 120, dans lesquels les essais XXX, XXY et XYZ étaient mélangés, de sorte que les essais 60 XYZ, 30 XXY et 30 XXX étaient présentés au total, avec des essais 60 à chaque essai. Les différences liées à l'âge dans la réponse aux récompenses pourraient être influencées par la lenteur de la capacité à apprendre les probabilités et à prévoir le risque. Nous avons contrôlé cette possibilité en présentant les stimuli consécutifs 3 dans un ordre pseudo-aléatoire afin de maximiser l’incertitude. Dans tous les essais après la présentation de la première image, la probabilité que l’image suivante de la série de 3 soit la même était toujours de 50%. De la même manière, après la présentation d'images identiques à 2, la probabilité que la troisième image soit la même était de 50% (50% XYZ, 25% XXY et 25% XXX, après Donkers et al. 2005). Des périodes de fixation entre les essais 1 et 3, émises par incréments de 500, ont été ajoutées entre les essais expérimentaux.
La numérisation a été réalisée à l’aide d’une bobine standard à tête entière sur un scanner 3-T Philips au LUMC. Les données fonctionnelles ont été acquises à l’aide d’un T2séquence d'impulsions d'écho-planar d'écho de gradient pondérées (38, tranches axiales obliques 2.75-mm contiguës, à l'aide d'une acquisition entrelacée, répétition temporelle = 2.211 s, écho temporel = ms 30 × 2.75, résolution dans le plan, volumes 2.75 en exécution ). Les premiers volumes 230 de chaque analyse ont été ignorés pour permettre T1effets d'équilibration. Haute résolution T2* images pondérées et haute résolution T1-Les images anatomiques ont été recueillies à la fin de la session de numérisation. Les mouvements de la tête ont été restreints à l'aide d'un oreiller et d'inserts en mousse entourant la tête.
Prétraitement IRMf et analyse statistique
Le prétraitement et l'analyse des données ont été réalisés à l'aide de SPM2 (département Wellcome de neurologie cognitive). Les images ont été corrigées pour tenir compte des différences de synchronisation dans l'acquisition des tranches, suivies d'une correction du mouvement du corps rigide. Les volumes structurels et fonctionnels ont été normalisés spatialement à T1 et des modèles d'imagerie écho-planaire, respectivement. L'algorithme de normalisation utilisait une transformation affine de paramètre 12 ainsi qu'une transformation non linéaire impliquant des fonctions de base du cosinus. Au cours de la normalisation, les données ont été rééchantillonnées en voxels cubiques 3-mm. Les modèles étaient basés sur l’espace stéréotaxique MNI305 (Cocosco et al. 1997). Les volumes fonctionnels ont été lissés avec une largeur totale de 8-mm à un noyau gaussien isotrope demi-maximum. Des analyses statistiques ont été effectuées sur les données de sujets individuels en utilisant le modèle linéaire général (GLM) de SPM2.
Les séries temporelles IRMf ont été modélisées comme une série d'événements convolutionnés avec une fonction de réponse hémodynamique canonique (HRF) dans des modèles distincts 2. Nous avons modélisé chaque essai dans les différentes conditions 3 (XXX, XXY et XYZ) comme un événement de durée nulle autour des instants de déclenchement du deuxième stimulus dans un premier modèle et autour des instants de déclenchement du troisième stimulus dans un deuxième modèle. Les essais d'erreur, définis comme étant ceux dans lesquels le participant n'a pas répondu dans la fenêtre de repère 1000-ms, ont été modélisés séparément et exclus des analyses par IRMf.
Pour chaque participant, les estimations de paramètres de hauteur du FHR canonique le mieux ajusté pour chaque condition ont été utilisées dans les contrastes par paires. Pour le premier modèle, nous avons calculé des images de contraste pour comparer XXY et XYZ (c’est-à-dire en comparant la situation dans laquelle les participants avaient vu pour la première fois des images 2 identiques [XX] et des images 2 différentes [XY]), ce qui a révélé: les schémas d’activation cérébrale liés à «l’anticipation» des résultats des essais, en partant de l’hypothèse selon laquelle les adolescents sont plus sensibles aux avantages potentiels que les adultes. Pour le deuxième modèle, nous avons calculé des images de contraste pour la comparaison des conditions XXX et XXY, en comparant les modèles d'activation cérébrale liés au traitement du résultat des essais. Les images de contraste résultantes calculées pour chaque participant ont été soumises à des analyses de groupe de second niveau. Au niveau du groupe, les contrastes cérébraux entiers entre les conditions ont été calculés en effectuant des tests unilatéraux. t- teste ces images en traitant les participants comme un effet aléatoire. Les cartes statistiques du cerveau entier ont été seuillées à P <0.001, avec un seuil d'étendue de 5 voxels contigus.
Analyses statistiques: différences liées à l'âge
Parce que nous étions particulièrement intéressés par le modèle d'activation lié à l'anticipation des résultats et au traitement des résultats dans les différents groupes d'âge 3, nous avons effectué des analyses de variance voxelwise (ANOVA) afin d'identifier les régions présentant des différences d'activation liées à l'âge. Nous avons testé des effets linéaires (−1 0 1), quadratiques (−0.5 1 −0.5) et curvilinéaires (1 −0.5 −0.5) dans le cadre de la structure XXY. anticipation des résultats) et XXX-XXY pour le deuxième modèle (traitement des résultats). Les ANOVA ont été considérées comme significatives à un seuil statistique de 0.5 non corrigé pour les comparaisons multiples, avec un seuil d’étendue de voxels 0.5 contigus.
Résultats d'imagerie: analyse de la région d'intérêt
Nous avons utilisé la boîte à outils MARSBAR pour SPM2 (Brett et al. 2002) effectuer des analyses de région d’intérêt (ROI) afin de mieux caractériser les schémas d’activation. Nous avons créé des ROI sphériques en 6-mm centrés sur le voxel d'activité maximale dans les régions identifiées lors de l'analyse en ANOVA des différences liées à l'âge. En outre, nous avons utilisé MARSBAR pour extraire des séries chronologiques d’activités dépendantes du taux d’oxygène dans le sang dans ces ROI en faisant la moyenne des évolutions dans le temps pour les différentes conditions expérimentales à partir du début de chaque essai. Ces cours dans le temps sont affichés à des fins illustratives dans Chiffres 2 et 3.
Résultats du cerveau entier pour les participants de 0 à 12 ans, de 14 à 15 ans et de 18 à 23 ans liés à l'anticipation d'une récompense possible pour le contraste XXY> XYZ à un P <0.001 seuil non corrigé (panneau supérieur); ROIs sphériques de 6 mm et parcours en temps moyen pour les 3 tranches d'âge pour l'insula antérieure et le striatum (panneau inférieur).
Résultats du cerveau entier pour les participants de 10 à 12 ans, de 14 à 15 ans et de 18 à 23 ans liés à l'anticipation d'une récompense possible pour le contraste de XXX> XXY à un P <0.001 seuil non corrigé (panneau supérieur) et XXY> XXX (en bleu); ROIs sphériques de 6 mm et parcours en temps moyen pour les 3 tranches d'âge pour le striatum et l'OFC (panneau inférieur).
Résultats
Anticipation des résultats
Nous avons effectué une analyse GLM sur les données fonctionnelles modélisées au début du deuxième stimulus et calculé le contraste voxelwise de XXY> XYZ pour les 10-12 ans, les 14-15 ans et les 18-23 ans séparément. Ces analyses ont abouti à des domaines d'activation qui se chevauchent largement pour les 3 groupes d'âge. Dans tous les groupes d'âge, l'anticipation des résultats était systématiquement associée à l'activation de l'insula antérieure droite (voir Fig. 2, panneau du haut). Pour les années 10 – 12 et 14 – 15, l'activation de l'insula antérieure a été constatée dans les deux hémisphères. En outre, les groupes d'âge des adolescents ont montré des groupes d'activation dans le striatum ventral et le cortex cingulaire dorsal. Les groupes importants et les coordonnées correspondantes de l’INM sont rapportés dans Tableau supplémentaire 1.
Les analyses ANOVA voxelwise permettant de détecter des modifications liées à l'âge pour le contraste XXY – XYZ n'ont pas abouti à la formation de groupes significatifs à un seuil de P <0.001. À un seuil plus libéral (P <0.005), le test ANOVA du contraste −1 0 1 a révélé un changement linéaire d'activation avec l'âge dans l'insula antérieure droite (pic à 42, 12, −3, z = 2.95), F1,47 = 11.24, P = 0.002. Nous avons créé une ROI sphérique 6-mm centrée sur ce voxel et effectué une ANOVA par condition d'âge (3) × (2) sur les données extraites de cette ROI afin de mieux caractériser les modèles d'activation de cette région. Les séries temporelles moyennes pour ce ROI sont tracées dans le panneau inférieur de Figure 2. L’ANOVA pour ce ROI a entraîné une interaction groupe d’âge × condition, F2,47 = 7.00, P = 0.002. Les comparaisons de suivi ont confirmé que cette région était plus active dans XXY par rapport à la condition XYZ dans les années 10 – 12. F1,16 = 11.26, P = Les années 0.004 et 14 – 15, F1,17 = 3.62, P = 0.005. Pour les années 18 – 23, la différence entre les conditions n'était pas significative (P = 0.19).
Aucun changement lié au vieillissement pour le contraste XXY – XYZ n'a été trouvé dans le striatum. Une ANOVA a révélé que cette région était active dans tous les groupes d’âge (pic à -9, 9, 0, z = 4.57) en prévision des résultats, F3,47 = 13.11, P <0.001. Comme prévu, les ANOVA sur les données extraites du ROI sphérique de 6 mm pour cette région ont entraîné un effet principal de la condition, F1,47 = 23.73, P <0.001 et aucune interaction significative avec le groupe d'âge (P = 0.1). Ces résultats démontrent que le striatum était plus actif dans l'anticipation de la récompense potentielle dans la même mesure dans tous les groupes d'âge. Néanmoins, les comparaisons entre les groupes d’âge suggèrent séparément une plus grande réponse au striatum ventral chez les groupes d’adolescents. C'est-à-dire que, dans les années 10 − 12 et 14 − 15, la condition XXY a entraîné une activation nettement supérieure par rapport à la condition XYZ (P = 0.001 pour l'effet principal de la condition), alors que chez les adultes, cette différence ne faisait que montrer une tendance à la signification (P = 0.09).
Traitement des résultats
Pour examiner les schémas d'activation cérébrale liés au traitement des résultats, une analyse GLM similaire a été réalisée sur les données fonctionnelles modélisées au début du troisième stimulus. Encore une fois, nous avons calculé séparément les contrastes d'intérêt pour les 10-12 ans, les 14-15 ans et les 18-23 ans. Pour le contraste XXX> XXY (traitement des récompenses), nous avons trouvé une activation dans le striatum et le cortex cingulaire dorsal pour les 10-12 ans et les 14-15 ans (voir Fig. 3, panneau du haut). Aucune grappe significative n’a été trouvée pour les années de 18 − 23, pas même à un seuil plus libéral de P <0.005. Les 14-15 ans ont également montré une activation dans le PFC latéral gauche.
Un GLM pour le contraste inversé de XXY> XXX (traitement de la récompense omise) n'a pas révélé de grappes significatives pour les 10-12 ans et les 14-15 ans. En revanche, une région de l'OFC gauche s'est avérée plus sensible aux récompenses omises chez les 18-23 ans à un seuil non corrigé de P <0.001. Un aperçu des grappes importantes et des coordonnées MNI correspondantes sont présentés dans Tableau supplémentaire 2.
Les tests ANOVA voxelwise pour les changements liés à l'âge pour le contraste XXX-XXY ont confirmé les résultats du cerveau entier pour le contraste XXX> XXY en montrant que l'activation dans le striatum différait entre les adolescents et les jeunes adultes. À un seuil non corrigé de P <0.001, le test ANOVA pour le contraste −0.5 1 −0.5 a révélé un cluster dans le striatum ventral (pic à 12, 9, −15, z = 3.68) qui présentait un schéma de développement quadratique, F1,47 = 17.64, P <0.001. L'ANOVA par tranche d'âge (3) × condition (2) sur les données extraites du ROI sphérique de 6 mm centré sur ce voxel a révélé que cette région était plus active dans le XXX par rapport à la condition XXY chez les 14-15 ans F1,17 = 22.84, P <0.001 mais ne différait pas entre les conditions chez les 10-12 ans (P = 0.41) et les années 18 − 23 (P = 0.12) (voir Fig. 3, panneau du bas).
Les contrastes du cerveau entier pour les groupes d’âge distincts ont révélé une région dans l’OFC latéral, sensible aux récompenses omises du groupe des adultes. Cette découverte a été confirmée par un test ANOVA pour une tendance curviligne du développement avec le contraste −0.5 −0.5 1 qui a entraîné une région dans l’OFC latéral (pic à −27, 48, −3, z = 3.05), F1,47 = 11.99, P = 0.001 (voir Fig. 3, panneau du bas). Les ANOVA sur le retour sur investissement sphérique 6-mm de cette région ont entraîné une interaction condition × groupe d'âge F2,47 = 8.67, P = 0.001. Les comparaisons de suivi ont confirmé que cette région ne présentait qu'une réponse accrue à l'omission de récompenses par rapport aux récompenses reçues dans les années 18 – 23. F1,14 = 7.38, P = 0.02.
a lieu
Cette étude était motivée par la question de savoir en quoi les adolescents diffèrent des adultes par leur sensibilité à une récompense incertaine. Nous avons examiné la trajectoire développementale de l'activation cérébrale liée au traitement de récompenses incertaines au cours des phases d'anticipation et de résultats. Des études antérieures ont rapporté des résultats incohérents sur le traitement des récompenses chez les adolescents, montrant à la fois une «hyperactivité» (Galvan et al. 2006) et «sous-actif» (Bjork et al. 2004) les neurocircuits associés aux incitations à l’adolescence. La présente étude diffère de ces études précédentes en ce que nous avons utilisé un paradigme, qui a abouti à une récompense probabiliste qui ne dépend pas du comportement. Cette approche nous a permis d’examiner les différences fondamentales de sensibilité aux récompenses dans des conditions d’incertitude. En outre, nous avons examiné les différences neuronales dans les groupes d’âge distincts de 3: les années 10 – 12, 14 – 15 et 18 – 23, ce qui nous a permis de tester différents modèles de changement lié à l’âge.
L'étude a donné les résultats principaux de 2: 1) pour anticiper des récompenses incertaines; tous les groupes d'âge ont présenté une activation accrue dans le striatum, mais une grappe de l'insula antérieure a présenté une diminution linéaire de l'activation du début de l'adolescence à l'âge adulte et 2) Dans les essais cliniques, les adolescents du milieu étaient plus sensibles aux récompenses reçues, comme l'indiquait l'augmentation de l'activation dans le striatum ventral, alors que les jeunes adultes réagissaient davantage à l'omission des récompenses, comme l'indiquait l'augmentation de l'activation dans l'OFC. En général, nos résultats appuient l'hypothèse selon laquelle le milieu de l'adolescence est caractérisé par une hyperactivité des neurocircuits associés aux incitations, mais nous montrons que cet effet est plus prononcé pendant la phase de réception de la récompense. À la lumière des résultats d’études antérieures, ces résultats plaident en faveur de l’hypothèse selon laquelle un circuit hyperactif lié à la récompense et un circuit PFC immature biaiseraient potentiellement les adolescents vers la prise de risques (voir aussi Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006; Casey, Getz et al. 2008).
Changements développementaux dans l'anticipation des résultats
L'anticipation des résultats était associée à l'activation du striatum et de l'insula antérieure lorsque les premiers stimuli de 2 étaient identiques et indiquaient la possibilité de gagner. L'activation dans l'insula a montré une diminution linéaire avec l'âge; cette région était la plus active chez les années 10 – 12, moins active chez les années 14 – 15 et moins active chez les années 18 – 23 pour ce qui est de l'attente des résultats. Dans le paradigme que nous avons utilisé, l’anticipation d’une récompense potentielle était associée à une incertitude maximale. Après la présentation de 2 des mêmes images, la probabilité que la troisième image soit identique ou différente était égale. En revanche, lorsque la deuxième image était différente de la première, une récompense n’était plus possible et, par conséquent, il n’y avait aucune incertitude associée à l’anticipation du résultat. Le changement d’activation de l’insula antérieure lié à l’âge pourrait donc refléter des différences au moins dans les processus 2: 1 (réveil positif associé à l’anticipation de recevoir une récompense ou 2) l’incertitude lorsqu’on anticipe un résultat inconnu.
Nos résultats sont cohérents avec les résultats d'études récentes, qui ont impliqué l'insula antérieure dans des situations où les décisions sont associées à une incertitude (Paulus et al. 2003; Volz et al. 2003; Huettel et al. 2005; Huettel 2006; Volz et von Cramon 2006) Les insula antérieures ont souvent été impliquées dans l'expérience de l'excitation psychophysiologique. Il a été suggéré que la prise de décision Insula facilite la prise de décision en reflétant les réactions du système nerveux autonome au risque associé à une décision (Bechara 2001; Critchley et al. 2001; Paulus et al. 2003) Des signaux autonomes importants précédant une décision défavorable ont été suggérés pour servir de signal d’alerte protégeant contre la prise de risque (Bechara et al. 1997) À la lumière de cette hypothèse, la réponse insula accrue chez les adolescents plus jeunes semble contradictoire. Cependant, d’autres études ont suggéré que ce signal autonome reflétait l’importance de la décision à prendre (Tomb et al. 2002) et des études antérieures sur le développement ont montré que les enfants perçoivent des signaux autonomes lorsqu’ils anticipent des décisions risquées, mais qu’ils ne les utilisent pas pour optimiser leurs décisions (Crone et van der Molen 2004, 2007; Crone et al. 2005) Dans la présente étude, l'activation accrue d'insula chez les jeunes adolescents pourrait refléter l'immaturité de cette région. Les participants les plus jeunes pourraient avoir connu une excitation psychophysiologique accrue en raison de l'incertitude associée à l'anticipation d'une récompense éventuelle. Bien que nous n’ayons pas collecté d’évaluations subjectives de l’affect, des études antérieures ont tenté de mettre en corrélation l’affect expérimenté et les modèles d’activation cérébrale. Une étude récente a montré que, bien que l'activation dans le striatum ventral corresponde à l'effet positif rapporté, l'activation à l'insula antérieure était corrélée aux effets rapportés positifs et négatifs (Samanez-Larkin et al. 2007) Les résultats de cette étude suggèrent que l'insula antérieure pourrait contribuer à la prise de décision en reflétant l'excitation générale dans des situations incertaines.
Huettel (2006) incertitude dissociée liée au montant de la récompense potentielle qui pourrait être obtenue (risque de récompense) et incertitude quant à la réponse optimale (risque comportemental). Il a montré que l'activation de l'insula antérieure était influencée sélectivement par l'incertitude liée à la sélection de la réponse. Nos résultats ajoutent à cette constatation en montrant que l'insula antérieure est impliquée dans des situations incertaines en l'absence de sélection de la réponse, ce qui suggère que cette région pourrait jouer un rôle plus général dans la représentation de l'incertitude des résultats. Une étude récente (Preuschoff et al. 2008) ont montré que l’insula antérieure reflétait le degré d’incertitude de la même manière que le striatum est sensible à l’ampleur de la récompense. Les auteurs suggèrent que l'insula antérieure pourrait supporter des processus similaires aux erreurs de prédiction de récompense dans le striatum. La diminution linéaire de l'activation dans cette région montre que la fonction insula antérieure est immature à l'adolescence et pourrait être considérée comme suggérant une plus grande difficulté chez les adolescents pour estimer le risque impliqué dans une situation incertaine. Les adolescents attendaient peut-être plus souvent des récompenses que les adultes dans la présente étude car ils n’ont pas appris que les récompenses étaient imprévisibles. Pris dans leur ensemble, la réponse accrue de l'insula antérieure en anticipant une récompense incertaine peut biaiser les adolescents vers un comportement de prise de risque accru.
Une explication à prendre en compte est que l'activation accrue dans l'insula antérieure reflète un affect négatif. Ne pas gagner peut être associé à une excitation négative plus expérimentée lorsqu'elle se produit à la fin de l'essai (XXY) par rapport à lorsqu'elle se produit lors de la présentation de la deuxième image (XYZ). Même si nous avons estimé le FCR au début du deuxième stimulus, le troisième stimulus a suivi 1.5 plus tard. Par conséquent, il est possible que la réponse neuronale observée soit influencée par le troisième stimulus. Dans les études futures, il sera important d’examiner plus avant l’effet du degré de risque / d’incertitude et du montant des avantages sur le processus décisionnel des adolescents. Étant donné que le groupe d’adolescents peut se concentrer sur la récompense, il serait intéressant de vérifier si les systèmes neuronaux sensibles à l’incertitude réagissent de la même manière lorsque la valeur du résultat est négative, c’est-à-dire lorsque la condition XXX reflète une perte plutôt que Gain.
Changements développementaux dans le traitement des résultats
Comme prévu, gagner de l'argent a entraîné une activation accrue dans le striatum ventral. Cette découverte reproduit des études antérieures qui avaient montré que cette région était sensible aux avantages (Knutson et al. 2001; McClure et al. 2003; Huettel 2006). Fait intéressant, l’activation striatale après une victoire a culminé chez les 14 − 15 et était moins prononcée chez les 10 − 12 et les 18 − 23, ce qui concorde avec l’hypothèse selon laquelle cette région est plus réactive chez les adolescents (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Getz et al. 2008).
Dans la présente étude, nous avons trouvé le pic de réactivité du striatum ventral au milieu de l'adolescence uniquement pour le traitement de la récompense et non pour son anticipation. Cette constatation est en contradiction avec les études précédentes, qui signalaient une augmentation de l'activation dans cette région avant la distribution effective des récompenses. Ces résultats antérieurs ont été pris pour suggérer un rôle du striatum ventral dans la prévision et l’anticipation des résultats (Knutson et al. 2001; Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006; Huettel 2006). Nos résultats, cependant, suggèrent que le pic de la réponse striatum ventrale chez les adolescents ne se trouve que pour la réception de récompenses. Dans les expériences précédentes, les signaux signalaient les récompenses potentielles et permettaient de les prévoir. Par conséquent, l'activation du striatum ventral dans ces études pourrait refléter une réaction précoce du fait de "savoir" que la récompense suivrait plutôt que d'anticiper la "possibilité" d'une récompense. Ces données pourraient également suggérer que les adolescents surestiment leurs chances d'obtenir une récompense ou leur capacité à obtenir une récompense. Nous suggérons que dans la présente étude, un pic d'activation dans le striatum ventral n'a pas été observé jusqu'à la livraison effective de la récompense, car la conception de la tâche maximisait l'incertitude et ne permettait pas de prédire la récompense. Même si les résultats d'anticipation ne montraient pas de pic d'activation statistiquement significatif ni d'interaction âge × condition dans le striatum ventral, des analyses de suivi ont montré que la réponse d'anticipation au striatum était plus importante chez les adolescents jeunes et moyens que chez les adultes. Les futures études devraient étudier plus en détail les résultats d'anticipation par rapport aux résultats.
Enfin, les jeunes adultes, mais pas les adolescents précoces et moyens, ont présenté une activation accrue du COF latéral gauche après l’omission des récompenses. L’OFC latéral a déjà été impliqué dans le traitement de la peine (O'Doherty et coll. 2001). L’OFC est fortement connectée à la fois au circuit appétitif et à d’autres régions du PFC et, récemment, il a été suggéré que l’OFC avait une fonction intégrative en guidant la réponse du cerveau aux informations affectives et en guidant la prise de décision affective en maintenant et en mettant à jour une représentation des données. attentes liées aux incitations en ligne (pour les commentaires, voir O'Doherty 2007 et Wallis 2007). La réponse de l'OFC latéral chez les jeunes adultes peut donc indiquer le besoin d'attention accrue et d'adaptation du comportement à la suite de résultats négatifs. Il convient de noter que le CFO est une région hétérogène et que de nombreuses questions concernant son rôle dans le comportement et la prise de décision dirigés par un objectif et les changements associés au développement doivent être testées dans des études futures. La constatation que cette région est impliquée dans le traitement des résultats défavorables chez les adultes, mais pas chez les adolescents précoces et moyens, va dans le sens de l'hypothèse selon laquelle les réseaux cérébraux liés aux fonctions de traitement d'ordre supérieur et de contrôle cognitif ne mûrissent pas avant la fin de l'adolescence (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006).
Conclusions
Les conclusions actuelles pourraient être interprétées à la lumière de comptes rendus récents qui cherchent une explication neuropsychologique du comportement des adolescents. Le réseau de traitement des informations sociales (SIPN) (Nelson et al. 2005) et le modèle triadique (Ernst et al. 2006) contiennent un composant appétitif et un composant cognitif / régulateur. Dans ces modèles, le comportement des adolescents est caractérisé par un système d'appétit fort et un système de contrôle relativement faible. Le modèle SIPN (Nelson et al. 2005) suggère que les structures cérébrales sous-jacentes au composant appétent réagissent aux hormones gonadiques et sont déclenchées au début de la puberté, contrairement aux structures cognitives qui suivent un développement plus lent.
Le paradigme passif utilisé dans la présente étude ne nous a pas permis de résoudre le problème de la manière dont les différences de substrat neural du traitement de la récompense et de la perception du risque entre adolescents et adultes contribuent à un comportement motivé chez les adolescents et les adultes. Il est important d'élucider cette relation et sa trajectoire de développement car un comportement à risque chez un adolescent peut avoir des conséquences graves (Steinberg 2004; Fareri et al. 2008). La découverte que les régions cérébrales associées aux récompenses sont plus réactives à l'adolescence, même lorsque les récompenses sont sans rapport avec le comportement et de petite taille, suggère des différences fondamentales dans la manière dont les récompenses incertaines sont traitées à différents âges. Afin de juger de la validité écologique de ces résultats, les études futures devraient prendre en compte les différences individuelles, par exemple, la recherche de sensations, le tempérament et le sexe, et devront examiner ces régions à l'aide de tâches plus complexes. Une deuxième limite de cette étude est que nous n’avons pas obtenu de mesures directes du statut pubertaire, ce qui limite notre capacité à interpréter la contribution des changements pubertaires aux différences entre les années 10 – 12 et 14 – 15. Les futures études devraient tenter de relier plus étroitement les changements liés à l'âge aux changements associés au développement de la puberté.
En résumé, nos résultats démontrent que les schémas d’activation cérébrale liés à l’anticipation des résultats en l’absence de comportement se distinguent de ceux liés au traitement des résultats. L'anticipation d'une récompense incertaine est associée à l'activation de l'insula antérieure et du striatum. En particulier, l'activation dans l'insula antérieure montre une tendance linéaire du développement et diminue du début de l'adolescence au début de l'âge adulte. En revanche, le traitement de la récompense est associé à un pic d'activation dans le striatum ventral chez les années 14 – 15 et 10 – 12 dans une moindre mesure. Fait intéressant, ce sont les années 18 – 23 qui réagissent le mieux aux récompenses omises, montrant une activation dans les régions latérales OFC. Ces résultats corroborent l'hypothèse selon laquelle l'adolescence est caractérisée par un déséquilibre dans la maturation des circuits cérébraux affectifs et régulateurs (May et al. 2004; Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006). Les données actuelles montrent qu’à un niveau élémentaire de traitement, les adolescents sont plus sensibles aux récompenses attendues et reçues et au risque associé à l’incertitude que les adultes.
Matériel complémentaire
Matériel complémentaire peut être trouvé à: http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
Financement
La recherche par auteurs (EAC et SARBR) est rendue possible grâce aux subventions NWO VENI / VIDI.
Bibliographie
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