Csökkent neuronális gátlás és a serdülőkori prefrontális kéreg koordinációja a motivált viselkedés során (2011)

Bevezetés

A serdülőkor a kiigazítás ideje, amikor a felnőttkori fizikai és pszichoszociális átmenetet befejezik (Arnett, 1999). Szintén sebezhető időszaknak tekinthető, mivel egybeesik a tünetek kialakulásával számos jelentős pszichiátriai problémára, beleértve a hangulati zavarokat, a skizofrénia és a kábítószer-visszaéléseket (Volkmar, 1996; Fenyő, 2002; Johnston és munkatársai, 2008). Az utóbbi években a serdülőknél és az állati modelleken végzett vizsgálatok a sejtszintű és molekuláris agyi architektúrában az életkorral összefüggő eltolódásokat és a különböző gyógyszerek farmakológiai hatásainak különbségeit írják le (Lándzsa és fék, 1983; Spear, 2000; Adriani és munkatársai, 2004; Brenhouse és munkatársai, 2008; Paus, 2010). Az életkorral kapcsolatos viselkedési különbségeket is megvizsgálták, és gyakran összpontosítottak, bár a serdülők viselkedése általában hasonló a felnőttekéhoz, a legtöbb esetben csak a középkorú fiatalok döntéshozatali képességének mérsékelt változása (Spear, 2000; Doremus-Fitzwater és munkatársai, 2009; Figner és munkatársai, 2009; Cauffman és munkatársai, 2010). Mindazonáltal a serdülők a felnőttektől eltérő módon dolgozhatnak fel a jelentős eseményeket. Például egy nemrégiben végzett vizsgálatban a felnőtt c-fos fehérje expresszióját a dorsalis striatumban és a nucleus accumbensben nagyobb arányban figyelték meg, miután a jutalmakhoz kapcsolódó szagérzékelésnek volt kitéve (Friemel és mtsai. 2010). Leírták a serdülőkori prefrontális kéreg (PFC) idegi aktivitásának és összekapcsolhatóságának mértékét is.Ernst és munkatársai, 2006; Galvan és munkatársai, 2006; Liston és munkatársai, 2006; Geier és munkatársai, 2009; Uhlhaas és munkatársai, 2009a). Mindazonáltal kevés tudomása van az idegrendszeri különbségek pontos jellegéről a neuronális szinten.

A kortikális idegsejtek dinamikus feldolgozásának közvetlen összehasonlításához a felnőtteknél a felnőtt patkányok orbitofrontális kéregéből egyetlen egység és helyi terepi potenciál (LFP) aktivitást regisztráltunk, amikor jutalom-motivált viselkedést hajtottak végre. Az OFC-t azért irányították, mert központi szerepet játszott az értékek elvárásainak feldolgozásában, és a serdülők korai fejlődésének korábbi bizonyítékaiban (Schultz és munkatársai, 2000; Galvan és munkatársai, 2006; Schoenbaum és munkatársai, 2009). A viselkedési feladat a tanult cselekvési eredménytársadalomra (Sturman és munkatársai, 2010), amely a komplex motivált magatartás alapvető építőköve. Ennek a feladatnak az egyszerűsége lehetővé tette, hogy a viselkedési intézkedések nagyon hasonlóak legyenek a csoportok között. Ezért tesztelhetjük azt a hipotézist, miszerint az OFC serdülőkor hasonló feladatokkal is foglalkozik, mint a felnőtteknél eltérő feladathoz kapcsolódó információkat. Az ilyen alapvető neurális aktivitási különbségek jellemzése - és ez a neuronális szinten - kritikus a fejlődési folyamatok azonosításához, amelyek összefügghetnek a serdülőkori növekvő neuropszichiátriai kockázatokkal, valamint az ilyen problémák megelőzésére és kezelésére szolgáló beavatkozási stratégiák jövőbeli kialakításához.

Anyagok és módszerek

Viselkedés

Felnőtt és serdülő patkányokat teszteltünk egy operáns dobozos berendezésben (Coulbourn Instruments, Allentown, PA), amely egy házfényt, egy pellet magazint tartalmazott, amely élelmiszer-pelletet (erődített dextróz, 45 mg; Bio-serv, Frenchtown, NJ) szállíthatott egy Élelmiszer-vályú, és három orr-üreges lyuk, amelyek vízszintesen vannak elrendezve a falon az élelmiszer-vályúval szemben. 5-6 műtéti helyreállítási napok után az állatok enyhén táplálkozással voltak korlátozva, viselkedtek a viselkedési tesztberendezéshez, és megkezdték a korábban jellemzett viselkedési feladatot (Sturman és munkatársai, 2010). Röviden, a patkányok megtanulták a megvilágított középső orr-dugólyukba táplálni az élelmiszer-pellet megerősítését. A kísérletek a középső orr-lyuk belsejében lévő cue fény kezdetével kezdődtek. Amikor a patkány behatolt a lyukba, a fény azonnal kikapcsolt, és egyetlen pelletet szállítottak az étkezési edénybe, amelyet ezután megvilágítottak. A pellet befogadására szolgáló ételkamrába dugva kikapcsolták az ételvályú fényt, és 5-próbát indítottak.1a). Minden egyes munkamenetet 100 kísérletek vagy 30 min. A korábbi munkák azt mutatták, hogy mind a serdülők, mind a felnőttek gyorsan megtanulhatják ezt a feladatot, a várható maximális teljesítményt pedig a képzés harmadik napjáig.Sturman és munkatársai, 2010). A fő feladat-teljesítmény mérések közé sorolták az egyes munkamenetek során befejezett teljes kísérletek számát, a cue-tól a instrumentális ütemig terjedő késleltetést, valamint a műszeres lapoktól a táplálék-vályú belépésig terjedő késleltetést (pellet visszakeresés). Az SPSS-ben (alfa = 0.05) az összes kimenetre vonatkozóan elvégeztük az ANOVA-k időskori ismétlődését. Minden olyan esetben, amikor a gömbképesség feltételezését megsértették, az alsó határértékű korrekciókat a maximálisan konzervatív szabadsági fokozatok beállításához használtuk.

ábra 1

Elektródák elhelyezése, feladat-paradigma és viselkedési teljesítmény. A) A serdülők és felnőttek patkányait egy egyszerű, műszeres tanulási paradigmával képezték, amelyben egy orr-pókot (műszeres választ) társítottak egy fénykeringett lyukba a következő ...

Elektrofiziológiai elemzés

Az elektrofiziológiai adatokat a Matlab (Mathworks, Natick, MA) egyedi írásbeli szkriptjeivel elemeztük, valamint a chronux eszköztárat (Chronux.org) az LFP elemzésekhez és az Churchland és munkatársai által kedvezően rendelkezésre bocsátott égési sebesség változékonysági funkciókhoz.http://www.stanford.edu/∼shenoy/GroupCodePacks.htm) (Churchland és munkatársai, 2010). Általánosságban elmondható, hogy az idegrendszeri aktivitás időbeli zárolással zárult a konkrét feladatokra: próbaidős cue, instrumentális orr-poke válasz és táplálék-bevitel. A nyers LFP nyomok időzítettek voltak ezekhez a feladatokhoz, és az átlagolás előtt kizárták a vágási tárgyakkal végzett kísérleteket. Példa az egy próba-serdülő serdülők és felnőttek nyers LFP-feszültségeinek nyomon követésére a megerősítés ideje alatt.Kiegészítő ábra 1). Az FFT kiszámította az egyes alanyok átlagolt teljesítményspektrumát az egyes feladatok körüli néhány másodperc alatt. Ezt 13 vezető kúp segítségével, 7-es idő-sávszélesség szorzattal és 1 másodperces átfedő mozgóablakkal végeztük (250 ms-os lépésekben). Ezek a paraméterek, összehasonlítva másokkal, amelyeket megvizsgáltunk, megközelítőleg 2 Hz frekvenciafelbontást tettek lehetővé, amely általában több frekvenciatartályt tett lehetővé az egyes érdekelt sávokban. Multitaper megközelítést alkalmaztak, mert javítja a spektrogram becsléseit, amikor nem végtelen idősoros adatokat kezelünk (Mitra és Pesaran, 1999), bár az 1, az 3 és az 9 alkalmazásával a kúpok nagyon hasonló spektrogramokat eredményeztek. A teljesítményspektrumban minden egyes frekvenciasáv (sor) Z-pontszámot normalizált az átlag spektrális teljesítményre az alapidőszakban (egy 2-s ablak, amely az 3-t a cue előtt kezdte meg). A normalizált teljesítmény spektrumokat átlagoltuk a serdülők és felnőttek esetében.

A feladat-események körüli ablakokban minden egységhez peri-esemény idő szerinti tüzelés-sebesség hisztogramot készítettek. Az egyes egységek keresztkísérleti átlagos lövöldözési aránya a Z-pontszámot normalizálta az alapállapotához viszonyítva. Az egységeket az „aktivált” vagy „gátolt” kategóriába sorolták az érdeklődési körön belül annak alapján, hogy átlagos normalizált aktivitásuk három egymást követő 50 ms-os tartályt tartalmazott-e Z ≥ 2, illetve Z ≤ -2. Ezeket a kritériumokat nem parametrikus bootstrap elemzéssel validálták az egyes egységek alapszakaszán. Minden egység esetében az alapvonal ablakból véletlenszerűen vettünk mintát, 10,000 2-szer cserével. Azon 2-s ablakok aránya, amelyek újramintázott aktivitása elért szignifikancia-kritériumokat, az adott egység várható hamis pozitív pozitív arányának mérőszáma bármely 0.0034-s ablak alatt. Ez azt eredményezte, hogy az összes serdülő egységnél az alfa = 0.0038, az összes felnőtt egységnél az alfa = 500 várhatóan hamis pozitív pozitív arányhoz vezetett. Ezek az alacsony alfák azt jelzik, hogy az egységek hamis kategorizálása elég ritka lenne ahhoz, hogy ne befolyásolja indokolatlanul a serdülők és felnőttek közötti kategóriák arányának statisztikai összehasonlítását. Az egységválaszok időbeli lefutásának összehasonlításához a kategorizálási elemzést egy mozgó ablakkal végeztük el a feladat eseményei körül (mozgó ablak mérete 250 ms 1 ms-os lépésekben). Az életkorral kapcsolatos statisztikai összehasonlítás szempontjából különösen érdekes időablakok esetében (pl. A jelzés utáni XNUMX másodpercben) Chi-négyzet elemzéseket végeztek, amelyek magukban foglalták a felnőtt és serdülő aktivált, gátolt és nem szignifikáns egységek számát. Jelentős Chi-négyzet tesztet követtek az arányok post-hoc összehasonlítása az egyes kategóriákban (pl. Gátolt egységek serdülők és felnőttek között), két arányhoz Z-tesztet alkalmazva (Táblázat 1). A korábbi munka ezzel a viselkedési paradigmával kimutatta, hogy mind a serdülők, mind a felnőttek az 3 munkamenetben stabilan maximálisan hajtják végre az instrumentális választ.Sturman és munkatársai, 2010). Ezért, hacsak másképp nem jelezzük, az elektrofiziológiai elemzéseket a 3-6. Szekcióra mutatjuk be, ekkor a cselekvés-kimenetel összefüggést mindkét csoport jól megtanulta. Itt és másutt a nullhipotézist elvetették, amikor p <0.05.

Táblázat 1

A serdülők és felnőttek aktivitásának összehasonlítása a kiválasztott ablakokban a feladat eseményekre zárva. Az érdeklődésre számot tartó ablakok időzítettek a cue-hoz, a hangszeres piszkához (Poke) vagy az étkezési mélyedésbe (FT). A serdülők (Adol) és a felnőttek aránya ...

Az égési sebesség változékonyságának elemzését Fano-tényezőként számítottuk ki (tüskésszám-szórás / átlag) 80 ms-os lépésekben egy 50 ms mozgó ablak segítségével. Minden egyes egységnél minden egyes időpontban kiszámítottuk a tüskék számának szórását és az átlagos tüskésszámot. A regresszióval összefüggő variancia meredekségét és az összes egység átlagát minden egyes ablak lépésben határoztuk meg, és a feladat események körül Fano-tényezői időfolyamatot biztosítottunk. Annak megvizsgálásához, hogy a Fano-faktor megfigyelt változásai (és az életkorhoz kapcsolódó Fano-faktor-különbségek) inkább az átlagos tüzelési sebesség változásai, mint a variancia miatt voltak-e, egy Churchland és munkatársai által kidolgozott átlag-megfeleltetési technikát végeztünk el.Churchland és munkatársai, 2010). Az első elemzésben a középkorú és a felnőtt egységek esetében külön-külön egyeztettünk. Ez a technika az átlagos tüzelési sebesség eloszlást állandóan tartotta minden egyes időpontban, véletlenszerűen és ismételten eldobható egységekkel. A Fano-faktor becslések minden egyes időpontra ezen eljárás 10-iterációinak átlagán alapultak. Ezt az eljárást eredményes megközelítésként validálták a lángváltozásokból adódó tárgyak elkerülésére (Churchland és munkatársai, 2010). Emellett külön közép-egyezési analízist is végeztünk, amelyben a leggyakoribb átlagos tüzelési sebességű hisztogramot mind időközönként, mind a korosztályban (a fentiek szerint), valamint a korcsoportok között használtuk. A hasonló nyers és átlaghoz illeszkedő Fano-tényezők megfigyelése megerősítené, hogy a Fano-faktor időbeli változásai és az életkorral kapcsolatos különbségek tükrözik a tüskés időzítés változékonyságát, és nem pusztán az átlagos tüzelési sebesség különbségei. A serdülőkori és felnőtt Fano-tényezőket statisztikailag hasonlítottuk össze a Matlab-féle rangsorösszeg-tesztekkel.

Eredmények

Helyi mezőpotenciálok

Az LFP-k elektrofiziológiai felvétele, amely a regionális afferensek aktivitását tükrözi, a feladat nagy részében a serdülők és a felnőttek számára hasonló hasonlóságokat tárt fel, a spektrális teljesítmény jelentős különbségei közvetlenül az étkezési mélyedés után a megerősítéshez (2a). Abban az időben a felnőttek nagyobb alfa (8-12 Hz) és béta (13-30 Hz) teljesítményt mutattak. A teta (4-7 Hz) és az alacsony gamma (31-75 Hz) teljesítmény hasonló volt a csoportok között, míg a serdülőknél nagyobb volt a gamma (76-100 Hz) teljesítménye, mint a felnőtteknél (2b).

ábra 2

Tizenéves és felnőtt OFC LFP-k az 3-6 munkamenet során. A) A serdülők és felnőttek LFP-teljesítményspektrumai a kulcsfontosságú események környéki ablakokban minden frekvencia esetében normalizálódtak az alapidőszakra (3 - 1 másodperccel a cue kezdete előtt). A normalizált időkorlát ...

Fano-faktor elemzés

Az életkorral kapcsolatos különbségeket a konkrét feladati eseményekhez kapcsolódó égési sebesség változékonyságban figyelték meg. A Fano-tényező, amely a spike-count variancia és a spike-count átlag közötti kapcsolat lejtése (Churchland és mtsai. 2010), úgy számították ki, hogy megvizsgálja a tüskék időzítésének változékonyságát \ tábra 3). A serdülők (8 patkány 265 egység) szignifikánsan nagyobb Fano-faktorokkal rendelkeztek, mint a felnőtteknél (4 patkány 184 egység) a 3-6. Szekció során (rang-összeg tesztekkel végzett összehasonlítások) a 2 s kiindulási periódusban Z = 6.90, p <0.01, egy 1 másodperces ablak közvetlenül a próbaüzem után Z = 5.48, p <0.01, egy 1 másodperces ablakban, középen a műszeres válasz körül Z = 3.12, p <0.01, és egy másodperc alatt a megerősítés visszakereséséhez Z = 3.77 , p <0.01 (ábra 3). Mivel a Fano-faktor számítások az ablak méretétől és lépésétől függenek, ezeket a paramétereket a műszeres dugó körüli időszakban változtattuk, hogy megmutassuk, hogy míg a számítások nagysága és simasága befolyásolódik, az általános idő- és életkori különbségek továbbra is fennállnak.Kiegészítő ábra 2). Közepes egyezési technikát végeztünk (Churchland és mtsai. 2010) az átlagos tüzelési sebességet időnként körülbelül állandó értéken tartani, hogy az időbeli égési sebességváltozások ne fedjék fel a Fano-tényezőnek a variabilitás mértékének értelmezését.Kiegészítő ábra 3a). Hasonlóképpen kiegyenlítettük a korosztályok közötti megoszlási ráta-eloszlásokat (Kiegészítő ábra 3b). A nyers Fano-tényezők nagyon hasonlóak voltak az átlag-illesztési módszerrel számított értékekhez, megerősítve, hogy a megfigyelt Fano-tényező időfolyama a tüskés időzítés változékonyságát tükrözi, függetlenül az átlagos tüzelési sebesség dinamikájától. Ez alól kivételt jelentett a megerősítés után, amikor a felnőttek nagyobb nyers Fano tényezőket mutattak (ábra 3). Ez a különbség legalább részben az átlagos tüzelési sebesség változásából eredt, mivel ebben az időszakban nem volt statisztikailag szignifikáns különbség az átlaghoz illeszkedő Fano faktorokban (Kiegészítő ábra 3). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a kiemelkedő események mind a serdülők, mind a felnőttek körében a tüskék időzítésének változékonyságához vezetnek, és hogy az OFC idegi spike időzítése érdekes módon általában nagyobb a változásnál, mint a felnőtteké. Úgy gondolják, hogy a stimulus által vezérelt Fano-faktorcsökkentések a kortikális architektúra általános tulajdonsága (Churchland és mtsai. 2010). Így a magasabb Fano-faktorok azt sugallhatják, hogy a tüskék időzítése a felnőtteknél alacsonyabb a kontrollnál az OFC-nél.

ábra 3

A fano-faktor elemzés összehasonlítja a serdülők és felnőttek tüzelési sebességének variabilitását. A Fano-tényező a próba-előfordulási tüske-számláló variancia és a tüskék számának átlaga minden egységnél. Csúsztatható ablak segítségével ezt a variabilitási becslést időpontokban számítottuk ki ...

Egységes tevékenység

Az egy egységes neurális aktivitás elemzése a feladat során jelentős eseményspecifikus különbségeket tárt fel a serdülők és a felnőttek között. A 1 munkamenet során az akció-kimenet egyesületek megismerése előtt az egységaktivitás kevéssé változott, mint bármelyik csoport feladat eseményei. Miután a feladat jól megtanult (3-6 képzések), a feladat események a neurális aktivitás következetes mintáit váltották ki (ábra 4). Az egyes blokkok alapállapot-normalizált tüzelési sebességét a feladat eseményekre rögzítették 5a, amely bemutatja a fázisos idegi aktivitás tartományát és mértékét. Felnőtteknél (4 patkányok, 184 egységek), de nem serdülőknél (8 patkányok, 265 egységek) az átlagos aktivitás csökkent a cue és a műszeres válasz előtt (5b). A válasz után a két csoport normalizált populációs aktivitása hasonlóan csökkent, a serdülők pedig több mint a felnőtteknél. A megerõsítés idõpontjában a populáció aktivitása megnövekedett, a felnõttek a korábbinál alacsonyabbak, mint a serdülõk. Maximális serdülőkori aktivitást értek el a táplálék-vályú belépés idején; ezen a ponton az átlagos felnőtt aktivitás jóval alacsonyabb volt. Annak ellenére, hogy túl kevés a szám, hogy erős következtetéseket lehessen levonni, a serdülők (n = 8 egységek) és a felnőtt (n = 5 egységek) feltételezett, gyorsan előforduló (FS) interneuronok hasonló általános aktivitási mintázatot mutattak az érdeklődési események körül, mint az egységek általános populációja. 3 - 6 munkamenetek alattKiegészítő ábra 4) .A gerjesztő és gátló fázisos aktivitás aránya a feladati eseményekhez (5c) általában a serdülőknél csökkent gátló válaszokat és hasonló vagy fokozott gerjesztő válaszokat tárt fel. A cue-t követő 1-okban a felnőttek szignifikánsan nagyobb arányban voltak a gátolt egységekben, mint az aktivált egységek hasonló arányú serdülőkkel.Táblázat 1). A műszeres válasz után, amikor a serdülők és a felnőttek hasonló populációs aktivitáscsökkenést mutattak, az aktivált és gátolt egységek hasonló arányát figyelték meg. A mozgó ablak-kategorizálási elemzés, amelyet a neurális toborzás időbeli lefutására használtunk, azt mutatta, hogy a instrumentális válasz körül a felnőtt gátolt egységek korábban gátolódtak, és hosszabb ideig tartottak, mint a serdülők (5c). Ezt megerősíti a gátolt egységek arányának vizsgálata az időablakokban 0.5 másodperccel az instrumentális válasz előtt és 1 - 1.5 másodperc után (Táblázat 1). Míg úgy tűnik, hogy felnőtt aktivált egységeket is toboroznak a serdülők előtt, ezek a különbségek statisztikailag nem voltak szignifikánsak. Az aktivált és gátolt kategóriába sorolt ​​egységek aránya lényegesen különbözött a megerősítés körül, a felnőtteknél nagyobb a gátolt egységek aránya, a serdülőknél pedig nagyobb az aktivált egységek aránya. A megerősítés után 0.5 - 1 másodperccel az életkorral kapcsolatos különbségek nem voltak az egységek kategorizálásában. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy bár a serdülő és a felnőtt egység hasonló aránya különböző időpontokban aktiválódhat vagy gátolható (pl. Instrumentális piszkálás), a feladat nagy részén keresztül a serdülőknél kisebb az aránya a gátolt egységeknek.

ábra 4

Átlagos alapvonal-normalizált tüzelési ráta + 1 sem (árnyékolás) minden felnőtt és serdülők számára, időzítettek a feladatok eseményeire mind a hat ülésszak során. Az összes serdülők számára a feladat teljes körű tüzelési sebessége 4.66Hz volt, és az összes felnőtt egység 5.18Hz volt. ...

ábra 5

Fázisos OFC populáció és egy egység aktivitás a 3-6. A) A hőjelzők az alapszintre normalizált tüzelési sebességet jelentik minden serdülő (n = 265; felső ábrák) és felnőttek (n = 184; alsó ábrák) egységekre. Minden sor egyedi egység tevékenysége ...

Megbeszélés

Mind a populáció, mind az egy egység szintjén az OFC serdülők eltérő módon dolgozták fel a jutalom-motivált viselkedést, mint a felnőtteké, a legjelentősebb különbség a kevésbé kifejezett serdülők csökkentése a neurális aktivitásban a jutalom és más kiemelkedő események során. A serdülőknél is nagyobb a tüskés időzítés változékonysága a feladat nagy részében. A megerősítés során a kisebb aktivitáscsökkenés mellett nagyobb volt a serdülőkészülék, amely növelte aktivitását, valamint az alfa-, béta- és gamma-LFP-teljesítmény különbségei a felnőttekhez képest. Fontos, hogy ezeket az életkori idegrendszeri feldolgozási különbségeket megfigyelhessük, bár a feladat teljesítménye hasonló volt, ami azt jelzi, hogy az ilyen különbségek nem csupán a viselkedési zavarokat tükrözik (Schlaggar és munkatársai, 2002; Yurgelun-Todd, 2007). Még akkor is, ha további tantárgyak hozzáadásával viselkedési különbségeket fedeznénk fel a korai képzés során, mind a serdülők, mind a felnőttek a feladatot a harmadik munkamenet után maximálisan teljesítették. Elektrofiziológiai elemzéseink ezekre a későbbi ülésekre összpontosítottak, amikor mindkét csoport jól megtanulta az akció-eredményt. Olyan viselkedési feladatot választottunk, amely - bár elég egyszerű ahhoz, hogy a patkány serdülőkortól rövid időn belül megtanulhassuk - a bonyolultabb motivált viselkedés alapelemének tekinthető. Így ezek az eredmények azt mutatják, hogy még a serdülők esetében is ugyanolyan motivált viselkedést hajtanak végre, mint a felnőttek, a lényeges események neurális kódolása és a látszólagos feldolgozási hatékonyság (mint a tüskés időzítés változékonysága) alapvetően különbözik.

A serdülőkori idegsejtek kevésbé csökkent aktivitást mutattak, mint a felnőttek, a fontos viselkedési események, mint például a próba kezdetén, a műszeres válasz előtt, valamint a jutalom előtt és alatt. Ilyen korhatár-különbségek lehetnek az OFC neuronok gátlásának csökkenése ezekben az időkben. A neuronális gátlás kritikus szerepet játszik az oszcilláló aktivitás szinkronizálásában (Fries és mtsai., 2007; Cardin és munkatársai, 2009; Sohal és munkatársai, 2009), precíz spike-időzítés ellenőrzése és a neuronális kommunikáció hatékonyságának javítása (Buzsaki és Chrobak, 1995). Az EEG és LFP-vel mért ilyen rezgések ritmikus ingadozások a neuronális ingerlékenységben, úgy gondolva, hogy azok tükrözik a belső sejt és az áramkör tulajdonságai közötti kölcsönhatásokat (Buzsaki és Draguhn, 2004), amely finomhangolja a spike kimenet időzítését (Fries, 2005). Az oszcillációk szinkronizálása vezethet a neuronális csoportok kommunikációjához (Fries, 2005), és központi szerepet játszhat az észlelési és egyéb folyamatokban (Uhlhaas és munkatársai, 2009b). A specifikus frekvenciasávokban a neuronális szinkronizáció mértéke számos kontextusban korrelálja a kognitív teljesítményt (Basar és munkatársai, 2000; Hutcheon és Yarom, 2000) és számos kóros állapotban, például a skizofrénia (Uhlhaas és Singer, 2010). Uhlhaas és munkatársai különbséget találtak az emberi serdülők és a felnőttek közötti feladat-függő EEG-ingadozásokban (Uhlhaas és munkatársai, 2009a). Ezekkel a megállapításokkal összhangban kisebb mértékű növekedést tapasztaltunk az alfa- és béta-teljesítményben a serdülők OFC-ben a megerősítés során. Ezeket a frekvenciasávokat úgy gondolják, hogy fontosak a hosszabb távú neurális kommunikáció szempontjából (Pfurtscheller és munkatársai, 2000; Brovelli és munkatársai, 2004; Klimesch és munkatársai, 2007), amely a serdülőknél kevésbé hatékony lehet. Ez az értelmezés összhangban van azokkal a tanulmányokkal, amelyek azt mutatják, hogy a funkcionális kapcsolódási pontok a helyi és a fejlettebb hálózatok közötti változásokon alapulnakFair és munkatársai, 2009; Somerville és Casey, 2010).

Megfigyeltük az életkorral kapcsolatos különbségeket az égési sebesség változékonyságában a kísérletek során, Fano-faktoranalízissel értékeltük. A közelmúltban végzett munka kimutatta, hogy számos kortikális régióban az idegsejtek aktivitását az ingerek vagy instrumentális viselkedés stabilizálja, amint azt a csökkent Fano tényezők is tükrözik (Churchland és munkatársai, 2010). Valójában azt tapasztaltuk, hogy az OFC-ben a műszeres viselkedés, a jutalom-megközelítés / előrejelzés és a megerősítés (felnőtteknél) csökkentette az égési sebesség változó mértékét. A variabilitás legnagyobb csökkenése a patkányok instrumentális válaszát és a megerősítést megelőző időszakban történt. Nagyobb égési sebességváltozás várható, ha a fázisos idegi aktivitás időzítése kevésbé szigorúan szabályozott, mint ahogy az a serdülők OFC-jében is előfordulhat. A serdülőknek a Fano-faktorok nagyobb aránya volt, mint a felnőtteknél, kivéve az 1-et, amely közvetlenül az étkezés után történt. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a serdülőknél nagyobb az égési sebesség változékonysága, ami a neurális kódolás csökkent hatékonyságát sugallhatja. Ez azt jelenti, hogy a nagyobb Fano faktorok azt mutatják, hogy az OFC idegsejtjei ugyanazt a kiemelkedő eseményt kódolják, nagyobb variabilitással, a kísérletektől a kísérletig, ami viszont a megfelelő sebességkód alacsonyabb jel-zaj arányát jelentheti a felnőttekéhoz képest. Ez összhangban van azzal a megállapítással, hogy a gyermekek és serdülők eseményekkel kapcsolatos potenciáljai alacsonyabb jel-zaj arányt mutatnak, mint a felnőttek, ami az ilyen jeleket előállító agyi régiók „egyénen belüli instabilitásának” köszönhető.Segalowitz és munkatársai, 2010). Ahogy a neurális gátlás kritikus az oszcillációk elterjedéséhez, a gátló hálózatok precíz időzítést biztosítanak a fő sejtek kimutatására (Buzsaki és Chrobak, 1995). Ily módon létezhet egy kapcsolat a serdülőkészülék hajlamosodása között, hogy kevésbé fázikus gátlást mutasson a kiemelkedő eseményeknél, és a serdülőkorok nagyobb égési sebességváltozását. Figyelmeztetést kell azonban kifejeznünk, hogy az ilyen kapcsolat valószínűleg nem közvetlen, mivel a legnagyobb Fano-tényező-különbségek időzítése nem volt a legnagyobb különbség időzítése a fázisos gátlásban.

A serdülőkorban hatalmas idegrendszeri változások következnek be. Ebben az időszakban csökken a szürke anyag és a fehéranyag kibővítése (Benes és munkatársai, 1994; Paus és munkatársai, 1999; Paus és munkatársai, 2001; Sowell és munkatársai, 2001; Sowell és munkatársai, 2002; Sowell és munkatársai, 2003; Gogtay és munkatársai, 2004). Számos neuromodulátor, például a dopamin receptorai a serdülőknél magasabb szinteken expresszálódnak, mint a felnőtteknél a PFC és a bazális ganglionokban (Gelbard és munkatársai, 1989; Lidow és Rakic, 1992; Teicher és munkatársai, 1995; Tarazi és munkatársai, 1999; Tarazi és Baldessarini, 2000). Az érzéstelenített patkányokban a dopamin neuronok spontán neurális aktivitása nagyobb a serdülőknél, mint a fiatalkorúaknál vagy felnőtteknél.McCutcheon és Marinelli, 2009). A dopamin D2 receptor agonista kortikális szeletekben csak késői serdülőkorban vagy korai felnőttkorban jelentkeznek, amikor hirtelen eltolódás figyelhető meg (Tseng és O'Donnell, 2007). Az NMDA receptorok expressziója a gyors spiking (FS) neuronokon is drámai módon változik a serdülők PFC-ben. A serdülők FS interneuronjainak többsége nem mutat szinaptikus NMDA receptor által közvetített áramot. Azok a sejtek, amelyeknek van ilyen, jóval csökkentett NMDA: AMPA arányt mutatnak (Wang és Gao, 2009). Ezek a tanulmányok alapvető különbségeket mutatnak a serdülőkor és a pszichiátriai sebezhetőséggel összefüggő serdülők agyi régióinak és távadóinak architektúrájában és fiziológiájában. A jelen tanulmány, amely ismereteink szerint az elsők között ébren használja az extracelluláris elektrofiziológiai felvételt, a serdülő állatok viselkedése elősegíti ezen sejtek és molekuláris eredmények funkcionális jelentőségét, bizonyítva, hogy a feladathoz kapcsolódó neurális aktivitás alapvetően különbözik a serdülőkben a kiemelkedő folyamatok feldolgozása során. eseményeket.

A humán fMRI vizsgálatok azt találták, hogy a serdülők a jutalmat és a jutalom-előrejelzést másképp dolgozzák fel, mint a nagyobb méretű regionális felnőtteknél.Ernst és munkatársai, 2005; Galvan és munkatársai, 2006; Geier és munkatársai, 2009; Van Leijenhorst és munkatársai, 2009). Néhány serdülők viselkedési sérülékenységének jelenlegi magyarázatai magukban foglalják azt az elképzelést, hogy a PFC „kevéssé fejlett” tevékenysége és / vagy funkcionális kapcsolata a szubkortikális struktúrákkal és azok modulációjával kapcsolatban.Ernst és munkatársai, 2006; Casey és munkatársai, 2008; Steinberg, 2008). A jelen tanulmány azt állapítja meg, hogy a fejlődési különbségek megfigyelhetők még a nagyon alapjellegű viselkedés során is, és alapvetően az egy egység szintjén nyilvánulnak meg az alacsonyabb neurális aktivitás csökkentett hajlamával az OFC serdülőkorában a legtöbb, de nem minden fontos eseményre. Míg a jövőbeni munka szükséges egy ilyen kapcsolat kialakításához, az egy egységnyi szint különbségei a gátló válaszok arányában az oszcilláló teljesítmény és a tüskés időzítés változékonyságában megfigyelt néhány serdülőkifejtés forrása lehetnek. A csúcsok pontos időzítésének vezérlése, az oszcillációk megakadályozása és a neuronális csoportok hatékony kommunikációjának elősegítése miatt a gátlás fontossága miattBuzsaki és Chrobak, 1995; Fries és mtsai., 2007), a csökkent PFC-gátlás összhangban van az ebben a tanulmányban és másokban tapasztalt kortikális feldolgozás nagyszabású különbségeinek megfigyelésével. Ugyanakkor az a tendencia, hogy a serdülőknek kisebb mértékű csökkenése van a szignifikáns események körül, az excitációs afferensek aktivitásának csökkenéséből és a csökkent gátlásból fakad.

A módosított kortikális gátló hatás befolyásolhatja a viselkedés gátlását (Chudasama és munkatársai, 2003; Narayanan és Laubach, 2006) és egyes kóros állapotokkal társult (Chamberlain és munkatársai, 2005; Lewis és munkatársai, 2005; Behrens és Sejnowski, 2009; Lewis, 2009). Például a skizofrénia szenvedő egyének csökkentették a GAD67 mRNS expresszióját, a GABA gátló neurotranszmitter szintézisében részt vevő enzimet (Akbarian és munkatársai, 1995). A skizofrénia betegek csökkentették a GABA membrán transzportert (GAT-1) -immunoreaktív axon patronokat a PFC-ben (Woo és munkatársai, 1998). Ez különösen fontos a serdülőknél végzett kutatások szempontjából, mivel a GAT-1 immunreaktív patronok (amelyek szintén immunreaktívak a parvalbuminnal szemben) csak a serdülőkor előtt csúcsosak, majd a késői serdülőkorban drasztikusan csökkennek (Cruz és munkatársai, 2003), a skizofrénia tipikus kezdeti ideje. A normál fejlődés során az életkorral összefüggő fázikus aktivitás pontos forrását meghatározó jövőbeni munka közvetlenül összefügghet a serdülőkor során felmerülő pszichiátriai betegségek patofiziológiájával és tünetekkel járó időbeli lefolyásával.

Kiegészítő anyag

Köszönetnyilvánítás

Referenciák