Unglinga sem viðkvæmt tímabil þróunar heilans (2015)

Útgáfustig: Í stuttri leiðréttingu

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.07.008

Skilgreina mýkt og viðkvæm tímabil

Í 1960-rannsóknunum rannsökuðu Wiesel og Hubel áhrif einhliða sviptingar vegna 1 – 4 mánuðum eftir að auga opnaði. Taugafrumur í samsvarandi sjónbarki misstu síðan svörun gagnvart áreiti sem beint var að áður sviptu auganu og byrjaði að svara helst fyrir augað sem ekki var svipað [1, 2]. Einhliða svipting á fyrstu 3 mánuðum lífsins tengdist einnig rýrnun í frumum í thalamus sem fengu inntak frá svipta auga. Endurheimt frá þessari rýrnun var mjög takmörkuð, jafnvel eftir 5 ára útsetningu fyrir ljósi. Aftur á móti olli sviptingar af völdum eingerðar eftir 3 mánaða aldur nánast engin lífeðlisfræðileg, formfræðileg eða atferlisleg áhrif [3, 4]. Niðurstöður þessara rannsókna voru teknar sem sönnunargögn um að fyrstu mánuðir lífsins mynda viðkvæmt tímabil fyrir skynjun þroska, þar sem taugafrumur aukast [5].

Plastleiki lýsir getu taugakerfisins til að laga uppbyggingu þess og virkni til að bregðast við umhverfiskröfum, reynslu og lífeðlisfræðilegum breytingum [6]. Heilinn í manninum heldur grunnþéttni mýkingarinnar alla ævi - þetta er þekkt sem háð reynslusækni og liggur til grundvallar öllu námi [7]. Aftur á móti er plastleiki á viðkvæmum tímabilum búinn til reynslu - lífvera „býst við að“ verði fyrir sérstöku áreiti á þessum tíma [7].

Upprunalega var nefnt „viðkvæm tímabil“. Þetta hugtak er notað sjaldnar núna vegna þess að það hefur síðan komið í ljós að einhver endurheimt virkni getur verið möguleg jafnvel utan tímagluggans með mestu næmni. Þegar um er að ræða sjónþróun sýndu síðari rannsóknir á svíkingu sviða í kettlingum að hægt er að þjálfa dýr til að nota svipaða augu eftir að það hefur verið afhjúpað og það getur leitt til ákveðins bata [8].

Rannsóknir á viðkvæmum sjónskerfi hjá mönnum hafa reitt sig á náttúrulega tilfelli sjónskort hjá einstaklingum sem fæddir eru með drer, sem loka augnlinsuna. Hægt er að endurheimta sjónina eftir aðgerðir á viðsnúningi drer. Rannsóknir á viðsnúningi drer benda til mismunandi á milli viðkvæmra tímabila fyrir eðlilegan sjónræna þroska, tímabil næmis fyrir sviptingu og tímabila við bata frá sviptingu [9]. Fyrir sjónskerpu, til dæmis, nær sjónskreyttur, dæmigerður þroski yfir fyrstu 7 æviárin, en einstaklingar eru enn viðkvæmir fyrir sviptingu allt að 10 ára aldri og nokkur endurheimt virkni getur verið mögulegt allt lífið [10].

Tungumálþróun sýnir einnig yfirleitt aukna mýkt í barnæsku [11, 12], þó að það sé ekki til eitt næmt tímabil fyrir tungumál. Mismunandi tungumálakunnátta er aflað með aðgreindu taugakerfi að hluta til og þau geta verið mismunandi hvað varðar viðbrögð þeirra við sviptingu og tímabilum aukinnar plastleiks [13]. Meðfætt heyrnarleysi, til dæmis, tengist breyttri vinnslu málfræðilegra upplýsinga meðan merkingartæknivinnsla virðist vera ónæm fyrir sviptingu heyrnarinnar [14]. Þetta undirstrikar sérstöðu viðkvæmra tímabila.

Vinna við sameindaaðgerðir undirliggjandi snemma viðkvæmra tímabila hefur sýnt að jafnvægi örvandi og hamlandi taugaboðefnis er kveikja að aukinni plastleika og að sameindarbremsur takmarka venjulega plastleika í lok viðkvæmra tímabila [15]. Tímasetning upphafs og á móti viðkvæmum tímabilum er sveigjanleg. Rannsóknir með öpum hafa sýnt fram á að hægt er að lengja andlitsnæmt tímabil í byrjun lífsins um 2 eða fleiri ár ef ungbarnaspápar verða ekki fyrir áreiti á andliti á þessum tíma. Svipting andlits seinkar því upphafi viðkvæms tímabils [16]. Lok næmra tímabila getur í sumum tilfellum verið sjálfskapað: nám getur haft áhrif á taugaskipulag og dregið úr áhrifum af plasti [17, 18]. Skynjun á andliti gengst undir þrengingu skynjunar, til dæmis þar sem einstaklingar verða betri í því að vinna úr þeim andlitsflokki sem þeir verða fyrir mest á kostnað flokka sem þeir sjá sjaldnar og skila áhrifum eins og hlutdrægni eigin kynþáttar á andlitsskilningi [19]. Önnur skýring á lok næmra tímabila er sú að taugastarfsemi er í raun ekki minni en í staðinn er örvandi, eða minna fjölbreytt, umhverfisörvun [18].

Flestar rannsóknir á viðkvæmum tímum hafa einbeitt sér að barnæsku en vænta mýkt á reynslu á síðari þroskatímabilum hefur verið lítillega vanrækt. Vísindamenn hafa byrjað að íhuga möguleikann á því að unglingsárin tákna „annað tímabil aukinnar sveigjanleika“ (Steinberg, 2014 [20], bls. 9; sjá einnig [21, 22]). Unglinga, tímabil lífsins sem byrjar á kynþroska og lýkur á þeim tímapunkti sem einstaklingur öðlast sjálfstætt hlutverk í samfélaginu [23], einkennist af umtalsverðum breytingum á heilauppbyggingu og virkni (Box 1). Í þessari álitsgrein skoðum við þrjú svið þroska unglinga sem lagt er til að einkennist af aukinni plastleika: minni, félagslegri vinnslu og áhrifum fíkniefnaneyslu. Við höldum því fram að framfarir í þroskarannsóknum hafi skilað forvitnilegum gögnum sem eru í samræmi við aukna mýkt á unglingsárum. Þrátt fyrir nýlegar framfarir skortir þó áþreifanleg sönnunargögn um viðkvæm tímabil.

+

Box 1

Þroskaþroski í unglingsárum

Hvaða sönnunargögn væru í samræmi við að unglingsárin væru viðkvæm tímabil?

Ef unglingsárin væru örugglega viðkvæmt tímabil væri búist við ákveðnu mynstri í þroskagögnum. Í fyrsta lagi ættu áhrif sérstaks áreitis á heila og hegðun að vera meiri á unglingsárum en áður eða eftir. Af þeim sökum er þörf á rannsóknum þar sem bornir eru saman börn, unglingar og fullorðnir. Aðeins ef litið er á alla þessa aldurshópa er mögulegt að meta hvort unglingsaldur sé sjálfstætt aukið mýkt.Mynd 1, Líkan A), samfellt viðkvæmt tímabil með barnæsku (Mynd 1, Líkan B), eða táknar alls ekki viðkvæmt tímabil (Mynd 1, Fyrirmynd C).

Sem afleiðing af mismuninum á tímasetningu þroska mismunandi heila svæða og brautir [24], væri búist við talsverðum breytileika í upphafi og aðlögun viðkvæmra tímabila fyrir mismunandi áreiti. Rétt eins og snemma þróun einkennist af mörgum viðkvæmum tímabilum [9, 13], er ekki lagt til að unglingsárin séu viðkvæm tímabil í sjálfu sér; í staðinn er lagt til að það séu ákveðin tímabil á unglingsárum þar sem gert er ráð fyrir ákveðnu inntaki frá umhverfinu.

Ef tiltekin umhverfisörvun hefur örugglega aukin áhrif á þessum tíma, gætum við búist við að þar verði aukið nám, sérstaklega hæfileikar sem koma seint til þroska. Fjallað verður um þetta í eftirfarandi kafla um minni. Einnig er búist við að skortur á örvun eða fráviksörvun hafi óhófleg áhrif á þessum tíma. Fjallað verður um þennan eiginleika viðkvæmra tímabila í kaflanum um áhrif félagslegrar streitu.

Unglingalækni gæti verið frábrugðin mýkt snemma í þroska því ólíkt börnum og ungum börnum eru unglingar líklegri og færir um að velja virkan umhverfisáreiti sem þeir upplifa. Almennt, á barnsaldri, eru umhverfi skipulögð af foreldrum eða umönnunaraðilum, en unglingar hafa meira sjálfræði til að velja hvað þeir eiga að upplifa og með hverjum [25]. Við gætum því búist við miklum mun á einstökum mismun á viðkvæmum tímabilum á unglingsárum og sum viðkvæm tímabil geta aðeins reynst hjá undirhópi unglinga. Fjallað verður um þetta í kaflanum um áhrif lyfjanotkunar.

Unglinga sem viðkvæm tímabil fyrir minni

Á 35 aldri erum við líklegri til að rifja upp sjálfsævisögulegar minningar frá 10 til 30 ára en minningar fyrir eða eftir þetta tímabil, fyrirbæri sem vísað er til sem „minningarhöggsins“ [26]. Minningarhöggið er ótrúlega öflugt og sýnir svipað mynstur þegar það er prófað með mismunandi mnemonic prófum og í mismunandi menningarheimum [26, 27]. Auk sjálfsævisögulegra atburða er innköllun á tónlist, bókum, kvikmyndum og opinberum atburðum frá unglingsárum einnig betri en frá öðrum tímabilum lífsins [28, 29]. Jafnvel hversdagslegir atburðir sem áttu sér stað á unglingsárum og snemma á fullorðinsárum virðast ofreyndir í minningunni, sem bendir til þess að hæfileiki mnemónísks sé aukinn á þessum tíma lífsins [30]. Til dæmis sýndi stórfelld rannsókn hámark annarra þátta minni eins og munnlegt og sjónrænt minni milli 14 og 26 ára [31]. Þótt þessi gögn bendi til viðkvæmra tímabila, er þörf á þjálfunarrannsóknum til að veita tilraunagögn fyrir viðkvæm tímabil fyrir minni.

Þjálfunarrannsóknir eru í boði fyrir vinnsluminni (WM), getu til að geyma og vinna með upplýsingar [32]. Einfaldir þættir WM, svo sem seinkun landuppkalla, geta náð þroska hjá barnæsku [33]. Flóknari WM hæfileikar, svo sem stefnumótandi sjálfleiðsögn landupplýsinga, halda áfram að bæta sig snemma á unglingsárum [33]. Slík flókin WM-verkefni ráða framhliðarsvæði sem sýna sérstaklega langvarandi þroska alla unglingsárin [34] (Box 1).

Það eru nokkrar vísbendingar um að plastleiki WM sé í þróun. Hjá börnum og ungum unglingum var hagnaður af þjálfun í WM-gerð af bakinu en ekki þekkingarþjálfun færður til úrbóta í vökvagreind [35]. Endurbætur héldust á 3 mánaða tímabili þar sem engin frekari þjálfun var framkvæmd. WM þjálfun getur verið árangursrík hjá unglingum með lélega framkvæmdastarfsemi, sem og við venjulega þróun þróunar [36]. Hins vegar vitum við ekki enn hvernig áhrif þjálfunar eru mismunandi hjá unglingum samanborið við börn eða fullorðna. Rannsóknir þar sem börn, unglingar og fullorðnir fara í vitræna þjálfun og áhrifin eru borin saman við virka samanburðarhópa sem fá lyfleysuþjálfun munu vera sérstaklega fræðandi til að ákvarða hvort unglingsaldur táknar viðkvæmt tímabil fyrir þroska WM [37]. Slíkar rannsóknir gætu beinlínis upplýst íhlutun og stefnu í menntun (Box 2).

+

Box 2

Menntun í unglingsaldri

Unglinga sem viðkvæm tímabil fyrir áhrif streitu á geðheilsu

Margir geðsjúkdómar hafa byrjað á unglingsárum og snemma á fullorðinsárum [38, 39]. Langtímarannsókn sýndi að 73.9% fullorðinna með geðröskun fengu greiningu fyrir 18 ára aldur og 50.0% fyrir 15 ára [40]. Talið er að geðraskanir geti að hluta til komið til vegna útsetningar fyrir streitu í æsku eða á unglingsaldri [41]. Félagslegt álag er sérstaklega talið hafa óhófleg áhrif á þessum tíma [41]. Reynslan af áreynsluálagi sem má rekja til fólksflutninga spáir til dæmis innri einkennum eins og þunglyndi og kvíða á unglingsárum [42]. Vísbendingar eru þó einnig um að einelti á barnsaldri (7 eða 11) hefur einnig varanleg áhrif á líkamlega og andlega heilsu á fullorðinsárum [43].

Nagdýrarannsóknir bjóða upp á tækifæri til að nýta sér tilraunir til félagslegrar streitu og hafa boðið dýrmæta innsýn í skaðleg áhrif streitu á unglingsárum. Unglingar hjá kvenrottum varir u.þ.b. frá fæðingardegi (PND) 30 til 60 og frá PND 40 til 80 hjá körlum. Hjá kvenkyns músum varir unglingsaldur frá PND 20 til 40 og frá PND 25 til 55 hjá körlum [44]. Rétt er að taka fram að töluverður breytileiki er á aldri nagdýra sem flokkaðir eru sem unglingar eða fullorðnir í bókmenntum [44]. Sýnt hefur verið fram á að unglingar rottur, sem voru ítrekaðar ósigur hjá ríkjandi einstaklingi, hafa mismunandi hegðunarmynstur (meiri forðast frekar en árásargirni) og ná sér minna eftir endurnýjuð streitu, samanborið við fullorðna rottu. Útsetning fyrir streitu á unglingsárum (samanborið við fullorðinsaldur) hjá rottum tengdist einnig minni taugafrumuvirkni á svæðum í forstilla barka, cingulate og thalamus [45]. Þessi rannsókn náði ekki til seiða, sem takmarkaði ályktanir um viðkvæm tímabil.

Skortur á félagslegri örvun getur einnig haft skaðleg áhrif. Sýnt hefur verið fram á að félagsleg einangrun karl- og kvenrottna hefur óafturkræf áhrif á suma þætti rannsóknarhegðunar, en aðeins ef einangrunin átti sér stað milli PND 25 og 45, en ekki fyrir eða eftir [46]. Þetta virðist því vera viðkvæmt tímabil fyrir félagslega sviptingu hjá rottum. Þó að þessi hugmyndafræði hafi ekki verið þýdd beint til manna, hafa rannsóknir sýnt að unglingar hjá mönnum sýna meiri kvíða sem svar við félagslegri útskúfun en fullorðnir [47, 48]. Félagsleg útilokun er einnig tengd þróun félagslegs kvíða á unglingsaldri manna [49]. Að leggja fram sönnunargögn fyrir áhrifum félagslegrar einangrunar á þroska hjá mönnum er ekki aðeins mikilvægt frá fræðilegu sjónarhorni heldur gæti það einnig hjálpað til við að þróa og tímasetja geðheilsuaðgerðir sem miða að því að styrkja seiglu við félagslega útilokun.

Unglingsár geta einnig verið viðkvæm tímabil til að ná bata eftir reynslu af félagslegu álagi [50]. Nám við útrýmingarhættu er lykillinn að heilbrigðu viðbragði við streitu, til dæmis [51]. Við geðræn vandamál eins og áfallastreituröskun (PTSD) er streita viðvarandi jafnvel þó að streituvaldandi sé ekki lengur til staðar. Í ljós kom að lærdómur við útrýmingarhækkun hefur verið minnkaður á unglingsárum samanborið við bernsku og fullorðinsár - bæði hjá mönnum og músum (Mynd 2) [50]. Gögn frá nagdýrum í rannsókninni bentu til þess að skortur á synaptískri plastleika í forstillta heilaberki í slegli á unglingsárum tengist minni útrýmingu ótta. Þetta felur í sér að desensitismeðferðir, sem eru byggðar á meginreglunum um nám við útrýmingarhættu, geta verið minna árangursríkar á unglingsárum og undirstrikar þörfina á þróun annarra meðferðaraðferða fyrir þennan aldurshóp. Sérstakur styrkur þessarar rannsóknar liggur í þeirri staðreynd að hún náði til aldurshópa barna, unglinga og fullorðinna, auk þess að veita taugargögn í nagdýrum. Niðurstöðurnar benda til þess að unglingsár geti verið viðkvæmt, eða viðkvæmt tímabil fyrir bata frá streitu.

Unglinga sem viðkvæm tímabil fyrir áhrif fíkniefnaneyslu

Unglingsárin eru tími aukinnar þátttöku í áhættusömu hegðun heilsu, svo sem óöruggri kynhegðun, hættulegum akstri og gera tilraunir með áfengi og önnur eiturlyf [52, 53]. Þessi aukning á áhættuhegðun gæti verið að hluta til miðluð af auknum tíma með vinum frekar en fjölskyldu [54]. Þegar unglingar eru saman með vinum sínum eru líklegri til að taka þátt í áhættusömum hegðun en þegar þeir eru einir [55]. Ungir unglingar virðast vera sérstaklega næmir fyrir áhrifum jafningja á skynjun áhættu, samanborið við aðra aldurshópa (Mynd 3) [56]. Þessi rannsókn mældi hve mikil félagsleg áhrif voru á skynjun áhættu í mismunandi aldurshópum og kom í ljós að þó að börn, ungir fullorðnir og fullorðnir hafi haft meiri áhrif á skoðanir fullorðinna um áhættu, voru ungir unglingar meira undir áhrifum skoðana unglinga samanborið við skoðanir fullorðinna. Meðal unglingar sýndu engan mun á áhrifum skoðana fullorðinna og unglinga á áhættu, sem bendir til þess að þetta sé bráðabirgðaþróun í þroska.

Þegar þeir eru með jafningjum eru unglingar líklegri til að stunda áhættusama hegðun eins og fíkniefnaneyslu [57]. Unglingar sem vinir neyta reglulega tóbaks, áfengis og kannabis eru líklegri til að nota fíkniefni sjálfir, til dæmis [58]. Kannabis er eitt af mestu afþreyingarlyfjum meðal unglinga og fullorðinna í Bandaríkjunum og Bretlandi [59, 60]. Áætlað hefur verið að 15.2% Evrópubúa á aldrinum 15 til 24 hafi notað kannabis á síðasta ári og 8% á síðasta mánuði [61]. Talið er að útsetning fyrir kannabínóíði snemma á unglingsárum leiði til varanlegra breytinga á heilabyggingu og vitsmunalegum skorti, sem hugsanlega gerir unglingsárin viðkvæmt tímabil vegna áhrifa þess [62, 63].

Notkun tómstunda kannabis fyrir aldur 18 (en ekki á fullorðinsárum) eða mikil notkun á hvaða aldri sem er hefur verið tengd gráu rýrnun í stundarstöng fullorðinna, parahippocampal gyrus og insula [64]. Upplýsingar um lengd hafa bent til þess að viðvarandi viðvarandi kannabisnotkun milli 13 og 15 ára tengist verulegri minnkun greindarvísitölu [65]. Því lengur sem kannabisneysla er, því meiri lækkar greindarvísitala [65]. Þessi lækkun greindarvísitölunnar reyndist meira áberandi hjá þátttakendum sem notuðu kannabis fyrir aldur 18 samanborið við þá sem fóru að nota kannabis eftir 18. Þessar niðurstöður benda til þess að þroski heila unglinga gæti verið sérstaklega næmur fyrir skaðlegum afleiðingum kannabisnotkunar. Rétt er þó að taka fram að ekki er hægt að útiloka að aðrar skýringar, svo sem skap sem skapaðist eða kvíðasjúkdómar sem miðla bæði notkun kannabis og vitsmunalegra vandamála í þessari rannsókn [66]. Þessar rannsóknir náðu heldur ekki til yngri aldurshópa og hugsanlegt er að heilinn sem þróast á barnsaldri sýndi svipaða eða jafnvel meiri næmi fyrir kannabis en á unglingsaldri. Jafnvel þó svo væri, væri slíkt næmi yfirleitt ekki tjáð hjá mönnum vegna þess að unglingsár eða fullorðinsár verða venjulega fyrsti mögulega tengiliðurinn við lyf til afþreyingar.

Sameindar- og frumuupplýsingar um áhrif kannabis á unglingsárum eru stráar en óbeinar vísbendingar eru um aukið næmi. Sýnt hefur verið fram á að kannabis hefur áhrif á endókannabínóíðkerfið, sem ásamt öðrum taugaboðakerfum (td glutamatergic og dopaminergic system), gengst undir mikla endurskipulagningu á unglingsárum [67]. Þó að tveir lykil kannabínóíðviðtökurnar CB1 og CB2 séu þegar til staðar í nagdýrafósturvísinu (meðgöngudagur 11 – 14 [68]), taugafræðileg dreifing og fjöldi viðtakanna breytist meðan á þróun stendur. CB1 viðtakatjáning á nokkrum heilasvæðum reyndist ná hámarki við upphaf kynþroska hjá kvenkyns og karlkyns nagdýrum [69]. Sérhver truflun sem stafar af útsetningu fyrir kannabis á unglings tímabilinu getur haft varanleg áhrif á endocannabinoid kerfið, sem hefur áhrif á taugar þróunarferli, þar með talið taugafrumur, taugasérgreining, taugafrumur, lenging axonar og glia myndun [70, 71, 72]. Til dæmis, útsetning fyrir D9-tetrahydrocannabinol (THC), aðal geðvirka efnið í kannabis, á kynþroska kvenkyns rottum (PND 35 – 45) leiddi til lækkunar á CB1 viðtaka þéttleika og virkni á nokkrum heilasvæðum [73]. Hins vegar skortir samanburðargögn frá öðrum aldurshópum.

Sterkar vísbendingar um unglinganæmt tímabil vegna vímuefnaneyslu koma frá rannsóknum sem rannsaka langvarandi útsetningu fyrir kannabínóíðum hjá nagdýrum. Útsetning fyrir kannabínóíðum á unglingsárum (PND 40–65) spáði fyrir um vitsmunalegan halla á fullorðinsárum til lengdar (minnis um hlutgreiningu), en svipuð útsetning hjá fyrirbura (PND 15–40) og ungum fullorðnum nagdýrum (> PND 70) var ekki tengd svo viðvarandi halli [74, 75]. Ekki er þó ljóst hvort þessi sönnunargögn þýða beint fyrir menn. Þess má einnig geta að aðeins hluti af unglingum manna gerir tilraunir með lyf eins og kannabis. Framtíðarrannsóknir eru nauðsynlegar til að kanna einstaklingamun, sérstaklega í tengslum við jafningjaáhrif og áhættuhegðun, til að skilja hvenær og fyrir hverja unglingsaldur getur verið viðkvæmt tímabil fyrir lyfjanotkun.

Lokandi athugasemdir

Vísbendingar um plastleiki í minni og áhrif félagslegrar streitu og vímuefnaneyslu eru í samræmi við tillöguna um að unglingsár sé viðkvæmt tímabil fyrir ákveðin þroskasvið. Sterkustu vísbendingar um viðkvæm tímabil hingað til koma frá nagdýrarannsóknum sem sýndu aukna varnarleysi fyrir truflandi áhrif félagslegrar einangrunar og kannabisnotkunar, sem og minnkað nám ótta útrýmingarhættu. Hins vegar eru fáar óyggjandi sannanir fyrir unglingsaldri manna. Nauðsynlegt er að rannsaka áhrif þjálfunar eða streitu í æsku manna, unglingsárunum og fullorðinsárum (sjá Framúrskarandi spurningar).

+

Framúrskarandi spurningar

Acknowledgments

Við viljum þakka Kathryn Mills fyrir gagnlegar athugasemdir við handritið. DF er styrkt af sálfræði- og málvísindadeild UCL. SJB er styrkt af rannsóknarsamfélagi Royal Society University. Rannsóknir okkar eru fjármagnaðar af Nuffield Foundation og Wellcome Trust.

Birt á netinu: september 23, 2015