変化の時：食欲と嫌悪の環境手がかりに対する青年期の感受性の行動的および神経的相関（2010）

イントロダクション

思春期を「変化に満ちた発達段階」と表現するのは、この時期の自身の経験を振り返ったり、今日のティーンエイジャーを観察したりする私たちにとっては控えめな表現かもしれない（Hall、1904）。思春期は、子供時代から大人時代への緩やかな移行段階と定義でき、思春期や身体的成熟を特徴づける身体的変化とは重なり合いながらも概念的に区別される（Ernst、Pine、& Hardin、2006；Spear、2000）。近年、幅広い科学分野の研究者が、この時期の身体的、行動的、社会的、神経学的変化の激しさ、そしてこの時期に関連する憂慮すべき健康統計のために、このライフスパンの時期に大きな関心を示している。

思春期をある時点の心理的なスナップショットとして捉える知的関心を超えて、思春期の行動とそれに伴う神経学的変化を調査する研究は、特に思春期の健康にとって重要である。思春期には、薬物乱用、無防備な性行為、他者への危害、怪我、死亡など、負の結果につながる危険な行動に走る傾向が高まる。2007年の青少年危険行動調査（YRBS、Eatonら、2008）によると、思春期の死亡原因の72%を占める上位4つ（自動車事故、不慮の事故、殺人、自殺）は予防可能である。こうした統計は、これらの死亡が、部分的には不適切な選択や危険な行動（事故、怪我など）および／または高まる感情（自殺など）に起因する可能性があることを示唆しており、本レビューの焦点である思春期の感情的行動や報酬追求行動の生物学的基盤を理解することの重要性を強調している。

嵐とストレス？ 青年期の感情的な変化

思春期は、身体的成熟、自立への欲求、社会的交流や仲間との交流の重要性の高まり、脳の発達など、同時に経験するさまざまな変化のため、ほぼ定義上、ストレスが高まる時期であると考えられてきました（Spear、2000）。新たに得た自立と社会的な関わりは、良い意味で刺激的で挑戦的なものになり得ますが、変化に圧倒されるような感覚につながることもあり、歴史的に一部の研究者は思春期を「嵐とストレス」に満ちた時期と特徴づけてきました（Hall、1904）。物議を醸している「嵐とストレス」の見解は、多くの精神疾患の発症が小児期から青年期にかけて急激に増加するという報告（Compas、Orosan、& Grant、1993）によって裏付けられており、精神疾患の発症の生涯リスクは14歳でピークに達する（Kessler、et al.、2005）。臨床的な青年集団についての完全な議論はこのトピックにとって本質的に興味深いものであるが、それは本レビューの範囲外であり、これらの問題をより詳細に扱っている既存の記事を参照するよう読者に勧める（Paus、Keshavan、& Giedd、2008 ; Steinberg、2005）。

感情の典型的な範囲に関して言えば、特定の種類の感情状態、特に否定的な感情状態は、青年期に蔓延率がピークに達することが示されています（Compas、Hinden、& Gerhardt、1995年、Petersenら、1993年、Rutterら、1976年）。ごく最近のYRBSの結果では、前年に4人に1人以上（27.3%）の青年が、少なくとも2週間、日常生活に支障をきたすほどの深刻なうつ病の症状を経験していたことが示されています（Eatonら、2008年）。頻繁にネガティブな感情を経験することは、特に思春期初期によく見られ、男性よりも女性に多く見られます（Larson、Moneta、Richards、& Wilson、2002）。また、悲しい気分に加えて、不安（Abe & Suzuki、1986）、自意識過剰、自尊心の低下（Simmons、Rosenberg、& Rosenberg、1973 ; Thornburg & Jones、1982）にも現れます。悲しい、落ち込んでいる、または絶望していると感じることは、思春期に見られる感情障害、自殺未遂および自殺既遂、依存症の増加率と関連している可能性があります（Pine、Cohen、& Brook、2001 ; Silveri、Tzilos、Pimentel、& Yurgelun-Todd、2004 ; Steinberg、2005、Mościcki、2001）。これらの統計は、青年期におけるこうした感情状態の変化の生理学的基盤を理解する必要性を強調している。

最後に、青年期の否定的な感情状態は頻繁に起こるだけでなく、その感情反応は大人に比べてより強烈で、変動が大きく、極端な傾向にある（Arnett, 1999 ; Buchanan, Eccles, & Becker, 1992 ; Eccles, et al., 1989 ; Simmons & Blyth, 1987）。Larsonらは (2002)、横断的なビーパー調査を実施し、青年期初期の若者が経験する瞬間的な感情を 1 週間にわたって 1 日数回サンプリングし、その後、青年期後期に移行した約 3 年後に同じ若者を再テストした。結果は、ここで 5 年生から 8 年生と定義される青年期初期の若者は、同じ若者が 9 年生から 12 年生で経験した感情状態に比べて、感情状態の短期的な変動が著しく大きいことを示した ( Larson, et al., 2002 )。本研究および他の研究は、思春期の感情状態は子供や大人よりも不安定になりやすく、特に思春期初期にその傾向が顕著であることを示唆している。

先に述べた研究は、比較的暗い見通しを示しており、思春期は人生において非常にネガティブな時期になる運命にあることを示唆している。しかし、ほとんどの思春期の若者は実際には不幸ではなく、この潜在的に困難な時期を比較的容易に、そして永続的な問題もなく乗り越えていることに注意することが重要である（Steinberg、2008）。入手可能なデータの偏りがこの矛盾の一因となっている可能性があると我々は考えている。多くの研究では、思春期の若者にネガティブな感情について報告するよう求めているが、この時期に高まる可能性のあるポジティブな感情について尋ねる研究はごくわずかである（Ernst et al.、2005を参照）。結果として、思春期の感情に関するより最近の見解は、「嵐とストレス」を経験することに関して決定論的ではなく、思春期であること自体が、激しいネガティブな感情状態を経験するリスク要因である可能性があると主張している（Arnett、1999）。

青年期のインセンティブによる行動

前節では、青年期は否定的で不安定な感情を頻繁に経験すると述べてきた。しかし、青年期は、潜在的に負の帰結を適切に考慮せずに快楽体験に近づくという特徴を持つ、リスク行動の非線形的な増加によっても特徴づけられる。いくつかの疫学的データは、青年期の行動に関するこの概念化を裏付けている。特に、青年は、子供や大人に比べて、危険な運転、違法薬物の使用、犯罪行為、危険な性行為に著しく多く従事している（National Research Council, 2007 ; Substance Abuse and Mental Health Services Administration, 2007 ; Eaton et al., 2008）。これらの健康統計は、青年がリスクを冒す傾向があることを示唆しているが、親の監督の減少やリスクを助長する状況へのアクセスの増加といった環境的影響も、子供時代から青年期にかけてのリスク行動の増加を説明できる可能性がある。

管理された環境下でリスクテイクを測定する実証研究は、環境的要求の差異がない場合、青年が不均衡なリスクテイクを示すという考えを概ね支持している。Cauffman らは (2009)、アイオワギャンブル課題を用いて、青年期前 (10 歳) から成人期 (最大 30 歳) までの参加者を対象にテストを行った。この課題を用いて、参加者が実験者からのフィードバックを利用して「良い」カードのデッキ (肯定的フィードバック) に近づき、「悪い」デッキ (否定的フィードバック) を避けることを学習する能力を定量化することにより、接近と回避に基づく意思決定を別々に計算した。その結果、潜在的な報酬への接近レベルは曲線関数を描き、肯定的フィードバックに対する感度が青年期に最大となることがわかった。対照的に、否定的フィードバックを利用して負の結果を回避する能力は、年齢とともに直線的に強化され、成人期になるまで完全に成熟しなかった。これらの知見は、青年期には不均衡な接近志向と未熟な回避志向が組み合わさっている可能性があり、それがリスクテイク行動の非線形的な増加を説明する可能性があることを示唆している。これらの知見は、コロンビアカードタスク（「ホット」、つまり感情的に動機づけられた意思決定と「コールド」、つまり熟慮的な意思決定のコンテキストを持つリスクを伴う意思決定タスク）を使用したFignerら（2009）の結果と一致している。彼らは、「ホット」条件では、青年期は成人に比べてリスクテイクが増加していることを観察した。最近、このサンプルは10歳という若さの個人にまで拡張され、青年期前の子供は成人と同程度のリスクテイクを示し、青年期よりは低いという知見が得られている（Figner、Mackinlay、Wilkening、& Weber、2009）。これらの実験は、特に覚醒度や注目度が高い状況において、青年期の若者は潜在的な報酬に近づく動機が異常に高いという考えを裏付けている。

なぜ青年はリスクを冒す傾向が強いのでしょうか? その答えは複雑で、この巻の別の記事で取り上げられていますが (Doremus-Fitzwater、Verlinskaya、& Spear の記事を参照)、青年期に見られる危険な行動は、インセンティブや新しい経験を求める動機の高まりに関連していると考えられます。この衝動は、子供や大人に比べてこの年齢では報酬刺激の顕著性が高いことによって媒介される可能性があります ( Steinberg、2008 ) - 言い換えれば、報酬に対する感受性の高まり ( Casey、Getz、et al.、2008 ; Casey、Jones、et al.、2008 ; Fareri、Martin、& Delgado、2008 )。この解釈は、先に述べた行動学的知見、すなわち、子供や大人に比べて青年期に感覚探索行動が強化されることが記録されていること（Zuckerman、Eysenck、& Eysenck、1978）、金銭的報酬を受け取った後に報告される肯定的感情が強化されること（Ernst et al. 2005）、および今後のセクションで議論される神経生物学的証拠と一致しています。興味深いことに、げっ歯類も青年期に新規性や感覚探索行動が強化されることを示しており、報酬探索行動は原始的な生物学的メカニズムによって制御されていることを示唆しています（Adriani、Chiarotti、& Laviola、1998 ; Laviola、Macri、Morley-Fletcher、& Adriani、2003）。

人間の場合、この傾向は未熟な「自己制御能力」と相まって、不適切な選択行動のリスクを高めます（Steinberg、2004）。感情的に重要な状況に置かれると、肯定的な環境的手がかりに対する感受性が高まることで、たとえその選択が最適でなかったり危険であったりしても、青年の行動はインセンティブに近づく方向に偏ります（Casey、Jonesら、2008）。重要なのは、危険な行動は、これらの行動の潜在的な結果を理解する能力の欠如では説明できないということです（Reyna & Farley、2006）。青年は認知的に自分の行動の客観的な危険性を認識できますが、その瞬間には、仲間、環境的状況、または内的な感情状態などさまざまな影響により、これらの警告は無視され（Gardener & Steinberg、2005、Steinberg、2005）、感情的に高ぶった状況では、環境的手がかりが認知制御に「勝つ」ことになります。この概念化では、顕著な環境的手がかりに対する不均衡な感受性が、発達のこの段階における危険を伴う報酬追求行動の非線形的な増加を部分的に説明できると提唱している。

一見すると、危険な行動をとる思春期の若者は、頻繁に経験する否定的な気分状態と矛盾しているように見えるかもしれないが、これらの傾向は必ずしも互いに排他的ではない（Bogin, 1994 ; Spear, 2000）。実際、否定的で極端な感情行動とリスクテイクの増加が組み合わさることで、進化的に適切な行動が促進される可能性がある（Casey, Jones, et al., 2008 ; Spear, 2000）。リスクテイクと新規性の追求は、個人が故郷を離れなければならない社会構造において、思春期の主要な目標のいくつかを促進するものと見なすことができる。それは、自立を「試す」こと、新しい環境を探索するのに十分な動機を生み出すこと、そして家族以外のメンバー（潜在的な配偶者を含む）との絆を築くことである。反応的で極端な感情を生み出す傾向は、この自立への努力のプロセスを補完する可能性がある。不安定で否定的な感情は、脅威と安全の合図に対する警戒心の高まりを示す可能性があり、これはリスクを伴う行動をとる際に、より重要な役割を果たす可能性がある。そのため、感情と報酬追求の組み合わせは、正当な理由があって生じたのかもしれないが、現代社会においては適応的な役割をあまり果たしていない。

思春期の行動変化のモデルの合成

今述べた行動研究に基づいて、我々は、子供と大人の行動と比較して、思春期の行動の独特な側面を特徴付ける3つの主要なテーマを観察しました。 第一に、思春期の若者は顕著な環境の手がかりに対して高められた感受性を示すように思われる。 行動的には、この考えは、思春期のリスクテイク行動の疫学的報告、および青年期の子供と大人に比べて肯定的および否定的な環境手がかりに対する誇張された反応を示す実証的研究によって裏付けられている。 成人にとって軽度の厄介なまたは有害な出来事のように見えるかもしれないことは、強いネガティブな影響をもたらす青年期における激しい感情的誘因を構成するかもしれません。 同様に、潜在的な快楽の根源を示す環境の手がかりは、潜在的な報酬に対する感受性が高まるため、子供や大人よりもインセンティブを求める行動を大きく促進する可能性があります。

青年期の行動の特徴付けにおける第二のテーマは、青年期はしばしば環境的に際立った手がかりに直面して行動制御を行使することができず、危険で潜在的に危険な選択行動につながるということである。 特に、青少年は次善の決断の結果を理解し推論することができます。 しかし、正しい文脈では、仲間同士であろうと、特定の気分状態であろうと、青少年はそれが不利であるか潜在的に危険であるときでさえも顕著な環境の手がかりに近づく。 ネガティブな影響を制御するという観点では、前頭前野制御の欠如は、不十分な感情的調節能力をもたらし、感情反応が「未チェック」のままになり、非常に感情的なアウトプットをもたらす可能性があります。

最後に、思春期の若者は感情反応が高まり、インセンティブに基づく行動変化を示す傾向がありますが、これらの反応は個人差に大きく左右されます。多くの若者が合理的な判断を下し、感情のコントロールに問題がないことを忘れがちです。しかし、私たちは、思春期は「嵐とストレス」（Arnett、1999）に関するより最近の見解と一致して、感情の高まりのリスク要因となる時期であると考えています。この時期は、特性不安や気分の個人差などの素因、あるいは家族や友人関係の安定性などの状況要因と相まって、思春期に見られる激しい感情状態を経験する複合的なリスク要因となる可能性があります。

青年期行動の神経生物学的モデルに向けて

私たちは、思春期特有の感情的行動や報酬追求行動の非線形性を考慮に入れた、思春期の行動パターンを支える脳の変化を特徴づける生物学的モデルを開発しました（Casey、Getz、et al.、2008 ; Casey、Jones、& Hare、2008）。この経験的に導き出されたモデルは、感情的行動や報酬に基づく行動に重要な脳システム（例えば、扁桃体や腹側線条体を含む皮質下辺縁系領域）の構造的および機能的成熟度と、認知および衝動制御を媒介する脳システム（例えば、前頭前皮質）との間の不均衡を仮定しています（図 1を参照）。まだ未熟な前頭前皮質のシグナル伝達と比較した辺縁系構造の相対的な成熟度は、思春期に典型的な偏った感情的行動や報酬に基づく行動を説明するものです。これは、脳の両システムが比較的未熟な幼少期と、両システムが比較的成熟し、行動への影響がよりバランスの取れた成人期とは対照的です。次のセクションでは、辺縁系と前頭前野の制御脳システムの発達、構造、機能、およびそれらの相互作用を概説する実証研究、ならびにこれらのシステムの不均衡な関与が、思春期に関連する感情的行動や報酬追求行動につながる仕組みについて議論します。

 

図1

青年期における感情的およびインセンティブに基づく行動強化のためのモデル 扁桃体や腹側線条体などの皮質下領域の早期成熟（赤い線）と前頭前野皮質領域の遅い成熟（青い線）を組み合わせると予測する ...

本稿では、主に、思春期の情動、動機、認知制御行動に重要な動的機能を持つ、相互作用する3つの脳システムに焦点を当てる。内側側頭葉に位置する核の集まりである扁桃体複合体は、情動を喚起する刺激、潜在的な脅威、他者の情動状態を示す手がかりなど、生物学的に重要な情報の処理において重要な役割を担っている（Aggleton, 2000 ; Davis & Whalen, 2001 ; LeDoux, 2000）。この回路における2番目の重要な役割を担うのは、側坐核（NAcc）を含む基底核の一部である腹側線条体である。 NAccは、報酬の予測と獲得をシグナルすることで意思決定行動に貢献し、前頭前皮質との結合を介して動機づけられた行動に影響を与える役割を果たします（Cardinal、Parkinson、Hall、& Everitt、2002年；Delgado、2007年；Schultz、2006年）。最後に、前頭前皮質は、認知制御の実行、感情の調節、合理的な意思決定、複雑な認知など、広範囲にわたる認知機能に関与していることが示唆されています（Casey、Galvan、& Hare、2005年；Miller & Cohen、2001年；Ochsner & Gross、2005年）。前頭前皮質に対する扁桃体とNAccの相対的な成熟度の不均衡が、思春期における感情的で報酬に敏感な行動傾向を生み出す原因であると私たちは考えています。

辺縁系および前頭前野の相対的成熟度の差の評価

機能的神経画像研究の文献以外では、前頭前野領域と比較して皮質下辺縁系脳構造の相対的な成熟度に差異があることを示唆する証拠があり、これは思春期に最も顕著になる可能性がある。前頭前野皮質シナプスの刈り込みが発達期まで継続するという証拠は、非ヒト霊長類とヒトの両方で確立されており（Rakic、Bourgeois、Eckenhoff、Zecevic、& Goldman-Rakic、1986 ; Huttenlocher、1997）、ヒトの脳ではより大きな領域分化が見られ（Huttenlocher、1997）、皮質感覚領域と皮質下領域は、高次連合領域よりも早く動的なシナプス刈り込みを受ける。この皮質発達の概念化は、高次前頭前野領域の灰白質の刈り込みが皮質下領域に比べて思春期まで続くことを示す解剖学的MRI研究と一致している（例：Giedd et al., 1999）。扁桃体と側坐核もこの時期に解剖学的変化を示すが、程度は小さい。解剖学的MRI実験では、側坐核の灰白質測定値は年齢によって予測されなかったが、前頭前野領域は年齢によって強く負に予測された（Sowell et al., 2002）。扁桃体の成熟に関して言えば、ヒトの扁桃体の体積分析では、4～18歳では皮質領域に比べて変化の大きさの傾きが大幅に減少していることが示された（Giedd et al., 1996）。これらの知見を総合すると、前頭前野はこれらの辺縁系皮質下領域に比べて、より長期にわたる発達過程を経ることが示唆される。

私たちのモデルは、思春期の脳発達に関する他のモデル（Nelson、Leibenluft、McClure、& Pine、2005年；Steinberg、2008年）と類似しています。しかし、本モデルは、食欲をそそる刺激と嫌悪感をそそる刺激の両方の処理における思春期の変化を説明しようと試み、発達全体を通して皮質下脳システムと皮質脳システム間の動的な相互作用を強調している点で異なります。最後に、本モデルは、思春期の行動変化の非線形性を説明するために、子供、青年、成人からの知見を統合し、行動と脳の反応性を調節する上で個人差が果たす重要な役割を取り入れています。

顕著な環境手がかりに対する感受性の増強の脳メカニズム

機能的神経画像技術を用いることで、被験者が関心のある心理的プロセスを分離することを目的とした課題を実行している間、脳の局所的な活動を非侵襲的に測定することが可能になります。情動神経科学の分野では、研究者たちは神経画像技術を用いて、扁桃体、腹側線条体、中脳核、内側および外側前頭前野皮質など、食欲刺激と嫌悪刺激に特に反応する脳領域のネットワークを特定してきました（Adolphs, 2002 ; Kober et al., 2008）。そして、発達の軌跡全体を通して、情動や報酬に敏感な脳領域の活性化が、発達、行動、個人差に応じてどのように変化するかを調べることができます。

いくつかの神経画像実験では、思春期における嫌悪的および食欲をそそる環境刺激に対する皮質下反応の性質が調べられてきた。このテーマに関する初期の研究では、思春期の若者は恐怖の表情を含む感情の顔の表情に対して扁桃体の反応が確実に現れることが記録されている（Baird et al., 1999）。成人比較群を含むその後の実験では、思春期の若者は成人に比べて、否定的な感情の顔の表情に対してより大きな扁桃体反応を示すことが報告されている（Guyer et al., 2008a ; Monk et al., 2003）。しかし、この効果は常に観察されているわけではないことに注意する必要がある。Thomasらは（2001）、思春期前のサンプルにおいて、恐怖の顔の表情に比べて中立の顔の表情に対する扁桃体反応の増加を記録しており、これは成人で観察された効果とは逆である。さらに、思春期の若者の扁桃体の反応は感情価に依存しないという証拠もいくつかあり、若者は中立的な表情に比べて幸福な表情に対して扁桃体の活動が増強されることも示されています（Williamsら、2006）。これは成人で観察される結果と一致しています（Somervilleら、2004）。

最近では、思春期への移行期、思春期中、思春期からの移行期における感情的な手がかりに対する神経応答の変化を追跡することに研究が集中しており（Casey、Tottenham、Liston、& Durston、2005）、この時期の非線形効果を検出している。児童期中期から成人期までの年齢の個人をテストした結果、思春期の扁桃体の応答の大きさは、子供と成人の両方と比較して有意に大きいことが観察された。子供と成人は、感情の顔の表情に対する扁桃体の活動が同程度であった（Hare et al.、2008、図2A参照）。これらの研究やその他の研究から、思春期の人は子供や成人に比べて感情的な顔の表情に対する扁桃体の反応が誇張されているという暫定的な結論に至った（Somerville、Fani、& McClure-Tone、印刷中）。しかし、これらのパターンは顔の表情に特有のものではないと考えられており、高額な金銭的報酬の欠落などの他の否定的な手がかりも、成人に比べて青年期に不釣り合いに大きな扁桃体反応を引き起こすことが示されている（Ernstら、2005）。

 

図2

（A）感情の表情に対する扁桃体の反応は、子供や大人よりも思春期の若者の方が有意に大きかった。 から適応 Hare et al。、2008, 生物学的精神医学。 （B）大きな金銭的報酬を受け取ることに対する側坐核の反応は有意に高かった ...

機能的神経画像技術では、被験者の行動選択によって金銭の勝ち負けや報酬の大きさが決まるインセンティブ関連の意思決定課題のバリエーションを用いて、思春期の若者の食欲刺激に対する感受性の高まりの神経基盤も調べられてきた。これらの実験は、ヒト（Delgado、Nystrom、Fissell、Noll、& Fiez、2000 ; Knutson、Adams、Fong、& Hommer、2001 ; O'Doherty、Deichmann、Critchley、& Dolan、2002）と動物（Schultz、Dayan、& Montague、1997）の両方で報酬の予測と学習に敏感な腹側線条体の活動に焦点を当ててきた。Mayらは（2004 ）、各試行で金銭の勝ち負けがあるギャンブル課題中に思春期の参加者をテストし、報酬結果の処理に対する神経活動を調査し勝利と敗北の試行を比較すると、青年参加者は、以前に同じ課題を大人に用いて示されたのと同様の脳領域を動員し（Delgadoら、2000）、腹側線条体の活動の亢進も含まれていた。興味深いことに、報酬反応の腹側線条体の時間経過は、大人と比較して青年では時間的に延長されており（Fareriら、2008）、報酬に対する線条体の動員が時間的に誇張されていることを示唆している。別のギャンブル課題を用いて、Ernstらは（2005） 、 fMRIスキャン中に勝利と敗北に対する神経活動と主観的な情動反応を測定した。大人と比較して、青年は高額報酬を獲得したときに経験する主観的な幸福感の誇張を報告し、これらの高額報酬試行はNAcc内で誇張された神経反応を引き起こした。これらの2つの実験を総合すると、青年期は行動面と腹側線条体の反応の両面において、報酬を受け取ることに対する感受性が高まっているという考えを裏付けるものとなる（Bjorkら、2004年参照）。

当研究室の研究では、さまざまな年齢の参加者の食欲をそそる手がかりに対する神経応答の変化を評価し、思春期への移行とそこからの移行におけるインセンティブに対する神経応答の変化を調べた。Galvanらは (2006)、少額、中額、高額の金銭的インセンティブを与える報酬学習パラダイム中の子供、青年、成人の神経応答について報告した。青年と成人では、NAcc は報酬の結果に応じて直線的に増加する活動を示し、報酬の大きさが大きいほど NAcc の活動が大きくなった (図 2Bを参照)。子供は NAcc の応答の協調性が低く、低額、中額、高額の報酬の大きさの条件間で活動に差はなかった。しかし、青年では NAcc においてこの大きさに基づく応答が誇張されており、子供や成人と比較して高額の金銭的報酬に対する応答が著しく増加した。思春期における報酬に対するこの生物学的過敏性は、いくつかの追加研究（Ernst et al., 2005 ; May et al., 2004）で実証されており、思春期のNAcc反応は子供と比較して相対的に機能的に成熟しており、反応の全体的なパターンは大人の反応を模倣しているが、誇張された形で現れていることを示唆している。

青年期における顕著な手がかりに対する反応に対するトップダウン制御の減少の脳メカニズム

脳構造のもう 00027 つの重要な変化は、脳領域間で神経信号を伝達する有髄軸索の束である白質路内で起こります ( Cascio ら、2007 )。灰白質とは対照的に、白質路は思春期から成人期にかけてサイズ、密度、組織化が増加するようです ( Schmithorst、Wilke、Dardzinski、Holland、2002 ; Snook、Paulson、Roy、Phillips、Beaulieu、2005 )。特に興味深いのは、皮質下脳領域と前頭前皮質の間の白質路の構造的完全性です。これらの路は、皮質下の情動および報酬駆動領域と前頭前皮質の制御領域間の相互通信を媒介する可能性があるためです ( Hare & Casey、2005 ; Doherty、2004 ; Pessoa、2008 ; Phelps、2006 )。

年齢に関わらず、皮質下-皮質白質経路の構造的完全性が、報酬や感情処理に関連する行動や性格特性と関連していることを示唆する研究が増えつつある。キムとウェーレン（2008）は最近、扁桃体と腹内側前頭前野の間の結合の強さが、健康な成人被験者の不安症状の少なさを予測することを示した。これは、同様の扁桃体-前頭前野経路を特定した以前の報告（Johansen-Bergら、2008）と一致する。おそらく、構造と性格の関連性は、白質の成熟度が個人間で中間的で変動する思春期におけるこれらの行動の個人差を説明するだろう。

リストンらは発達段階のサンプルを用いて、腹側前頭前野と線条体間の経路を含むいくつかの白質路が思春期を通して成熟し続けることを報告した（2006）。調査した経路のうち、腹側前頭線条体経路の成熟度のみが、ゴー・ノーゴー課題における努力によって測定された衝動制御の向上を予測した（リストンら、2006）。これらの研究を総合すると、皮質下-皮質白質経路は思春期を通して構造的変化を受け続け、認知制御の効率は部分的に前頭線条体接続の成熟度に依存しているという興味深い証拠が得られる。これは、潜在的な報酬に直面した際の衝動制御能力に影響を与える可能性がある。発達段階のサンプルにおいて、白質路の特性と性格特性および認知能力との関連性を調べる今後の研究は、感情的およびインセンティブ駆動型行動におけるトップダウンおよびボトムアップ接続の役割をより深く理解するのに役立つかもしれない。

前節で議論した研究は、青年が顕著な環境的手がかりに対して「過剰反応」を示す可能性があることを示唆している。青年の情動発達のより包括的な理解では、情動的な手がかりに対する反応を抑制、無視、または阻害する必要がある場合に、脳内の情動システムと制御システム間の相互作用を考慮に入れる。認知制御は、無関係な情報に直面しても目標指向的な認知を維持する能力として定義でき、その発達と神経基盤については、この巻の別の記事で詳しく議論されている（Luna et al、本号）。しかし、認知制御は情動処理やインセンティブ処理にも関連している。なぜなら、若者は情動的に刺激されたり、インセンティブに満ちた妨害要因に直面しても認知制御を維持することが特に難しいからである（Eigsti et al、2006）。健康な成人参加者に、目立つ環境刺激に対する情動反応を意識的に抑制するように求めると、腹外側および内側前頭前野の活動亢進がしばしば観察される（Ochsner & Gross, 2005 ; Urry et al., 2006）。腹内側前頭前野の逆効果な活性化は、臨床的うつ病などの精神疾患の神経学的予測因子として機能する可能性があり（Johnstone et al., 2007）、その発症率は青年期に上昇する。情動系と認知系の相互作用は我々のモデルの核心であり、青年期には情動反応をうまく抑制できない行動的欠陥に関連する可能性のある、機能的に不均衡な神経活動パターンを示すと我々は主張する。

思春期における情動処理と制御処理の相互作用を解明するには、より多くの機能的神経画像研究が必要ですが、初期の研究はこれらの相互作用に関する重要な洞察を提供しています。Monk ら(2003)の研究では、恐怖と中立の感情を表す顔の表情を見ているときの、思春期と成人の参加者の神経活動を比較しました。参加者は顔を見ている間、受動的に見るか、顔の刺激から注意をそらして自分の感情状態を評価するように求められました。感情状態の評価は、顔の刺激から注意をそらす必要があり、情動の手がかりが存在する場合に制御処理の強化が必要になると考えられました。成人は、この注意の切り替えを必要とする試行中に、恐怖の顔が提示されたときに、下前頭回に位置する腹外側前頭前野を思春期よりも多く活性化しました。著者らは、この発見は、成人が外側前頭前野領域を動員して外部の感情的な手がかりから注意をそらし、内部の目標に集中する能力を反映していると解釈したが、青年はこのシステムをそれほど効率的に動員しなかった。外側前頭前野の活性化部位の観察は興味深く、このパラダイムと後のセクションで提示されたパラダイムとの重要な違いを反映している可能性がある。たとえば、この実験では、活動は注意をそらす行動指標とは相関しておらず、青年は成人とは異なる心理的戦略を使用して目の前の課題を完了している可能性があることを示唆している。今後の研究では、行動的に一致するサンプルと、年齢を超えてパフォーマンスが変化するサンプル（おそらく目の前の心理的プロセスを示す指標）を含めることが重要であり、これにより、発達横断的効果の解釈がさらに可能になる（Schlaggar et al., 2002のように）。

Hareら（2008）は、認知制御に関与する皮質下辺縁系と前頭葉領域の関連性についてもさらに検討した。機能的結合解析により、腹側前頭前野の領域が特定され、その活性化が実験を通して扁桃体のダウンレギュレーションと反応時間の遅延の減少を予測することが示された。発達段階を通してこの関係を調べたところ、青年期は成人に比べて腹側前頭前野の活性化が低かった。言い換えれば、この研究は腹側前頭前野の活性化の低さ、扁桃体の過剰活性化、およびパフォーマンスの低下との関連性を示しており、このパターンは青年期に特徴的であった。要するに、これらの知見は、辺縁系と皮質の機能ネットワークが感情に直面した際の制御能力を媒介し、青年期は比較的大きな辺縁系と前頭前野の活性化を示すことを示唆している。この機能的不均衡は、感情的な手がかりが存在する状況下で目標指向的な行動を実行する効率の低下につながる。

インセンティブ処理の領域におけるこれらの結果と並行して、ガルバンは、子供、青年、成人の参加者を含むサンプルにおいて、眼窩前頭皮質（OFC）の異なる活性化も報告した。OFCは前頭前野のサブ領域であり、成人では報酬の偶発性を表し、リスクのある報酬関連の衝動に対する抑制制御を行使することが示されている（Daw、O#x00027;Doherty、Dayan、Seymour、& Dolan、2006 ; Galvan、et al.、2005 ;レビューについてはRolls、2000を参照）。ガルバンらは、青年では金銭的報酬の受領に応じてOFCが増加したと報告しており（Galvan et al.、2006）、これは以前の報告で観察されたものと同様である（May et al.、2004）。さらに、青年期では、OFC活動の空間的に拡散したパターンが成人よりも子供に似ていたのに対し、NAccの活動の程度は青年期では成人と同程度であった。ガルバンらが報告したOFCの空間的に拡散した活動は、NAccと比較して脳の未熟性の機能的マーカーとして機能し（Durstonら、2006）、青年期に観察されるNAcc活動の初期でより局所的なパターンと比較して、青年期における前頭前野の機能的未熟性に関する追加的な証拠を提供する。

結論として、腹側線条体および扁桃体を含む、報酬処理に重要な皮質下システムは、子供および大人の両方と比較して、感情に対する刺激亢進反応および報酬誘発キューを示す。 これらの領域における誇張された神経反応は、先に提案されたモデルを支持するものであり、それによって辺縁系および線条体のシグナルは青年期の間にはかなり大きい。 皮質下の感情的および刺激に関連した脳反応のピークとは対照的に、前頭前野における活動は発達の非常に異なる軌跡を示しています。 我々のモデルは、前頭前野が加齢とともに遅発型の線形成熟を受けることを理論化しており、それは今説明した構造的および機能的データによって裏付けられている。 今日までの研究は、前頭前野が青年期の間未熟なレベルで機能し続け、成人に比べて皮質下領域に対する規制の管理が少ないという考えを大いに支持している。 未熟な規制システムと対になった顕著な環境の手がかりに対する皮質下反応の過剰に活性化されたアップレギュレーションは、思春期の行動の変化の原因となる可能性があり、青年期にしばしば見られる誘因探索および感情的行動の非線形ピークを説明できる。

個人差は皮質下 - 皮質ネットワークの応答性を偏らせる

先に述べた実験は、青年期には環境的に顕著な手がかりに対する皮質下反応性が高まり、認知制御を必要とする状況では前頭前野の反応性が低下する傾向があることを示唆している。しかし、図2Aの扁桃体反応と図2Bの側坐核反応を表す生データポイントを単純に観察すると、これらの反応には個人差が大きいことが明らかである。我々の概念では、青年期そのものが、先に述べた機能的「不均衡」のリスク要因であるが、他の個人差要因も皮質下-皮質反応性の強力な媒介因子として機能する可能性がある（図3参照）。このような個人差は、安定した性格特性、神経伝達物質プロファイルの違い、ホルモンの生物学的に制御された変化、思春期のその他の影響、および仲間内での社会的地位などの社会的文脈という形で現れる可能性がある。

 

図3

青年期における非常に感情的で危険な行動を予測するための複合危険因子としての年齢および個人差の略図。

皮質下-皮質ネットワークの「不均衡」の予測因子としての個人差の重要性は、前述の実験を含む数多くの実験的文脈で実証されている。Hareらは (2008)、負の刺激に対する扁桃体の反応の変動のかなりの部分は、年齢に関係なく特性不安の個人差によって説明されることを示した。これは、不安が辺縁系の過剰反応への偏りを誘発するという成人の報告 ( Etkin ら、2004 ; Somerville ら、2004 ; Stein ら、2007 ) と一致する。インセンティブ処理に関して、Galvan らは、年齢を問わず、大きな報酬の予測に対する腹側線条体の反応の分散のかなりの部分は、危険な行動をとる現実の確率によって予測されることを示した ( Galvan ら、2007 )。これらの研究は、測定されることが少ない個人差変数が、青年期における情動的および報酬関連の手がかりに対する神経応答の偏りに重要な役割を果たしている可能性を示す初期的な証拠を提供するものであり、最終節では、これらの効果を調節する可能性のあるその他の変動要因についても検討する。発達に伴う神経伝達物質特性の変動（特にドーパミン系）を含むその他の個人差変数に関する議論は、本巻の別の論文（Wahlstrom et al.、本号）を参照されたい。

青年期脳における情動的および刺激的処理に対する性腺ホルモンの役割

皮質下と皮質の反応の「不均衡」に影響を与える可能性のある要因の1つは、思春期のホルモンレベルの個人差です。思春期には循環する性腺ホルモンが著しく増加し、最終的に性成熟のプロセスにつながります（Spear、2000）。脳に対する性腺ホルモンの影響は、「組織化」メカニズム、つまり性ホルモンが神経系に永続的な変化を引き起こし、それが行動に影響を与えるメカニズム、または「活性化」メカニズム、つまり性ホルモンが急性変化にのみ影響を与え、ステロイドが除去されると効果が可逆的になるメカニズムのいずれかとして概念化されています（Cooke et al.、1998）。近年、思春期における性ホルモンの急激な作用が神経回路をホルモン活性化に対して敏感にし、それが社会的行動や性的行動の発達と成熟を促すという見方が広まりつつある（Romeo, Richardson & Sisk, 2002 ; Sisk & Zehr, 2005 ; Steinberg, 2008）。言い換えれば、思春期は性腺ホルモンが組織化作用を誘発する感受性の高い時期であり、それが社会的行動や生殖行動、ひいてはより広範な感情的行動や報酬追求行動を促進する可能性がある。

脳構造の全体的な変化（Giedd et al., 1997）と扁桃体および線条体の成熟の軌跡の違い（Caviness et al., 1996 ; Giedd et al., 1997、Schumann et al., 2004）の両方において、性差が報告されている。したがって、ホルモンレベルの変化は、この時期の脳の発達とそれに伴う行動の変化に影響を与える可能性がある。男子（8～15歳）では、テストステロンの基礎レベルが高いほど扁桃体の体積が増加するという相関関係が見られた（Neufang et al., 2009）。この最近の発見は、性腺ホルモンが、感情的に重要な情報に反応することが示されている領域に活性化効果をもたらす可能性があることを示唆している。思春期はホルモンレベルが高まる時期であるため（Norjavaara et al., 1996）、これらのホルモンは、思春期の感情や報酬を求める行動および神経反応を媒介する上で重要な個人差の指標として機能する可能性がある。

思春期の研究では、ホルモンの変化と社会的行動との関連性も示されています。思春期の男子では、テストステロン値が低い場合や、日中のテストステロン値の低下が緩やかな場合、思春期の発達に関係なく、不安、抑うつ、注意障害のレベルが高くなりました。一方、思春期の女子では、日中のテストステロン値の低下が急激なほど、破壊的な行動が増加しました（Granger et al., 2003）。思春期の男女では、性腺ホルモンの急激な増加は、リスクを冒す仲間との結びつきの強さ（Vermeersh et al., 2008a ; Vermeersh et al 2008b）や社会的優位性の高さ（Schaal et al., 1996）と相関しており、社会的環境と性腺ホルモンが相互作用して、動機付けと社会的行動における個人差を予測する可能性があることを示唆しています。

ホルモンの変動が行動に影響を与えることは関連性があるかもしれないが、循環する性腺ホルモンを媒介する性腺受容体遺伝子の役割も考慮することが重要である。最近の研究（Perrin et al., 2008）では、思春期の男子の白質体積の変動は、テストステロン値だけでなく、アンドロゲン受容体（AR）遺伝子の遺伝的多型によっても媒介されることが示された。つまり、テストステロン値が高い短いAR遺伝子を持つ男子は、長いAR遺伝子を持つ男子よりも白質体積の増加が大きかった。これは、ホルモンの活性化および組織化効果を理解する上で、遺伝学が重要な役割を果たすことを示唆している。

青年期の脳における感情的および刺激的処理に対する仲間の影響

青年期には仲間との関係がますます重要になり（Steinberg, 2005）、情動行動や動機づけ行動の変化を媒介する可能性のある要因となる。一方で、青年は集団として、大人や子供に比べて、特に仲間から発せられる社会的合図に対して敏感である可能性がある。さらに、仲間に対する感受性の個人差は、青年の行動に偏りをもたらす上で特に重要となる可能性がある。

最近の研究では、情動的に関連する手がかりに対する行動的および神経的反応に、仲間がどのような影響を与えるかを理解しようと試みられてきた。Grosbrasら (2007)は、仲間からの影響に非常に抵抗力のある青年は、仲間からの影響に抵抗力の低い青年と比較して、怒りの手の動きや表情を見ているときの右背側運動前野と左背外側前頭前野の活動が少なかったと報告した。これは、仲間からの圧力に特に敏感な人は、怒りの動きに対する運動準備が増加し、情動的に重要な情報を見ているときに注意力がより高まる可能性があることを示唆している。Guyerら (2008b)は、仮想チャットルームのタスクで関心の高い仲間と低い仲間と交流した女子青年は、関心の高い仲間に対して低い仲間よりも側坐核、視床下部、海馬、島皮質の活動が大きかったと報告した。島皮質を除くこれらの領域はすべて、年齢に関連した活動の増加を示しており、報酬に敏感な領域が社会的に望ましい仲間に対して過剰に反応していることを示唆している。これらの研究結果は、先に述べた報酬系が、青年期における社会的相互作用の重要性の高まりを媒介している可能性を示唆している。

これらの研究はいずれも、情動処理における仲間からの影響の神経基盤を解明しようと試みてきたが、実際の社会的相互作用中の神経応答を明らかにする能力には限界がある。言い換えれば、前述の実験では、参加者は実際に仲間と交流しているとは考えていない。成人を対象とした研究では、fMRIスキャナー内で現実の社会的相互作用を模倣し、見かけ上の社会的包摂と排除に対する神経応答を測定しようと試みられてきた（Eisenberger et al., 2003 ; Somerville et al., 2006）。現在、青年が実際の社会的交流をシミュレートまたは体験するパラダイムの開発が進められており、報酬系および情動系の脳領域が社会的行動を媒介し、仲間との相互作用の結果をモニタリングする役割を評価することは興味深いだろう。

警告と制限

ここで述べた研究は、主に過去5年間に実施されたもので、思春期の脳における感情と報酬の性質の特徴を明らかにすることにおいて目覚しい進歩を遂げました。 ただし、このトピックに関する実験の数はまだ比較的少なく、それらから明確な結論を引き出す際には注意が必要です。 辺縁系 - 線条体 - 前頭前野の相互作用の性質および思春期の行動とのそれらの関係を完全に解明するためにより大きなサンプルサイズを用いたさらなる研究が求められている。 さらに、青少年は両方のグループと異なると予想されるため、単一の実験で小児、青年、および成人の被験者をテストすることは、非線形の変化を識別するために重要です。 これは単一の実験内でめったにテストされません。

青年期における線条体および辺縁系の機能に関しては、両方のシステムが青年期において誇張された反応プロファイルを示すという考えを支持して、証拠はうまく収束している。 思春期の報酬と感情的な行動を理解するためには、前頭前野の制御メカニズムを考慮する必要がありますが、比較的少数の実験でこれらの行動を仲介する前頭前野の役割を評価したことはありません。 加えて、多くの実験は前頭前野皮質内のどの特定の領域が活性であるかという観点から相対的に不正確な前頭前野反応を議論し、そしてそれを関連する文献の文脈の中で議論した。 前頭前皮質は、機能、構造、入力および出力が異なる不均一な小領域を有する脳の広い領域です。 成人と青少年の両方における将来の研究は、前頭前野の細分化および辺縁系および線条体の機能との関係を発達全体にわたってよりよく理解することを可能にするだろう。

結論

成人および子供と比較して、青年は過度に危険な行動をとるため、薬物乱用、保護されていない性別、負傷、自殺など、さまざまな否定的な結果を招く可能性があります。 これらの行動の多くは、少なくとも部分的にはインセンティブと感情的な反応によって仲介されます。それは、潜在的な報酬の危険なアプローチ、または自傷や自殺などの極端な負の影響を経験した結果につながる不適切な食欲行動です。 感情的およびインセンティブ関連の行動はこれらのリスクと密接に関連しており、これらの行動を媒介する上で脳系を発達させることの役割を理解することは、思春期の健康にとって本質的に重要です。

人間の構造的および機能的イメージング研究は、人生のこの時に脳に起こる複雑な変化、およびそれらと青年期の行動との関係に光を当て始めました。 現時点では、前頭前野の成熟後期制御領域と比較した、線条体の皮質下辺縁系および報酬感受性領域の異なる軌跡は、適切な行動をとらずに環境手がかりに対する感受性の増強を特徴とする思春期の行動変化につながる可能性がある阻害。 経験的に調査され始めたばかりのこの行動プロファイルのリスクが高いことを予測するには、多数の個人差も重要と思われます。 前頭前野制御システムによってチェックされていない比較的成熟した感情的および報酬システムは、思春期の若者の非線形の、独特の行動プロファイルにつながる重要な神経の「不均衡」であるかもしれません。 この分野での継続的な研究が、この魅力的で複雑な人生の時間についての私たちの理解を深めることを願っています。

謝辞

脚注

参考情報