青年期の神経生物学：脳構造の変化、機能的動態、および行動傾向（2011）

はじめに

思春期は、個人が自分の体の身体的変化を観察し、新しい興味や欲求を経験し、そしてより大きな自由、自立、そして責任をもって自分自身を見つける期間です。 さまざまに定義されていますが、思春期は一般的に思春期の始まりから始まり、成人の社会的役割を引き継ぐときに終わると考えられています（ダール、2004; スピア、2000） 思春期のスパン - 成長の増加、体組成の変化、生殖腺および二次性器および性格の発達、ならびに心血管および呼吸の変化を含む - は典型的には少女の10から17の年齢および男子の12から18の間に起こる。フォークナーとタナー、1986） これが起こると、青年期はさまざまな認知的、行動的、そして心理社会的な移行を経験します。 思春期のさまざまな変化がすべて一緒に始まり終わっているわけではないので、思春期の脳の変化を行動と関連付けるというパズルは困難です。 思春期を勉強することは、さまざまな年齢や発達レベルの「思春期」グループを研究者が指定して、動くターゲットで撮影するのと同じです。 さらに、半ばから19^th 20を通して^th 世紀、西暦の世界では初潮の初期の平均年齢が観察されています（フォークナーとタナー、1986; タナー、1990） 教育プロセスはより長期化され、個人はキャリアを開始し、結婚し、子供を産む前にもっと長く待つ傾向があります（ダール、2004） したがって、青年期の長さは固定されておらず（そして長くなってきており）、そしてその期間は多くの生物学的発達過程と相関しているが、それは心理社会的および行動的基準に従って部分的に定義される。 これらの警告を念頭に置いて、ここでレビューされた文献は主に人生の20代目としての人間、2〜4歳の猿、そして4〜6週または7週のげっ歯類を定義しています。

定義上のあいまいさにもかかわらず、この期間中に種間で見られる様々な特徴的な行動の変化を含む大きな移行が起こることはよく認識されています。 社会的行動が増加している（Csikszentmihalyi et al。、1977）、目新しさと感覚の探求（Adriani et al。、1998; StansfieldとKirstein、2006; Stansfieldら、2004）、リスクテイクへの傾向（スピア、2000; スタインバーグ、2008）、感情的な不安定性（スタインバーグ、2005）、衝動性（AdrianiとLaviola、2003; チェンバーズ他、2003; Fairbanks他、2001; Vaidyaら、2004） ピア関係が支配的になり、楽しさとエキサイティングな経験を模索することへのより大きな傾向があります（Nelsonら、2005） これらの行動は、ますます独立した思春期の食べ物と仲間を見つける可能性を高める可能性があるので、目新しさと感覚の追求の増加は進化的に適応的である可能性がある（スピア、2010） しかし現代社会では、これらの特徴は不必要なリスクを負うことと関連している可能性があります。 したがって、思春期は行動的脆弱性の期間と考えられています。10代の若者はたばこと違法薬物とアルコールで実験する可能性が高いです。 無謀に運転する。 無防備なセックスをする。 そして対人葛藤アーネット、1992; アーネット、1999; チェンバーズ他、2003; スピア、2000） 思春期のリスクテイクは、特定の行動が同僚に受け入れられていると考えられる場合（グループ内での自動車事故など）（例えば、保護されていない性別、薬物使用など）より起こりやすい（スタインバーグ、2008）、そして感情的に過激な状況では（Fignerら、2009） このように、青年は幼児期の潜在的な健康問題を乗り越えてきたが、それらの罹患率および死亡率は思春期前の子供の2倍である（ダール、2004).

の追加リスクに加えて 通常の 思春期の発達、それはまた気分障害、摂食障害、および統合失調症のような精神病性障害を含む様々な精神疾患の症状がしばしば現れる時でもあります（Pausら、2008; マツ、2002; シスクとツァー、2005; Volkmar、1996） この時期には、思春期を迎える一連のホルモンシグナルからすべてを駆り立てる、さまざまな神経生物学的変化があります（シスクとツァー、2005認知能力の向上と動機づけの変化Doremus-Fitzwater他、2009; ルナら、2004） 思春期を通じて脳がどのように発達するかを正確に理解し、そのような変化を正常な行動傾向と病理学的状態の両方に関連付けることは、公衆衛生にとってきわめて重要です。 ここでは、思春期の行動的および神経発達的変化のいくつかを検討し、それらを結び付けるいくつかのモデルについて議論します。これには、処理効率の低下という私たち自身の仮説も含まれます。

2 思春期の行動

げっ歯類や人間を対象とした研究では、青少年は遅延割引タスクで測定した場合、大きい遅延報酬よりも早く起こる小さい報酬の優先として定義される、より大きい「衝動的選択」を示しています。AdrianiとLaviola、2003; Steinbergら、2009） 人間の研究では若い若者だけがこの違いを示していることは注目に値する。 16 – 17（XNUMX – XNUMX）歳までの成人の年齢に達するまでの割引割引付きSteinbergら、2009） 思春期の人間はまた、男性よりも女性よりも高いレベルを示して、成人よりも感覚探求尺度で高い得点を示します（Zuckermanら、1978） 感覚の探求は「多様で、新しく、そして複雑な感覚と経験の必要性…」（Zuckerman et al。、1979、p。10）であり、これは独立して、または衝動性と共に起こり得る。 感覚探索は思春期の初期から中期にかけて最大になり、その後は低くなりますが、衝動制御は10代を通じて着実に改善しているように見えます。Steinbergら、2008） 思春期の感覚が高まるという人間の証拠と一致して、思春期のげっ歯類は新規性を好む（Adriani et al。、1998; Douglas et al。、2003; Stansfieldら、2004）より大きな新規性誘発歩行性を示す（StansfieldとKirstein、2006; Sturmanら、2010そして、大人よりも高架式十字迷路で両手を広げて探索する（）Adriani et al。、2004; Macrìら、2002).

身体的または社会的危害の危険にさらされても、思春期の若者が新しい経験を探す傾向があることは、リスクを評価したり結果の確率を計算したりする能力が未発達の場合に予想されるかもしれません。 認知能力は現時点で発達し続けています（ルナら、2004; スピア、2000） ピアジェによると、より抽象的な推論に関連する正式な手術期間は、思春期に完全に成熟する（シュスターとアッシュバーン、1992そして、一部の個人ではあまり発達していないかもしれません。 また、10代の若者が独特な感情の「個人的な寓話」と共に「架空の聴衆」を体験するという自己中心主義の持続は、彼らが彼らが例外的であると信じさせ、彼らに無敵の感覚を与えるかもしれません（アーネット、1992; Elkind、1967） しかし、思春期半ば以降からは、わずかな認知改善しか見られない（ルナら、2004; スピア、2000そして、幼い子供でさえも、確率についての正確な暗黙の理解を示す（Acredolo他、1989） さらに、思春期の若者が実際には自分を無敵または過小評価されたリスクとして認識しているという証拠はほとんどありません。 実際、彼らは1年以内に妊娠する可能性、投獄される可能性、若くして死亡する可能性など、リスクを過大評価していることがよくあります（de Bruinら、2007） 最後に、思春期のリスクテイクに関する認知的説明は、子どもがリスクを冒すことは少なく、それでも青年よりも認知的発達が少ないという事実を説明しなければなりません。

あるいは、思春期の行動格差は認知戦略の違いに関連する可能性があります。 「ファジートレース理論」と呼ばれる1つの仮説は、認知能力の欠如からかけ離れて、若者よりも選択のリスク/利益の詳細を成人よりも明確に処理すると述べています。 逆説的に言えば、思春期の若者は、異なる選択肢の期待値をより明確に計算することによって、成人よりも合理的に行動するかもしれないが、これはより大きなリスクテイクにつながる可能性がある（Riversら、2008） による 河川と同僚（2008）開発を通して、私たちはより文字通りの「逐語的」な方法から、細部なしに本質または最終結果をとらえる「ファジー」な要旨レベルのヒューリスティックに進む。 これはおそらく意思決定の効率を向上させ、実際の確率を評価することなく潜在的な悪影響を回避する傾向があるため、リスクの高い選択から偏らせる傾向があります。 例えば、青年期とは異なり、大人は、同一の期待値を持つ確率論的な選択肢よりも確実に増加または減少する損失を伴う選択を好む（Riversら、2008） 全体的に見て、思春期の選択は認知戦略の違いを反映する可能性があるが（結果予測の欠陥ではない）という考えは興味深いものです。 青年期の意思決定に関する将来のニューロイメージングおよび生理学研究は、同じ脳領域内であっても、神経活動の正確なパターンの違いが、異なる領域間の統合のレベルと共に、認知的審議の代替スタイルを促進する可能性を考慮することから利益を得る。

思春期の若者の無謀さが増したのは、リスクと報酬をどのように経験しているかが異なるからです。 1つの説明は、青年期の青少年はより悪い悪影響や気分の落ち込みを経験し、そして低いまたは中程度のインセンティブ値の刺激からのより少ない喜びを感じるかもしれないということです。 青年期はそれ故に彼らの報酬の経験の欠乏を満たすためにより大きな快楽の激しさの刺激を求めるでしょう（を見てください） スピア、2000） これは、成人に対する青年期に対するスクロース溶液の快楽価値の違いを示す研究によって裏付けられている。 スクロース濃度が臨界点を超えると、快楽値は急激に低下します。 しかし、そのような減少は、子供や青年ではあまり目立たないか存在しません（De Graaf and Zandstra、1999; Vaidyaら、2004） 別の説明は、青年期が楽しい刺激の強化特性に対してより大きな感受性を有するということです。 どちらの可能性も、青年がより多くのショ糖溶液を消費する動物モデルと一致しています（Vaidyaら、2004）、以前は社会的交流に関連した部屋を好む（Douglas et al。、2004そして、ニコチン、アルコール、アンフェタミン、コカインなどの薬のほうが成人よりも高いインセンティブ値の証拠を示している。Badanichら、2006; Brenhouse and Andersen、2008; シュラム他、2006; スピアとVarlinskaya、2010; Vastolaら、2002） しかし、これは常に見られるわけではありません（Frantzら、2007; マシューズとマコーミック、2007; シュラム他、2008また、思春期の薬物嗜好の増加は、有害な副作用や離脱に対する感受性の低下にも関連している可能性があります（Littleら、1996; Moy他、1998; Schramm-Sapyta et al。、2007; Schramm-Sapyta et al。、2009） 同様に、思春期を迎えようとする可能性の評価が意欲的または目立たない場合（またはリスクテイクの興奮自体がそのような行動を起こす可能性がある場合）、青少年はより危険な行動をとる可能性があります。

思春期の行動の違いを説明できるもう1つの要因は、行動に対する感情（価数、感情、覚醒、および特定の感情状態）の影響です。 思春期の若者の感情体験が異なる場合、または感情の激しさとボラティリティが高まるこの時期に、感情が意思決定に異なる影響を及ぼす場合、行動の格差が生じることがあります（アーネット、1999; Buchananら、1992） 感情はしばしばクラウドの合理的な意思決定と考えられています。 これはいくつかの場合には当てはまるかもしれませんが（特に感情的な内容が意思決定の文脈と無関係であるか無関係な場合）、最近の研究は感情がどのように特定の決定を改善するかを調べました。 例えば、体性マーカー仮説は、あいまいな状況では、感情的プロセスが有利に行動を導くことができると述べている（ダマシオ、1994） アイオワギャンブルタスクは、不確実な条件下で意思決定をテストするように設計されています（Becharaら、1994） 心内側PFCまたは扁桃体の病変を有する個人は、有利なリスク回避戦略を支持することが困難であり、感情的情報を統合することにおける欠陥が不十分な決定につながる可能性があることを示唆している。Becharaら、1999; Becharaら、1996） 思春期の若者と大人は、感情的な情報を決定に組み入れる方法が異なる場合があります。 Cauffmanら。 （2010）は最近アイオワギャンブルタスクの修正版で子供、青年、そして大人をテストしました。 彼らは、青年と成人の両方が時間の経過とともに彼らの意思決定を改善したが、成人はこれをより急速にしたことを観察した。 別の研究は、青年期中期から後期までにのみ被験者がギャンブル課題の成績を改善したこと、そしてこの改善は覚醒の生理学的相関の出現と同時に起こったことを証明しました。クローンとファンデルモーレン、2007） これらの結果は、思春期の若者は危険な決定を避けるために必要な一種の関連する情緒的な情報を形成または解釈することにおいて効果的でないかもしれないことを示唆している。

による 河川と同僚（2008） 効果的な要点処理の違いにより、思春期の若者は意思決定に対する覚醒の潜在的に有害な影響をより受けやすくなります。 覚醒が高まった状態では、行動抑制の減少は、「理性的」から「反応的」または衝動的なモードへの切り替えを引き起こすかもしれません。 彼らはさらに、より逐語的 - 分析的処理を行う思春期の傾向がこれをより可能にするが、より単純な成人の「要点」処理の価値および偏りは覚醒状態に対してより不透過性であると主張する（Riversら、2008） 思春期の行動は感情的な高覚醒状態に特に敏感である可能性があると主張する人もいます。ダール、2001; スピア、2010） による最近の研究 フィグナーと同僚（2009） さまざまな情緒的条件下でリスクテイクを測定するタスクを使用して、この仮説を直接テストしました。 青年および成人は、コロンビアカードタスクを実行しました。そこでは、許容されるリスクのレベルが、より高い/より小さい覚醒の条件の下で、より多くの情報に基づく決定を下すために使用できる要因を変えながら調べられました） 思春期の若者は成人よりも高い覚醒状態においてのみより多くのリスクを冒したが、これに関連して、思春期の若者は利得/損失の大きさと確率の影響を受けにくい。Fignerら、2009).

まとめると、これらの研究は、思春期の若者はしばしば大人のように推論し行動するが、特定の文脈において、特に高められた感情的な覚醒の条件下で、彼らの認知戦略および/またはリスクと報酬に対する反応に違いがあることを示している。 これらの行動の変化は、PFC、大脳基底核、および神経調節系（ドーパミンなど）の構造を含む、脳のネットワークの実質的な発達を反映している可能性があります。テーブル1).

  

テーブル1

青年期の行動の違いと構造的神経発達

3 思春期の構造的神経発達

青年期の脳は肉眼的形態の劇的な変化を経験します。 人間の構造イメージング研究は、大脳皮質全体を通して青年期に灰白質の喪失があり、側頭葉の一部の灰白質減少および後期青年期に起こる背側PFCがあることを証明している。Gogtay et al。、2004; Sowellら、2003; Sowellら、2001; Sowellら、2002） 灰白質の減少は線条体や他の皮質下の構造でも明らかです（Sowellら、1999; Sowellら、2002） これらの変化は動物実験からこの期間に観察されたシナプスの大規模な剪定に関連しているかもしれません（Rakic et al。、1986; Rakic et al。、1994シナプスボタンとしてのこの関連性は、皮質体積のごく一部を占めるにすぎないと疑問を呈しているが（）Pausら、2008） ヒトの画像化はまた、白質が皮質および皮質下の線維路における青年期を通して増加することを明らかにしました。あさとら、2010; Benesら、1994; Pausら、2001; Pausら、1999）、髄鞘形成の増加、軸索の口径、またはその両方から生じる（）パウス、2010） 結合パターンの変化は、思春期にも起こります。 例えば、扁桃体と皮質の標的を結ぶ回路では、軸索の発芽と成長が観察されています（Cunninghamら、2002PFCと線条体および他の領域との間で白質の増加する測定値が観察される（あさとら、2010; ギエド、2004; Gogtay et al。、2004; Listonら、2006; Pausら、2001; Sowellら、1999).

より細かいスケールでは、ラットおよび霊長類の研究は、思春期の神経伝達物質系における多数の違いを示している。 青年期は、ドパミン作動性、アドレナリン作動性、セロトニン作動性、および内在性カンナビノイド受容体を多くの地域で過剰発現する傾向があり、その後に成人レベルに剪定されます（Lidow and Rakic、1992; Rodriguez de Fonseca et al。、1993） これらは、後部の線条体および側坐核などの皮質下の標的においてより高いレベルでＤＸＮＵＭＸおよびＤＸＮＵＭＸドーパミン受容体を発現しているが、この後者の領域では成人の発現の低下が見られないものもある（Gelbardら、1989; タラジとバルデッサリーニ、2000; Taraziら、1999; Teicherら、1995） 青年期には、ドーパミン産生と代謝回転の変化、および受容体 - リガンド結合の下流効果の変化の証拠もあります（Badanichら、2006; Caoら、2007; Coulterら、1996; Laviolaら、2001; Taraziら、1998） 機能的には、麻酔をかけたラットから、中脳ドーパミンニューロンの自発的活動が青年期にピークに達し、その後減少するという証拠があります。マカッチョンとマリネリ、2009） 中皮コルチコリンドーパミン回路および活性の発達的変化は、一般的に動機づけられた行動、ならびに特にリスクテイクおよび中毒の脆弱性におけるいくつかの相違の根底にあり得る。 いくつかの研究は、思春期の動物における覚せい剤の精神運動効果の低下を観察したが、増強効果または同様の強化効果（Adriani et al。、1998; AdrianiとLaviola、2000; Badanichら、2006; Bolanosら、1998; Frantzら、2007; Laviolaら、1999; マシューズとマコーミック、2007; 槍とブレーキ、1983） 対照的に、青年はドーパミン受容体に対する拮抗薬である神経弛緩薬（例、ハロペリドール）のカタレプシー作用に対してより敏感です（槍とブレーキ、1983; スピア他、1980; Teicherら、1993） このパターンは、探査の増加と新規性の探求とともに、思春期のドーパミンシステムがベースライン時の「機能的上限」に近いことを示唆していると提唱している（チェンバーズ他、2003).

いくつかの証拠は、大規模な興奮性神経伝達と抑制性神経伝達のバランスが、成人と比較して青年期では大きく異なることを示唆しています。 ラット前脳では、GABA（脳内の主要な抑制性神経伝達物質）のレベルが青年期を通じて直線的に増加します（ヘドナー他、1984） 高速スパイクニューロン（抑制性介在ニューロンと考えられる）上の活性化グルタミン酸NMDA受容体の発現は、青年期のPFCにおいて劇的に変化する。 現時点では、大部分の高速スパイク介在ニューロンはシナプスNMDA受容体媒介電流を示さない（王と高、2009） さらに、ドーパミン受容体結合の調節的影響は青年期にシフトする（オドネルとツォン、2010年） ドーパミンＤＸＮＵＭＸ受容体の活性化が介在ニューロン活性を増加させるのはこの時までにのみツェンとオドネル、2007） さらに、ドーパミンＤＸＮＵＭＸ受容体活性化とＮＭＤＡ受容体との間の相乗的相互作用は思春期の間に変化し、状況依存性シナプス可塑性を促進し得るプラトー脱分極を可能にする（オドネルとツォン、2010年; ワンとオドネル、2001年） これらの青年期のドーパミン、グルタミン酸塩、およびGABAシグナル伝達の変化は、青年期の脳における根本的な神経活動の違いを示唆しています。 これらのシステムはすべて、認知的および感情的プロセスに不可欠です。 それらの機能不全は、気分障害および中毒から統合失調症までの範囲にわたる多数の精神疾患に関係している。

4 思春期の機能性神経発達

神経画像研究は、いくつかの前脳領域におけるヒト青年期機能活性の違いを示しています。 これらの違いは主に、感情的意義をコード化する脳領域（例、扁桃体）で、価値の期待値の計算のための感覚情報と感情情報を統合し（例、眼窩前頭皮質）、動機づけ、行動選択、連想学習においてさまざまな役割を果たす（例：線条体）。 成人と比較して、青年は外側眼窩前頭皮質における血行動態反応の低下および報酬に対する腹側線条体における活性の増加を有する（Ernstら、2005; Galvanら、2006） 他の研究者は、報酬の予想中に右腹側線条体および右伸張扁桃体の活動性が低下していることを発見した。Bjorkら、2004） 意思決定作業において、思春期の若者は危険な選択の間に成人と比較して右前帯状回および左眼窩/腹外側PFC活性化を低下させた（Eshelら、2007） また、青少年はストップライト運転中に大きな危険を冒したため、成人よりも腹側線条体および眼窩前頭皮質をより強く活性化した。Cheinら、2011).

いくつかの研究では、青年期の認知制御システムの未熟さが、より悪い行動成績とともに観察されています（ルナら、2010） 例えば、思春期前反応の抑制を必要とする課題（その能力は年齢とともに向上する）の間に、青年期は一部の小地域ではPFC活性を増加させ、他の小地域ではPFC活性を減少させた（Bungeら、2002; Rubiaら、2000; Tammら、2002） アンチサッケード認知制御課題の間、与えられた試験中に報酬が得られたかどうかを示す合図を見ながら思春期の（しかし成人ではない）腹側線条体活動は低下したがGeierら、2009） したがって、青年期は一般に成人と同様の認知的および情動的構造を活性化させるが、しばしば大きさや空間的および時間的パターンが異なる、または機能的相互接続性を平準化する（Hwangら、2010).

地域内および地域間の接続性の成熟とニューロンの協調は、思春期の行動発達において中心的な役割を果たす可能性があります。 青年期を通じて増加する前線状線条体白質の測定値と抑制性制御能力との間には直接的な関係がある（Listonら、2006） 白質発達は灰白質領域の機能統合の改善にも直接関係しており、発達を通じたより分散されたネットワーク活動を示唆している。Stevensら、2009） これは、安静時機能的結合性MRIをグラフ分析と共に使用して、解剖学的に近位の節点とのより強い結合性から、距離に関係なく成人のすべての節点にわたってより広範に統合されたネットワークへのシフトを観察した研究によって裏付けられている。Fair他、2009） 同様に、前頭部と頭頂部の機能統合における年齢に関連した増加は、アンチサッケード課題におけるトップダウン抑制制御能力の改善を支持する（Hwangら、2010） 白質の発達、シナプスの急速な剪定（主に局所的な興奮性のつながりである）、そして局所的な介在ニューロンの活動の発達的なシフトは、発達を通して脳領域間のより広範な機能的協調を促進するかもしれない。 青年期におけるそれほど広く分布されていない活動もまた、別の認知制御課題において実証されている（Velanova et al。、2008） 同時に、タスクパフォ​​ーマンスと相関のない拡散機能シグナルは、開発を通じて減少します。Durstonら、2006） このように、より分散されたネットワークを利用するという成人のパターンは、タスクに関係のない活動の減少と一致しており、皮質処理のパターンと程度の効率が高いことを示しています。

電気生理学的研究はまた、青年期を通じて、ニューロン応答のさらなる発達およびより大きな局所的および長期にわたる協調的活動の証拠を見出した。 例えば、反応準備中の負電圧事象関連電位である偶発負変動は、幼年期後期にのみ発症し、青年期を通して大きくなり続けます（Benderら、2005; Segalowitz and Davies、2004） これは、注意力と実行運動制御のPFC処理の分布における年齢による違いを反映していると考えられている。Segalowitzら、2010） 別の加齢に伴う電気生理学的変化は、刺激を受けてから約300 ms後に強い陽性ピーク（P300）が発生することです。 成熟したP300パターンは、ほぼ13になるまで表示されません（Segalowitz and Davies、2004） 最後に、エラー関連負性は、さまざまなタスクのエラー試行中に前帯状皮質を中心とする負の電圧です。 外観の年齢には多少のばらつきがありますが、思春期中頃に到着するようです（Segalowitz and Davies、2004） これらの所見は、思春期の前頭前野皮質処理の継続的な成熟のための追加の証拠を提供しています。 Segalowitzらはまた、子供と青年の電気信号のS / N比が成人のそれよりも低いことが多いことを見出した。 これは、これらのシグナルを産生する脳領域の機能的未熟または個体内不安定性に起因し得る（Segalowitzら、2010） それはまた、脳領域内および脳領域間の青年期神経調整の低下を反映している可能性があります。 この解釈は、以下によって行われた研究と一致しています。 ウールハースと同僚（2009b）そこでは、脳波図（EEG）は、顔認識作業中に子供、青年、および成人で記録されました。 彼らは、成人と比較して青年期におけるシータ（4 - 7 Hz）およびガンマバンド（30 - 50 Hz）振動力の低下を観察した。 さらに、シータ、ベータ（13〜30 Hz）、およびガンマ帯域で、位相差が大きくなり、成人の課題遂行能力も向上しました。 EEG振動はニューロンの興奮性の変動によるものであり、スパイク出力のタイミングを微調整すると考えられています（フライドポテト、2005） 特定の周波数帯における同調性の尺度は、神経細胞群間のコミュニケーションを促進し、そして多くの知覚および認知プロセスにとって重要であり得る（Uhlhaasら、2009a） したがって、これらの所見は、青年期から成人期にかけての協調的局所処理の向上と地域間コミュニケーションの向上の証拠である（Uhlhaasら、2009b).

思春期を通じて神経活動の変化を調べるためのもう一つの有用なアプローチは インビボの 覚醒行動動物における移植電極アレイからの電気生理学的記録 この技術は、個々のニューロンの活動および大規模な電場電位を記録することを可能にする。 私たちは最近、思春期のラットと成体のラットが単純な目標指向の行動をとるような研究を行った。図1a記録は眼窩前頭皮質から撮影した。 青年と成人が同じ行動をとった一方で、特に報酬を与えるために、著しい年齢関連の神経符号化の違いが観察されました。スターマンとモガダム、2011） これは、行動が似ているように見えても、青年期の前頭前野は成人とは異なる状態にあることを示しています。 具体的には、思春期眼窩前頭皮質ニューロンは報酬に対してはるかに興奮するようになりましたが、青年期抑制ニューロンの割合は当時およびタスクの他の時点で大幅に小さくなりました（図1b） 神経抑制はスパイクの正確なタイミングを制御し、同期振動活動を同調させるために重要です。Cardinら、2009; Fries et al。、2007; Sohalら、2009）、タスク関連の思春期眼窩前頭皮質ニューロンの抑制の減少は、この研究で観察され、他の研究者によって説明されている大規模な神経符号化の違いに直接関連している可能性がある。 最後に、課題の大部分を通して、青年期はより大きなクロストライアルスパイクタイミング変動性を示し、青年期の前頭前皮質におけるS / N比が低いことを示している可能性があります。 したがって、前頭前野が発達するにつれて、単一単位レベルでの位相性抑制の増加は、より大きな領域内および領域間の神経協調および処理効率を支持する可能性がある。

  

図1

A）行動課題の概略図。 ラットは標準的なオペラントチャンバー内で器械的行動を実行した。 各試行は、鼻突き（Cue）の穴の中にキューライトが点灯することから始まりました。 ライトがついている間にネズミがその穴に突っ込んだ場合（ポケ） ...

5 神経行動仮説

思春期の神経発達的変化のすべてにおいて、この時期の特定の行動の違いと脆弱性を説明するものは何ですか？ 前のセクションでは、さまざまな思春期の神経発達的変化および年齢に関連した行動の違いと脆弱性についての証拠を概説しています。 ここでは、動機付け行動、社会的発達、行動抑制における思春期の違いを特定の神経回路の成熟度と明確に結びつけるいくつかの仮説やモデルを提示します。テーブル2).

  

テーブル2

青年期の行動変化を脳発達と統合する神経行動仮説

社会情報処理ネットワークの思春期の洗練は、思春期の社会の発達と脳の変化を結びつける1つのモデルです。Nelsonら、2005） このフレームワークは、異なる神経構造的基盤を持つ3つの相互接続された機能ノードを説明しています。検出ノード（下後頭皮質、下側頭皮質、頭蓋内回旋、上側頭溝）、感情的ノード（扁桃体、腹側線条体、中隔、いくつかの条件では、終末質、視床下部、および眼窩前頭皮質の基底核、ならびに認知調節節（前頭前野の一部）。 検出ノードは、刺激が社会的情報を含んでいるかどうかを決定し、社会的情報は、そのような刺激を感情的な重要性で吸収する感情ノードによってさらに処理される。 認知規制ノードはさらにこの情報を処理し、他者の精神状態を知覚し、前向性反応を抑制し、そして目標指向の行動を生成することに関連したより複雑な操作を実行します（Nelsonら、2005） これらのノードの感受性および相互作用における思春期の変化は、社会的および感情的な経験を強め、思春期の意思決定に強く影響を与え、そしてこの時期の精神病理学の出現に貢献すると仮定されている（Nelsonら、2005).

3項節点モデル（Ernstら、2006情動処理と認知制御を守る脳領域の特定の発達軌道、およびそれらの間のバランスが、青年期のリスクテイク傾向の根底にある可能性があると仮定している。 このモデルは、特定の脳の領域に対応する3つの節の活動にも基づいています。 この場合、報酬アプローチを担当するノード（腹側線条体）は、罰回避ノード（扁桃体）とバランスが取れています。 調節節（前頭前野）はこれらの相殺する力の相対的な影響に影響を及ぼし、そして危険な行動は最終的な結石支持アプローチから生じるであろう。 このモデルによると、食欲刺激と嫌悪刺激との間の何らかの確率的トレードオフを含む状況では、アプローチノードは青年期においてより支配的である。 報酬アプローチシステムの多動性または過敏性は、その他の点では前頭前野の一部の活動によって調整される可能性があるが、青年期におけるその未発達は適切な自己監視および抑制的制御を可能にしない。アーンストとファッジ、2009).

Caseyらは、思春期前頭前野皮質と皮質下構造（例：腹側線条体と扁桃体）の発達軌跡の違いが、それらの関連性によって思春期の行動傾向を説明する可能性があると仮定している（Caseyら、2008; サマヴィルアンドケイシー、2010; Somervilleら、2010） 異なる報酬値を受け取ることを含む課題の間、側坐核における思春期の活動の程度は成人のそれと同様であったが（大きさはより大きいが）、眼窩前頭皮質活動のパターンは成人より子供のそれに似ていた（Galvanら、2006） 認知制御に重要な皮質下システムの相対的成熟度および前頭前野の未熟度は、感覚探索およびリスクテイキングに対する青年期の傾向を高める可能性があります。 ここで鍵となるのは、三つ組節点モデルのように、思春期における相対的な地域間の不均衡という概念です。これは、これらの地域がすべて比較的未熟で幼年期が成熟すると成人期とは対照的です。Somervilleら、2010） このモデルは、思春期から成人期にかけてのリスクテイクの相対的な減少が、認知制御システムの発達、認知の統合を促進し、皮質領域と皮質領域の間の影響をもたらすこと、および報酬顕著性の違いによるSteinbergのフレームワークにも似ている感度スタインバーグ、2008).

これらのモデルの中心的なテーマは、思春期の若者では、感情処理や認知制御を支えるネットワーク内の皮質領域と皮質下領域における活動の感度、レベル、または効果に違いがあることです。 我々のデータおよび他の証拠に基づいて、そのような違いは、領域間の情報伝達の効率の悪さ、および重要な脳領域内のニューロンの興奮および抑制の不均衡の結果として現れる青年におけるニューロンの調整および処理効率の低下の結果であり得る眼窩前頭皮質や大脳基底核の一部など。 前述したように、 ビトロ 研究は、ドーパミンおよびＮＭＤＡ受容体刺激に対する抑制性高速スパイク介在ニューロンの応答を含む、種々の受容体の発現パターンおよび受容体活性化の効果における劇的な変化を実証した。 このような変化は興奮と抑制のバランスと神経細胞群の協調の両方に影響を与えると予想されるだろう。 速いスパイク介在ニューロン活動は、神経活動の正確なタイミングと振動の同調を制御するために重要であるので、思春期介在ニューロン活動とドーパミンのような神経調節物質へのそれらの反応の発達シフトは、これらの年齢関連処理の違いの中心になるかもしれません。 この結果として、思春期の神経活動は、あまり調和が取れておらず、より騒々しく、そしてより局所的であり、そしてまた、報酬、新規性、または他の顕著な刺激の行動活性化効果に対しておそらくより敏感であり得る。 不完全な髄鞘形成によってさらに妨げられている、減少した地域間の振動協調は、一緒になってイメージング研究において観察されたあまり分散されていない機能的活動を説明し得る。 思春期の若者が情緒的な文脈で危険な選択を好むという前述の傾向はまた、地域間コミュニケーションの減少（例、前頭前野が基底核内の皮質下「go」信号を効果的に減衰させない）と誇張の組み合わせにも関連し得る。眼窩前頭皮質での報酬予測中に観察されたように、動機づけられた行動の文脈における顕著な合図に対する活性化および／または抑制の抑制。

6。 概要

青年期の特定の脳や行動の変化についてもっと学んだように、いくつかの神経行動モデルが提案されています。 これらの大部分の中心にあるのは、前頭前野皮質および他の皮質および皮質下領域における未熟な神経細胞処理が、それらの相互作用とともに、思春期の間にリスク、報酬、および感情反応性に偏っている行動につながるという概念です。 抑制性介在ニューロン回路の発達および思春期における神経調節系とのそれらの変化する相互作用に関する最近の研究もまた、なぜ統合失調症のような病気が典型的に現時点で現れるのかを解明するかもしれない。 人間のfMRIや実験動物の電気生理学的記録のような技術を用いて、私たちは、成人とは異なり、思春期の若者が報酬やその他の動機付け行動をどのように処理するかをより正確に特定し始めています。 そうすることは、通常の思春期の行動の脳ベースの脆弱性を確認し、この期間中に発症する精神疾患の病態生理学を理解する上で重要なステップです。

脚注

参考文献