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）

Neurosci Biobehav Rev. 2011 Aug;35(8):1704-12. doi: 10.1016/j.neubiorev.2011.04.003. Epub 2011 Apr 15.

スターマン DA、モガダムB。

抽象

青年期は、行動面および精神面の脆弱性が増大している時期です。 それはまた劇的な構造的および機能的神経発達の時期でもあります。 近年、これらの脳の正確な性質と行動の変化が調べられており、いくつかの仮説がそれらを結びつけています。 このレビューでは、青年期におけるニューロンの協調性と処理効率の低下を示す、この研究と行動ラットからの最近の電気生理学的データについて説明します。 これらのプロセスのより包括的な理解は、思春期の行動の脆弱性およびこの時期に現れる精神疾患の病態生理学に関する我々の知識をさらに深めるでしょう。

キーワード： 中毒、うつ病、統合失調症、思春期、ドーパミン、電気生理学、EEG、ERP、fMRI、DTI

はじめに

思春期は、身体に変化が現れ、新たな興味や欲求が芽生え、より大きな自由、独立、責任を感じるようになる時期です。定義は様々ですが、一般的に思春期は思春期の開始とともに始まり、成人としての社会的役割を担うようになると終わると考えられています（Dahl, 2004 ; Spear, 2000）。成長の促進、体組成の変化、生殖腺や二次性徴の発達、心血管系や呼吸器系の変化などを伴う思春期は、通常、女子では10歳から17歳、男子では12歳から18歳までです（Falkner and Tanner, 1986）。この時期に、思春期の若者は認知、行動、心理社会的な様々な変化を経験します。思春期の様々な変化は必ずしも同時に始まり同時に終わるわけではないため、思春期の脳の変化と行動を関連付けることは困難です。思春期の研究は、動く標的を狙うようなもので、研究者は年齢や発達段階の異なる「思春期」グループを区別しています。さらに、19世紀半ばから20世紀にかけて、西洋世界では初潮の平均年齢が早まっていることが観察されています（Falkner and Tanner, 1986 ; Tanner, 1990）。教育プロセスはより長期化し、人々はキャリアを始めたり、結婚したり、子供を持ったりするまでに長く待つ傾向があります（Dahl, 2004）。したがって、思春期の長さは固定されておらず（むしろ長くなっています）、この期間は多くの生物学的発達プロセスと相関していますが、心理社会的および行動的基準によって部分的に定義されています。これらの注意点を踏まえ、ここでレビューした文献では、人間の思春期は主に人生の20代、サルでは2歳から4歳、げっ歯類では4週目から6週目または7週目と定義されています。

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).

正常な思春期の発達に伴うリスクに加えて、気分障害、摂食障害、統合失調症などの精神病性障害を含む、さまざまな精神疾患の症状が現れる時期でもあります（Paus et al., 2008 ; Pine, 2002 ; Sisk and Zehr, 2005 ; Volkmar, 1996）。この時期には、思春期の開始を促すホルモンシグナルの連鎖（Sisk and Zehr, 2005 ）から、認知能力の向上や動機付けの変化（ Doremus-Fitzwater et al., 2009 ; Luna et al., 2004 ）に至るまで、あらゆることを引き起こす神経生物学的変化が数多く起こります。脳が思春期を通して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的状態の両方に関連付けることは、公衆衛生にとって非常に重要です。本稿では、思春期における行動面および神経発達面の変化を概観し、それらを関連付けるいくつかのモデルについて議論する。その中には、情報処理効率の低下に関する我々の仮説も含まれる。

2 思春期の行動

げっ歯類とヒトを対象とした研究では、思春期の若者は、遅延割引課題で測定されるように、より早く得られるより小さな報酬を、より大きな遅延報酬よりも好むという「衝動的な選択」をより強く示すことが示されています（Adriani and Laviola, 2003 ; Steinberg et al., 2009）。注目すべきは、ヒトを対象とした研究では、この違いを示すのは若い思春期の若者のみであり、遅延割引は16〜17歳までに成人レベルに達することです（Steinberg et al., 2009）。思春期のヒトは、感覚探索尺度でも成人よりも高いスコアを示し、男性は女性よりも高いレベルを示します（Zuckerman et al., 1978）。感覚探索とは、「多様で斬新かつ複雑な感覚と経験への欲求…」（Zuckerman et al., 1979, p. 10）であり、衝動性とは独立して、または衝動性と併して生じる可能性があります。感覚探索は思春期初期から中期にかけて最も強く、その後は弱まる一方、衝動制御は10代を通して着実に向上していくようで、これらは異なる生物学的プロセスによって支えられていることが示唆される（Steinberg et al., 2008）。思春期の感覚探索の高まりに関する人間の証拠と一致して、思春期のげっ歯類は目新しさを好み（Adriani et al., 1998 ; Douglas et al., 2003 ; Stansfield et al., 2004）、目新しさによって誘発される運動量が多く（Stansfield and Kirstein, 2006 ; Sturman et al., 2010）、成体よりも高架式プラス迷路の開いた腕を探索する時間が長い（Adriani et al., 2004 ; Macrì et al., 2002）。

思春期の若者が、身体的または社会的な危害のリスクを冒してでも新しい経験を求める傾向は、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である場合に予想されるかもしれない。認知能力はこの時期にも発達し続ける（Luna et al., 2004 ; Spear, 2000）。ピアジェによれば、より抽象的な推論に関連する形式的操作期は思春期に完全に成熟する（Schuster and Ashburn, 1992）が、一部の個人では十分に発達していない可能性がある。また、ティーンエイジャーが「想像上の観客」と独自の感情の「個人的寓話」を経験する自己中心性の持続は、彼らが自分が特別であると信じ、無敵感を与える可能性がある（Arnett, 1992 ; Elkind, 1967）。しかし、認知能力の向上は思春期中期以降にわずかに見られるだけであり（Luna et al., 2004 ; Spear, 2000）、幼い子供でさえ確率を正確に暗黙的に理解している（Acredolo et al., 1989）。さらに、青年が実際に自分を無敵だと認識したり、リスクを過小評価したりしているという証拠はほとんどなく、実際には、1年以内に妊娠する可能性、刑務所に入る可能性、若くして死ぬ可能性など、リスクを過大評価することが多い（de Bruin et al., 2007）。最後に、青年のリスク行動に対する認知的な説明は、子供はリスクをあまり取らないにもかかわらず、青年よりも認知発達が遅れているという事実を考慮に入れなければならない。

あるいは、青年期の行動の差異は、認知戦略の違いに関連している可能性もある。「ファジートレース理論」と呼ばれる仮説では、青年期は認知能力が劣っているどころか、大人よりも選択肢のリスクと利益の詳細をより明確に処理するとされている。逆説的ではあるが、青年期はさまざまな選択肢の期待値をより明確に計算することで、大人よりも合理的に行動しているように見えるが、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 et al., 2008 ）。Riversら（2008）によれば、発達の過程で、私たちはより文字通りの「逐語的」な処理から、詳細を抜きにして本質や要点を捉える「ファジー」な要点レベルのヒューリスティックへと移行していく。これはおそらく意思決定の効率性を向上させ、実際の確率を評価することなく潜在的な悪影響を避ける傾向があるため、リスクの高い選択を避けるように私たちを偏向させる傾向がある。例えば、思春期の若者とは異なり、大人は期待値が同じ確率的な選択肢よりも、利益の増加や損失の減少に確実性がある選択肢を好む（Rivers et al., 2008）。全体として、思春期の選択が結果予測の欠陥ではなく、認知戦略の違いを反映している可能性があるという考えは興味深い。思春期の意思決定に関する今後の神経画像研究や生理学的研究では、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や、異なる領域間の統合レベルが、認知的熟慮の異なるスタイルを促進する可能性があるという可能性を考慮すると有益かもしれない。

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するもう 1 つの要因は、感情 (価数、感覚、覚醒、および特定の感情状態) が行動に及ぼす影響です。思春期の若者が感情を異なる​​形で経験したり、感情が感情の強度と変動性が高まっているこの時期に意思決定に異なる影響を与えたりすると、行動の差異が生じる可能性があります ( Arnett, 1999 ; Buchanan et al., 1992 )。感情は、合理的な意思決定を曇らせるとよく考えられています。これは、場合によっては (特に感情の内容が意思決定の文脈と無関係または無関係である場合) 真実かもしれませんが、最近の研究では、感情が特定の意思決定をどのように改善するかが検討されています。たとえば、身体マーカー仮説は、曖昧な状況では、感情プロセスが行動を有利に導くことができると述べています ( Damasio, 1994 )。アイオワギャンブル課題は、不確実な状況下での意思決定をテストするために設計されました ( Bechara et al., 1994 )。腹内側前頭前野または扁桃体に病変のある人は、有利なリスク回避戦略を選択することが困難であり、感情情報の統合の欠陥が不適切な意思決定につながる可能性があることを示唆している（Bechara et al., 1999 ; Bechara et al., 1996）。青年と成人では、意思決定における感情情報の統合方法が異なる可能性がある。青年は、関連する感情的内容を解釈または統合するのがあまり得意ではないか、そのような関連付けを形成するのがあまり効果的ではない可能性がある。Cauffman et al. (2010) は最近、アイオワギャンブル課題の修正版で子供、青年、成人をテストした。彼らは、青年と成人の両方が時間の経過とともに意思決定を改善したが、成人はより速く改善したことを観察した。別の研究では、被験者がギャンブル課題の成績を向上させたのは思春期中期から後期になってからであり、この向上は覚醒の生理学的相関の出現と一致することが示された（Crone and van der Molen、2007）。これらの結果は、思春期の若者は、危険な決断を避けるために必要な、関連する情動情報を形成したり解釈したりする能力が低い可能性があることを示唆している。

Rivers ら (2008)によると、効果的な要旨処理の違いにより、青年は意思決定に対する覚醒の潜在的に有害な影響を受けやすくなる。覚醒が高まった状態では、行動抑制の低下により、「理性的」モードから「反応的」または衝動的モードに切り替わる可能性がある。彼らはさらに、青年は逐語分析的な処理をより多く行う傾向があるため、この可能性が高くなる一方、より単純な大人の「要旨」処理の価値観やバイアスは覚醒状態の影響を受けにくいと主張している ( Rivers et al., 2008 )。他の研究者も、青年の行動は特に高い感情的覚醒状態に敏感である可能性があると主張している ( Dahl, 2001 ; Spear, 2010 )。Fignerら (2009)による最近の研究では、さまざまな感情的条件下でのリスクテイクを測定する課題を使用して、この仮説を直接検証した。青年と成人はコロンビアカード課題を実施し、覚醒度が高い/低い状況下で許容リスクのレベルを調べ、より情報に基づいた意思決定を行うために使用できる要因（利得/損失の大きさやその確率など）を変化させた。青年は覚醒度が高い状況でのみ成人よりも多くのリスクを負い、この状況下では青年は利得/損失の大きさや確率の影響を受けにくく、覚醒度が高い状況下では青年による情報利用が単純化されていることを示唆している（Figner et al., 2009）。

これらの研究を総合すると、青年は多くの場合大人と同じように推論し行動するものの、特定の状況、特に感情的興奮が高まった状況下では、認知戦略やリスクと報酬への反応に違いがあることが示唆される。これらの行動の変化は、動機づけられた行動に不可欠な前頭前野、基底核、神経調節系（ドーパミンなど）の構造を含む脳ネットワークの著しい発達を反映していると考えられる（表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).

複数の証拠から、大規模な興奮性および抑制性神経伝達のバランスは、成人と比べて青年期では大きく異なることが示唆されている。脳内の主要な抑制性神経伝達物質であるGABAのレベルは、ラットの前脳において青年期を通して直線的に増加する（Hedner et al., 1984）。青年期の前頭前皮質では、速発火ニューロン（抑制性介在ニューロンと考えられている）上の活性化グルタミン酸NMDA受容体の発現が劇的に変化する。この時期には、速発火介在ニューロンの大部分はシナプスNMDA受容体介在電流を示さない（Wang and Gao, 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変化する（O'Donnell and Tseng, 2010）。ドーパミンD2受容体の活性化によって介在ニューロンの活動が増加するのは、この時期になってからです（Tseng and O'Donnell, 2007）。さらに、ドーパミンD1受容体の活性化とNMDA受容体の相乗的な相互作用は思春期に変化し、プラトー脱分極が可能になり、これが文脈依存的なシナプス可塑性を促進する可能性があります（O'Donnell and Tseng, 2010 ; Wang and O'Donnell, 2001）。これらの思春期のドーパミン、グルタミン酸、GABAシグナル伝達の変化は、思春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、認知および情動プロセスに不可欠です。これらのシステムの機能不全は、気分障害や依存症から統合失調症に至るまで、数多くの精神疾患に関与しています。

4 思春期の機能性神経発達

神経画像研究では、ヒトの青年期における前脳のいくつかの領域での機能的活動に違いがあることが示されています。これらの違いは主に、感情的意義を符号化する脳領域（例：扁桃体）、価値期待の計算のために感覚情報と感情情報を統合する脳領域（例：眼窩前頭皮質）、動機付け、行動選択、および連合学習においてさまざまな役割を果たす脳領域（例：線条体）で観察されます。成人と比較すると、青年期では外側眼窩前頭皮質の血行動態反応が低下し、報酬に対する腹側線条体の活動が増加します（Ernst et al., 2005 ; Galvan et al., 2006）。他の研究では、報酬予測中に右腹側線条体と右拡張扁桃体の活動が低下し、報酬獲得後の年齢に関連した活動の違いは観察されませんでした（Bjork et al., 2004）。意思決定課題において、青年はリスクを伴う選択をする際に、成人と比較して右前帯状皮質と左眼窩前頭皮質/腹外側前頭前野の活動が低下していた（Eshel et al., 2007）。また、青年は信号無視運転ゲームでより大きなリスクを取る際に、成人よりも腹側線条体と眼窩前頭皮質をより強く活性化させた。これは暗黙のピアプレッシャーによる効果である（Chein et al., 2011）。

いくつかの研究では、思春期の認知制御システムの未熟さと行動パフォーマンスの低下が観察されている（Luna et al., 2010）。例えば、優勢反応の抑制を必要とする課題（そのパフォーマンスは年齢とともに向上する）では、思春期の若者は前頭前野のいくつかの領域で活動が増加し、他の領域では活動が減少している（Bunge et al., 2002 ; Rubia et al., 2000 ; Tamm et al., 2002）。抗サッケード認知制御課題では、思春期の若者（成人ではない）の腹側線条体の活動は、特定の試行中に報酬が得られるかどうかを示す合図を見ている間は減少したが、報酬を予測している間は成人の腹側線条体よりも活性化していた（Geier et al., 2009）。このように、青年期の若者は一般的に成人と同様の認知構造や情動構造を活性化するが、その規模や空間的・時間的パターン、機能的相互接続のレベルは異なることが多い（Hwang et al., 2010）。

領域内および領域間の接続性と神経協調の成熟は、青年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る。青年期を通じて増加する前頭線条体白質の測定値と抑制制御パフォーマンスの間には直接的な関係がある（Liston et al., 2006）。白質の発達は、灰白質領域の機能的統合の改善にも直接関連しており、発達を通じてネットワーク活動がより分散化されることを示唆している（Stevens et al., 2009）。これは、グラフ解析とともに安静時機能的接続性MRIを使用した研究によって裏付けられており、解剖学的に近いノードとの接続性が高い状態から、距離に関係なく成人期にはすべてのノードにわたってより広範囲に統合されたネットワークへの移行が観察された（Fair et al., 2009）。同様に、前頭葉と頭頂葉の機能的統合の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パフォーマンスの向上を裏付けている（Hwang et al., 2010）。白質の発達、シナプス（主に局所的な興奮性結合）の急速な刈り込み、および局所介在ニューロン活動の発達的変化は、発達を通じて脳領域間のより広範な機能的協調を促進する可能性がある。思春期における活動の分散が少ないことは、別の認知制御課題でも実証されている（Velanova et al., 2008）。同時に、課題遂行と相関しない拡散的な機能信号は発達とともに減少する（Durston et al., 2006）。したがって、成人のより分散したネットワークの利用パターンは、課題とは無関係な活動の減少と一致しており、皮質処理のパターンと範囲における効率性の向上を示している。

電気生理学的研究でも、思春期を通して神経応答のさらなる発達と局所的および長距離の協調活動の増大の証拠が見つかっています。たとえば、応答準備中の負の電圧イベント関連電位である条件性負変動は、児童期後期にのみ発達し、思春期を通して大きくなり続けます（Bender et al., 2005 ; Segalowitz and Davies, 2004）。これは、注意と実行運動制御の前頭前野処理の分布における年齢に関連した違いを反映していると考えられています（Segalowitz et al., 2010）。もう 1 つの年齢に関連した電気生理学的変化は、刺激に注意を向けた後約 300 ms で強い正のピーク (P300) が発達することです。成熟した P300 パターンは、約 13 歳になるまで現れません（Segalowitz and Davies, 2004）。最後に、エラー関連陰性電位は、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した負の電圧です。出現年齢には多少のばらつきがあるものの、思春期中期頃に現れるようです（Segalowitz and Davies, 2004）。これらの知見は、思春期における前頭前皮質処理の継続的な成熟に関する追加的な証拠を提供します。Segalowitz らはまた、子供や青年の電気信号の信号対雑音比が成人よりも低いことが多いことを発見しました。これは、これらの信号を生成する脳領域の機能的未熟性または個体内不安定性による可能性があります（Segalowitz et al., 2010）。また、脳領域内および脳領域間の思春期の神経協調の低下を反映している可能性もあります。この解釈は、顔認識課題中に子供、青年、成人の脳波（EEG）を記録したUhlhaas らの研究（2009b）と一致しています。思春期では成人に比べてシータ波（4～7 Hz）とガンマ波（30～50 Hz）の振動パワーが低下していることが観察された。さらに、成人ではシータ波、ベータ波（13～30 Hz）、ガンマ波の長距離位相同期が大きくなり、タスクのパフォーマンスも向上した。脳波の振動は神経興奮性の変動によるもので、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る（Fries、2005）。特定の周波数帯域における同期の測定は神経群間のコミュニケーションを促進し、多くの知覚および認知プロセスにとって重要である可能性がある（Uhlhaas et al.、2009a）。したがって、これらの知見は、思春期から成人期にかけて、局所的な協調処理の強化と領域間のコミュニケーションの改善の証拠である（Uhlhaas et al.、2009b）。

思春期における神経活動の変化を調べるためのもう 1 つの有用なアプローチは、覚醒行動中の動物に埋め込まれた電極アレイからの生体内電気生理学的記録です。この技術により、個々のニューロンの活動だけでなく、より大規模なフィールド電位も記録できます。私たちは最近、このような研究を実施しました。思春期および成体のラットが単純な目標指向行動（図 1a）を行い、眼窩前頭皮質から記録を取りました。思春期と成体は同じ行動を行いましたが、特に報酬に対して、年齢に関連した顕著な神経符号化の違いが観察されました（Sturman および Moghaddam、2011）。これは、行動が似ているように見えても、思春期の前頭前野は成体とは異なる状態にあることを示しています。具体的には、思春期の眼窩前頭皮質ニューロンは報酬に対してはるかに興奮しましたが、思春期の抑制ニューロンの割合は、その時点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、同期した振動活動を同調させるために重要であるため（Cardin et al., 2009 ; Fries et al., 2007 ; Sohal et al., 2009）、課題に関連した思春期の眼窩前頭皮質の神経抑制の低下は、本研究で観察され、他の研究者によっても説明されている大規模な神経符号化の違いに直接関係している可能性がある。最後に、課題の大部分において、思春期の被験者は試行間のスパイクタイミングの変動が大きく、これは思春期の前頭前野における信号対雑音比の低下を示している可能性がある。したがって、前頭前野が発達するにつれて、単一ニューロンレベルでの位相抑制の増加は、領域内および領域間の神経協調と処理効率の向上を支える可能性がある。

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

思春期の神経発達上の変化は数多くありますが、この時期特有の行動上の違いや脆弱性は、一体何に起因するのでしょうか？前のセクションでは、思春期の様々な神経発達上の変化や、年齢に関連した行動上の違いや脆弱性に関する証拠を概説しました。ここでは、思春期の動機づけ行動、社会性発達、行動抑制における違いを、特定の神経回路の成熟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（表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

思春期の社会的情報処理ネットワークの洗練は、思春期の社会的発達と脳の変化を結びつけるモデルの一つである（Nelson et al., 2005）。この枠組みは、神経構造的に異なる3つの相互接続された機能ノードを記述している。すなわち、検出ノード（下後頭皮質、下側頭皮質および前側頭皮質、頭頂間溝、紡錘状回、および上側頭溝）、情動ノード（扁桃体、腹側線条体、中隔、終末条床核、視床下部、および一部の条件下では眼窩前頭皮質）、および認知制御ノード（前頭前野の一部）である。検出ノードは、刺激に社会的情報が含まれているかどうかを判断し、その情報は情動ノードによってさらに処理され、そのような刺激に感情的な意味が付与される。認知調節ノードは、この情報をさらに処理し、他者の精神状態の認識、優勢な反応の抑制、目標指向行動の生成に関連するより複雑な操作を実行します（Nelson et al., 2005）。思春期におけるこれらのノードの感受性と相互作用の変化は、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し、この時期の精神病理の出現に寄与すると仮説が立てられています（Nelson et al., 2005）。

トライアドノードモデル（Ernst et al., 2006）は、情動処理と認知制御を担う脳領域の特定の発達軌跡とそれらのバランスが、青年期の危険行動傾向の根底にある可能性があると提唱している。このモデルは、特定の脳領域に対応する3つのノードの活動に基づいている。この場合、報酬接近を担うノード（腹側線条体）は、罰回避ノード（扁桃体）とバランスを保っている。調節ノード（前頭前皮質）は、これらの相反する力の相対的な影響に影響を与え、接近を優先する最終的な計算によって危険な行動が生じる。このモデルによれば、食欲をそそる刺激と嫌悪刺激の間に何らかの確率的なトレードオフがある状況では、青年期には接近ノードがより優位になる。報酬接近システムの過活動や過敏性は、前頭前皮質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発達不全は、適切な自己監視と抑制制御を不可能にする（Ernst and Fudge、2009）。

ケーシーらは、思春期の前頭前野と皮質下構造（例えば腹側線条体と扁桃体）の発達軌跡の違い、およびそれらの間の接続が、思春期の行動傾向を説明できるのではないかと仮説を立てている（Casey et al., 2008 ; Somerville and Casey, 2010 ; Somerville et al., 2010）。異なる報酬値を受け取る課題中、側坐核の思春期の活動の程度は成人と似ていた（ただし、その大きさは大きかった）のに対し、眼窩前頭皮質の活動パターンは成人よりも子供のものに似ていた（Galvan et al., 2006）。皮質下システムの相対的な成熟と、認知制御に重要な前頭前野の未熟さが、感覚探索とリスクテイクに対する思春期の傾向を高める可能性がある。トライアドノードモデルと同様に、ここで重要なのは、これらの領域がすべて比較的未熟な子供時代や、すべてが成熟している成人期とは対照的に、青年期には領域間の相対的な不均衡が存在するという概念である（Somerville et al., 2010）。このモデルは、青年期から成人期にかけてリスクテイクが相対的に減少するのは、認知制御システムの発達、皮質および皮質下領域間の認知と情動の統合を促進する接続、報酬の顕著性または感受性の違いによるものであるとするSteinbergの枠組みにも似ている（Steinberg, 2008）。

これらのモデルの中心テーマは、思春期には、情動処理と認知制御を担うネットワーク内の皮質および皮質下領域の活動の感度、レベル、または効果に違いがあるという点です。私たちのデータと他の証拠に基づき、このような違いは、思春期における神経協調と処理効率の低下の結果であり、その結果として、領域間の情報伝達の効率の低下や、眼窩前頭皮質や基底核の一部などの重要な脳領域における神経興奮と抑制の不均衡が生じると仮説を立てています。前述のように、in vitro研究では、さまざまな受容体の発現パターンと受容体活性化の効果に劇的な変化が見られ、これにはドーパミンおよびNMDA受容体刺激に対する抑制性速発火介在ニューロンの反応が含まれます。このような変化は、興奮と抑制のバランスと神経群の協調の両方に影響を与えると考えられます。高速発火性介在ニューロンの活動は、神経活動の正確なタイミング制御と振動の同調に不可欠であるため、思春期の介在ニューロン活動の発達的変化と、ドーパミンなどの神経調節物質に対する反応は、これらの年齢に関連した処理の違いの中心的な要因となっている可能性がある。この結果、思春期の神経活動は、協調性が低く、ノイズが多く、局所的になり、報酬、目新しさ、その他の顕著な刺激による行動活性化効果に対してより敏感になる可能性がある。不完全な髄鞘形成によってさらに阻害される領域間の振動協調性の低下は、画像研究で観察される機能的活動の分散性の低下を説明できるかもしれない。先に述べたように、思春期の若者が感情的に高ぶった状況でリスクの高い選択を好む傾向は、領域間のコミュニケーションの低下（例えば、前頭前皮質が基底核の皮質下「ゴー」信号を効果的に抑制できないこと）と、動機づけられた行動の状況における顕著な手がかりに対する過剰な活性化および／または抑制の低下の組み合わせにも関連している可能性があり、これは眼窩前頭皮質における報酬予測中に観察された。

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。

ハイライト

  • [矢じり]

  • 思春期の行動や神経発達の変化を確認します。

  • [矢じり]

  • 思春期の脳は、大人のそれとは異なる方法で顕著なイベントを処理します。

  • [矢じり]

  • いくつかのモデルは、特定の脳の未熟さと年齢に関連した脆弱性を結び付けています。

  • [矢じり]

  • 青年期の神経処理効率の低下の証拠を提示します。

脚注

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