セレブ 皮質 (2010) 20 （1）： 61-69。 土井： 10.1093 / cercor / bhp078
+ 著者アフィリエイト
リンダ・ヴァン・レイジェンホルストへの通信に対応します。 ライデン大学心理学部、心理学研究所、Wassenaarseweg 52、2300 RBライデン、オランダ。 Eメール： [メール保護].
抽象
思春期全体の脳の発達と思春期の危険な行動との関係は、近年ますます関心を集めています。 青年は線条体と前頭前野が続く発達パターンの不均衡のために報酬に過敏であることが提案されています。 これまでのところ、思春期の若者が潜在的な報酬を過大評価するか、受け取った報酬にもっと反応するために、危険な行動をとるかどうか、およびこれらの効果が決定がない場合に生じるかどうかは不明です。 この研究では、10から12歳、14から15歳、および18における報酬の予想、受け取り、および除外の影響を分離できる機能的磁気共鳴イメージングパラダイムを使用しました。 23歳の参加者へ.
不確実な結果を見越して、前島は若い成人と比較して思春期の方がより活発であり、腹側線条体は中間青年期に報酬関連のピークを示すのに対し、若い成人は報酬を省略した眼窩前頭皮質の活性化を示します。 これらの地域は、異なる発達の軌跡を示しています.
この研究は、思春期の若者が報酬に過敏であるという仮説を支持し、選択の不在下での小さな報酬でも青年では神経の活性化が異なることを示す現在の文献に追加されます。 これらの調査結果は、思春期のリスクをとる行動を理解するための重要な含意があります。
概要
多くの場合、決定は不合理な状況で行われ、合理的な決定を下すために必要なすべての情報がわかっているわけではありません。 不確実な状況での選択が否定的な結果の可能性に関連付けられている場合、それらは危険と見なされます。 危険な行動の増加は、思春期の最も顕著な特徴の1つです（アーネット1999; スタインバーグ2004; ボイヤー2006）。 この行動の変化は、成人と比較した思春期の意思決定プロセスの違いを示唆しています。 つまり、思春期の若者は、可能性のある結果と、成人と比較してこれらが異なる確率で発生する可能性を比較検討するため、不確実な状況で競合する行動コースを選択する可能性があります。 過去の研究では、思春期の人は報酬を経験する方法の違いのためにリスクを取ることに偏っていることが示唆されています（Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004; Ｍａｙ ｅｔ ａｌ。 2004; Ernst等。 2005; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; ヴァン・レイジェンホルスト他 2006).
機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の研究により、結果の予測と処理に関連する脳領域が特定されています。 多くの研究により、腹側線条体は潜在的な報酬の予想に反応することが示されています（Breiter等。 2001; Knutson等。 2001; ダガー2007; トム他。 2007）、これは最近のメタ分析によって確認されました（Knutson and Greer 2008） 私さらに、前島は転帰の予測に関与しており、この領域の活性化は予測に関連する不確実性とも関連していることが多いn（Critchley et al。 2001; Volz et al。 2003）。 最後に、成人を対象としたいくつかの研究により、 内側前頭前野（PFC）、眼窩前頭皮質、および前帯状皮質は、報酬の処理に関与しています (ロールスロイス2000; ベカラ2001; Knutson等。 2001; O'Doherty etal。 2001年, 2002).
これらの地域の機能開発はよく理解されていません。 これまでのいくつかの発達研究は、一見矛盾した結果のパターンを示しています。 思春期のリスクテイクは、一方で、成人と比較して思春期の報酬に対する腹側線条体の「低下した」感受性と関連している。 この神経反応は、青年が腹側線条体の低レベルの活性化を補うために、より刺激的な経験を求めていることを示唆しています（スピア2000; Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004）。 O一方、思春期のリスクを取ることは、再燃に対する腹側線条体の「増加した」反応性と関連しているd（Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006）。 これらの研究では、未熟な認知制御能力と組み合わせた潜在的な報酬への反応のこの増加（PFCの長期にわたる開発の結果）が、若者がリスクを取るように偏っていることが示唆されました（Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; Ernst等。 2006; ケーシー、ジョーンズ、他 2008).
これらの発達上の知見の解釈は、2の理由により複雑です。 第一に、思春期の報酬処理に関するこれらの研究に含まれている参加者の年齢には大きなばらつきがあります。 思春期の若者は非常に不均一なグループを形成するため、たとえば思春期の初期の発達の変化は思春期の変化の影響を受ける可能性があるため、これは問題です。 以前の研究では、幅広い年齢層の若者が含まれています。 たとえば、 Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 （2004）、思春期のグループは12〜17歳の参加者で構成されていたため、発達変化のパターンの解釈を妨げる可能性があります。 脳の構造イメージング研究では、灰白質および白質の割合に関する脳構造の発達が青年期を通して続くことが実証されています（Giedd等。 1999; Gogtay等。 2004）、そして最近の研究は、これらの発達の変化が多くの脳領域で非線形パターンに従うことを示しました（ショー等。 2008）。 2番目の難点は、以前のレポートでさまざまな実験パラダイムが使用されており、結果の比較が困難なことです。 たとえば、以前の研究では、報酬は参加者のタスクのパフォーマンスに依存し、報酬を得るための要件はさまざまでした。 報酬は反応時間に依存します（例： Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004）または応答の精度/確率のマッチング（例： Ernst等。 2005; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; ヴァン・レイジェンホルスト他 2006; Ｅｓｈｅｌ ｅｔ ａｌ。 2007）。 さらに、報酬の大きさ（Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006）、報酬確率（Ｍａｙ ｅｔ ａｌ。 2004; ヴァン・レイジェンホルスト他 2006）、または大きさと確率の両方（Ernst et al。2005; Ｅｓｈｅｌ ｅｔ ａｌ。 2007）操作された。 したがって、腹側線条体の活性化における発達上の違いを、より一般的にリスクをとるまたは報酬を与える処理に関連付けることは困難です。 最近、成人の意思決定に関する研究は、腹側線条体の活性化の先行する変化に基づいて行動を予測しようとしました（Knutson and Greer 2008）。 これらの研究は、腹側線条体の活性化の増加が成人のリスクを取る意欲の増加と関連していることを示しました。 成人を含む以前の研究では、Knutson et al。 （2008）意思決定タスクを使用し、タスクとは無関係のやりがいのある写真を提示しました。 これらの写真の提示は、腹側線条体の活性化の増加とリスクを冒す意欲の増加に関連していた（Knutson et al。2008）。 したがって、思春期の腹側線条体の活性化のピークがリスクを負うようになった場合、この領域が行動要件に依存しない程度を理解することが重要です。 さらに、報酬の予想または処理中に、どの段階で思春期と成人の違いが観察されるかを理解することが重要です。 思春期の報酬処理の原因をよりよく理解することは、多くの青年が関与する潜在的に有害な危険な行動を解釈するのに役立ちます。青年は潜在的な報酬を過大評価しているため、意思決定プロセスの初期段階）または受け取った報酬に対する応答が大人の応答と異なるため（後の段階）。 思春期の報酬感度のこれらの可能な違いへの洞察は、思春期の現実世界の危険な行動の根底にあるプロセスについて知らせてくれます。 さらに、この知識は、若者が介入し、彼らが直面する問題から若者を保護する試みを支援することができます。 年齢の異なる参加者間の報酬関連脳領域の基本的な違いは、行動の発達的変化の解釈を複雑にする可能性があります。 この困難を回避する1つの方法は、実験タスクを使用して報酬処理を研究することです。このタスクでは、報酬とリスクは参加者の行動とは無関係です（同様のアプローチについては、 トブラー等。 2008）。 したがって、この研究の目標は、行動がない場合の報酬処理のさまざまな段階に関連する神経活性化の発達上の違いを調べることでした。
私たちは、fMRIを使用して、思春期初期および中年期および青年期における転帰予測および転帰処理の神経基質を比較しました。 報酬の処理に関係する脳領域の発達パターンを識別するために、3の同質の年齢グループ（10〜12歳、14〜15歳、18〜23歳）を含めました。 これらの参加者は、スロットマシンタスク（ドンカーズら。 2005）、小さな金銭的報酬は予測不可能であり、行動とは無関係である単純なパラダイム。 このタスクでは、参加者は果物の写真が連続して表示される3スロットマシンを表示します。 これらの3画像が同じ場合にのみ、参加者がお金を獲得します。 タスクには、3のさまざまな条件の提示が含まれます：1）すべての3ピクチャが異なり（XYZ条件と呼ばれます）、2）最初の2ピクチャは同じですが、3番目は異なります（XXY条件と呼ばれます） 3）すべての3画像は同じです（XXX条件と呼ばれます）。 このようにして、パラダイムにより、結果の予測に関連する脳の活性化を分離することができました（2画像の最初の3が同じ場合とすべての3画像が異なる場合、XXY対XYZ）、報酬の処理（すべての3画像が3枚の写真のうち同じものと最初の2は同じです（XXX vs. XXY）、および報酬の省略（XXY vs. XXX）。
私たちの分析は、線条体、島、および眼窩前頭皮質（OFC）を含む、報酬処理と不確実性に関与する脳領域の特定に焦点を当てました。 私たちの最初の仮説は、これらの領域が機能の発達を示し、それが異なる年齢層の異なる活性化パターンに反映されるというものでした。 線形および非線形の発達パターンをテストしました。 2番目の仮説は、思春期のリスクを取ることが報酬に対する感受性の増加に関連している場合、この年齢層の腹側線条体の活性化のピークに反映されるべきであるというものでした。 どの段階で、結果の予測または処理中に、腹側線条体は行動要件がない場合に異なる反応を示し、この領域での報酬に対する反応は成人と比較して青年で増加または減少するかどうかを調べました。 結果は、思春期中の報酬関連脳領域の発達に関する洞察を提供し、より複雑な報酬とリスクテイキングタスクにおける青年と成人の間の神経反応の違いの解釈に貢献することが期待されています。
材料と方法
一般
合計53人の健康な右利きのボランティアが研究に参加しました。15人の18–23歳（7女性、平均年齢= 20.2、標準偏差[SD] = 1.6）、18人の14–15歳（10女性;平均年齢= 15.0、SD = 0.7）、および17歳の10–12歳（8女性、平均年齢11.6、SD = 0.8）。 インフォームドコンセントは、すべての参加者と、参加者が18歳未満の場合に備えて主介護者から得られました。 この研究は、ライデン大学医療センター（LUMC）の医療倫理委員会によって承認されました。 3の追加の成人参加者からのデータは、技術的な問題により除外されました。 任意の方向に3 mm以上移動した参加者のデータは、分析から除外されました。 このため、3参加者（14、15、および10歳）のデータは除外されました。 平均移動は、0.52–18歳の23 mm、0.68–14歳の15 mm、および0.62–10歳の12 mmでした。 年齢層間の平均的な動きの差は有意ではありませんでした（P > 0.1）。
行動評価
スキャンの前に、すべての参加者は、模擬スキャナーが設置された静かな実験室でスキャンセッションの準備を整えました。 実際の磁気共鳴画像（MRI）スキャナーの環境と音をシミュレートしたこの模擬スキャナーは、未成年者にスキャナー環境に慣れる機会を与え、すべての参加者にスキャン手順を説明するために使用されました。 IQの推定値を取得するために、Wechsler Adult Intelligence Scaleの2サブテストの年齢に応じたバージョン（ウェクスラー1981）または子供向けのWechsler Intelligence Scales（ウェクスラー1991）—類似性とブロック設計—すべての参加者に管理されました。 10–12歳、14–15歳、および18–23歳の場合、推定IQはそれぞれ119.7（SD = 9.7）、106.0（SD = 9.0）、および108.7（SD = 9.4）でした。 10–12歳の平均IQは、他の2年齢グループに比べて著しく高かった（F2,49 = 11.62、 P = 0.001）が、全体的な参加者のIQは平均範囲内に落ちました。 以下に報告されている分析は、分析に共変量因子としてIQを追加することにより、IQの違いをすべて修正しました。 ただし、IQの違いによる影響はありませんでした。 したがって、IQの違いはこれ以上説明しません。
すべての参加者は、チェックリストを使用して、精神疾患、薬物使用、頭部外傷、MRIの禁忌についてスクリーニングされました。 問題を報告した参加者はいませんでした。 さらに、2最年少グループの参加者は、子ども行動チェックリスト（Achenbach 1991）。 すべての参加者のスコアは非臨床的範囲内でした。
実験計画
参加者は、以前に使用したパラダイムの子供向けのバージョンであるスロットマシンタスクを実行しました。 ドンカーズら。 （2005）。 各トライアルは、3空のスロットマシンのプレゼンテーションから始まりました。 500ミリ秒後、1000ミリ秒の間、画面の下部にコインが表示され、キューとして機能しました。 参加者が（そうでない場合は受動的）タスクに従事し続けるために、キューの提示時に右手の人差し指で事前に指定されたボタンを押すことでマシンを起動するように指示されました。 応答は、1000ミリ秒の時間枠内で提供する必要がありました。 1000-ms応答ウィンドウ、3写真、1の可能性のあるフルーツタイプの各3（キウイ、ナシ、またはチェリーのペア）が、スロットマシンの左から右に、1500 msごとに連続して表示されました（ 図1).
の例 （a）トライアルおよび（b）スロットマシンタスクの可能な結果が表示されます。 参加者がキューに応答できる1000ミリ秒の時間枠に続いて、3画像が1500ミリ秒ごとに連続して表示され、3トライアルタイプ：XXX、XXY、またはXYZになりました。 参加者は各XXXトライアルで€0.05を獲得し、他の条件では獲得しませんでした。
写真は、3の可能な順序で提示されました。1）3の異なる写真（たとえば、XYZ試験と呼ばれるキウイナシチェリー）、2）2同一および1の異なる画像（たとえば、XXYと呼ばれるキウイキウイチェリー） 3）3同一の画像（たとえば、XXXトライアルと呼ばれるkiwi–kiwi–kiwi）。 これらの3トライアルタイプは、3の実験条件を表します。 トライアルが提示される順序はランダム化され、参加者には各トライアルの3画像の新しい組み合わせが提示されました。
参加者は、各XXXトライアルで€0.05を獲得し、他のタイプのトライアルではお金を獲得しないことを事前に指示されました。 1000-msキュープレゼンテーション中に参加者が応答しなかった場合、トライアルは終了し、€0.10のペナルティを受けました。 これは、試行の5％未満で発生しました。 実験の終了時に、参加者が研究への参加に対する払い戻しとして受け取った金額に合計賞金（1.50）が追加されました。
MRIデータ収集
2イベントに関連するスキャンの過程で、それぞれ約7分の試行が行われました。 視覚刺激は、参加者がヘッドコイルに取り付けられたミラーを介して見ることができるスクリーンに投影されました。 スキャン中に、参加者には合計120トライアルが提示され、XXX、XXY、およびXYZトライアルが混合され、60 XYZトライアル、30 XXY、および30 XXXトライアルが合計実行され、各実行で60トライアルが行われました。 報酬への反応における年齢に関連した違いは、確率を学習し、リスクを予測する能力のゆっくりとした成熟によって影響を受ける可能性があります。 3連続刺激を疑似ランダムな順序で提示して不確実性を最大化することにより、この可能性を制御しました。 最初の画像の提示後のすべての試行で、一連の3の次の画像が同じである確率は常に50％でした。 同様に、2の同一の画像が提示された後、3番目の画像が同じである確率は50％（50％XYZ、25％XXY、および25％XXX試行、 ドンカーズら。 2005）。 1と3の間で持続する固定期間は、500ミリ秒単位で変動し、実験試行の間に追加されました。
スキャンは、LUMCの3-T Philipsスキャナーで標準の全ヘッドコイルを使用して実行されました。 機能データは T2*-重み付き勾配エコーエコープラナーパルスシーケンス（38連続2.75-mm斜めアキシャルスライス、インターリーブ収集を使用、時間繰り返し= 2.211 s、時間エコー= 30 ms、2.75×2.75 mm面内解像度、実行ごとの230ボリューム）。 各スキャンの最初の2ボリュームは破棄され、 T1-平衡効果。 高解像度 T2*-加重画像と高解像度 T1-スキャンセッションの終了時に解剖学的画像が収集されました。 頭を取り囲む枕とフォームインサートを使用して、頭の動きを制限しました。
fMRI前処理および統計分析
データの前処理と分析は、SPM2（Welcome Department of Cognitive Neurology）を使用して実施されました。 スライス取得のタイミングの違いについて画像を修正し、続いて剛体の動きを修正しました。 構造的および機能的ボリュームを空間的に正規化した T1 それぞれエコー平面イメージングテンプレート。 正規化アルゴリズムは、12パラメーターのアフィン変換と、コサイン基底関数を含む非線形変換を使用しました。 正規化中に、データは3-mmキュービックボクセルにリサンプリングされました。 テンプレートは、MNI305の定位固定空間（ココスコ等。 1997）。 機能的ボリュームは、等方性ガウスカーネルの半値全幅8-mmで平滑化されました。 SPM2の一般線形モデル（GLM）を使用して、個々の被験者のデータに対して統計分析を実行しました。
fMRI時系列は、2個別モデルの標準的な血行動態応答関数（HRF）と畳み込まれた一連のイベントとしてモデル化されました。 3の異なる条件（XXX、XXY、およびXYZ）での各試行を、最初のモデルでは2番目の刺激の開始時刻付近、2番目のモデルでは3番目の刺激の開始時刻付近のゼロ期間イベントとしてモデル化しました。 参加者が1000-msキューウィンドウ内で応答しなかった試行として定義されたエラー試行は、個別にモデル化され、fMRI分析から除外されました。
各参加者について、各条件の最適な標準HRFの高さのパラメーター推定値をペアワイズコントラストで使用しました。 最初のモデルでは、XXYとXYZの比較（つまり、参加者が最初に同じ[XX]である2写真と異なる[XY]である2写真を見た状況を比較する）コントラスト画像を計算しました。思春期の若者は大人よりも潜在的な報酬に敏感であるという仮説に基づいて、試験結果の「予測」に関連する脳活性化パターン。 2番目のモデルでは、XXX条件とXXY条件の比較用のコントラスト画像を計算し、試行結果の処理に関連する脳の活性化パターンを比較しました。 各参加者について計算されたコントラスト画像は、第2レベルのグループ分析に提出されました。 グループレベルでは、条件間の脳全体の対比は片側を実行することによって計算されました。 t-これらの画像をテストし、参加者をランダム効果として扱います。 脳全体の統計マップは、 P <0.001、5つの連続するボクセルの範囲しきい値。
統計分析：年齢に関連した違い
3のさまざまな年齢層での結果予測と結果処理に関連する活性化のパターンに特に関心があったため、ボクセルワイズ分散分析（ANOVA）を実行して、活性化に年齢に関連した違いを示す領域を特定しました。 最初のモデルのXXY–XYZのコントラストにおける線形（-1 0 1）、二次（-0.5 1 -0.5）、および曲線（1 -0.5 -0.5）、（-0.5 -0.5 1）効果のテストを行いました（結果予測）および2番目のモデルのXXX–XXY（結果処理）。 ANOVAは、0.001連続ボクセルのエクステントしきい値で、複数の比較に対して修正されていない5の統計的しきい値で有意と見なされました。
イメージング結果：関心領域分析
SPM2で使用するためにMARSBARツールボックスを使用しました（ブレット等。 2002）関心領域（ROI）分析を実行して、活性化のパターンをさらに特徴付けます。 年齢に関連した差異のANOVAテストで特定された地域のピークアクティビティボクセルを中心とした6-mmの球状ROIを作成しました。 さらに、MARSBARを使用して、各試験の開始時に開始するさまざまな実験条件の時間経過を平均することにより、これらのROIの血中酸素レベル依存活動時系列を抽出しました。 これらのタイムコースは、説明のために以下に表示されます。 図2 および 3.
0〜12歳、14〜15歳、および18〜23歳の参加者の脳全体の結果は、XXY> XYZのコントラストに対する可能な報酬の予想に関連しています。 P <0.001未修正のしきい値（上部パネル）; 前部島と線条体の6つの年齢層の3mmの球形ROIと平均時間経過（下のパネル）。
10〜12歳、14〜15歳、および18〜23歳の参加者の脳全体の結果は、XXX> XXYのコントラストに対する可能な報酬の予測に関連しています。 P <0.001未修正のしきい値（上部パネル）およびXXY> XXX（青色）。 線条体とOFCの6つの年齢層の3mm球形ROIと平均時間経過（下のパネル）。
結果
結果の予想
10番目の刺激の開始時にモデル化された機能データに対してGLM分析を実行し、12〜14歳、15〜18歳、および23〜3歳のXXY> XYZのボクセルごとのコントラストを個別に計算しました。 これらの分析の結果、XNUMXつの年齢層で活性化の領域が大きく重複していました。 すべての年齢層において、結果の予測は一貫して右前島の活性化と関連していた（参照 図2、上部パネル）。 10–12歳および14–15歳の場合、両方の半球で前部島の活性化が見つかりました。 さらに、青年期のグループは、腹側線条体と背側帯状皮質に活性化クラスターを示しました。 重要なクラスターと対応するMNI座標は、 補足表1.
XXY–XYZコントラストの年齢に関連した変化をテストするボクセルワイズ分散分析では、しきい値の有意なクラスターは発生しませんでした P <0.001。 よりリベラルなしきい値で（P <0.005）、-1 0 1コントラストのANOVAテストでは、右前島の年齢に伴う活性化の線形変化が明らかになりました（42、12、-3、 z = 2.95）、 F1,47 = 11.24、 P = 0.002。 このボクセルを中心とした6-mmの球状ROIを作成し、このROIから抽出したデータに対して年齢グループ（3）×条件（2）ANOVAを実行して、この領域の活性化パターンをさらに特徴付けました。 このROIの平均時系列は、下のパネルにプロットされます 図2。 このROIのANOVAは、年齢グループと条件の相互作用をもたらし、 F2,47 = 7.00、 P = 0.002。 フォローアップ比較により、この領域は10〜12歳のXYZ条件と比較してXXYでよりアクティブであることが確認されました。 F1,16 = 11.26、 P = 0.004、および14–15歳、 F1,17 = 3.62、 P = 0.005。 18〜23歳の場合、条件の違いはそれほど大きくありませんでした（P = 0.19）。
XXY–XYZコントラストの加齢に伴う変化は線条体で見つかりませんでした。 ANOVAは、この地域がすべての年齢層でアクティブであったことを明らかにしました（-9、9、0、 z = 4.57）結果を見越して、 F3,47 = 13.11、 P <0.001。 予想どおり、この領域の6 mmの球形ROIから抽出されたデータのANOVAは、条件の主な影響をもたらしました。 F1,47 = 23.73、 P <0.001で、年齢層との有意な相互作用はありません（P = 0.1）。 これらの結果は、線条体がすべての年齢層で同程度に潜在的な報酬を見越してより活発であったことを示しています。 それにもかかわらず、年齢グループの比較は、思春期のグループでより大きな腹側線条体反応を個別に示唆しています。 つまり、10-12および14-15歳では、XXY条件は、XYZ条件と比較して大幅に多くのアクティブ化をもたらしました（P =状態の主な効果については0.001）、一方、成人ではこの差は有意性の傾向のみを示した（P = 0.09）。
結果処理
結果の処理に関連する脳の活性化パターンを調べるために、10番目の刺激の開始時にモデル化された機能データに対して同様のGLM分析が実行されました。 ここでも、12〜14歳、15〜18歳、および23〜10歳の対象のコントラストを個別に計算しました。 XXX> XXY（報酬処理）の対比については、12〜14歳と15〜XNUMX歳の線条体と背側帯状皮質で活性化が見られました（を参照）。 図3、上部パネル）。 18-23歳では、より自由で修正されていないしきい値でも、重要なクラスターは見つかりませんでした P <0.005。 14〜15歳は、左側のPFCでも活性化を示しました。
XXY> XXX（省略された報酬の処理）の逆コントラストのGLMは、10〜12歳と14〜15歳の両方で有意なクラスターを明らかにしませんでした。 対照的に、左側のOFCの領域は、18〜23歳の未修正のしきい値で、省略された報酬に対してより敏感であることがわかりました。 P <0.001。 重要なクラスターと対応するMNI座標の概要は、 補足表2.
XXX-XXYコントラストの加齢に伴う変化をテストするボクセルワイズANOVAは、線条体の活性化が青年と若年成人の間で異なることを示すことにより、XXX> XXYコントラストの全脳所見を確認しました。 の未修正のしきい値で P <0.001、-0.5 1 -0.5コントラストのANOVAテストでは、腹側線条体にクラスターが明らかになりました（12、9、-15、 z = 3.68）二次的な発達パターンを示した、 F1,47 = 17.64、 P <0.001。 このボクセルを中心とする3mmの球形ROIから抽出されたデータの年齢層（2）×条件（6）ANOVAは、この領域が14〜15歳のXXY条件と比較してXXXでよりアクティブであることを明らかにしました。 F1,17 = 22.84、 P <0.001ですが、10〜12歳の状態間で差はありませんでした（P = 0.41）および18-23歳（P = 0.12）（参照 図3、下部パネル）。
別の年齢層の脳全体のコントラストは、側方OFCの領域を明らかにしました。これは、成人の群の省略された報酬に反応しました。 この発見は、-0.5 -0.5 1コントラストの曲線的発達傾向のANOVAテストで確認され、横方向OFCの領域が生じました（ピークは-27、48、-3、 z = 3.05）、 F1,47 = 11.99、 P = 0.001（参照 図3、下部パネル）。 この領域の6-mm球状ROIのANOVAは、条件×年齢グループの相互作用をもたらしました F2,47 = 8.67、 P = 0.001。 フォローアップの比較により、この地域では、18〜23歳の報酬を受け取った場合と比較して、報酬の漏れに対する反応が増加していることが確認されました。 F1,14 = 7.38、 P = 0.02。
議論
この研究は、思春期の若者が不確実な報酬に対する感受性において大人とどのように異なるかという質問に動機付けられました。 予測段階と結果段階での不確実な報酬の処理に関連する脳の活性化の発達軌跡を調べました。 過去の研究では、思春期の報酬処理に関する一貫性のない結果が報告されており、「過活動」（Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006）および「非アクティブ」（Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004）青年期のインセンティブ関連の神経回路。 本研究は、我々がパラダイムを使用した点でこれらの以前の研究と異なり、行動に依存しない確率的報酬をもたらしました。 このアプローチにより、不確実性の下での報酬感度の基本的な違いを調べることができました。 さらに、3の異なる年齢層（10〜12歳、14〜15歳、18〜23歳）の神経の違いを調べ、年齢に関連した変化のさまざまなパターンをテストできました。
この研究では、2の主な結果が得られました：1）不確実な報酬を予測する場合、すべての年齢層が線条体の活性化の増加を示しましたが、前島のクラスターは青年期から成人期への活性化の線形減少を示し、2）トライアルでは、中年の青年は腹側線条体の活性化の増加によって示されるように、受け取った報酬に対してより敏感でしたが、若い成人はOFCの活性化の増加によって示されるように報酬の省略に最も反応しました。 一般に、私たちの調査結果は、思春期中期が過活動インセンティブ関連神経回路によって特徴付けられるという仮説を支持しますが、この効果は報酬受領の段階で最も顕著であることを示します。 先行研究の結果に照らして、これらの結果は、過活動報酬関連回路および未熟なPFC回路が潜在的に思春期の若者にリスクを取るように偏らせるという仮説を支持しています（ Ernst等。 2006; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; ケーシー、ゲッツ、他 2008).
予後の発達的変化
結果の予測は、最初の2刺激が同一であり、勝利の可能性を示したとき、線条体および前島の活性化と関連していた。 島の活性化は年齢とともに直線的に減少した。 この地域は、10〜12歳で最も活発で、14〜15歳であまり活発でなく、報酬を予想するときに18〜23歳で最も活発ではありませんでした。 私たちが使用したパラダイムでは、潜在的な報酬の予想は最大の不確実性と関連していました。 同じ画像の2を表示した後、3番目の画像が同じまたは異なる確率は等しくなりました。 対照的に、2番目の図が最初の図と異なる場合、報酬はもはや不可能であり、結果として、結果の予測に関連する不確実性はありませんでした。 したがって、前島の活性化における加齢に伴う変化は、少なくとも2プロセスの違いを反映している可能性があります。
私たちの結果は、意思決定が不確実性に関連付けられている状況で前島を関与させている最近の研究の結果と一致しています（パウルス他 2003; Volz et al。 2003; Huettel et al。 2005; ヒュッテル2006; Volz and von Cramon 2006）。 前部島は、多くの場合、精神生理学的覚醒の経験に関係している。 島は、意思決定に関連するリスクに対する自律神経系の反応を反映することにより、意思決定を支援することが示唆されています（ベカラ2001; Critchley et al。 2001; パウルス他 2003）。 不利な決定に先行する大きな自律信号は、リスクを冒さないように保護する警告信号として機能することが示唆されています（Bechara等。 1997）。 この仮説に照らして、より若い青年の島の応答の増加は矛盾しているようです。 ただし、他の研究では、この自律シグナルが、決定の重要性を反映していることが示唆されています（トゥーム等。 2002）、および以前の発達研究は、危険な決定を予測するときに子供が自律神経信号を経験するが、これらの信号を使用して意思決定を最適化しないことを示しました（Crone and van der Molen 2004、2007; クローネ等。 2005）。 現在の研究では、若い青年の島の活性化の増加は、この地域の未熟さを反映している可能性があります。 最年少の参加者は、可能な報酬の予想に関連する不確実性に関連する精神生理学的覚醒の増加を経験した可能性があります。 感情の主観的な評価を収集しなかったにもかかわらず、以前の研究では、経験のある感情と脳の活性化のパターンを相関させようとしました。 最近の研究では、腹側線条体の活性化は報告された正の効果と相関したが、前島の活性化は報告された正と負の両方の効果と相関したことがわかった（サマネズ・ラーキン他 2007）。 この研究の結果は、不確実な状況での一般的な覚醒を反映することにより、前島が意思決定に寄与する可能性があることを示唆しています。
ヒュッテル（2006） 獲得できる潜在的な報酬の量に関連する分離された不確実性（報酬リスク）および最適な応答に関する不確実性（行動リスク）。 彼は、前島の活性化が応答選択に関連する不確実性によって選択的に影響を受けることを示した。 我々の結果は、前島が応答選択の不在下で不確実な状況に関与していることを示すことにより、この発見に追加され、この領域は結果の不確実性を表す上でより一般的な役割を持っているかもしれないことを示唆しています。 最近の研究（Preuschoff等。 2008）線条体が報酬の大きさに敏感であるのと同様に、前島が不確実性の程度を反映していることを示した。 著者は、前島が線条体の報酬予測エラーと同様のプロセスをサポートできることを示唆している。 この領域での活性化の直線的な減少は、前島機能が青年期に未熟であり、不確実な状況に伴うリスクを推定するための青年期のより大きな困難を示唆するために取られることができることを示します。 おそらく、思春期の若者は、報酬の発生が予測不可能であることを知らなかったため、本研究では大人に比べて報酬をより頻繁に期待していました。 まとめると、不確実な報酬を予想する前島の反応の増加は、若者のリスクテイキング行動の増加に偏る可能性があります。
考慮しなければならない1つの説明は、前島における活性化の増加がマイナスの影響を反映しているということです。 勝利しないことは、2番目の絵のプレゼンテーション（XYZ）で発生する場合と比較して、トライアルの終了（XXY）で発生するより経験のある負の覚醒に関連する場合があります。 2番目の刺激の開始時にHRFを推定しましたが、3番目の刺激は1.5の後に続きました。 したがって、観察された神経応答が3番目の刺激の影響を受ける可能性があります。 将来の研究では、思春期の意思決定に対するリスク/不確実性の程度と報酬の量の両方の効果をさらに調べることが重要になります。 思春期のグループが報酬に焦点を当てていることを考えると、不確実性に反応する神経系が、結果の価が負の場合、つまりXXX条件が損失ではなく損失を反映する場合に同様に応答するかどうかをテストすることは興味深いでしょう利得。
結果処理の発達上の変化
予想通り、お金を獲得すると腹側線条体の活性化が増加しました。 この発見は、この地域が報酬に反応することを示した以前の研究を再現しています（Knutson等。 2001; McClure等。 2003; ヒュッテル2006）。 興味深いことに、勝利後の線条体の活性化は14-15歳でピークに達し、10-12歳と18-23歳ではあまり顕著ではありませんでした。Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; エルンスト等。 2006; ケーシー、ゲッツ、他 2008).
本研究では、思春期中期の腹側線条体の反応性のピークは、報酬の予測ではなく、報酬の処理のみで発見されました。 この発見は、実際の報酬の配信前にこの地域での活性化の増加を報告した以前の研究と矛盾しています。 これらの以前の結果は、結果の予測と予測における腹側線条体の役割を示唆するために取られました（Knutson等。 2001; Ｂｊｏｒｋ ｅｔ ａｌ。 2004; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; ヒュッテル2006）。 しかし、私たちの調査結果は、思春期の腹側線条体反応のピークは報酬の受け取りに対してのみ見られることを示唆しています。 以前の実験では、キューは潜在的な報酬を通知し、報酬の予測を可能にしました。したがって、これらの研究における腹側線条体の活性化は、報酬の「可能性」を予測するのではなく、報酬が続くことを「知る」ことへの初期応答を反映する可能性があります これらのデータは、青年が報酬を獲得するチャンスまたは報酬を獲得する能力を過大評価していることを示唆するために使用することもできます。 本研究では、タスク設計が不確実性を最大化し、報酬の予測を許可しなかったため、報酬の実際の配信まで、腹側線条体の活性化のピークが観察されなかったことを示唆します。 予測結果は、活性化の統計的に有意なピークを示さず、腹側線条体で年齢×状態の相互作用はありませんでしたが、追跡分析により、成人と比較して若年および中年の若者の予測線条体応答が大きいことが示唆されました。 今後の研究では、予想と結果の結果をより詳細に検討する必要があります。
最後に、若年成人は、初期および中年の青年ではなく、報酬の省略に続いて左側のOFCの活性化の増加を示しました。 側面OFCは、これまで罰の処理に関係してきました（O'Doherty etal。 2001年）。 OFCは食欲をそそる回路とPFC内の他の領域の両方に高度に接続されており、最近、OFCには感情情報に対する脳の反応を導き、表現の維持と更新による感情的な意思決定を導くことにより、統合機能があることが示唆されていますオンラインでのインセンティブ関連の期待（レビューについては、 オドハティ2007 および ウォリス2007）。 したがって、若年成人における側方OFCの反応は、否定的な結果に続く注意の強化と行動の調整の必要性を示す可能性があります。 OFCは不均質な地域であり、目標指向の行動と意思決定における役割と開発に伴う関連する変更に関する多くの質問は、将来の研究でテストする必要があることに注意する必要があります。 この領域が成人の不利な結果の処理に関与しているが、初期および中期の思春期には関与していないという発見は、高次処理および認知制御機能に関連する脳内のネットワークが青年期後期まで成熟しないという仮説と一致しています（Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006; エルンスト等。 2006）。
結論
現在の調査結果は、思春期の行動の神経心理学的な説明を求める最近の説明に照らして解釈することができます。 両方の社会情報処理ネットワーク（SIPN）（Ｎｅｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ。 2005）およびTriadic Model（Ernst et al。2006）には、食欲増進成分と認知/調節成分が含まれています。 これらのモデルでは、思春期の行動は強い食欲システムと比較的弱い制御システムによって特徴付けられます。 SIPNモデル（Ｎｅｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ。 2005）食欲成分の根底にある脳の構造は、性腺ホルモンに反応し、思春期の初めにトリガーされることを示唆しています。これは、発達が遅い認知構造とは対照的です。
本研究で使用された受動的パラダイムは、思春期と成人の報酬処理とリスク認識の神経基質の違いが思春期と成人の動機付けられた行動に寄与する方法についての質問を解決することを許可しませんでした。 思春期の危険な行動は深刻な結果をもたらす可能性があるため、この関係とその発達の軌跡を解明することが重要です（スタインバーグ2004; Fareri等。 2008）。 報酬が行動とは無関係で小さい場合でも、報酬関連の脳領域が思春期に反応するという発見は、さまざまな年齢で不確実な報酬が処理される方法の根本的な違いを示唆しています。 これらの調査結果の生態学的妥当性を判断するために、今後の研究では、感覚の探求、気質、性別などの個人差を考慮し、より複雑なタスクを使用してこれらの地域を調査する必要があります。 この研究の2番目の制限は、思春期の状態を直接測定できなかったことです。これは、10–12と14–15歳の違いに対する思春期の変化の寄与を解釈する能力を制限します。 将来の研究では、年齢に関連した変化を思春期の発達に関連した変化により密接に関連付けることを試みるべきです。
要約すると、私たちの発見は、行動がない場合の結果予測に関連する脳活性化パターンが、結果の処理に関連するパターンと区別できることを示しています。 不確実な報酬の予測は、前島および線条体の活性化に関連しています。 特に、前島の活性化は線形の発達傾向を示し、青年期から青年期にかけて減少します。 対照的に、報酬の処理は、14〜15歳と10〜12歳の腹側線条体の活性化のピークに関連しています。 興味深いことに、18〜23歳は、除外された報酬に最も反応しやすく、側方OFC領域での活性化を示しています。 これらの発見は、思春期は情動および調節脳回路の成熟の不均衡によって特徴付けられるという仮説を支持している（Ｍａｙ ｅｔ ａｌ。 2004; Ernst等。 2006; Ｇａｌｖａｎ ｅｔ ａｌ。 2006）。 現在のデータは、処理の基本的なレベルで、思春期の若者は、大人と比較して、不確実性に関連する予想され、受け取った報酬とリスクにより敏感であることを示しています。
補足資料
補足資料 次の場所にあります： http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
資金調達
著者（EACおよびSARBR）による研究は、NWO VENI / VIDI助成金によって可能になりました。
参考文献
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