청년 보상 시스템 개발 (2010)

Front Hum Neurosci. 2010; 4 : 6.

온라인 2010 2 월 12에 게시되었습니다. 2009 9 월 3 온라인 사전 게시. 도이 :  10.3389 / neuro.09.006.2010
PMCID : PMC2826184
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추상

청소년기는 보상 추구 행동이 증가하는 것을 특징으로하는 발달 기간입니다. 나는연구자들은 보상 패러다임과 함께 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)을 사용하여 보상 프로세싱에 연루된 영역 인 선조의 청소년 발달 변화에 대한 두 가지 상반된 가설을 테스트했습니다. 한 가설은 선조가 사춘기 동안의 보상에 대해 상대적으로 저 응답 성이어서 성인과 동일한 활성화를 달성하기 위해 보상을 추구하는 행동이 필요하다는 것입니다. 또 다른 견해는 사춘기 동안 선조 적 보상 시스템이 과민 반응을 일으켜 결과적으로 더 많은 보상을 찾는다는 것을 시사합니다. 두 가설에 대한 증거가보고되었지만이 분야는 일반적으로 강력한 증거에 근거하여이 후자의 가설에 수렴되었습니다.. 이 검토에서 나는이 개념을 뒷받침 할 증거를 설명하고, 다른 fMRI 결과를 추측하고,이 매혹적인 질문에 대한 미래의 탐구 영역으로 결론을 내린다.

키워드 : 청소년기, 뇌 발달, 선조, 보상

개요

청소년기는 보상 추구 행동이 증가하는 것을 특징으로하는 발달 기간입니다. 이 일화적이고 경험적인 관찰은이 현상의 신경 기질을 확인하기 위해 발달인지 신경 과학 분야를 자극했다. 광범위한 동물 및 인간 연구에 따르면 도파민이 풍부한 선조체는 뇌의 보상 민감도의 자리로 식별됩니다 (예 : Schultz, 1998; Montague et al., 2004),이 지역은 청소년 보상 문학에 대한 집중적 인 연구의 초점이되었으며이 검토의 초점입니다. 풍부한 도파민 신경 분포를 받고 보상 민감도에 관련된 다른 영역 (예 : 궤도 전두엽 피질)에 대한 발견은 여기서 논의되지 않습니다. 현재까지의 연구는 선조가 아동에서 성인에 이르기까지 발달 전반에 걸쳐 보상에 가장 반응하는 신경 영역이라는 데 동의하지만, 청소년기 동안이 신경 시스템의 상대적 참여는 논쟁의 주제입니다. 이 검토에서는 보상 관련 선조 발달에 관한 동물 문헌의 통찰력을 간단히 검토하는 것으로 시작합니다. 다음 섹션에서는 발달 신경 영상 소견을 검토하고 연구 전반의 불일치에 대한 그럴듯한 설명과 추측을 간략하게 설명합니다. 마지막으로, 나는이 매력적인 연구 분야의 경고와 미래의 방향으로 결론을 맺습니다.

청소년의 보상 주도 행동 이론

청소년기 동안 극적인 행동 변화가 발생한다고 주장하는 것은 과소 평가입니다 (Dahl, 2004; 스타인버그, 2005; 서머 빌 등 2009). 이 분야는 일반적으로 이러한 행동 변화가 금전적, 소설 적, 사회적 보상을 포함한 보상과 보상에 민감한 도파민 시스템에 의해 좌우된다는 개념을 가정하고 동의했습니다. 덜 이해된다 방법 보상 시스템은 발달 과정에서 변화하여 청소년들이 종종 보여주는 보상 중심 행동을 장려합니다.

청소년의 보상 행동에 대한 두 가지 주요 이론은 두 가지 상반된 가능성을 중심으로합니다. 청소년기에 대한 상악 계는 상식에 과도하게 반응합니까? 일부 이론가들은 청소년 보상 추구와 위험 감수는 동기 부여 회로 활동의 상대적인 부족에서 비롯 될 수 있다고 제안했다 (Blum et al., 1996, 2000; Bjork et al., 2004) 성인과 동일한 활성화를 달성하려면 더 강렬하거나 더 자주 보람있는 자극이 필요합니다. 이 견해는 쾌락을 느끼지 못하는 사춘기 무감각 이론의 확장 일 가능성이 높다 (Larson and Asmussen, 1991). 이 이론에 대한 지원은 즐거움 인식에있어 청소년과 다른 연령대의 차이를 보여주는 데이터에서 비롯됩니다. 예를 들어, 인간 청소년은 노인과 젊은 성인에 비해 부정적인 영향과 우울한 분위기가 증가합니다 (Rutter et al., 1976; 라슨과 아 스무 센, 1991)과 같은 긍정적 인 상황을 경험하는 것으로 보입니다 (자체 보고서를 기준으로). 1984). 청소년들은 또한 어린이 (DeGraff와 Zandstra, 1999). 이러한 데이터에 근거하여, 일부 청소년들은 일반적으로 보람 자극으로부터 덜 긍정적 인 감정을 얻을 수 있다고 생각하며, 이는 도파민 관련 회로에서의 활동을 증가시키는 보상 추구의 증가를 통해 새로운 식욕을 돋우는 강화제를 쫓게합니다 (Spear, 2000). 반대 이론은 복부 선조체 도파민 회로의 활성화가 불균형 적으로 증가한다는 것을 가정합니다 (즉, 청소년기의 보람 사건에 대한 증가 된 도파민 분비)는 사춘기 보상 관련 행동의 기초가됩니다 (Chambers et al., 2003). 이 견해는 도파민에 대한 광범위한 연구와 인코딩 된 동기 부여 드라이브를 행동으로 변환하는 주요한 역할 (Panksepp, 1998). 이 이론은 청소년 행동이 보상 관련 식욕 시스템에 의해 좌우된다고 주장합니다. 아래에서 검토 된 연구의 대부분을 기초로,이 분야는 일반적으로이 후자의 이론에 수렴되었다. 즉, 청소년들은 보상에 과민증을 부여하는 선조체의 발달 변화로 인해 높은 보상 행동에 참여하도록 동기를 부여한 것입니다. (예를 들어, Ernst et al., 2009). 그러나 저 응답 성 가설을 뒷받침하는 데이터도 검토됩니다.

줄무늬가있는 도파민 개발

인간의 조사는 오직 검사 만 할 수있다 생체내에서 신경영 상법을 이용한 시스템 수준에서의 선조체 발달. 이 방법 론적 한계는 도파민 시스템이 신경 수준에서 발달에 어떻게 변화하는지에 대한 정확한 식별을 불가능하게한다. 오히려, 보상에 대한 선조 적 반응 사이의 연관성은 추정 된 도파민 활성의 지수 일 뿐이다. 이러한 가정은 선조 회로의 동물 모델과 도파민 시스템 (예 : Berridge and Robinson, 1998). 따라서 여기에서 간단히 검토됩니다.

이용 가능한 증거는 발달 과정, 특히 청소년기 동안 도파민 시스템에 상당한 변화가 있음을 시사합니다. 청소년기 동안 선조체에서 도파민 수치가 증가합니다. (Teicher 등, 1993; 안데르센 (Andersen) 등 1997). 그러나, 다른 보고서에 따르면, 젊은 사춘기 쥐는 나이가 많은 사춘기 동물에 비해 핵 축적 (NAcc)에서 도파민 합성의 추정치가 낮고 성인에 비해 NAcc 도파민 전환율이 낮다는 것이 밝혀졌습니다. 스탬 포드 (1989) 연구는 도파민 방출의 기저 속도가 감소했지만 성인, 쥐와 비교하여 청년기의 더 큰 도파민 저장 풀을보고함으로써 이러한 다른 결과에 대한 명백한 해결책을 보여주었습니다. (스탬 포드, 1989). 나는n 기본 조건에서 도파민 방출이 감소 했음에도 불구하고 청소년의 도파민 성 뉴런스탬 포드, 1989; 안데르센과 가자라 1993), 환경 및 / 또는 약리학 적 도전에 의해 자극을받을 경우 실제로 더 많은 도파민을 방출 할 수 있음 (라비 올라 등, 2001). Bolanos et al. (1998)은 사춘기 쥐의 선조체 조각이 성인보다 도파민 흡수 억제제 코카인과 노미 펜신에 더 민감 함을 보여 주었다. 함께, 이 데이터는 청소년기에 보람이있는 사건이 성인과 비교할 때 더 큰 도파민 분비를 초래할 수 있음을 시사합니다 (라비 올라 등, 2003). 따라서 실제로 사춘기 동물이 기 저율의 도파민 방출률이 낮은 경우, 사춘기 청소년은 처음에는 도파민 방출을 증가시킬 더 많은 자극 (보상)을 찾는다. 그러나 일단 자극을 받으면, 청소년은 더 큰 도파민 방출을 보이며, 그 결과 추가 보상 추구 행동을 유발하는 강화 피드백주기에 기여합니다.

도파민 수용체의 발달 변화

여러 보고서에 따르면 청소년기 동안 도파민 수용체 과잉 생산과 가지 치기가 있다고 언급되었습니다. (Teicher 등, 1995). D의 Striatal과 NAcc 도파민 수용체 결합1 와 D2 청소년기 (P40)의 수용체 피크는 성인에서 보았던 것보다 약 30–45 % 더 큰 수준에서 (Teicher 등, 1995; Tarazi 등, 1998, 1999). 수컷 및 암컷 쥐에서 자동 방사선 촬영법을 사용하여 Andersen et al. (1997) 이 효과의 성적인 이형성을 보임으로써, 사춘기 남성은 과잉 생산 (대략 4.6- 폴드)과 선조 D의 제거를 나타 냈습니다.1 와 D2 사춘기 여성보다 선조체 수용체. 흥미롭게도, 이러한 효과는 생식선 호르몬 서지에 의해 매개되지 않습니다 (Andersen et al., 2002), 기능적 결과 (Andersen 및 Teicher, 1999)에 해당 될 수 있습니다. 제거 기간이 더 길어 지더라도 전두엽 피질에서도 비슷한 패턴이 관찰됩니다 (Andersen 및 Teicher, 2000). 공 초점 현미경 검사법은 전두엽 피질에서 역행 적으로 추적 된 피질의 출력 뉴런이 D의 높은 수준을 발현한다는 것을 보여 주었다1 사춘기 또는 젊은 설치류보다 청소년기의 수용체 (Brenhouse et al., 2008). 이 설치류의 발견은 인간의 사후 작업과 일치합니다. Seeman et al. (1987) 청소년 대 성인 기간 동안 인간의 선조체에서 도파민 수용체 집단의 현저한 변화가보고되었으며, 도파민 D의 3 분의 1에서 1/2 이상이1같은 D2성인에 의해 상실된 청소년의 선조체에 존재하는 유사 수용체. D의 발달 감소1 인간의 유아기부터 성인기까지의 수용체도 다른 사람들에 의해보고되었습니다 (팔라시오 스 등, 1988; Montague et al., 1999). 이러한 동물과 사후 발견은 청소년기의 도파민 시스템이이 연령 집단의 개인들에게 더 큰 보상 감도를 유발할 수 있음을 시사합니다. 다음 섹션에서는 시스템 수준에서 유사한 발달 패턴의 변화를 보여주기 위해 이러한 결과를 바탕으로 한 신경 영상 데이터에 대해 설명합니다.

신경 영상의 통찰력

자기 공명 영상 (MRI) 방법은 인간의 뇌 발달을 캡처하기위한 새로운 비 침습적 도구 세트를 도입했습니다. MRI는 이온화 방사선을 사용하지 않고 정밀한 고해상도 해부학 적 이미지를 제공하기 때문에 어린이와 청소년의 연구에 특히 유용합니다 (Kennedy et al., 2003). 총 뇌 크기는 연령 90에 의한 성인 크기의 약 6 %이지만 (Casey et al., 2005), 회백질 하위 구성 요소는 계속해서 청소년기 동안 변화를 겪고 있습니다. (Giedd et al., 1999; Sowell 등, 2003; Gogtay et al., 2004). 구체적으로는, 12 년 동안 피질 회백질이 크게 감소했습니다. (Giedd et al., 1999)에유년기와 청년기에 걸쳐 뇌 백질 증가 (Caviness et al., 1996). 최근의 자료에 따르면 회백질의 부피는 역 삼각형 패턴을 가지며, 백질보다 지역적 차이가 더 크다 (Sowell et al., 1999, 2003; Gogtay et al., 2004). 도파민 시스템의 개발에 대한 검토와 특히 관련이 있습니다 도파민이 풍부한 정면 및 선조 영역이 청소년기를 통해 현저한 성숙 변화를 겪고 있음을 보여줍니다. (Giedd et al., 1996; Sowell 등, 1999), 기저핵의 영역에서 부피가 감소합니다 (Giedd et al., 1996, 1999). 설치류 소견과 유사하게 뇌 영역은 여러 영역에서 성적 이형성을 나타냅니다. 사춘기에는 황체 량이 감소하고 암컷은 상대적으로 더 큽니다 (Giedd, 2004). 정수리, 측두엽 및 후두엽과 대조적으로, 전두엽과 선조에서 청소년과 성인 사이에 큰 해부학 적 차이가 나타납니다 (Sowell et al., 1999),이 두 영역은 성인기에 비해 청소년기에 비교적 미숙하다는 것을 암시합니다. 또한, 이러한 발견은 도파민 관련 행동 및 학습을 매개 할 수있는 이들 영역에서의 소성 (plasticity)이 계속됨을 시사한다.

기능적 MRI (fMRI)는 신경 활동의 변화를 반영하는 것으로 추정되는 뇌의 혈액 산소화 변화를 포착하는 뇌 활성화 측정을 제공합니다 (Bandettini and Ungerleider, 2001; Logothetis 등 2001). 인간의 도파민 시스템의 발달을 연구하기 위해, 연구자들은 도파민 세포체와 돌출부, 주로 중뇌, 선조 및 전두엽 영역이 풍부한 것으로 알려진 신경 영역에서의 신경 발달을 조사했습니다 (Koob and Swerdlow, 1988). fMRI는 단순히 추정되는 뉴런 활성 지수이므로,이 도구를 이용하는 연구는 도파민 발현 및 / 또는 활성의 변화를 확실히 결론 지을 수 없습니다. 그러나 동물 모델의 수렴 방법과 통찰력을 사용함으로써 인간의 연구는 도파민이 풍부한 회로의 발달을 더 조사하기 시작할 수 있습니다. 그렇게하기 위해, 초기 연구는 성계 활동을 유발하는 것에 대한 보상의 강력한 효과를 보여주는 성인 인간의 보고서를 고려할 때이 회로를 활용하는 방법으로 보상 패러다임을 사용했습니다 (Knutson et al., 2001; 몬태그와 베른, 2002). 발달 연구에 따르면 실제로 어린이와 청소년은 성인이 금전적 및 비 금전적 보상을 제시 할 때와 동일한 신경 회로를 사용하는 것으로 나타났습니다 (예 : Bjork et al., 2004; 에른스트 (Ernst) 등 2005; Galván et al., 2006; van Leijenhorst et al., 2009). 하나, 방법 신경 발달에있어 청소년과 성인의 차이는인지 발달 신경 과학 문헌에서 논쟁의 대상이되어왔다.

청소년의 보상 감도에 대한 이질적인 fMRI 결과

보상에 대한 발달 fMRI 연구는 위에서 설명한 두 가설에 직접적으로 매핑되는 두 가지 주요 결과를 산출했습니다. 첫 번째는 성인에 비해 청소년이 보상을 기대할 때 복부 선조의 참여가 적음을 나타냅니다. (Bjork et al., 2004). Bjork와 동료들은 성인 인센티브 딜레이 (MID) 업무에 대해 초기 청소년과 중반 청소년을 성인 집단과 비교했습니다. 2001). MID 과제에서 참가자들에게는 먼저 7 개의 단서 중 하나가 제시되었습니다. 지체 후, 그들은 목표물을 누르라는 요청을 받았으며, 마지막으로, 참가자들에게 시범 기간 동안 돈을 잃었는지 돈을 잃었는지 여부를 알려주는 피드백이 제공되었습니다. 비슷한 행동 수행에도 불구하고, 저자는 연령 그룹간에 유의 한 신경 차이를 발견하여, 청소년이 성인에 비해 보상을 기대할 때 복부 선조체 활성화가 덜 나타났다. 피드백에 대한 그룹의 차이는 없었습니다. Bjork와 동료들은이 데이터를 청소년이 복부 선조체 활성화 적자라는 가설을 뒷받침하는 것으로 해석했습니다. 즉, 청소년이 낮은 복부 선조체 활동을 보상하는 방법으로 극단적 인센티브 (예 : 위험한 행동)에 관여한다는 것 (창, 2000; Bjork et al., 2004) '.

Bjork와 동료들은 최근에 이러한 결과를 두 배의 샘플 크기로 개선하고 개선 된 헤드 코일을 사용하여 복제했지만 (Bjork et al., 준비, 개인 커뮤니케이션), 수많은 논문이 반대 결과를보고했습니다 (May et al., 2004; 에른스트 (Ernst) 등 2005; Galván et al., 2006; van Leijenhorst et al., 2009). 이 연구는 다른 연령대에 비해 청소년이 보상에 반응하여 복부 선조에서 더 큰 활성화를 보여줍니다. 예를 들어, 우리의 작업에서 어린이, 청소년 및 성인은 단순하고 청소년 친화적 인 작업을 수행하도록 요청 받았습니다 올바른 응답에 따라 다른 보상 값이 전달 된 스캐너에서 (Galván et al., 2006). 어린이와 성인에 비해 청소년 그룹은 보상을 기대하면서 복부 선조체 활성화를 높였습니다. 다른 예에서, Ernst et al. (2005)는 확률 론적 금전적 보상 과제를 사용하여 청소년이 시험에서 승리하는 동안 성인보다 왼쪽 NAcc 활동이 훨씬 더 많이 모집되었음을 보여 주었다. 이러한 연구 결과는 Bjork 논문과 직접 ​​대조되며 복부 선조 동기 회로의 불균형 적으로 증가 된 활성화가 청소년 신경 발달과 행동을 특징 짓는 가설에 대한 지원을 빌려줍니다 (Chambers et al., 2003). van Leijenhorst et al.의 최근 논문. (2009)는 과민성보기도 지원합니다. 유사한 작업의 대부분과 달리, 그들은 행동에 의존하지 않는 fMRI 패러다임을 사용했습니다. 즉, 참가자는 수동적으로 후속 보상을 확실하게 또는 불확실하게 예측 한 자극을 보았습니다. 이 접근법은 이전 연구가 작업의 행동 구성 요소에 의해 혼란 스러울 수 있기 때문에 특히 중요합니다. 그들의 주요 발견은 청소년들이 보상 수령에 대한 응답으로 어린이나 성인보다 선조체 활성화가 더 크다는 것입니다 (van Leijenhorst et al., 2009), 보상이 행동에 따라 달라지지 않아 동기 부여에 차이가없는 경우에도 청소년은 보상에 과도하게 활동적인 선조 적 반응을 보입니다.

이러한 반대의 발견은 청소년기 동안 도파민 시스템이 어떻게 변화되는지에 대한 논쟁을 더욱 불러 일으키고 설치류에서 기저 대 자극 된 도파민 방출의 대조적으로 보이는 결과를 반영합니다. 후자의 견해를 뒷받침하는 증거가 상대적으로 많음을 감안할 때,이 주제에 대한 최근의 검토에 따르면,이 분야는 사춘기 동안 선조 계가 보상과 인센티브에 과도하게 반응한다는 개념에 수렴되어 있음을 시사합니다. (Ernst et al., 2009; 서머 빌 등 2009). 그러나 서로 다른 결과에 대해서는 그럴듯한 설명을 고려하는 것이 중요합니다.

불일치에 대한 가능한 설명

연구 사이의 현저한 차이점에 대한 몇 가지 가능한 설명이 있습니다. 표 Table11 이 주제에 대해 가장 일반적으로 인용되는 논문에서 주요 분기 영역을 요약합니다. 이 표는 포괄적 인 것이 아니며 일반적으로 청소년을 개발하는 데 수행 된 작업 만 포함합니다. 임상 집단의 데이터는 논의되지 않았다. 첫째, 연구는 참가자의 발달 단계와 연령이 크게 다릅니다. 둘째, 연구는 비교 그룹에서 다릅니다. 마지막으로, 작업 설계, 분석 및 기준 조건의 차이로 인해 해석이 크게 달라질 수 있습니다. 적절한 경우, 향후 작업에서 이러한 방법 론적 차이를 최소화하기위한 제안 및 가능한 전략이 설명됩니다.

표 1    

발달 fMRI 보상 연구.

청소년기 란 무엇입니까?

연구 전반에 걸쳐 그리고 연구 사이에 평가되지 않은 중요한 문제는 인간에서 청소년기를 정의하는 문제입니다. 청소년기는 교육자, 과학자, 정책 입안자 및 부모를 포함한 다수의 전문가에 의해 연령, 성적 성숙, 사춘기, 교육 등급, 법률 및 / 또는 재정적 독립을 포함한 무수한 방법에 의해 정의 될 수 있고 정의됩니다. 끝없이 가능한 정의가 주어지면, 청소년 연구자들은 자신의“청소년”표본에 포함시킬 개인을 결정하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 일부 과학자들은 청소년기를 '유년기에서 성인기로의 점진적인 전환기 (Spear, 2000; 달, 2004) '. 이 광범위한 정의는 문헌 검토에서와 같이 이종의 작 업체를 기술 할 때 유용하지만, 개발 연구에 포함될 참가자 샘플을 정의하는 가장 적합한 방법은 아닙니다. 이것이 경험적 연구에 부적합한 이유는 생물학적으로나 사회적으로 청소년기를 특징 짓는 광대 한 이질성 때문입니다.

일부 그룹은 청소년 표본을 고등학생에게 포함하는 것을 제한했지만 (Galván et al., 2006; Geier et al., 2009)와 한 그룹에는 청소년기를 포착 할 수있는 연령 제한 청소년 그룹이 포함되었습니다 (van Leijenhorst et al., 2009), 표에 나열된 나머지 연구에서 청소년 그룹의 연령대 Table11 다양합니다. 예를 들어, Bjork et al. (2004), May et al. (2004) 및 Ernst et al. (2005) 연구에는 12 세 아동 (후자의 연구에는 9 세의 어린 아동도 포함)이“청소년”표본에 포함되었습니다. 일부 학계에서는 12 세가 조기 청소년으로 간주 될 수 있지만 9 세에 대해 동일한 주장을하기는 어렵습니다. 또한 12 세가 조기 또는 사춘기 이전으로 간주 될 수 있다고해도 그 개인은 말하는 것과는 매우 다른 청소년입니다. 17 세는 아마도 더 많은 독립성을 가지고 약혼했을 가능성이 더 큽니다. 위험하고 보상을 추구하는 행동으로, 돈에 대한 다른 인식 (이 연구에서 가장 일반적으로 사용되는 보상)이 있습니다. 따라서,이 분야는 청소년들이 어떻게 분류되는지에 대한 표준을 세울 때가되었습니다. 이것은 발달 변화가 청소년기 중반에 정점에 이르는 많은 뇌 영역에서 비선형 패턴을 따른다는 증거를 가지고 있기 때문에 특히 중요합니다 (Shaw et al., 2008). 최소한 조사자들은 연령 그룹이 어떻게 정의되어 있는지보고하기 위해보다 공동 노력을 기울여야한다. 이러한 정의에는 특정 연령, 사춘기 또는 학년도 (예 : 고등학생)가 포함될 수 있습니다. 광범위한 연령대를 얻는 것이 일반적으로 검사 작업에서 이상적인 표준입니다. 발달 변화이 접근법은 연령과 발달 연속체를 이해하는 방식으로 분석이 수행되는 경우에만 유용합니다. 즉, 조기, 중반 및 후기 청소년기를 포함한 광범위한 연령대는 연령이 발달에 따른 개별 변동성을 조사하기 위해 회귀 자로 포함되는 경우에만 발달 적으로 유익합니다. 대신에, 위에서 설명한 모든 연구는 발달 분포를 이용하지 않고“청소년”샘플을 그룹화하고 비교 그룹과 비교합니다. 연구가 요약 될 때까지, 일반화 된 메시지는 나이의 중요한 변동성을 강조하지 않습니다.

비교 그룹

청소년을위한 적절한 비교 그룹을 식별하는 것은 청소년을 정의하는 것만 큼 어렵습니다. 어린이와 청소년, 청소년과 성인 사이의 경계가 종종 어둡기 때문에 이러한 식별은 어렵습니다. 일부 조사관은 12 세를 어린이로 분류하지만 (van Leijenhorst et al., 2009), 다른 사람들은 청소년 그룹에 같은 아이를 포함시킬 것입니다 (Bjork et al., 2004; May et al., 2004; 에른스트 (Ernst) 등 2005). 마찬가지로 발달 및 성인 연구를 포함한 대부분의 신경 영상 연구에는 성인 그룹으로 18 및 19 세가 포함됩니다. 이 관행은 다음과 같은 두 가지 주요 원인으로 발생할 수 있습니다. (1) 미국의 경우 18 세는 법으로 성인으로 정의되며 (2) 대학생은 모집 목적으로 쉬운 과목 풀입니다. 이 연구는 20 세기 중반에서 후반까지 뇌의 장기 발달을 기록한 수많은 연구 결과가 있었음에도 불구하고 지속되었다 (Giedd, 2004) 및이 청소년기 후기 연령대의 개인에 대한 의심스러운 성숙 처분. 따라서 나이가 몇 개월 밖에되지 않는 개인 (예 : 17 세와 18 세)은 각각 청소년과 성인으로 분류 될 수 있습니다 (Geier et al., 2009)는 성인 비교 그룹이 실제로 정확한 비교 그룹인지에 대한 질문을 제기합니다.

작업 설계

기본적으로 동일한 질문을하지만 (보상에 대한 반응으로 도파민이 풍부한 성층 회로의 발달 궤적은 무엇입니까?) 여기에 설명 된 두 가지 실험 패러다임은 없습니다.. 일부는 보상 규모에 중점을 두었지만 (Bjork et al., 2004; Galván et al., 2006), 다른 사람들은 보상 확률을 조작했습니다 (May et al., 2004; van Leijenhorst et al., 2009) 또는 둘 다 (Ernst et al., 2005; Eshel et al., 2007). 또한 하나의 연구를 제외한 모든 연구에서 (van Leijenhorst et al., 2009), 보상은 반응 시간 (예 : Bjork et al., 2004) 및 응답 정확도 (Ernst et al., 2005; Galván et al., 2006; Eshel et al., 2007). 반응 시간 속도 및 정확도 능력에 알려진 발달상의 차이를 고려할 때, 과제의 어려움은 신경 활성화 패턴에 큰 영향을 미쳤을 수 있습니다.

표에 나열된 연구들 사이의 또 다른 명백한 차이점 Table11 사용 된 광범위한 작업과 개발에 적합한 정도입니다. 작업 참여와 이해의 차이가 신경 활성화에 중요한 영향을 미칠 수 있으므로 작업 선택은 사소한 문제가 아닙니다. 일부 연구는 발달 인구가 참여할 가능성을 최대화하기 위해 과제를 설계했지만 (Galván et al., 2006; van Leijenhorst et al., 2009) (예 : 만화와 같은 자극을 사용하고 작업을 비디오 게임으로 설명 함) (예 : "이 비디오 게임의 해적이 최대한 많은 돈을 벌도록 돕는 것이 목표") 다른 사람들은 단순히 성인을 위해 설계된 작업을 구현했습니다. (예를 들어, Bjork et al., 2004; May et al., 2004). 이 후자의 접근법은 여러 가지 이유로 문제가 있습니다. 첫째, 성인을 위해 설계된 fMRI 작업의 사용은 청소년이 성인이하는 것처럼 성인에 적합한 작업을 찾을 것이라는 가정하에 수행됩니다. 둘째, 이것은 어린이와 청소년이 성인뿐만 아니라 과제를 이해한다고 가정합니다. 셋째,이 접근법은 어린이와 청소년을 연구 할 때 특별히 고려할 때 더 넓은 태만을 보여주는 불행한 예일 수 있습니다. 예를 들어, 조사관이 어린이와 청소년에게 흥미가없는 작업을 사용하는 것이 편한 경우, 조사관이 특수한 어린이 친화적 스캔 관행 (예 : 아동이 편안하고 경험이 불안 감소 가능). 작업을 가능한 한 젊음 친화적으로 만들기 위해 만화 나 다른 애니메이션 자극 사용, 어린이에 대한 적절한 응답 시간 보장 (많은 연구에서 어린이가 성인보다 반응 시간이 더 길다는 것을 보여 주므로) 자녀가 온라인 상태를 유지해야하는 여러 조건과 규칙없이 가능한 한 간단합니다. 예를 들어, 성인이 MID 과제를 염두에 두는 데 7 가지 예측 신호가 합리적 일 수 있습니다 (Knutson et al., 2001), 청소년들은이 과제가 더 어렵다는 것을 알 수있다 (Bjork et al., 2004)에 이어 업무에 덜 참여하게됩니다. 이것은 상대적으로 참여도가 높은 성인과 비교할 때 결국 신경 활성화가 줄어들 수 있습니다.

작업 분석

결과의 차이에 거의 기여한 추가 고려 사항은 분석 된 보상 처리 단계입니다. 이러한 모든 fMRI 작업에는 3 가지 기본 단계 인 큐 프레젠테이션, 행동 반응에 따른 보상 기대 및 피드백이 포함됩니다. 여기에서 검토 된 연구 중 보상 연구에 대한 세 가지 연구가 검토되었다 (Bjork et al., 2004; Galván et al., 2006; Eshel et al., 2007), 세 가지 연구에서 피드백에 대한 반응을 분석했습니다 (Bjork et al., 2004; 에른스트 (Ernst) 등 2005; van Leijenhorst et al., 2009)와 한 연구에서 단계를 구분하지 않고 전체 시험을 분석했습니다 (May et al., 2004). 보상 프로세싱의 이들 상이한 단계들을 분석하는데있어서의 어려움은 시간적으로 근위 사건 (예를 들어, 큐 및 예상 단계)이 fMRI 분석에서 분석하기 어렵다는 것이다. 실제로 이것은 하나의 위상 만 관심이 있지만 다른 단계의 MR 신호가 활성화 될 수 있음을 의미합니다. 다시 말해, 연구자들은 과제의 한 측면을 검토하려고했지만, 과제의 다른 측면을 측정 (및보고)했을 수 있습니다. 원시 데이터가 없으면이 경우 논문에서 수집 할 수 없습니다. 이 가능성은 분석의 초점이 같더라도보고 된 다른 결과를 설명 할 수 있습니다. 예를 들어, Bjork et al. (2004) 및 Galván et al. (2006) 둘 다 예상 단계를 조사했지만 데이터는 완전히 반대입니다. 또한 Ernst et al. (2005및 van Leijenhorst et al. (2009)는 피드백하는 동안 성인에 비해 청소년의 복부 선조체 활성화가 더 많다고보고했다 (Bjork et al. (2004)가 피드백 대비에서 그룹 간의 활성화 차이를 감지하지 못했습니다.

Geier 등의 최근 연구. (2009)은 청소년이 과제의 다른 단계에서 어떻게 뚜렷한 활성화 프로파일을 가질 수 있는지를 보여줍니다. 이 저자들은 작업의 개별 단계를 분리 할 수 ​​있도록 작업을 정확하게 설계했습니다. 큐 구성 요소 동안, 청소년은 성인과 비교하여 복부 선조에서 약화 된 반응을 나타 냈습니다. 그러나 보상 기대 기간 동안 같은 청소년이 성인과 비교하여 같은 지역에서 활동이 강화 된 것으로 나타났습니다. 종합적으로, 이러한 데이터는 보상 과제의 일시적으로 뚜렷한 측면이 상당히 다른 결과를 낳을 수 있으며, 청소년 선조 및 보상 민감도에 대한 포괄적 인 일반화를 만들 때 신중하게 고려해야 함을 제안합니다.

기준 문제

발달의 기능적 영상 연구의 해석은 이러한 변화를 감지하는 데 사용되는 영상 방법의 감도와 정확성에 달려 있습니다 (Kotsoni et al., 2006). 혈액 산소 수준 의존성 (BOLD) 신호가 대부분의 fMRI 연구에서 뇌 활동의 척도로 사용되므로, 심박수, 심박수 변동 및 호흡을 포함한 다양한 변수가 혈역학 적 반응에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 어린이의 심박수 및 호흡 수는 성인의 심박수 및 호흡 수의 거의 두 배입니다 (Kotsoni et al., 2006). 발달에 걸친 이러한 생리 학적 차이는 발달 신경 영상 연구에서 중요한 관심사이다. 폐와 횡격막의 움직임으로 인해 에코 평면과 나선 이미징에서 더 큰 소음을 유발할 수 있기 때문이다 (van de Moortele et al., 2002). 따라서 적절한 기준을 식별 할 때 이러한 발달 차이를 고려해야합니다. Thomason et al. (2005) 참가자가 작업에 참여하지 않고 스캐너에서 정상적으로 호흡하는 동안 호흡의 발달 차이가 fMRI 신호에 어떻게 영향을 미치는지 조사했습니다. 그들은 어린이 데이터의 더 큰 잡음 외에도이 잡음이 성인의 신호 변화율에 비해 어린이의 "기준"활성화를 증가시키는 데 기여했다는 것을 발견했습니다. 스캐너의 수동적 휴식 (Thomason의 참가자가받은 지침과 유사)은 일반적으로 모든인지 작업 조건을 비교하는 기준 조건으로 사용되므로 이러한 차이는 fMRI 결과 및 해석에 중요하고 해로운 영향을 미칠 수 있습니다. Schlaggar et al.와 같이 기본 문제에 대한 광범위한 논의는 새로운 것이 아닙니다. (2002)는 이전에 적절한 비교 과제의 문제를 제기했습니다. 어린이 (및 청소년)가 휴식 기준선 상태를 증가 또는 감소시키는 지 여부는 과제 설계 및 데이터 분석 중에 기준선 문제를 고려하지 않고 제어 할 경우 데이터를 성인 데이터와 비교할 때 최종 결과 및 결과 해석에 영향을 미칩니다.

여기에 설명 된 연구에는 최소한 세 가지 유형의 기준선이 사용되었습니다. Bjork et al. (2004)는 기준을 전체 시계열에 걸쳐 평균 된 평균 신호 값으로 정의했습니다. Ernst et al. (2005) 논문, 18 (129) 시험은 기준선 역할을하는 고정 시험이었습니다. 즉, 모든 관심의 대조는 참가자가 고정 교차점을 쳐다 보는 것으로 추정되는 시험과 비교되었다 (Thomason et al., 2005 문제가 발생할 수있는 방법에 대해서는 위의 내용을 참조하십시오). 유사하게 Galván et al. (2006)은 시험 간 간격을 상대 기준선으로 사용했으며,이 기간 동안 참가자에게는 고정 십자가가 표시되었습니다. 마지막으로 van Leijenhorst et al. (2009및 Geier et al. (2009)은 암시적인 기준선을 정의하지 않았으며 여러 시험 유형 (예 : 특정 대 불확실한 보상 시험 유형)간에 대비 이미지를 생성했습니다. 모든 저자는 아마도 자신이 수행 한 기준을 선택해야 할 충분한 이유가 있었으며 해당 분야에 표준 기준이 없지만 분명히 기준선의 작은 차이가 최종 결과에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 청소년이 성인보다 휴식 기준선이 높거나 낮 으면 fMRI 분석에 사용 된 빼기 방법 (예 : 이미지 대비 비교)이 잘못된 해석으로 이어질 수 있습니다.

질문과 실험 과제의 뉘앙스가 개별 기준 요구 사항을 보장하므로 표준 기준에 동의하는 것이 실현 가능하거나 최적이지는 않지만 개별 연구에서 선택한 기준이 그룹간에 비교되도록하는 방법이 있습니다. 휴면 fMRI 신호에서 이러한 고유 한 발달 차이를 피하는 한 가지 방법은 각 그룹에 대해 별도의 기준을 설정 한 다음 그룹 내 작업 조건을 비교하는 것입니다. FSL과 같은 여러 신경 영상 소프트웨어 패키지는 통계 그룹 비교를 손상시키지 않으면 서 이러한 유형의 분석을 허용합니다. 두 번째 방법은 기준 조건에 대한 신호 활성화 차이가 후속인지 과제 비교 이전 연령 그룹간에 크게 다르지 않음을 먼저 확인하는 것입니다. 마지막으로, 다른 기준 활성화 패턴을 보이는 청소년과 성인 만 비교하는 다른 방법이 있습니다. 이 방법은 사후 행동 데이터에 대해 이전에 설명 된 성능 매칭 (Schlaggar et al., 2002).

보상 감도의 개인차

지금까지 제시된 연구는 청소년기가 보상 민감도의 강화 된 기간임을 시사하지만 모든 청소년이 보상 추구자인 것은 아닙니다. 행동과 신경 활동의 개인 차이를 검사하는 것의 중요성은 성인 샘플에서 인정되었습니다 (예 : Tom et al., 2007) 그러나 개발 인구에서 더 적은 작업이 수행되었다. 보상 추구 및 위험 추구 행동 (예 : 도박 및 불법 약물 사용)은 진기함 및 감각 추구와 같은 특정 행동 특성을 가진 개인에서 더 흔합니다 (Willis et al., 1994). 이 검토와 관련하여, 복부 선조의 예측 활성화는 개별 차이 수준 (Montague and Berns, 2002; Matthews et al., 2004; 쿠넨과 넛슨, 2005). 예를 들어, 도박 선택 전에 복부 선조에서 더 큰 활성화를 보이는 개인은 안전한 선택보다는 위험에 처한 선택을 할 가능성이 더 높습니다 (Kuhnen and Knutson, 2005). 보다 일반적으로, 이전의 연구는인지 제어의 효율성에있어 현저한 개인차를 기록했습니다 (Fan et al., 2002), 보상 상황에서 자체 규제에 필요합니다. 실제로, 유아의 만족감이 지연되는 동안 보람있는 자극으로부터주의를 끌 수있는 능력은 나중에 말기에인지 조절을 예측한다 (Eigsti et al., 2006). 함께, 이러한 연구는 발달 인구의 보상 처리와 같은 복잡한 뇌 행동 작업을 조사 할 때 경험, 행동 및 신경 활성화의 개인 차이를 고려하는 것이 중요 함을 강조합니다. 최근 연구에서 (Galván et al., 2007), 우리는 보상 중심 행동과 중독과 같은 부정적인 결과에 대한 일부 개인의 취약성을 증가시키는 복잡성을 풀기 위해 개인차를 조사했습니다. 우리의 접근 방식은 청소년기의 위험 감수 및 충동성에 대한 성격 특성 측정과 큰 금전적 보상을 예상하여 보상 관련 신경 회로의 활동 사이의 연관성을 조사하는 것이 었습니다. fMRI 스캔 및 위험한 행동, 위험 인식 및 충동에 대한 익명의 자체보고 등급 척도는 7 세에서 29 세 사이의 개인에서 획득되었습니다. 주요 발견은 NAcc 활동과 개발 전반에 걸쳐 위험한 행동에 참여할 가능성 사이에 긍정적 인 연관성이 있다는 것입니다. 즉, "실생활"에서 위험한 행동의 빈도가 더 높다고보고 할 가능성이 더 높은 개인은 실험실에서 복부 선조체를 가장 많이 모집했습니다. 이러한 발견은 청소년기에 일부 개인이 위험한 행동에 참여하려는 특정 개인의 성향의 가변성과 함께 도파민이 풍부한 지역의 발달 변화로 인해 위험한 행동에 참여하는 경향이 더 많을 수 있음을 시사합니다. 이러한 연구는 보상 민감도에서 개인차의 역할을 조사하기위한 좋은 출발점입니다. 그러나 향후 연구에서는 성별, 연령, 사춘기 단계 및 인종 차이를 포함하는 보상의 신경 상관 관계도 조사해야합니다.

청소년에게 보람있는 것은 무엇입니까?

위의 검토 된 대부분의 연구는 조작하기 쉬운 보상이며, 도파민이 풍부한 회로의 강력한 채용을 이끌어 내고, 성인 보상 모델에 광범위하게 사용되어 왔기 때문에 위의 돈을 보상 프로브로 사용했습니다. 그러나, 청소년들은 동기를 부여하는 사회적 보상, 참 신성 및 주요 강화 보상을 활용하는 단순한 금전적 보상과 연구에 의해 동기 부여를받습니다. 발달로 보람있는 변화가 무엇인지, 어린이와 성인에 비해 독보적 인 보람이있는 것으로 보이는 것은 도파민 체계의 기초를 알려줍니다. 예를 들어, 아이들은 설탕과 같은 1 차 강화제에 의해 가장 많은 보상을받는 반면, 청소년들은 어린이와 성인보다 동료 상호 작용이 더 가치있는 것을 발견합니다 (Csikszentmihalyi et al., 1977). 한 연구는 사회적으로 바람직하지만 바람직하지 않은 동료의 이미지를 수동적으로 볼 수 있도록 복부 선조의 채용이 증가한 것으로 나타났습니다 (Guyer et al., 2009). 사회적으로 바람직한 동료를 보람있는 자극으로 적절히 조작하지 않으면 실제로 청소년이 사회적으로 바람직한 동료를 다른 사람보다 더 보상한다는 것을 알 수는 없지만이 연구는 사회적 상호 작용에 대한 청소년 민감성에서 도파민이 풍부한 회로를 의미합니다. 따라서 뭐 다른 그룹에 비해 청소년의 동기 부여, 행동 및 기본 보상 회로를 비교할 때 고려해야 할 중요한 요소는 보상이며 보상이 제시되는 맥락은 고려해야 할 중요한 요소입니다. 이는 특히 청소년의 잘 알려진 위험 감수 행동과 관련이 있습니다 (Steinberg, 2004). 성인이나 어린이에 비해 청소년은 위험 감수를“재미”또는 보람으로 분류 할 가능성이 높습니다 (Maggs et al., 1995); 이는 위험한 기회에 반응하여 청소년이 다른 연령층에 비해 도파민 시스템에 관여 할 가능성이 높아 위험 증가 경향에 기여할 수 있음을 시사합니다. 이 현상은 다른 곳에서 광범위하게 검토되었습니다 (예 : Steinberg, 2004; 에른스트와 뮬러, 2008; 서머 빌 등 2009).

문의의 미래 영역

이 리뷰는 청소년기 동안 행동 변화와 관련이 있기 때문에 호르몬 발달에 관한 광범위한 문헌을 포함하지 않았습니다 (Spear, 2000). 그러나, 청소년기 동안 도파민 시스템과 호르몬의 변화 사이의 복잡한 상호 작용은 표현 된 보상 관련 행동에 기여할 가능성이있다. 향후 연구에서, 도파민이 풍부한 회로의 기능이 호르몬의 변화에 ​​의해 어떻게 매개되는지 평가할 수있는 실험 설계는이 복잡한 연관성에 대한 유용한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.

또한, 수면 패턴의 변화가 청소년기 동안 신경 기능에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 추가 조사는 유용한 질문 영역이 될 것입니다. 증거는 수면이 뇌 기능과 발달에 중요하다는 것을 시사한다 (Benca, 2004; Hagenauer et al., 2009). 이 중요한 질문에 대한 최근의 조사는 수면 패턴에서 정상적으로 발생하는 변화가 어떻게 청소년기 전형적인 행동을 악화시킬 수 있는지에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다 (Dahl and Lewin, 2002; Holm et al., 2009). Holm et al. (2009)는 수면의 질이 떨어지고 수면 시간이 줄어들면 보상 기대 및 결과 동안 둔한 선조 활동과 관련이 있음을 보여줍니다 (Holm et al., 2009). 이 데이터는 개발 전반에 걸쳐 보상 관련 신경 민감도에 대한 상황 적 영향을 고려하는 것의 중요성을 강조합니다.

다양한 보고서에 따르면 동물 모델에서 도파민 시스템 개발에서 성적 이형성이 주목되고있다 (Andersen et al., 1997) 및 구조적 MRI 작업 (Giedd et al., 2004). 그러나,이 연구 영역은 기능적 MRI 연구에서 상대적으로 연구되지 않았으며, 아마도 이러한 연구에서 상대적으로 제한된 샘플 크기에 의해 부과 된 실제적인 제약 때문일 것입니다. 이 효과는 비정상적인 도파민 기능과 관련 될 수있는 여러 정신 건강 장애의 발병 및 유지에 현저한 성 차이가 있기 때문에 중요한 연구 영역입니다 (Paus et al., 2008).

결론

이 검토는 다음과 같은 질문으로 시작되었습니다. 청소년기 동안 도파민 시스템이 보상에 과도하게 반응합니까? 이 검토에 설명 된 조사는 보상 시스템이 청소년기 동안 큰 변화를 겪었다는 명백한 증거를 제공합니다. 또한, 청소년기의 보상에 대한 반응으로 도파민 시스템이 과민 반응 또는 과도하게 작용한다는 가설을 강력하게지지합니다.. 초기 신경 영상 작업 동안 (Bjork et al., 2004)는 저 응답 보상 시스템 가설에 대한 지원을 제공하는 것으로 보였으며, 그 이후 많은 연구에서 청소년기 동안 과잉 보상 시스템에 대한 지원을 제공하는 데이터를 산출했습니다. 따라서이 분야는이 후자의 결론에 수렴하는 것으로 보인다 (Casey et al., 2008; 스타인버그, 2008; 에른스트 (Ernst) 등 2009; 서머 빌 등 2009). 그러나 실험 조작, 해석 및 환경 맥락에서 미묘한 뉘앙스 가이 일반화에 중요한 영향을 미칩니다. Geier 등의 최근 연구에서 가장 잘 설명 된 바와 같이. (2009), 보상의 다른 양상들은 청소년기의 뚜렷한 신경 감수성과 유사하며, 따라서 보상 예측 큐의 초기 표현은 다가오는 보상의 기대와 유사한 과잉 행동을 유발하지 않는다. 우리 자신의 연구에서 인간 청소년은 높은 보상에 대한 반응으로 도파민이 풍부한 NAcc에서 어린이와 성인에 비해 활성화가 증가했지만 점감 된 낮은 보상에 대한 응답으로 동일한 지역에서 활성화 (Galván et al., 2006). 그러므로, 뭐 청소년에 대한 보상은 보상과 위험 감수, 그리고 아마도 후속 행동과 관련된 회로에 영향을 미칩니다. 보상 가치는 절대적인 것이 아니며 보상은 다른 가능한 보상의 맥락에서 평가됩니다. 청소년은 이러한 변화하는 상황에 특히 민감 할 수 있습니다.

요컨대, 보상 시스템이 청소년기 동안 극적인 발달 변화를 겪는다는 것은 의심의 여지가 없지만,그는 이러한 성숙도 사건의 정확한 특징은 쉽게 결정될 수 없으며 동물 및 인간 문헌에서 더 많은 탐구가 필요할 것이다. 동물 연구 결과에서 도파민 시스템에 대한 연구를 시작함으로써, 우리는 인간 연구에서 얻은 데이터의 해석을 제한하여 청소년들이 높은 보상 추구 행동을하게하는 선조 적 도파민 시스템의 변화가 무엇인지를 더 잘 이해하기 시작할 수 있습니다.

이해 상충의 진술

저자는 연구가 잠재적 인 이해 상충으로 해석 될 수있는 상업적 또는 재정적 관계가없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.

감사의

저자는 Galván Lab 회원, 익명 검토 자 2 명 및 Brad Schlaggar와의 기본 문제에 대한 이전 토론의 유용한 의견을 인정합니다.

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