출처
미국 뉴욕 주 코넬 대학교 웨일 의과 대학의 발달 심리학을위한 색소폰 연구소 [이메일 보호]
추상
청소년기는 치명적인 결과를 초래할 수있는 위험을 감수하는 행동이 특징입니다. 이 연구는 보상 추구 행동과 관련된 신경 시스템의 신경 생물학적 발달을 조사했습니다. 이벤트 관련 기능적 자기 공명 영상과 보상 값을 매개 변수로 조작하는 패러다임을 사용하여 7 명의 참가자 (29-XNUMX 세)를 스캔했습니다. 결과는 청소년의 전두엽 활동과 비교하여 어린이 및 성인과 비교하여 과장된 accumbens 활동을 보여 주며, 이는 이들 지역의 다른 개발 시간 과정에 의해 주도되는 것으로 보입니다. 청소년의 Accumbens 활동은 활동의 규모가 과장되었지만 활동의 범위와 보상 가치에 대한 민감성 모두에서 성인과 유사했습니다. 대조적으로, 청소년의 안와 전두엽 피질 활동의 범위는 활동의 초점 패턴이 덜한 성인보다 어린이의 활동과 더 비슷해 보였습니다. 이러한 발견은 성숙하는 피질 하 시스템이 나중에 성숙하는 하향식 제어 시스템에 비해 불균형 적으로 활성화되어 청소년의 행동을 장기간의 즉각적인 이득으로 편향시키는 것을 시사합니다.
개요
청소년기의 위험 감수 기간이 증가하는 동안 약물 남용이 시작되는 경우가 종종 있습니다 (Silveri 등, 2004). 청소년이 위험을 감수하는 행동을 증가시킬 수있는 신경 생물학적 요인에 대해서는 현재까지 알려진 바가 거의 없다. 성인의 중절 연 영역은 보상에 연루되어 있습니다 (Knutson et al., 2001; Elliott 등, 2003; McClure 등, 2004), 위험 감수 (쿤넨과 넛슨, 2005) 및 중독 (하이 먼과 말 렌카, 2001; Volkow et al., 2004)이지만 이러한 시스템의 개발에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 이 연구의 목적은 청소년기가 아동기 및 성인기에 비해 보상에 대한 책임이 증가하는 발달 기간이라는 가설을 테스트하는 것이 었습니다. 구체적으로, 우리는 전두엽 [예, 궤도 전두 피질 (OFC)] 영역에 비해 피질 [예, 핵 축적 (NAcc)] 발달의 차이가 위험 감수 행동의 증가를 설명하는 데 도움이되는이 발달 기간을 특성화 할 수 있는지 여부를 조사했습니다 .
청소년기는 행동 조절에 연루된 전방 배양 회로의 지속적인 구조적 및 기능적 발달을 특징으로한다. 청년기 쥐는 선조에서 보상 관련 도파민 전이가 증가한다는 것을 보여줍니다.라비 올라 (Laviola) 등, 1999) 및 비인간 영장류는 전전두엽 피질 (PFC)에서 도파민 성 신경 분포가 증가 함을 보여줍니다 (로젠버그와 루이스, 1994, 1995). 인간 이미징 연구에 따르면 전 안면 영역 변화가 나타났습니다.Giedd 등, 1999; Sowell 등, 1999; Casey et al., 2005)인지 제어 증가 (Casey et al., 1997; Rubia 등, 2000; 루나 (Luna) 등, 2001; 루나와 스위니, 2004; 스타인버그, 2004). 이러한 변화는 전두엽 영역의 활성화 이동이 시간이 지남에 따라 확산에서 더 많은 초점 모집으로 이동하는 것으로 보입니다 (Casey et al., 1997; Bunge et al., 2002; 모세 외, 2002; Durston 등, 2006). 신경 영상 연구는 이러한 발달 변화의 메커니즘 (예 : 시냅스 가지 치기, 골수 화)을 결정적으로 특징 지을 수 없습니다. 그러나, 이러한 부피 및 구조적 변화는 성숙 동안 이들 뇌 영역으로부터의 상호 투사의 개선 및 미세 조정을 반영 할 수있다. 따라서이 해석은 추측에 불과합니다.
최근 신경 영상 연구는 청소년의 보상 관련 과정을 조사하기 시작했으며 성인에서와 같이 NAcc 활성화를 보여주었습니다.Bjork 등, 2004; May 외, 2004; Ernst 등, 2005). 그러나 청소년과 성인의 활동이 어떻게 다른지에 대한 결과가 혼합되었습니다. 이 연구는 주로 OFC가 아닌 accumbens의 영역에 중점을 두어 변화를 조사했습니다. 또한, 어린 시절부터 성인에 이르기까지 NAcc 및 OFC 개발을 특징 짓는 데는 거의주의를 기울이지 않았습니다. 이 발달을 추적하면 청소년기에보고 된 변화가이 발달 기간에 특정한 것인지 성숙 성숙 변화를 반영하는지에 대한 추가적인 제약이 있습니다.
여기, 우리는 기능적인 자기 공명 영상 (fMRI)을 사용 하여 개발에 걸쳐 값 조작 보상 보상 행동 및 신경 반응을 조사했다. 우리는 동물에 대한 이전의 보고서에서 NAcc와 OFC에 초점을 맞추 었습니다.히코 사카와 와타나베, 2000; Pecina 등, 2003), 이미징 (O'Doherty 외, 2001; Zald 등, 2004) 및 중독 (하이 먼과 말 렌카, 2001) 보상 관련 학습에 연루된 연구. 설치류 모델 기반 (라비 올라 (Laviola) 등, 1999; 스피어, 2000) 및 이전 이미징 작업 (Ernst 등, 2005), 우리는 어린이와 성인에 비해 청소년들이 하향식 PFC 지역에서 덜 성숙한 활성화와 함께이 기간 동안 누적 된 초점 활성화를 나타내는 과장된 누적 반응을 보여줄 것이라고 가정했다.
재료 및 방법
참가자들.
어린이 16 명 (여성 7 명; 7 년-11 세, 평균 연령 9.8 세), 13 청소년 (6 명 여성; 13–17, 평균 연령 16 세) 및 12 오른손 건강한 성인 (6 명 여성; 연령) 평균 연령이 23 세인 29–25)가 fMRI 실험에 참여했습니다. 성인 데이터에 대한 별도의 통계 분석이 이전에보고되었습니다 (Galvan et al., 2005). 과도한 움직임 (> 2mm)으로 인해 0.5 명의 어린이와 1.56 명의 청소년은 분석에서 제외되었습니다. 움직임은 분석에 포함 된 XNUMX 명의 대상 (어린이 XNUMX 명과 성인 XNUMX 명)의 모든 방향에서> XNUMX 복셀 (XNUMXmm)이었습니다. 분석에서 이러한 대상을 제거해도 결과는 바뀌지 않았고 연령대에 따라 비행기 내 움직임이 크게 다르지 않았습니다 (성인 : x = 0.48, y = 0.76, z = 0.49; 청소년 : x = 0.26, y = 0.58, z = 0.45; 어린이: x = 0.18, y = 0.76, z = 0.36). 피험자들은 신경계 또는 정신과 적 장애의 병력이 없었으며 코넬 대학교 웨일 코넬 의과 대학의 기관 검토위원회가 승인 한 프로토콜에 대해 사전 동의 (청소년 자녀와 자녀에 대한 자녀의 동의)를 제공했다. 청소년과 어린이에 대한 실험은 실험 전에 모의 스캐너에서 시뮬레이션되었으며 실제 실험 중에들을 수있는 소리에 노출되었습니다.
실험 과제.
참가자는 비인간 영장류에서 이전에 사용 된 지연된 응답 2 가지 선택 작업의 수정 된 버전을 사용하여 테스트했습니다 (크롬웰과 슐츠, 2003) 및 앞에서 설명한 (Galvan et al., 2005) 이벤트 관련 fMRI 연구 (Fig. 1). 이 작업에서 세 개의 큐 (카운터 밸런스)는 각각 다른 보상 값과 관련이 있습니다. 피험자들은 지시를받을 때 큐가 나타나는 쪽을 표시하고 실수없이 가능한 한 빨리 반응하도록 검지 또는 가운데 손가락을 누르라는 지시를 받았습니다.
행동 패러다임. 왼쪽 패널, 3 개의 큐는 각각 실험 전반에 걸쳐 일정하게 유지되는 독특한 보상 값 (피험자에 대해 카운터 밸런스)과 짝을 이루었습니다. 오른쪽 패널, 패러다임은 큐, 응답 및 보상으로 구성되어 12의 ITI와 시간적으로 시간적으로 분리되었습니다. 총 시험 기간은 20 초입니다.
자극 파라미터는 다음과 같다. 3 개의 해적 만화 이미지 중 하나가 1000 ms에 대한 중앙 고정의 왼쪽 또는 오른쪽에 의사 난수 순서로 표시되었습니다 (Fig. 1). 2000 ms 지연 후 대상에게 고정 양쪽에 두 개의 보물 상자 (2000 ms)의 응답 프롬프트가 표시되고 해적이 고정의 왼쪽에있는 경우 오른쪽 검지로 버튼을 누르라는 지시가있었습니다. 해적이 고정의 오른쪽에 있다면 오른쪽 가운데 손가락. 또 다른 2000 ms 지연 후, 화면 중앙 (1000 ms)에 작은, 중간 또는 많은 양의 코인의 보상 피드백이 표시되었습니다. 각 해적은 별개의 보상 금액과 관련이 있습니다. 다음 시도가 시작되기 전에 12의 임상 시험 간격 (ITI)이있었습니다. 총 시험 기간은 20 초입니다. 응답하지 않거나 실수를 한 경우 피험자는 보상을받지 못했다. 두 경우 모두, 그들은 보통 보상 피드백을받을 때 오류 메시지를 받았다.
피험자들은 연구 참여에 대해 $ 50를 보장 받았으며, 과제의 성과 (반응 시간 및 정확도에 의해 색인화 됨)에 따라 최대 $ 25를 더 많이 벌 수 있다고 들었습니다. 보상 금액은 분명히 다르지만, 각 보상의 정확한 가치는 피험자에게 공개되지 않았습니다. 파일럿 연구 중에 피험자가 각 시행 후 돈을 세는 것으로보고했기 때문에 이러한 혼란을 피하고 싶었습니다. 자극은 자기 공명 (MR) 스캐너 및 광섬유 응답 수집 장치의 보어 내에서 액정 디스플레이 비디오 디스플레이를 사용하여 통합 기능 이미징 시스템 (PST, Pittsburgh, PA)으로 제시되었다.
실험은 5 번의 18 시험 (소형, 중형 및 대규모 보상 시험 각각 6 회)으로 구성되었으며, 각각 6 분과 8가 지속되었습니다. 각 런에는 각 보상 값에 대해 6 번의 시도가 무작위 순서로 제공되었습니다. 각 경기가 끝날 무렵, 주제는 그 달리기 동안 벌어 들인 돈에 대해 업데이트되었습니다. 벌어 들인 돈은 모든 과목에 걸쳐 일관되었고 모든 일정의 강화 일정을 받았다 (시험의 100 %에 보상). 실험을 시작하기 전에 피험자들은 동기를 확보하기 위해 벌 수있는 실제 돈을 보여주었습니다. 그들은 사용 된 자극에 대한 친숙 함을 포함한 상세한 지시를 받았다. 예를 들어, 피험자들은 실험 중에 볼 수있는 3 개의 단서와 3 개의 보상 금액을 보여주었습니다. 그들은 단서가 어떻게 보상과 관련이 있는지에 대해서는 이야기하지 않았다. 우리는 3 가지 양의 보상이 있음을 분명히 강조했다. 하나는 작고, 다른 하나는 중간이고 다른 하나는 큰 것이다. 이 양은 자극에서 동전의 수가 보상이 증가함에 따라 증가하기 때문에 실험에서 시각적으로 분명합니다. 실험이 끝날 때 대상을 브리핑하는 동안이 연관에 대해 명시 적으로 물었을 때, 오직 한 명의 대상 만이 특정 자극과 보상 량 사이의 연관성을 분명히 할 수있었습니다.
이미지 수집.
직교 헤드 코일을 사용하는 3T General Electric (WI의 밀워키) MRI 스캐너를 사용하여 이미징을 수행 하였다. 나선형 스캔 순서를 사용하여 기능 스캔을 획득했습니다 (글로버와 토 머슨, 2004). 파라미터는 다음을 포함한다 : 반복 시간 (TR), 2000 ms; 에코 시간 (TE), 30 ms; 64 × 64 매트릭스; 29 5 mm 관상 슬라이스; 3.125 × 3.125 mm 평면 해상도; 플립, 90 반복을위한 184 °. 각 실행의 시작에서 4 개의 폐기 된 획득. 해부학 적 T1 가중 면내 스캔은 3 차원 외에 기능 이미지와 동일한 위치에서 수집되었습니다 (TR, 500; TE, 최소; 256 × 256; 시야각, 200 mm; 5 mm 슬라이스 두께). 정상 상태 이미지 (TR, 25; TE, 5; 1.5 mm 슬라이스 두께; 124 슬라이스)에서 고해상도 버릇없는 그라디언트 리콜 획득 데이터 세트.
이미지 분석.
Brainvoyager QX (Brain Innovations, Maastricht, Netherlands) 소프트웨어 패키지를 사용하여 영상 데이터의 랜덤 효과 분석을 수행했습니다. 분석 전에 원시 이미지에 대해 다음 전처리 절차가 수행되었습니다. 3 차원 모션 보정 : 강체 변환, 슬라이스 스캔 시간 보정 (싱크 보간법 사용)을 통해 모든 볼륨을 첫 번째 볼륨에 공간적으로 정렬하여 작은 헤드 움직임을 감지하고 수정 ), 선형 추세 제거, 타임 코스 당 3 개 이하의주기의 비선형 드리프트를 제거하기위한 고역 통과 시간 필터링, 최대 절반에서 최대 너비가 4mm 인 가우스 커널을 사용하여 공간 데이터 스무딩. 이 분석에 포함 된 대상의 예상 회전 및 평행 이동은 절대 2 mm를 초과하지 않았습니다. 기능적 데이터는 대응점의 정렬 및 육안 검사에 의해 최적의 적합을 얻기 위해 수동 조정에 의해 해부학 적 부피에 공동 등록 된 후, 탈라 이라크 공간으로 변환되었다. 기능성 복셀은 48.83 mm의 획득 복셀 크기에서 보간되었습니다.3 1 mm의 해상도로3 탈라 이라크 변신 중. NAcc와 OFC는 Duvernoy 뇌지도 책과 관련하여 Talairach 좌표로 정의되었습니다 (Talairach and Tournoux, 1988; 듀 버노이, 1999).
초기 옴니버스 일반 선형 모델 (GLM) 분석에는 보상에 민감한 영역 (NAcc 및 OFC)을 결정하기 위해 모든 시험과 모든 시험 (시험 전 기준선과 비교) 전체 실행이 포함되었습니다. 각 연령 그룹에 대해 동일한 지역에서 통계 분석을 수행하기 위해 별도의 GLM 분석을 수행했습니다. 각 그룹은 보상 대비 기준 대비에 기초하여 NAcc 및 OFC에서 활성화를 보여 주었다. 이들 지역의 현지화는 Duvernoy 뇌지도 책과 관련하여 Talairach 좌표에 의해 각 그룹에 대해 별도로 확인되었습니다.Talairach and Tournoux, 1988; 듀 버노이, 1999)에 설명 된대로 이전의 방법 론적 연구는 현재 연구에서 시험 된 연령에 걸쳐 혈역학 적 반응의 정위 등록과 시간 과정이 다르지 않다는 것을 보여 주었다 (Burgund et al., 2002; Kang 등, 2003). 후속 분석 및 사후 모든 그룹에 대해이 초기 옴니버스 GLM으로 식별 된 영역에서 대조를 수행 한 다음 각 그룹에 대해 별도로 수행했습니다. 마지막으로 NAcc 및 OFC에서 세 그룹 모두에서 공통적으로 활성화 된 복셀을 확인하는 결합 분석이 수행되었습니다 (보조 그림 1, www.jneurosci.org as 보충 자료). 결합 분석에서 식별 된 관심 영역은 초기 옴니버스 GLM으로 식별 된 영역과 겹쳤습니다. 사후 시험은 상기 분석으로 얻은 것과 유사한 효과를 확인했다.
전체 그룹 분석에서 옴니버스 GLM은 전체 시험에서 모든 실행으로 구성되었습니다 (5 실행 × 37 주제 = 185 z-정규화 된 기능 시간 과정)을 주 예측 변수로 보상 규모로 수행했습니다. 혈역학 적 반응의 선형 모델을 사용하여 이상적인 박스 카 반응 (작업 표시량에 대한 1 값과 나머지 시점에 대한 0 값으로 가정)을 컨볼 루션하여 예측 변수를 얻었습니다.Boynton 등, 1996) 실험에서 각 시간 과정의 디자인 매트릭스를 작성하는 데 사용됩니다. 올바른 시도 만 포함되었으며 오류 시도에 대해 별도의 예측 변수가 작성되었습니다. 각 그룹에 대한 총 올바른 시행 횟수는 다음과 같습니다. 어린이를위한 1130 (n = 13), 청소년을위한 1061 (n = 12), 성인용 1067 (n = 12). 아동에 대한 추가 시험 횟수를 추가하여 아동에 대한 시험 횟수를 줄였습니다.
사후 특별 다음에 대비 분석을 수행했다 t NAcc 및 OFC에서 관심 영역을 식별하기 위해 예측 변수의 β 가중치를 테스트합니다. 무작위 효과 분석으로 대조를 수행 하였다. 시험 개시 전 (총 시험 기간은 18s)의 고정의 2에 대한 전체 시험 (20)의 각 데이터 포인트에 걸친 MR 신호의 시계열 및 백분율 변화는 유의하게 활성 복셀에 대한 이벤트 관련 평균화를 사용하여 계산되었습니다. 대조 분석으로부터 얻어진다. 연령 그룹별로 각 지역에서 모집 된 복셀 수의 계산은 위에서 설명한 각 그룹에 대해 수행 된 GLM 분석을 기반으로합니다.
다중 비교에 대한 수정은 AFNI 내 AlphaSim 프로그램을 사용하여 실행 된 Monte Carlo 시뮬레이션을 기반으로합니다 (콕스, 1996), 보정 된 α 수준을 달성하기 위해 적절한 연속성 임계 값을 결정 p <0.01 (포먼 (Forman) 등, 1995) 검색 량 450 mm 기준3 NAcc를 위해. 수정 된 α 수준 p OFC에서 0.05 미만은 ~ 25,400mm의 검색 량을 기반으로합니다.3 (포먼 (Forman) 등, 1995). OFC 활성화는보다 엄격한 임계 값에서 살아남지 못했습니다. p 그룹 전체에서 <0.01.a
결과
이미징 결과
이미징 데이터의 옴니버스 GLM 분석은 NAcc를 확인했습니다.x = 6, y = 5, z = −2) 및 왼쪽 (x = -8, y = 6, z = −2)] 오른쪽 OFC (x = 46, y = 31, z = 1) 그림 2, A 및 C, 다음 시도가 시작되기 전의 18 시험 간 간격 (예 : 보상 대 기준 대비)과 관련하여 전체 실험 (2)에 대한 실험의 모든 주제와 실행에서 보상 값을 기본 예측 변수로 사용합니다. 이러한 지역 내에서 보상 가치의 주요 효과는F(2,72) = 8.424; p = 0.001) (Fig. 2B)는 NAcc에는 있지만 OFC에는 없습니다 (F(2,72) = 1.3; p = 0.44) (Fig. 2D). 사후 특별 t NAcc에 대한 보상의 주요 효과에 대한 테스트는 크고 작은t(36) = 4.35; p <0.001), 대형 및 중형 (t(36) = 2.01; p <0.05), 중소형 (t(36) = 2.09; p <0.04) 보상, 더 큰 보상을위한 더 큰 활성화.
핵 축적의 국소화 (A) 및 궤도 전두 피질 (C) 활성화하여 보상합니다. 핵 축적에 보상 가치의 주된 효과가있었습니다 (B) [권리 (x = 6, y = 5, z = −2) 및 왼쪽 (x = -8, y = 6, z = −2)] 오른쪽 측면 궤도 전두 피질에 있지 않음 (x = 46, y = 31, z = 1) (D). 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 중소, 중, 대, 중소에 큰 차이를 나타냅니다.
보상 할 활동의 규모와 정도의 발달 적 차이
이 연구의 초점은 보상이 개발 전반에 걸쳐 신경 모집에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 것이 었으므로, 우리는 가장 큰 보상에 대한 시험에 대한 누적 및 OFC 활동의 규모와 정도의 발달 차이를 조사했습니다. 활동의 크기는 시험 직전 (18 s) 시험 전 고정 간격 사이의 시험의 첫 번째 2 s에 걸쳐 평균 된 MR 신호의 백분율 변화 (90 시험 = 900)로 계산되었다. 스캔). 이 계산은 각 그룹에 대해 수행되었습니다. 활동 범위는 동일한 대비를 사용하여 그룹별로 실행에 따른 활동량 (복셀 수)으로 계산되었습니다.
활동의 규모.
accumbens와 OFC에서 MR 신호의 퍼센트 변화에 유의 한 발달 차이가있었습니다 (F(2,22) = 6.47, p <0.01; F(2,22) = 5.02, p = 각각 0.01) (Fig. 3A,B). Accumbens에서 청소년은 가장 큰 신호 변화를 보였습니다. 사후 특별 테스트 결과 청소년과 어린이의 유의미한 차이가 확인되었습니다t(11) = 4.2; p = 0.03)와 청소년과 성인 사이 (t(11) = 5.5; p = 0.01)의 축적 활동 규모. OFC에서 사후 테스트 결과 어린이와 청소년의 유의미한 차이가 확인되었습니다 (t(11) = 4.9; p = 0.01) 및 어린이 및 성인 (t(11) = 3.99; p = 0.01). 따라서, 청소년들은 어 큐벤에서 활성이 향상되었으며이 패턴은 OFC 및 어린이 및 성인과 다른 양상을 보였다.
보상 할 규모와 규모 및 OFC 활동. A, 청소년들은 아큐 벤의 어린이와 성인에 비해 MR 신호에서 과도하게 변화된 퍼센트 변화를 큰 보상으로 보였습니다. BOFC에서 어린이는 청소년과 성인에 비해 MR 신호에서 가장 큰 변화를 보였습니다. C, 어린이는 청소년 및 성인과 비교하여 어 큐벤에서 가장 많은 양의 활동을 보여주었습니다. D, 어린이와 청소년은 성인에 비해 OFC의 활동량이 더 많았습니다. 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 어린이와 청소년, 청소년과 성인의 중요한 활성화 차이를 나타냅니다. A; 청소년 및 성인에 비해 어린이에서 더 큰 활성화 B; 청소년 및 성인에 비해 어린이의 활동량이 많음 C; 청소년과 청소년에 비해 어린이의 활동량이 많을 때 D.
활동 범위.
어 큐벤의 활동 정도에 유의 한 발달 차이가있었습니다 (F(2,22) = 4.7; p <0.02) 및 OFC (F(2,22) = 5.01; p = 0.01). 사후 특별 테스트 결과 청소년 (503 ± 43 보간 복셀)과 비교하여 어린이 (389 ± 71 보간 복셀)에 대한 Accumbens의 최대 활동량이 확인되었습니다 (t(22) = 4.2; p <0.05) 및 성인 (311 ± 84 보간 복셀) (t(22) = 3.4; p <0.05) (Fig. 3C). 청소년과 성인은 다르지 않았습니다.t(22) = 0.87; p = 0.31). OFC의 경우 하위 (864 ± 165 보간 복셀) (t(22) = 7.1; p = 0.01) 및 청소년 (671 ± 54) (t(22) = 5.8; p = 0.01)는 성인 (361 ± 45 복셀)에 비해 가장 큰 활동 범위를 나타 냈습니다 (Fig. 3D), 어린이와 청소년 사이에는 큰 차이가 없었습니다 (t(22) = 1.8; p = 0.07). 이 활동 패턴은 NAcc에 비해 OFC의 장기 개발을 반영합니다 (Fig. 4, 그래프).
모든 개체에 대해 핵 축적 및 OFC에 대한 정규화 된 활동 정도 측정, 평균 활동 정도에 맞게 조정 (x -각 지역에 대한 평균 / 평균).
보상 가치의 일시적 처리에서의 발달상의 차이
실험 전반에 걸쳐 신경 모집의 차등 변화를 조사하기 위해, NAcc 또는 OFC의 MR 신호 변화에 대한 시간 (초기, 중간 및 후기 시험)의 주요 효과 및 상호 작용이 조사되었다. 시간의 영향은 그룹 별 보상에 의한 그룹 별 시간의 상호 작용에서만 관찰되었습니다 (F(8,136) = 3.08; p = 0.003) 및 OFC에서 덜 견고 함 (F(8,136) = 2.71; p = 0.02). 이러한 상호 작용은 주로 실험 후기 시험에서 발생하는 변화에 의해 주도되었다 (초기, 중간 시험 및 후기 시험의 기능으로서의 변화에 대해서는 보충 그림 2 참조). www.jneurosci.org as 보충 자료). 피규어 5 및 6 MR 신호의 시간적 변화 과정을 각 지역별로 그룹별로 늦게 시행 한 시험의 소, 중, 대 보상 값의 함수로 묘사합니다. 이 시계열은 응답 후 ~ 5 ~ 6 초에 발생하는 크고 작은 보상 시험과 세 연령대 그룹 모두 MR 신호의 변화를 나타내는 시점에서 어린이 또는 성인에 비해 청소년의 어큐 멘츠 활동의 과장된 변화를 보여줍니다. 이 패턴은 그래픽으로 표시됩니다 그림 7 명확성을 위해 (이 시점에서 세 연령대 그룹의 OFC 활동 변경에 대해서는 보충 참조 Fig. 3,에서 사용할 수 www.jneurosci.org as 보충 자료).
각 연령 그룹에 대한 실험의 후기 시험에 대한 소, 중 및 큰 보상 값의 함수로서 핵 축적의 시간적 변화. 회색 막대는 응답 후 포인트 ∼5–6에 해당합니다. 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 그룹 간의 활성화 차이를 나타냅니다.
각 연령대에 대한 실험의 후기 시험에 대한 작은, 중간 및 큰 보상 값의 함수로서 안와 전두엽 피질의 시간적 변화. 회색 막대는 응답 후 포인트 ∼5–6에 해당합니다. 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 그룹 간의 활성화 차이를 나타냅니다.
각 연령 그룹에 대한 시험 전 기준선에 대한 반응 후 MR 신호 ~ 5–6의 변화 백분율로, 소규모 및 대규모 보상 시험을위한 어린이 또는 성인에 비해 청소년의 누적 활동에 과장된 변화를 보여줍니다. 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 그룹 간의 활성화 차이를 나타냅니다.
행동 결과
과제 및 보상 가치에 대한 시간의 영향은 정확한 시행 및 평균 정확도에 대한 평균 반응 시간의 종속 변수에 대해 5 (실행) × 3 (소형, 중형 및 대형 보상) × 3 (그룹) 분산 분석으로 테스트되었습니다. 보상 가치의 주요 효과가있었습니다 (F(2,72) = 9.51; p = 0.001) 및 그룹 (F(2,220) = 4.37; p = 0.02) 및 시간별 보상의 상당한 상호 작용 (F(8,288) = 4.176; p <0.001) 및 시간별 보상 별 그룹 (F(16,272) = 3.01; p 평균 반응 시간 = 0.01). 보상의 주된 효과는 모든 과목에서 평균 반응 시간이 가장 큰 보상 (평균, 515.47, SD, 178.75; t(36) = 3.8; p <0.001) 중간 (평균, 556.89; SD, 180.53) 또는 작은 보상 (평균, 552.39; SD, 180.35)에 비해. 시간별 보상의 중요한 상호 작용은 주로 시간별 보상 별 그룹의 XNUMX 자 상호 작용에 의해 주도되었습니다. 성인은 실험이 끝날 때까지 세 가지 보상 값에 대한 평균 반응 시간이 달랐습니다 (Fig. 8). 청소년은 중간 보상과 작은 보상에 차이없이 중간 보상과 작은 보상에 비해 크게 빠르다. 아이들은 소액, 중액 또는 큰 보상에 대한 평균 반응 시간에 큰 차이가 없었습니다. 평균 반응 시간 또는 정확도와 축적 또는 궤도 정면 활동 간에는 유의 한 상관 관계가 없었습니다.
행동 결과. 각 연령대에 대해 실험의 초기, 중간 및 늦은 시험에 대해 소, 중 및 큰 보상 값의 함수로서의 평균 반응 시간이 표시됩니다. 오류 막대는 SEM을 나타냅니다. 별표는 청소년의 작은 경우에 비해 중소 보상에 대한 반응 시간이 느리고 성인의 경우에는 중소에 비해 반응 시간이 느리다는 것을 나타냅니다.
보상의 큰 영향은 없었습니다 (F(2,72) = 0.26; p = 0.40), 그룹 (F(2,220) = 0.73; p = 0.80) 또는 시간 (F(4,476) = 0.57; p = 0.44) 또는 평균 정확도를위한 상호 작용 모든 대상은 보상 값 (어린이 : 작은, 96 %, 중간, 98 %, 큰 96 %, 청소년 : 작은, 98 %, 중간, 99 %, 큰, 99 %, 성인 : 작은, 98 %; 중간, 99 %, 큰, 99 %).
토론
이 연구는 개발 전반에 걸쳐 가치 조작을 보상하기위한 행동 및 신경 반응을 조사했습니다. 우리의 연구 결과는 청소년이 NAcc 및 OFC 모집, 이전에 보상 처리와 관련이있는 지역의 어린이 및 성인과 다르다는 가설을 뒷받침합니다 (Knutson et al., 2001)과 중독 (Volkow et al., 2004). 우리의 결과는 설치류와 일치합니다 (라비 올라 (Laviola) 등, 2003) 및 이전 개발 이미징 (Ernst 등, 2005) 청소년기 동안 향상된 어 큐벤 활성에 대한 연구. 이러한 결과는 이러한 지역에 대한 상이한 발달 궤적이이 발달 기간 동안 관찰 된 충동적이고 위험한 행동과 관련이있을 수 있음을 시사한다.
구조와 기능의 발달 변화
강화 된 어 큐멘 활성은 어린이에 비해 청소년에 대한 세련된 활동 패턴과 유사하지만 성인과 유사합니다. 대조적으로, 청소년들은 성인보다 아동과 더 유사한 OFC 모집이 더 확산되었음을 보여 주었다. 우리는 이러한 데이터를 해석하여 청소년기 동안 NAcc 발달이 OFC의 발달보다 우선 할 수 있음을 시사합니다. 확산에서 초점 모집으로의 전이와 함께 전두엽 영역의 장기 발달은 MRI 기반 신경 해부학과 일치합니다 (Sowell 등, 1999; 2003; Gogtay 외., 2004) 및 fMRI 연구 (Casey et al., 1997, 2002; Brown 외, 2005, Durston 등, 2006전두엽 발달 ()Casey et al., 2005).
Frontostriatal 지역 내 활동량의 발달 변화 (Sowell 등, 1999)은이 기간 동안 발생하는 알려진 발달 과정 (예를 들어, 수지상 아버 화, 시냅스 가지 치기, 골수 화)에 비추어 흥미 롭다. 그러나 fMRI 나 MRI는 그러한 변화의 메커니즘을 결정적으로 특성화 할 수있는 수준의 분석을 제공하지 않습니다. 부피 측정은 크기 차이의 해석을 제한하기 위해 부분적으로 사용되었지만, NAcc 및 OFC의 부피 및 활성의 변화가 경험과 개발에 의한이 회로의 미세 조정을 반영한다고 추측 할 수 있습니다.
여러 발육 fMRI 연구에서 프론 토스트 리아 영역의 차등 모집이보고 된 바있다 (Casey et al., 2002; Monk 외, 2003; 토마스 (Thomas) 등, 2004). 일반적으로, 이러한 발견은 전두엽과 피질 하 영역 사이의 불균형이 아닌 미성숙 전두엽 영역의 관점에서 해석되었습니다. 다른 상황에서 적절한 행동을 유도하는 전두엽 지역의 증거가 주어짐 (밀러와 코헨, 2001) 미성숙 한 전두엽 활동은 미래의 결과에 대한 적절한 평가와 위험한 선택에 대한 평가를 방해 할 수 있으며, 따라서 어 큐벤보다 보상 가치에 영향을 덜 줄 수 있습니다. 이 패턴은 의사 결정이 장기적인 이득을 통해 즉각적으로 편향 될 때 피질 활동에 비해 높은 피질 피질을 나타내는 이전 연구와 일치합니다 (McClure 등, 2004). 또한, 누적 활동은 후속 위험 감수 행동과 양의 상관 관계가있는 것으로 나타났습니다.쿤넨과 넛슨, 2005).
개발 전반에 걸친 보상 관련 학습
이 연구의 목표는 개발 전반에 걸쳐 보상 학습을 특성화하는 것이 었습니다. 성인들은 큰 보상 신호에 가장 빠른 반응을 보이며 세 신호에 대해 행동의 차이를 보여 주었다. 청소년들은 별개의 반응이 적었고 아이들은 학습을 거의 또는 전혀 보지 못했습니다. 개발 전반에 걸쳐 느린 학습은 예측 된 사건과 보상 결과 사이의 연관 학습을 방해 할 수있는 장기 OFC 개발의 이미징 결과와 유사합니다. 이 해석은 동물에 의해 뒷받침됩니다 (히코 사카와 와타나베, 2000; 추다 사마와 로빈스, 2003; Cetin 등, 2004; Hosokawa 등, 2005) 및 인간 이미징 (Elliott 등, 2000; O'Doherty 외, 2003; McClure 등, 2004; 콕스 (Cox) 등, 2005; Galvan et al., 2005) 예측 사건 (자극 및 반응)과 선택 행동 최적화에 따른 보상 결과 간의 연관성을 학습하고 나타내는 OFC의 역할을 보여주는 연구.
현재까지 보상에 대한 이미징 연구는 보상 결과의 함수로서 행동의 차이를 보여줄 수 없었습니다.하루노 외 2004; Delgado 등, 2005; Galvan et al., 2005). 여기, 우리의 데이터 보상 관련 신경 반응 행동 출력에 영향을주는 것이 좋습니다. 최소 행동 변동성은 이전의 저자들이 다른 보상 조건이 행동 출력을 편향하는지 여부를 결정하는 것을 방해했을 수 있습니다. 우리가 행동 차이를 구별 할 수 있었던 한 가지 이유는 우리의 패러다임이 지속적인 강화 일정을 사용하여 행동 반응과 학습을 극대화하도록 설계 되었기 때문일 수 있습니다.디킨슨과 맥킨토시, 1978; 고틀립, 2004, 2005). 동물 연구에 따르면 간헐적 인 강화 일정에 비해 지속적인 학습이 더 빠릅니다 (고틀립, 2004)을 통해 주제에 대한 대규모 보상 시험에 대한 빠른 응답과 후기 시험에 의해 성인의 각 보상 가치에 대한 뚜렷한 행동 패턴을 설명 할 수 있습니다.
보상은 상황과 연령에 따라 상대적입니다
보상 환경 설정은 보상 컨텍스트에 따라 다릅니다 (1981, Tversky and Kahneman; Tremblay와 Schultz, 1999). 우리 연구의 증거는 청소년기 동안 상대적 보상 선호도가 과장되었다는 개념을 뒷받침합니다. 청소년은 큰 보상에 대한 향상된 누적 반응과 다른 보상 및 다른 연령에 비해 작은 보상에 대한 활동 감소를 보여주었습니다. 청소년은 승리 조건에서 성인보다 긍정적 인 감정의 강도와 긍정적 인 BOLD 신호 강도가 더 높다고보고합니다 (Ernst 등, 2005). 청소년들은 작은 보상이 주어진 시간에 예상되는 사건이 없었던 것처럼 보상이 생략 된 것으로 보았을 것입니다.Davidson et al., 2004). 이 발견은 작은 보상에 대한 초기 시험에서 늦은 시험까지의 반응 시간이 느려지는 것에 해당하며,이 조건이 청소년에게는 더 부정적인 것으로 인식 될 수 있다는 추가 증거를 제공합니다. 함께, 이러한 발견은 사춘기 동안 신경계의 변화에 의해 보상 인식이 영향을받을 수 있음을 암시합니다 (어윈, 1993).
발달의 변화는 학습과 변화를 평행하게 할 수 있습니다
최근 파스 패시와 밀러 (2005) 원숭이에서 선조 영역이 먼저 보상 우발성을 발견 한 것으로 나타 났으며, 그 결과 전전 두 영역이 행동을 취하도록 편향된 것으로 보였다. 다른 연구에 따르면 OFC는 응답을 결과와 연결하는 데 연루되어있는 것으로 보입니다 (Elliott 등, 2000; Galvan et al., 2005). 그러나,이 효과는 전전두엽 시스템의 성숙도와 전두엽 영역 사이의 상호 연결에 의존 할 수있다.하버, 2003) 평균 반응 시간을 기준으로 어린이와 청소년이 성인이하는 정도까지 학습을 보여주지 않았기 때문에 행동을 결과와 연관시킵니다. 아이들이 다른 보상 가치를 구별하는 법을 배울 수 없었는지 또는 작은 보상으로 큰 보상만큼 행복했는지 여부는 여전히 의문의 여지가 남아 있습니다.
더 어린 과목의 신경 반응보다 행동 반응에 대한 민감도가 낮은 결과는 신경 변화가 행동 변화보다 우선한다는 것을 보여주는 이전 학습 연구와 일치 할 수 있습니다.Tremblay 등, 1998). 청소년은 다른 보상 값에 비해 실험이 끝날 때까지 더 큰 보상 시도에 훨씬 더 빠르지 만, accumbens는 성인과 유사한 각 보상 값에 대해 뚜렷한 활동 패턴을 보였습니다. 이 설명이 사실이라면 청소년의 행동 수행이 궁극적으로 accumbens 활동과 유사 할 것이라는 추가 훈련을 기대할 수 있습니다. 마찬가지로, 어린이에게도 유사한 패턴이 나타날 것으로 예상되지만 더 광범위한 훈련이 필요합니다.
현재 결과와 이전 결과 사이의 대조
청소년의 과장된 어 큐벤 반응은 May et al. (2004) 및 Ernst et al. (2005), Bjork et al. (2004) 게인 대비가없는 동안 성인에 비해 감소 된 어큐 벤스 활성을 발견 하였다. Bjork et al. (2004)는 전체 실험에서 MR 신호 변화를보고했으며, 전체 실험에서 그리고 초기 및 후기 실험에서 MR 변화를 조사했으며, 이후 실험에서는 성인에 비해 청소년의 활동이 더 많았습니다.
기존 문헌과 비교 한 현재 연구의 두 번째 차이점O'Doherty 외, 2001, Elliott 등, 2003, Galvan et al., 2005), OFC에서 주제에 대한 보상 가치의 주요 효과가 부족했습니다. 이 주요 효과를 조사하면서 우리는 연령대와 실험에서 OFC 활동을 축소했습니다. OFC의 다른 보상 연구는이 지역에서 확산되고 더 다양한 활동 패턴을 가진 발달 인구를 포함하지 않았다 (Casey et al., 1997). 따라서 발달 인구의 포함은 OFC 활동의 덜 일관된 패턴으로이 지역의 채용 변동성을 증가시켰다. 또한, 우리의 데이터에 따르면, 실험의 이후 실험에서 OFC 활동은 작은 보상과 비교하여 더 큰 차이가 있었지만 NAcc와 비교하여 보상 가치에 대한 정확한 매핑이 아닌 것으로 나타났습니다. 이전 작업과 일치하는 그룹 (Galvan et al., 2005) 및 다른 사람의Elliott 등, 2003).
시사점
우리의 결과 식욕을 돋 우는 행동에 연루 된 피 질 영역에 비해 하향식 제어 시스템에서 성숙 성숙 변화가 제안됩니다. 이러한 다른 발달 궤적은 제어 시스템보다 식욕을 돋우는 청소년들에게 차선책의 선택에 기여할 수 있습니다.스피어, 2000). 보상 관련 mesolimbic 회로의 구조적 및 기능적 연결성에 대한 이해는 증가 된 보상 추구 및 청소년 발병 중독의 신경 생물학적 근거에 따라 해당 분야에 정보를 제공 할 수있다.
우리가 여기서 제안한 것과 유사한 신경 틀이 중독을 설명하기 위해 제안되었습니다. 따라서 PFC는 충동 서브 피질 시스템에 의해“강 탈당”되며, 이는 미래의 결과와 관련하여 의사 결정을 적절하게 조정할 수 없게 할 수 있습니다.Bechara, 2005). 우리의 연구 결과는 이러한 추측과 일치하지만 전형적인 개발 과정에서 발생합니다. 따라서, 전두엽 조절 시스템에 비해 피질 시스템의 불균형 한 기여는 청소년들이 약물 사용과 궁극적으로 중독에 걸리는 의사 결정의 기초가 될 수 있습니다.
각주
- 수상 1 월 5, 2006.
- 수정본 수신 , 15을 2006 수 있습니다.
- 가능 , 25을 2006 수 있습니다.
↵a accumbens 및 OFC에 대한 6 및 10의 클러스터 크기는 각각 이러한 시뮬레이션에 의해 결정되었습니다. 청소년 및 아동 데이터에서 8 및 10의 클러스터 크기는 각각 더 엄격한 임계 값을 유지했습니다 (p 0.002 미만 및 p <0.001, 각각). OFC에서 청소년과 어린이의 클러스터 크기는 각각 14와 18로 더 엄격한 임계 값 (p 0.004 미만 및 p <0.001, 각각).
이 연구는 약물 남용 보조금 R01 DA18879 및 R21 DA15882, 국립 정신 건강 보조금 P50 MH62196 (BJC) 및 국립 안과 연구소 보조금 T32 EY07138 친교 (AG)에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 본 연구에 참여한 모든 참가자와 그 가족과 익명의 검토 자 3 명에게 감사드립니다.
- 해당 사항은 Adriana Galvan 또는 BJ Casey, 1300 York Avenue, Box 140, New York, NY 10021에 문의해야합니다. 이메일: [이메일 보호] or [이메일 보호]
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