Source
De Sackler Institut fir Entwécklungspsychobiologie, Weill Medical College vun der Cornell University, New York, New York 10021, USA. [Email geschützt]
mythologesch
Adoleszenz ass geprägt vu Risikoverhalen, déi zu fatale Resultater féieren. Dës Studie iwwerpréift d'neurobiologesch Entwécklung vun neurale Systemer, déi an d'Belounungssich Verhalen implizéiert sinn. Drësseg-siwen Participanten (7-29 Joer) goufen gescannt mat event-relatéierten funktionneller magnetescher Resonanzbildung an engem Paradigma dat parametresch Belounungswäerter manipuléiert huet. D'Resultater weisen iwwerdriwwe accumbens Aktivitéit, relativ zu der prefrontaler Aktivitéit bei Jugendlechen, am Verglach mat Kanner an Erwuessener, déi duerch verschidden Zäitcoursen vun der Entwécklung fir dës Regiounen gedriwwe ginn. D'Accumbens Aktivitéit bei Jugendlechen huet ausgesinn wéi déi vun Erwuessener a béid Ausmooss vun Aktivitéit a Sensibilitéit fir Belounungswäerter, obwuel d'Gréisst vun der Aktivitéit iwwerdriwwe war. Am Géigesaz, huet d'Ausmooss vun der orbitaler frontaler Cortex Aktivitéit bei Jugendlecher méi ausgesinn wéi déi vu Kanner wéi Erwuessener, mat manner Fokal Aktivitéitsmuster. Dës Erkenntnisser suggeréieren datt reife subkortikale Systemer disproportionnell aktivéiert ginn par rapport zu spéider reife Top-Down Kontrollsystemer, biaséieren d'Aktioun vum Adolescent fir direkt iwwer laangfristeg Gewënn.
Aféierung
Den Ufank vu Substanzmëssbrauch geschitt dacks während der erhéierter Risiko-Period vun der Adoleszenz (Silveri et al., 2004). Bis haut ass wéineg bekannt iwwer neurobiologesch Faktoren, déi Jugendlecher zu verstäerkten Risiko-Behuelen viraussetzen. Bei Erwuessener sinn mesolimbesch Regiounen an der Belounung implizéiert (Knutson et al., 2001; Elliott et al., 2003; McClure et al., 2004), Risiko huelen (Kuhnen a Knutson, 2005), a Sucht (Hyman & Malenka, 2001; Volkow et al., 2004), awer manner ass iwwer d'Entwécklung vun dëse Systemer bekannt. Den Zweck vun dëser Etude war d'Hypothese ze testen datt d'Adoleszenz eng Entwécklungsperiod vu verstäerkter Responsabilitéit fir Belounung relativ zu Kandheet an Erwuessenen ass. Spezifesch hu mir iwwerpréift ob Differenzen an der Entwécklung vu subkortikalen [zB Nukleus accumbens (NAcc)] relativ zu prefrontal [zB Orbital frontal cortex (OFC)] Regiounen dës Period vun der Entwécklung charakteriséieren kënnen fir d'Erhéijung vum Risikoverhalen z'erklären. .
Adoleszenz ass charakteriséiert duerch weider strukturell a funktionell Entwécklung vu frontostriatal Circuit, déi an der Verhalensreguléierung implizéiert sinn. Periaadolescent Ratten weisen Erhéijunge vun der Belounungsverbonne Dopamin Iwwerdroung am Striatum (Laviola et al., 1999), an netmënschlech Primaten weisen eng verstäerkte dopaminergesch Innervatioun an der prefrontaler Cortex (PFC) (Rosenberg a Lewis, 1994, 1995). Mënschlech Imaging Studien weisen frontostriatal Regioun Ännerungen (Giedd et al., 1999; Sowell et al., 1999; Casey et al., 2005) déi schéngen eng erhéicht kognitiv Kontroll parallel ze maachen (Casey et al., 1997; Rubia et al., 2000; Luna et al., 2001; Luna a Sweeney, 2004; Steinberg, 2004). Dës Ännerungen schéngen Aktivéierungsverschiebunge vu prefrontale Regiounen vun diffusen op méi fokale Rekrutéierung iwwer Zäit ze weisen (Casey et al., 1997; Bunge et al., 2002; Moses et al., 2002; Durston et al., 2006). Neuroimaging Studien kënnen net definitiv de Mechanismus vun esou Entwécklungsännerungen charakteriséieren (zB synaptesch Pruning, Myelinéierung). Wéi och ëmmer, dës Volumen a strukturell Ännerungen kënnen d'Verfeinerung an d'Feintunéierung vu géigesäitege Projektiounen aus dëse Gehirregiounen während der Reifung reflektéieren. Also ass dës Interpretatioun nëmme spekulativ.
Viru kuerzem hunn Neuroimaging Studien ugefaang d'Belounungsveraarbechtung bei Jugendlechen z'ënnersichen an hunn d'NAcc Aktivatioun gewisen wéi bei Erwuessener gewisen (Bjork et al., 2004; Mee et al., 2004; Ernst et al., 2005). Wéi och ëmmer, d'Resultater goufen gemëscht wéi Jugendlecher an Erwuessener an Aktivitéit ënnerscheeden. Dës Studien hu sech haaptsächlech op d'Regioun vun den Accumbens konzentréiert anstatt OFC bei der Untersuchung vun Ännerungen. Ausserdeem gouf wéineg Opmierksamkeet kritt fir d'NAcc an OFC Entwécklung vu Kandheet bis Erwuessener ze charakteriséieren. D'Verfollegung vun dëser Entwécklung bitt zousätzlech Aschränkungen ob d'Verännerungen, déi an der Adoleszenz gemellt ginn, spezifesch sinn fir dës Entwécklungsperiod oder maturational linear Ännerungen reflektéieren.
Hei hu mir funktionell Magnéitresonanz Imaging (fMRI) benotzt fir Verhalens- an neural Äntwerten z'ënnersichen fir Wäertmanipulatiounen iwwer d'Entwécklung ze belounen. Mir konzentréieren eis op den NAcc an OFC gegeben virdru Berichter am Déier (Hikosaka and Watanabe, 2000; Pecina et al., 2003), Imaging (O'Doherty et al., 2001; Zald et al., 2004), a Sucht (Hyman & Malenka, 2001) Studien, déi se an d'Belounungsbezunnen Léieren implizéieren. Baséiert op Nager Modeller (Laviola et al., 1999; Spear, 2000) a virdrun Biller (Ernst et al., 2005), hu mir hypothetiséiert datt, par rapport zu Kanner an Erwuessener, Jugendlecher eng iwwerdriwwe Accumbensreaktioun weisen, déi suggeréiert vu raffinéierte Brennwäit Aktivatiounen bannent den Accumbens während dëser Period, a Konzert mat manner reife Aktivatiounen an Top-down PFC Regiounen.
Materialien an Methoden
Participanten.
Sechzehn Kanner (siwe Weibercher; am Alter vu 7-11 Joer, mat mëttleren Alter vun 9.8 Joer), 13 Jugendlecher (sechs Weibercher; vun 13-17 Joer, mat mëttleren Alter vu 16 Joer), an 12 rietshand gesond Erwuessener (sechs Weibercher; Alter) 23-29, mat mëttleren Alter vu 25 Joer) un der fMRI Experiment deelgeholl. Eng separat statistesch Analyse op den Erwuessene Daten gouf virdru gemellt (Galvan et al., 2005). Dräi Kanner an ee Jugendlechen goufen aus der Analyse ausgeschloss wéinst exzessive Bewegung (> 2 mm). D'Bewegung war> 0.5 Voxel (1.56 mm) an all Richtung fir zwee Themen (e Kand an een Erwuessenen) an der Analyse abegraff. D'Eliminatioun vun dëse Sujeten aus der Analyse huet d'Resultater net geännert an déi verschidden Altersgruppen ënnerscheede sech net wesentlech an der Bewegung an der Fliger (Erwuessener: x = 0.48, y = 0.76, z = 0.49; Jugendlecher: x = 0.26, y = 0.58, z = 0.45; Kanner: x = 0.18, y = 0.76, z = 0.36). D'Sujete haten keng Geschicht vun neurologeschen oder psychiatresche Stéierungen a jidderee gëtt informéiert Zoustëmmung (Elteren Zoustëmmung a Kand Zoustëmmung fir Jugendlecher a Kanner) fir e Protokoll guttgeheescht vum Institutional Review Board vum Weill Cornell Medical College vun der Cornell University. D'Experiment op Jugendlecher a Kanner gouf virum Experiment an engem Spott-Scanner simuléiert, an deem se un déi Kläng ausgesat goufen, déi se während dem eigentlechen Experiment héiere géifen.
Experimentell Aufgab.
D'Participanten goufen getest mat enger adaptéierter Versioun vun enger verspéiter Äntwert Zwee-Wiel Aufgab, déi virdru bei netmënschleche Primaten benotzt gouf (Cromwell & Schultz, 2003) a virdru beschriwwen (Galvan et al., 2005) an engem Event-relatéierte fMRI Studie (Figebam. 1). An dëser Aufgab waren dräi Hiweiser (kontrabalancéiert) jidderee mat engem markanten Belounungswäert assoziéiert. D'Sujete goufen opgefuerdert entweder hiren Zeigefanger oder de Mëttelfinger ze drécken fir d'Säit unzeweisen op där e Cue erschéngt wann se gefrot ginn, an esou séier wéi méiglech ze reagéieren ouni Feeler ze maachen.
Verhalensparadigma. Lénks Panel, Dräi Hiweiser ware jidderee gepaart mat engem markanten Belounungswäert (kontrabald iwwer Themen) déi konstant am ganzen Experiment bliwwen ass. Riets Panel, De Paradigma bestoung aus engem Cue, Äntwert, a Belounung déi temporär an der Zäit mat 12 s ITI getrennt waren. Total Prozess Längt war 20 s.
D'Stimulatiounsparameter waren wéi follegt. Ee vun dräi Pirate Cartoon Biller gouf a pseudorandom Uerdnung entweder op der lénkser oder rietser Säit vun enger zentréierter Fixatioun fir 1000 ms presentéiert (Figebam. 1). No enger Verzögerung vun 2000 ms goufen d'Sujete mat enger Äntwertsprompt vun zwou Schatzkëschten op béide Säiten vun der Fixatioun presentéiert (2000 ms) an instruéiert fir e Knäppchen mat hirem richtege Zeigefanger ze drécken wann de Pirat op der lénker Säit vun der Fixatioun war oder hir riets Mëtt Fanger wann de Pirat op der rietser Säit vun der Fixatioun war. No weider 2000 ms Verspéidung, Belounung Feedback vun entweder eng kleng, mëttel- oder grouss Quantitéit vun Mënzen war am Zentrum vun Écran presentéiert (1000 ms). All Pirat gouf mat engem markanten Belounungsbetrag verbonnen. Et war en 12 s Intertrial Intervall (ITI) virum Ufank vum nächste Prozess. Total Prozess Längt war 20 s. D'Sujete goufen net belount wa se net eng Äntwert gemaach hunn oder wa se e Feeler gemaach hunn; a béide Fäll kruten se eng Fehlermeldung zur Zäit wou se normalerweis belonningsfeedback kréien.
D'Sujete ware garantéiert $ 50 fir d'Participatioun an der Studie a krute gesot datt si bis zu $ 25 méi kënne verdéngen, ofhängeg vun der Leeschtung (wéi indexéiert duerch Reaktiounszäit a Genauegkeet) op der Aufgab. Och wann d'Belounungsbetrag däitlech vuneneen ënnerschiddlech waren, gouf de genaue Wäert vun all Belounung dem Thema net opgedeckt, well während Pilotstudien hunn d'Sujete gemellt d'Suen no all Prozess ze zielen a mir wollten dës méiglech Oflenkung vermeiden. Stimuli goufe mat dem integréierte funktionnelle Imaging System (PST, Pittsburgh, PA) präsentéiert mat engem Liquid Crystal Display Video Display an der Bore vum Magnéitesch Resonanz (MR) Scanner an engem Glasfaser-Reaktioun Sammelapparat.
D'Experiment bestoung aus fënnef Runen vun 18 Studien (sechs jidderee vu klenge, mëttleren a grousse Belounungsverspriechen), déi 6 min an 8 s gedauert hunn. All Laf hat sechs Tester vun all Belounungswäert an zoufälleg Uerdnung presentéiert. Um Enn vun all Laf goufen d'Sujeten aktualiséiert wéi vill Sue si während där Course verdéngt hunn. D'Quantitéit u Sue verdéngt war konsequent iwwer all Themen an all kruten e kontinuéierleche Verstäerkungsplang (belount op 100% vun Tester). Virum Ufank vum Experiment goufen d'Sujete gewisen, déi tatsächlech Sue kënne verdéngen fir d'Motivatioun ze garantéieren. Si kruten detailléiert Instruktiounen, déi d'Bekanntheet mat de benotzte Reizen enthalen. Zum Beispill, Themen goufen déi dräi Hiweiser an dräi Belounungsbetrag gewisen, déi se wärend dem Experiment gesinn. Si goufen net gesot wéi d'Zeilen mat de Beloununge verbonne sinn. Mir hunn explizit betount datt et dräi Belounungsbetrag waren, eng kleng, eng aner mëttel an eng aner grouss. Dës Betrag si visuell offensichtlech am Experiment, well d'Zuel vun de Mënzen an de Reizen eropgeet mat der Erhéijung vun der Belounung. Nëmmen ee Sujet konnt d'Associatioun tëscht spezifesche Reizen a Belounungsbetrag artikuléieren, wann explizit iwwer dës Associatioun gefrot gëtt wärend der Debriefing vum Thema um Enn vum Experiment.
Image Acquisitioun.
D'Imaging gouf mat engem 3T General Electric (Milwaukee, WI) MRI Scanner mat enger Quadraturkopspiral gemaach. Funktionell Scans goufe mat enger Spiral an an aus Sequenz kritt (Glover & Thomason, 2004). D'Parameteren enthalen déi folgend: Widderhuelungszäit (TR), 2000 ms; Echo Zäit (TE), 30 ms; 64 × 64 Matrix; 29 5 mm Coronal Scheiwen; 3.125 × 3.125 mm Opléisung am Fliger; flip, 90 ° fir 184 Wiederholungen, dorënner véier verworf Acquisitioune am Ufank vun all Laf. Anatomesch T1-gewiicht In-Plane-Scans goufen gesammelt (TR, 500; TE, min; 256 × 256; Gesiichtsfeld, 200 mm; 5 mm Scheckdicke) an de selwechte Plazen wéi déi funktionell Biller zousätzlech zu engem dreidimensionalen Datesaz vun héich-Resolutioun verduerwe Gradient-erënnert Acquisitioun an engem stännegen Zoustand Biller (TR, 25; TE, 5; 1.5 mm Scheiwen deck; 124 Scheiwen).
Image Analyse.
De Brainvoyager QX (Brain Innovations, Maastricht, Holland) Software Package gouf benotzt fir eng zoufälleg Effekter Analyse vun de Bilddaten auszeféieren. Virun der Analyse goufen déi folgend Virveraarbechtungsprozeduren op de roude Biller duerchgefouert: dreidimensional Bewegungskorrektioun fir kleng Kappbewegungen z'entdecken an ze korrigéieren duerch raimlech Ausrichtung vun alle Volumen op dat éischt Volumen duerch steiwe Kierpertransformatioun, Slice Scan Zäitkorrektur (mat Hëllef vun der sinc Interpolatioun ), linear Trendentfernung, High-Pass temporär Filterung fir net-linear Driften vun dräi oder manner Zyklen pro Zäitcours ze läschen, a raimlech Dateglättung mat engem Gaussesche Kernel mat enger 4 mm voller Breet op hallef Maximum. Geschätzte Rotatiouns- an Iwwersetzungsbewegungen iwwerschratt ni 2 mm fir Themen déi an dëser Analyse abegraff sinn. Funktionell Donnéeën goufen op den anatomesche Volume coregistréiert duerch Ausrichtung vun entspriechende Punkten a manueller Upassung fir eng optimal Fit duerch visuell Inspektioun ze kréien a goufen duerno an Talairach Raum transforméiert. Funktionell Voxel goufen aus der Acquisitioun Voxel Gréisst vun 48.83 mm interpoléiert3 zu enger Resolutioun vun 1 mm3 während Talairach Transformatioun. D'NAcc an OFC goufen duerch Talairach Koordinaten definéiert a Verbindung mat Referenz op den Duvernoy Gehiratlas (Talairach a Tournoux, 1988; Duvernoy, 1999).
Déi initial Omnibus General Linear Model (GLM) Analyse enthält all Themen an all Lafen iwwer de ganze Prozess (relativ zu der Pretrial Baseline) fir Regiounen ze bestëmmen déi sensibel sinn fir Belounung (NAcc an OFC). Fir sécherzestellen datt statistesch Analysen op déiselwecht Regioune fir all Altersgrupp gesuergt goufen, goufen separat GLM Analysen gemaach. All Grupp huet Aktivatioun am NAcc an OFC gewisen op Basis vun enger Belounung versus Baseline Kontrast. Lokaliséierung vun dëse Regiounen gouf weider fir all Grupp getrennt bestätegt duerch Talairach Koordinaten a Verbindung mat Referenz op den Duvernoy Gehiratlas (Talairach a Tournoux, 1988; Duvernoy, 1999) wéi uewen beschriwwen. Virdrun methodologesch Aarbecht huet gewisen datt d'stereotaktesch Registréierung an d'Zäitverlaf vun der hemodynamescher Äntwert iwwer d'Alter getest an der aktueller Studie net ënnerschiddlech sinn (Burgund et al., 2002; Kang et al., 2003). Duerno Analyse an hoc Kontraster goufen op d'Regiounen identifizéiert mat dësem initialen Omnibus GLM fir all Gruppen zesummen an dann separat fir all Grupp gesuergt. Als lescht gouf eng Konjunktiounsanalyse gemaach, déi d'Voxels identifizéiert hunn, déi allgemeng iwwer all dräi Gruppen aktivéiert goufen, am NAcc an OFC (ergänzlech Fig. 1, verfügbar op www.jneurosci.org as zousätzlech Material). D'Regiounen vun Interessi, déi an der Konjunktiounsanalyse identifizéiert goufen, iwwerlappt mat deenen, déi mam initialen Omnibus GLM identifizéiert goufen, an hoc Tester bestätegt ähnlech Effekter wéi déi mat den uewe genannten Analysen.
An der ganzer Grupp Analyse war den Omnibus GLM aus all Lafen iwwer de ganze Prozess (5 Runen × 37 Sujeten = 185) z-normaliséierter funktionell Zäitcoursen) a gouf mat Belounungsgréisst als primäre Prädiktor duerchgefouert. D'Prognose goufen duerch Konvolutioun vun enger idealer Boxcar-Äntwert kritt (ugeholl e Wäert vun 1 fir de Volume vun der Taskpresentatioun an e Volume vun 0 fir déi verbleiwen Zäitpunkte) mat engem linearem Modell vun der hemodynamescher Äntwert (Boynton et al., 1996) a benotzt fir d'Designmatrix vun all Zäitcours am Experiment ze bauen. Nëmme korrekt Versuche goufen agefouert an separat Prognosen goufen fir Fehlerversuche erstallt. D'total Unzuel u korrekten Tester fir all Grupp war wéi follegt: 1130 fir Kanner (n = 13), 1061 fir Jugendlecher (n = 12), an 1067 fir Erwuessener (n = 12). Déi manner Unzuel vun Tester fir Kanner gouf korrigéiert andeems en zousätzlech Kand Thema abegraff.
Post hoc Géigesaz Analysë goufen dann baséiert op t Tester iwwer d'β Gewiichter vu Prädiktoren fir eng Regioun vun Interesse am NAcc an OFC ze identifizéieren. Kontraster goufen mat enger zoufälleg Effekter Analyse gemaach. Zäitreihe a Prozent Ännerungen am MR-Signal, iwwer all Datepunkt vum ganze Prozess (18 s) relativ zu 2 s vun der Fixatioun virum Ufank vum Prozess (total Testdauer war 20 s), goufen berechent mat event-relatéierten Duerchschnëtt iwwer bedeitend aktive Voxelen aus de Kontrastanalysen kritt. D'Berechnung vun der Unzuel vu Voxelen, déi an all Regioun no Altersgrupp rekrutéiert goufen, baséiert op den GLM Analysen, déi op all Grupp uewe beschriwwe goufen.
Korrekturen fir verschidde Vergläicher baséieren op Monte Carlo Simulatioune, déi mam AlphaSim Programm bannent AFNI (Cox, 1996), fir entspriechend Contiguitéitsschwellen ze bestëmmen fir e korrigéierten α Niveau vun z'erreechen p <0.01 (Forman et al., 1995) baséiert op engem Sichvolumen vu 450 mm3 fir NAcc. A korrigéiert α Niveau vun p < 0.05 am OFC baséiert op engem Sichvolumen vun ~25,400 mm3 (Forman et al., 1995). OFC Aktivatioun huet de méi strenge Schwell net iwwerlieft p < 0.01 iwwer Gruppen.a
Resultater
Imaging - Resultater
D'Omnibus GLM Analyse vun den Imaging Daten identifizéiert den NAcc [riets (x = 6, y = 5, z = -2) a lénks (x = -8, y = 6, z = -2)] a riets OFC (x = 46, y = 31, z = 1) duergestallt an Figure 2, A an C, mat Belounungswäert als primäre Prädiktor, iwwer all Themen a Laf vum Experiment fir de ganze Prozess (18 s), relativ zum 2 s Intertrial Intervall virum Start vum nächste Prozess (zB Belounung vs Baseline Kontrast). Bannent dëse Regioune gouf et en Haapteffekt vum Belounungswäert (F(2,72) = 8.424; p = 0.001) (Figebam. 2B) am NAcc, awer net am OFC (F(2,72) = 1.3; p = 0.44) (Figebam. 2D). Post hoc t Tester iwwer den Haapteffekt vun der Belounung fir den NAcc bestätegt bedeitend Differenzen tëscht grouss a kleng (t(36) = 4.35; p < 0.001), grouss a mëttel (t(36) = 2.01; p < 0.05), a mëttel a kleng (t(36) = 2.09; p <0.04) Belounungen, mat méi grousser Aktivatioun fir méi Belounungen.
Lokalisatioun vun nucleus accumbens (A) an orbital frontal cortex (C) Aktivéierung fir Belounung. Et war en Haapteffekt vum Belounungswäert am Nucleus accumbens (B) [riets (x = 6, y = 5, z = -2) a lénks (x = -8, y = 6, z = -2)] awer net an der rietser lateraler Orbitalfrontal Cortex (x = 46, y = 31, z = 1) (D). Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen bedeitend Differenzen tëscht kleng a mëttel, mëttel a grouss, a kleng a grouss.
Entwécklungsdifferenzen an der Gréisst an der Ausmooss vun der Aktivitéit fir ze belounen
Well de Fokus vun dëser Etude war op wéi d'Belounung den neurale Rekrutement iwwer d'Entwécklung beaflosst, hu mir Entwécklungsdifferenzen an der Gréisst an Ausmooss vun Accumbens an OFC Aktivitéit fir Studien op déi gréisste Belounung ënnersicht. D'Gréisst vun der Aktivitéit gouf berechent als Prozentsaz Ännerung am MR Signal duerchschnëttlech iwwer déi éischt 18 s vum Prozess relativ zum Intertrial Intervall vun der Fixatioun direkt virum Prozess (2 s), deen iwwer de ganzen Experiment duerchschnëttlech war (90 Studien = 900) scannt). Dës Berechnung gouf fir all Grupp gemaach. D'Ausmooss vun der Aktivitéit gouf berechent wéi de Volume vun der Aktivitéit (Zuel vun de Voxelen) iwwer Lafen, no Grupp, mam selwechte Kontrast.
Gréisst vun Aktivitéit.
An den Accumbens an OFC waren et bedeitend Entwécklungsdifferenzen am Prozentsaz änneren am MR Signal (F(2,22) = 6.47, p <0.01; F(2,22) = 5.02, p = 0.01, respektiv) (Figebam. 3A,B). An den Accumbens hunn Jugendlecher déi gréisste Signalverännerung gewisen. Post hoc Tester bestätegt bedeitend Differenzen tëscht Jugendlecher a Kanner (t(11) = 4.2; p = 0.03) an tëscht Jugendlecher an Erwuessener (t(11) = 5.5; p = 0.01) an der Gréisst vun der accumbens Aktivitéit. Am OFC, hoc Tester bestätegt bedeitend Differenzen tëscht Kanner a Jugendlecher (t(11) = 4.9; p = 0.01) a Kanner an Erwuessener (t(11) = 3.99; p = 0.01). Also hunn Jugendlecher erweidert Aktivitéit an den Accumbens gewisen an dëst Muster ënnerscheet sech vun deem am OFC a vu Kanner an Erwuessener.
Magnitude an Ausmooss vun accumbens an OFC Aktivitéit ze belounen. A, Jugendlecher hunn iwwerdriwwe Prozentsaz Ännerung am MR-Signal zu enger grousser Belounung relativ zu Kanner an Erwuessener an den Accumbens gewisen. B, Am OFC haten d'Kanner de gréisste Prozentsaz änneren am MR-Signal relativ zu Jugendlechen an Erwuessener. C, D'Kanner hunn de gréisste Volumen vun Aktivitéit an den Accumbens relativ zu Jugendlecher an Erwuessener gewisen. D, Kanner a Jugendlecher hunn méi grouss Aktivitéitsvolumen am OFC relativ zu Erwuessener gewisen. Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen bedeitend Aktivéierungsdifferenzen tëscht Kanner a Jugendlecher a Jugendlecher an Erwuessener an A; méi grouss Aktivatioun bei Kanner par rapport zu Jugendlechen an Erwuessener an B; méi Aktivitéitsvolumen bei Kanner par rapport zu Jugendlechen an Erwuessener C; a méi grouss Aktivitéitsvolumen bei Kanner par rapport zu Jugendlecher a Jugendlecher par rapport zu Erwuessener an D.
Ausmooss vun Aktivitéit.
Et waren bedeitend Entwécklungsdifferenzen am Ausmooss vun der Aktivitéit an den Accumbens (F(2,22) = 4.7; p < 0.02) an OFC (F(2,22) = 5.01; p = 0.01). Post hoc Tester bestätegt de gréisste Volumen vun Aktivitéit an den Accumbens fir Kanner (503 ± 43 interpoléiert Voxel) relativ zu Jugendlecher (389 ± 71 interpoléiert Voxel) (t(22) = 4.2; p < 0.05) an Erwuessener (311 ± 84 interpoléiert Voxel) (t(22) = 3.4; p & Si besteet;Figebam. 3C). Jugendlecher an Erwuessener hunn net ënnerscheet (t(22) = 0.87; p = 0.31). Fir den OFC, Kanner (864 ± 165 interpoléiert Voxel) (t(22) = 7.1; p = 0.01) a Jugendlecher (671 ± 54) (t(22) = 5.8; p = 0.01) huet de gréissten Ausmooss vun Aktivitéit relativ zu Erwuessener (361 ± 45 Voxel) (Figebam. 3D), awer et waren keng bedeitend Differenzen tëscht Kanner a Jugendlecher (t(22) = 1.8; p = 0.07). Dëst Muster vun Aktivitéit reflektéiert laangwiereg Entwécklung vun OFC relativ zu der NAcc (Figebam. 4, Grafik).
Normaliséiert Ausmooss vun Aktivitéit Moossnam fir den nucleus accumbens an OFC fir all Sujeten, ugepasst fir den duerchschnëttleche Mooss vun Aktivitéit (x - Moyenne / Moyenne) fir all Regioun.
Entwécklungsdifferenzen an der temporärer Veraarbechtung vum Belounungswäert
Fir differenziell Verännerungen an der neuraler Rekrutéierung am ganzen Experiment z'ënnersichen, hu mir den Haapteffekt vun, an Interaktioune mat, Zäit (fréi, mëttler a spéider Studien) op MR Signalverännerung am NAcc oder OFC iwwerpréift. Den Effekt vun der Zäit gouf nëmmen an der Interaktioun vun der Zäit no Grupp duerch Belounung an den Accumbens observéiert (F(8,136) = 3.08; p = 0.003) a manner robust am OFC (F(8,136) = 2.71; p = 0.02). Dës Interaktioun gouf haaptsächlech duerch Verännerungen gedriwwen, déi während de spéiden Studien vum Experiment geschéien (fir Ännerungen als Funktioun vu fréien, mëttleren a spéiden Tester, kuckt zousätzlech Fig. 2, verfügbar op www.jneurosci.org as zousätzlech Material). Figuren 5 an 6 beschreiwen den temporäre Verlaf vun der Verännerung vum MR-Signal als Funktioun vu klengen, mëttleren a grousse Belounungswäerter fir spéider Studien no Grupp fir all Regioun. Dës Zäitreihe weisen eng iwwerdriwwe Ännerung vun der Accumbens Aktivitéit bei Jugendlechen relativ zu Kanner oder Erwuessener fir déi kleng a grouss Belounungsverspriechen, déi ~5-6 s no der Äntwert optrieden an de Punkt an deem all dräi Altersgruppen eng Ännerung am MR Signal weisen. Dëst Muster ass grafesch illustréiert an Figure 7 fir Kloerheet (fir d'Ännerung vun der OFC Aktivitéit zu dësem Zäitpunkt fir all dräi Altersgruppen, kuckt zousätzlech Figebam. 3, verfügbar www.jneurosci.org as zousätzlech Material).
Temporär Verännerungen am Nukleus accumbens als Funktioun vu klenge, mëttleren a grousse Belounungswäerter fir spéider Verspriechen vum Experiment fir all Altersgrupp. Déi gro Baren entspriechen dem Punkt (en) ~5-6 s no der Äntwert. Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen Aktivéierungsdifferenzen tëscht Gruppen.
Temporär Verännerungen am Orbitofrontal Cortex als Funktioun vu klengen, mëttleren a grousse Belounungswäerter fir spéider Verspriechen vum Experiment fir all Altersgrupp. Déi gro Baren entspriechen dem Punkt (en) ~5-6 s no der Äntwert. Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen Aktivéierungsdifferenzen tëscht Gruppen.
Prozentsaz Ännerung am MR-Signal ~5-6 s no der Äntwert relativ zu der Pretrial Baseline fir all Altersgrupp, weist eng iwwerdriwwe Ännerung vun der accumbens Aktivitéit bei Jugendlecher relativ zu Kanner oder Erwuessener fir déi kleng a grouss Belounungsverspriechen. Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen Aktivéierungsdifferenzen tëscht Gruppen.
Präterior Resultater
D'Effekter vun der Zäit op Aufgab a Belounungswäert goufe getest mat enger 5 (Laufen) × 3 (kleng, mëttel a grouss Belounung) × 3 (Grupp) ANOVA fir déi ofhängeg Variablen vun der mëttlerer Reaktiounszäit fir korrekt Verspriechen a mëttlerer Genauegkeet. Et waren Haapteffekter vum Belounungswäert (F(2,72) = 9.51; p = 0.001) a Grupp (F(2,220) = 4.37; p = 0.02) a bedeitend Interaktioune vu Belounung no Zäit (F(8,288) = 4.176; p < 0.001) a gruppéiere no Belounung no Zäit (F(16,272) = 3.01; p = 0.01) fir mëttel Reaktiounszäit. Den Haapteffekt vun der Belounung huet gewisen datt, iwwer all Themen, duerchschnëttlech Reaktiounszäite méi séier op déi gréisste Belounung waren (mëttler, 515.47; SD, 178.75; t(36) = 3.8; p < 0.001) relativ zu mëttel (mëttelméisseg, 556.89; SD, 180.53) oder kleng Belounung (mëttler, 552.39; SD, 180.35). Déi bedeitend Interaktioun vun der Belounung duerch Zäit gouf haaptsächlech vun der Dräi-Wee Interaktioun vu Grupp duerch Belounung duerch Zäit gedriwwen. Erwuessener ënnerscheede sech an der mëttlerer Reaktiounszäit op all dräi Belounungswäerter um Enn vum Experiment (Figebam. 8). Jugendlecher ware wesentlech méi séier op déi grouss relativ zu de mëttel- a klenge Belounungen ouni Ënnerscheed tëscht mëttlerer a klenger Belounung. D'Kanner hu keng bedeitend Differenzen an der mëttlerer Reaktiounszäit op déi kleng, mëttel oder grouss Belounungen gewisen. Et waren keng bedeitend Korrelatiounen tëscht mëttlerer Reaktiounszäit oder Genauegkeet an Accumbens oder Orbitofrontal Aktivitéit.
Verhalensresultater. Duerchschnëttlech Reaktiounszäit als Funktioun vu klenge, mëttleren a grousse Belounungswäerter gi fir fréi, mëttler a spéider Tester vum Experiment fir all Altersgrupp gewisen. Feeler Baren weisen SEM. Asterisken bezeechnen méi lues Reaktiounszäit op kleng a mëttel Belounungen relativ zu kleng bei Jugendlechen a méi lues Reaktiounszäit op kleng relativ zu mëttel a mëttel relativ zu grouss bei Erwuessener.
Et waren keng bedeitend Auswierkunge vun der Belounung (F(2,72) = 0.26; p = 0.40), Grupp (F(2,220) = 0.73; p = 0.80), oder Zäit (F(4,476) = 0.57; p = 0.44) oder Interaktiounen fir mëttlerer Genauegkeet. All Themen haten héich Genauegkeet iwwer Belounungswäerter (Kanner: kleng, 96%; mëttel, 98%; grouss 96%; Jugendlecher: kleng, 98%; mëttel, 99%; grouss, 99%; an Erwuessener: kleng, 98%; mëttel, 99%; grouss, 99%).
Diskussioun
Dës Etude iwwerpréift Verhalens- an neural Äntwerte fir Wäertmanipulatiounen iwwer d'Entwécklung ze belounen. Eis Erkenntnisser ënnerstëtzen eis Hypothes datt Jugendlecher vun Kanner an Erwuessener an NAcc an OFC Recrutement ënnerscheeden, Regiounen déi virdru bei der Belounungsveraarbechtung implizéiert waren (Knutson et al., 2001) an Sucht (Volkow et al., 2004). Eis Resultater si konsequent mat Nager (Laviola et al., 2003) a fréier Entwécklungsbildung (Ernst et al., 2005) Studien vun der verstäerkter accumbens Aktivitéit während der Adoleszenz. Dës Erkenntnisser suggeréieren datt verschidde Entwécklungsstrajectoiren fir dës Regioune mat de verstäerkten impulsive a riskante Verhalen bezéie kënnen, déi während dëser Entwécklungsperiod observéiert ginn.
Entwécklungsännerungen an der Struktur a Funktioun
Erweidert accumbens Aktivitéit war parallel mat engem raffinéierte Muster vun Aktivitéit fir Jugendlecher relativ zu Kanner, awer ähnlech wéi Erwuessener. Am Géigesaz hunn Jugendlecher méi diffus OFC Rekrutéierung méi ähnlech wéi Kanner gewisen wéi Erwuessener. Mir interpretéieren dës Donnéeën fir ze suggeréieren datt d'NAcc Entwécklung viru kann déi vum OFC wärend der Adoleszenz. Verlängert Entwécklung vu prefrontalen Regiounen, mat engem Iwwergang vun diffusen op fokaler Rekrutéierung ass konsequent mat MRI-baséiert neuroanatomeschen (Sowell et al., 1999; 2003; Gogtay et al., 2004) an fMRI Studien (Casey et al., 1997, 2002; Brown et al., 2005, Durston et al., 2006) vun der prefrontaler Entwécklung (Casey et al., 2005).
Entwécklungsännerungen am Volume vun Aktivitéit bannent frontostriatal Regiounen (Sowell et al., 1999) sinn interessant am Liicht vu bekannten Entwécklungsprozesser (zB dendritesch Arborisatioun, synaptesche Pruning, Myelinéierung) déi während dëser Period optrieden. Wéi och ëmmer, weder fMRI nach MRI liwweren en Niveau vun der Analyse mat deem de Mechanismus vun esou Verännerungen definitiv charakteriséiert gëtt. D'Volumenmoossnamen goufen deelweis benotzt fir d'Interpretatioun vu Magnitudedifferenzen ze beschränken, awer mir kënnen nëmme spekuléieren datt eis Verännerungen am Volume an der Gréisst vun der Aktivitéit vun den NAcc an OFC eng Feintuning vun dëser Circuit mat Erfahrung an Entwécklung reflektéieren.
Differential Rekrutéierung vu frontostriatal Regiounen gouf iwwer verschidden EntwécklungsfMRI Studien gemellt (Casey et al., 2002; Monk et al., 2003; Thomas et al., 2004). Typesch goufen dës Erkenntnisser a punkto onreife prefrontale Regiounen interpretéiert anstatt en Ungleichgewicht tëscht prefrontalen an subkortesche Regiounen. Gitt Beweiser vu prefrontalen Regiounen fir entspriechend Handlungen a verschiddene Kontexter ze guidéieren (Miller an Cohen, 2001) onrealistesch prefrontalen Aktivitéit hätt d'adequat Schätzung vun zukünftegen Resultater an Evaluatioun vu risikolare Choixen behindert, a kéint doduerch manner beaflosse fir d'Belounungsbewertung wéi den Accumbens. Dëst Muster ass konsistent mat der bisherer Fuerschung déi erhéigt subkortikalesch, relativ zu der cortiséierter Aktivitéit, wann d'Entscheedungen duerch direkt sou laangfristeg Gewënn ëmgedréint ginn (McClure et al., 2004). Ausserdeem ass d'Accumbens Aktivitéit gewisen positiv ze korreléieren mat spéider Risiko-Behuelen Verhalen (Kuhnen a Knutson, 2005).
Belounungsrelatéiert Léieren iwwer Entwécklung
Een Zil vun dëser Etude war d'Belounung Léieren iwwer Entwécklung ze charakteriséieren. Erwuessener hunn Verhalensënnerscheedung fir déi dräi Hiweiser gewisen, mat schnellsten Äntwerten op déi grouss Belounungsstéck. Jugendlecher weisen manner diskret Äntwerten a Kanner weisen wéineg bis guer näischt. Méi lues Léieren iwwer d'Entwécklung parallelen d'Bildresultater vun der längerer OFC Entwécklung, déi assoziativ Léieren tëscht prévisiven Eventer a Belounungsresultater behënnere kann. Dës Interpretatioun gëtt ënnerstëtzt vum Déier (Hikosaka and Watanabe, 2000; Chudasama and Robbins, 2003; Cetin et al., 2004; Hosokawa et al., 2005) a mënschlech Imaging (Elliott et al., 2000; O'Doherty et al., 2003; McClure et al., 2004; Cox et al., 2005; Galvan et al., 2005) Studien, déi d'Roll vum OFC beim Léieren weisen an d'Verbindungen tëscht prévisiven Eventer (Stimulatioun an Äntwerten) representéieren a Belounungsresultater bei der Optimiséierung vum Choixverhalen.
Puer Imaging Studien vun der Belounung bis haut konnten Differenzen am Verhalen als Funktioun vum Belounungsresultat weisen (Haruno et al., 2004; Delgado et al., 2005; Galvan et al., 2005). Hei suggeréieren eis Donnéeën datt belount-verbonne neural Äntwerten d'Verhalensausgang beaflossen. Minimal Verhalensverännerlechkeet kéint virdru Autoren ausgeschloss hunn ze bestëmmen ob verschidde Belounungsbedéngungen d'Verhalensausgang biaséieren. Ee Grond firwat mir fäeg waren Verhalensdifferenzen auserneen ze zéien kéint sinn well eise Paradigma entwéckelt gouf fir Verhalensreaktiounen a Léieren ze maximéieren andeems Dir e kontinuéierleche Verstäerkungsplang benotzt (Dickinson & Mackintosh, 1978; Gottlieb, 2004, 2005). Déierestudien weisen méi séier Léieren mat kontinuéierleche relativ zu intermittierenden Verstäerkungsplang (Gottlieb, 2004) déi vläicht déi méi séier Äntwerten op grouss Belounungsverspriechen iwwer Themen erkläert hunn an dat ënnerschiddlecht Verhalensmuster fir all Belounungswäert bei den Erwuessener duerch spéider Studien.
Belounungen si relativ fir verschidde Kontexter an Alter
Belounungspräferenz variéiert op Basis vum Belounungskontext (Tversky and Kahneman, 1981; Tremblay a Schultz, 1999). Beweiser aus eiser Etude ënnerstëtzen d'Notioun datt d'relativ Belounungspräferenz während der Adoleszenz iwwerdriwwen ass: Jugendlecher hunn eng verstäerkte Accumbens Äntwert op déi grouss Belounung an eng Ofsenkung vun der Aktivitéit op déi kleng Belounung relativ zu anere Belounungen an zu aneren Alter gewisen. Jugendlecher berichten méi grouss Intensitéit vu positiven Gefiller a méi positiv BOLD Signalintensitéit wéi Erwuessener wärend engem Gewënnkonditioun (Ernst et al., 2005). D'Jugendlecher hu vläicht déi kleng Belounung als Ausléisung vun der Belounung ugesinn, ähnlech wéi de Mangel vun engem erwaarten Event zu enger bestëmmter Zäit, virdru gewisen fir d'Striatal Aktivitéit ze reduzéieren (Davidson et al., 2004). Dës Entdeckung entsprécht enger Verlängerung vun der Reaktiounszäit vu fréie bis spéiden Tester fir déi méi kleng Belounungen, déi zousätzlech Beweiser ubidden datt dës Bedingung als méi negativ fir Jugendlecher ugesi ka ginn. Zesummen implizéieren dës Erkenntnisser datt d'Belounungsperceptioun duerch Verännerungen an den neurale Systemer während der Adoleszenz beaflosst ka ginn (Irwin, 1993).
Entwécklungsännerunge kënne parallel Ännerunge mam Léieren sinn
viru kuerzem, Pasupathy & Miller (2005) huet gewisen datt, an Aaffen, striatal Beräicher als éischt Belounungskontingenzen entdeckt hunn, déi dunn scheinbar prefrontal Regiounen ze biaséieren fir ze handelen. Aner Aarbecht huet gewisen datt den OFC scheinbar implizéiert ze sinn an Äntwerte mat Resultater ze verbannen (Elliott et al., 2000; Galvan et al., 2005). Wéi och ëmmer, dësen Effekt kann ofhängeg vun der Reife vu prefrontalen Systemer a géigesäitege Verbindungen tëscht frontostriatal Regiounen sinn (Haber, 2003) déi Aktiounen mat Resultat associéieren, well Kanner a Jugendlecher net geléiert hunn, wéi indexéiert duerch mëttlerer Reaktiounszäit, esou wäit wéi Erwuessener. Et bleift eng oppe Fro, ob d'Kanner net kënne léieren tëscht deene verschiddene Belounungswäerter ze ënnerscheeden oder ob si grad esou frou waren mat enger klenger Belounung wéi enger grousser Belounung.
D'Resultater vu manner Sensibilitéit an der Verhalensreaktioun wéi an der neuraler Äntwert an de jéngere Sujete kënne konsequent mat fréiere Léierstudien sinn, déi weisen datt neural Verännerunge viru Verhalensverännerungen (Tremblay et al., 1998). D'Jugendlecher ware wesentlech méi séier fir méi grouss Belounungsverspriechen um Enn vum Experiment relativ zu den anere Belounungswäerter, awer d'Accumbens hunn ënnerschiddlech Aktivitéitsmuster fir all Belounungswäert ähnlech wéi Erwuessener gewisen. Wann dës Erklärung richteg wier, kënne mir mat zousätzlech Ausbildung erwaarden datt d'Verhalensleeschtung vun de Jugendlecher schlussendlech parallel mat der Accumbens Aktivitéit géif ginn. Och géif een erwaarden datt ähnlech Mustere bei Kanner entstinn, awer mat méi extensiv Training.
Kontraste tëscht aktuellen a fréiere Befunde
Obwuel déi iwwerdriwwe accumbens Äntwert bei Jugendlechen replizéiert déi vun Mai et al. (2004) an Den Ernst et al. (2005), Bjork et al. (2004) fonnt reduzéiert accumbens Aktivitéit relativ zu Erwuessener während engem Gewënn versus kee Gewënn Kontrast. Woubäi Bjork et al. (2004) gemellt MR Signal Ännerung iwwer de ganzen Experiment, mir iwwerpréift MR Verännerungen iwwer de ganzen Experiment an och während fréien a spéider Studien, mat de spéider Studien déi méi Aktivéierung bei Jugendlechen relativ zu Erwuessener weisen.
En zweeten Ënnerscheed an der aktueller Studie, par rapport zu der existéierender Literatur (O'Doherty et al., 2001, Elliott et al., 2003, Galvan et al., 2005), war de Mangel un engem Haapteffekt vum Belounungswäert am OFC iwwer Themen. Bei der Untersuchung vun dësem Haapteffekt hu mir OFC Aktivitéit iwwer Altersgruppen an iwwer d'Experiment zesummegeklappt. Aner Belounungsstudien vum OFC hunn net Entwécklungspopulatiounen abegraff, déi diffus a méi variabel Aktivitéitsmuster an dëser Regioun hunn (Casey et al., 1997). D'Inklusioun vun Entwécklungspopulatiounen erhéicht also d'Variabilitéit bei der Rekrutéierung vun dëser Regioun, mat manner konsequent Mustere vun der OFC Aktivitéit. Ausserdeem hunn eis Daten gewisen datt, fir spéider Studien vum Experiment, d'OFC Aktivitéit ënnerscheet fir méi grouss par rapport zu méi klenge Belounungen, awer huet eng manner präzis Mapping gewisen fir Wäert ze belounen relativ zum NAcc, wat diskret Aktivitéitsmuster fir all Belounungswäert am Alter gewisen huet. Gruppen, konsequent mat eiser fréierer Aarbecht (Galvan et al., 2005) an déi vun aneren (Elliott et al., 2003).
Implikatiounen
Eis Resultater suggeréieren datt et laangwiereg Reifeverännerungen an Top-Down Kontrollsystemer relativ zu subkortikale Regiounen, déi an appetitiv Verhalen implizéiert sinn. Dës verschidden Entwécklungsstroosse kënnen dozou bäidroen datt suboptimale Choixen bei Jugendlechen méi vun appetitive Systemer gedriwwe ginn wéi Kontrollsystemer (Spear, 2000). D'Entwécklung vun der struktureller a funktioneller Konnektivitéit vu belount-bezunnen mesolimbesche Circuit ze verstoen kann d'Feld weider informéieren iwwer d'neurobiologesch Basis vu verstäerkter Belounungssich an Adolescent-Ofhängegkeet Sucht.
En neurale Kader ähnlech wéi deen, dee mir hei proposéieren, gouf proposéiert fir Sucht z'erklären. Deementspriechend gëtt de PFC "gekaapt" vun engem impulsive subkortikale System, wat et net fäeg mécht Entscheedungen am Kontext vun zukünftege Konsequenzen entspriechend ze moduléieren (Bechara, 2005). Eis Erkenntnisser sinn konsequent mat dëser Spekulatioun awer passéieren wärend der typescher Entwécklung. Also, disproportionnéiert Bäiträg vun subkortikale Systemer relativ zu prefrontalen Reguléierungssystemer kënne schlecht Entscheedungsprozess ënnersträichen, déi Jugendlecher fir Drogenutzung an, schlussendlech, Sucht predisponéiert.
Noten
- Received Januar 5, 2006.
- Versioun gouf kritt Mee 15, 2006.
- akzeptéiert Mee 25, 2006.
↵a Clustergréissten vu 6 an 10 fir d'Accumbens respektiv OFC goufen duerch dës Simulatioune bestëmmt. Clustergréissten vun 8 an 10 an de Jugend- a Kanddaten, respektiv, hunn méi streng Schwellen iwwerlieft (p <0.002 an p < 0.001, respektiv). Am OFC hunn d'Clustergréisste vu 14 an 18 bei Jugendlechen a Kanner respektiv méi streng Schwellen iwwerlieft (p <0.004 an p < 0.001, respektiv).
Dës Aarbecht gouf deelweis ënnerstëtzt vum Nationalen Institut fir Drogenmëssbrauch Grants R01 DA18879 an R21 DA15882, National Institute of Mental Health Grant P50 MH62196 (BJC), an National Eye Institute Grant T32 EY07138 Gemeinschaft (AG). Mir erkennen all d'Participanten an hir Famillen dankbar fir un dëser Etude deelzehuelen an dräi anonyme Rezensoren.
- Korrespondenz soll entweder un Adriana Galvan oder BJ Casey adresséiert ginn, 1300 York Avenue, Box 140, New York, NY 10021. E-Mail: [Email geschützt] or [Email geschützt]
Referenze
Artikelen vun dësem Artikel
;