Source
Departement vun Neuroscience, Universitéit vu Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, USA.
mythologesch
Jugendlecher reagéieren dacks anescht wéi Erwuessener op déiselwecht bemierkenswäert motivéierend Kontexter, sou wéi Peer Interaktiounen a Pleséier Reizen. D'Definitioun vun den neurale Veraarbechtungsdifferenzen vu Jugendlechen ass kritesch fir dëst Phänomen ze verstoen, souwéi d'Basis vu seriöse Verhalens- a psychiatresche Schwachstelle wéi Drogenmëssbrauch, Stëmmungskrankheeten a Schizophrenie. Mir gleewen datt altersbedingte Verännerungen an de Weeër wéi déi grouss Reizen a Schlëssel Gehirregiounen veraarbecht ginn déi eenzegaarteg Viraussetzungen a Schwachstelle vun der Adoleszenz ënnersträichen. Well motivéiert Verhalen den zentrale Problem ass, ass et kritesch datt altersbedingte Vergläicher vu Gehiraktivitéit wärend motivational Kontexter gemaach ginn. Mir verglach Single-Eenheet Aktivitéit a lokal Feldpotenzialer am Nucleus accumbens (NAc) an dorsalen Striatum (DS) vun adolescenten an erwuessene Ratten wärend enger belountmotivéierter instrumentaler Aufgab. Dës Regioune si mat motivéiertem Léieren involvéiert, Belounungsveraarbechtung an Handlungsauswiel. Mir berichten adolescent neural Veraarbechtungsdifferenzen am DS, eng Regioun déi allgemeng méi mam Léieren ass wéi d'Belounungsveraarbechtung bei Erwuessener. Speziell, Jugendlecher, awer net Erwuessener, haten e groussen Undeel vun Neuronen an der DS, déi an der Erwaardung vun der Belounung aktivéiert goufen. Méi ähnlech Äntwertmuster goufen an NAc vun den zwou Altersgruppen observéiert. DS Single-Eenheet Aktivitéit Differenzen sech trotz ähnlechen lokal Terrain Potential Schwéngungen fonnt. Dës Etude weist datt bei Jugendlechen eng Regioun kritesch an der Léieren a Gewunnechtbildung involvéiert ass héich reaktiounsfäeger op Belounung. Et proposéiert also e Mechanismus fir wéi Belounungen d'adolescent Verhalen anescht kënne formen, a fir hir verstäerkte Schwachstelle fir affektive Stéierungen.
Wärend der Adoleszenz geschitt eng Onmass vun neurodevelopmental Verännerungen (1) déi beaflosse kënnen wéi wichteg Evenementer, wéi belounend Reizen, veraarbecht ginn. Sou neural Veraarbechtungsännerunge kënnen e puer vun de gemeinsame Verhalensvirstellungen ënnersträichen, déi bei Jugendlechen iwwer Mamendéierenarten gesi ginn, sou wéi erhéicht Risiko huelen (1-5), souwéi déi verstäerkte Tendenzen fir Stéierunge wéi Sucht, Depressioun a Schizophrenie z'entwéckelen (6-8). Ier mir den neurale Substrat vun dëse Schwachstelle kënne verstoen, musse mir als éischt méi iwwer déi typesch neural Veraarbechtungsmuster vum adolescente Gehir léieren, verglach a kontrastéiert mat deenen vum Erwuessene.
Wesentlech all Verhalens- a psychiatresch Schwachstelle vun der Adoleszenz ass offensichtlech wärend motivational Kontexter. Et ass also wichteg d'neural Aktivitéit vu Jugendlechen mat där vun Erwuessener während motivéiert Verhalen ze vergläichen. Motivéiert Verhalen ass Handlung déi eng Upassung an der kierperlecher Bezéiung tëscht engem Organismus a Reizen erliichtert (zB d'Wahrscheinlechkeet vun oder der Proximitéit zu enger bestëmmter Belounung) (9). Esou Verhalenskontexter wäerten awer natierlech d'Analyse vun der neuraler Aktivitéit komplizéiere: Wéi wësse mir datt neural Differenzen net nëmmen e Verhalensleeschtungsdifferenz tëscht den zwou Altersgruppen reflektéieren? Ass en Ënnerscheed an der neuraler Veraarbechtung einfach wéinst engem Verhalensverwiesselung, oder ginn et méi grondleeënd Differenzen an de Weeër wéi Jugendlecher bemierkenswäert Eventer an engem motivational Kontext kodéieren a veraarbecht? Mir hunn in vivo Single-Eenheet elektrophysiologesch Opnam gemaach fir d'neural Aktivitéit vu Jugendlecher mat där vun Erwuessener während opfälleg Eventer ze vergläichen, wann d'Verhalensleeschtung tëscht den zwou Gruppen net z'ënnerscheeden war (zB Belounung Retrieval latencies a spéide Sessiounen wann d'Aufgab gutt geléiert war). Fir dëst ze maachen, hu mir effektiv eng "Verhalensklemm" benotzt, déi eis erlaabt hunn fundamental altersbedingte Veraarbechtungsdifferenzen z'identifizéieren, déi net duerch d'Leeschtung verwiesselt goufen.
Och wa vill vum adolescente Gehir nach op dës Manéier ënnersicht gouf, hu mir eis op d'dorsal Striatum (DS) an Nucleus accumbens (NAc) konzentréiert wéinst hirer zentraler Roll am motivéierte Verhalen. Zesumme sinn dës Gehirregiounen un Associatiounsléieren involvéiert, Gewunnechtbildung, Belounungsveraarbechtung, an der adaptiver Kontroll vu Verhalensmuster (10-13). De Striatum kritt Projektioune vu kortikale Regiounen, déi an sensoreschen, motoreschen a kognitiven Prozesser involvéiert sinn (14), souwéi dopaminergesch Input (15). Den NAc, Deel vum ventralen Striatum, kritt Afferenten vun der Amygdala (16) a prefrontal cortex (17), an dopaminergesch Afferenten aus dem ventrale tegmentale Beräich (18). Den NAc gëtt als Schlëssel fir d'Iwwersetzung vu Motivatioun an Handlung ugesinn (19) an ass zentral zu e puer aktuellen Hypothesen betreffend den neurobiologesche Grondlage vu adolescent Risiko huelen a Sensatiounssich (5, 20, 21).
Resultater
Neural Eenheet Aktivitéit gouf vum DS an NAc opgeholl (Fig. S1) vum Jugendlechen (n = 16) an Erwuessener (n = 12) Ratten wéi se geléiert hunn eng instrumental Handlung (poke) mat engem Belounungsresultat (Nahrungspellet; Figebam. 1A). Verhalensdaten ginn kombinéiert (Figebam. 1 B-D), well keng statistesch Differenzen tëscht Regiounen observéiert goufen. Et waren keng bedeitend Alter-Zesummenhang Differenzen iwwer Training an der Unzuel vun Tester pro Sessioun [F(1, 1) = 1.74, P = 0.20]; d'Latenz vum Cue zum Instrumental Poke [F(1, 1) = 0.875, P = 0.36; oder Latenz vun der instrumentaler Poke bis zum Entrée an d'Liewensmëtteltrough [F(1, 1) = 0.82, P = 0.36]. D'Latenz vum Cue Ufank bis instrumental Poke schéngt an de fréie Sessiounen anescht ze sinn, obwuel dëst net statistesch bedeitend war a gouf vun dräi outlier Déieren gedriwwen, déi d'Associatioun nach net geléiert hunn (Figebam. 1C, Insetzen). Vun der 4. Sessioun un hunn all Moossnamen a béide Altersgruppen e stabile Maximum erreecht. Wärend dëse Sessiounen waren déi duerchschnëttlech Erwuessener a Jugendlecher Latenz vun der instrumentaler Äntwert op d'Entrée an d'Liewensmëtteltrough (Moyenne ± SEM) 2.47 ± 0.12 s respektiv 2.54 ± 0.17 s.
Konsequent DS neural Bevëlkerungsreaktiounen ronderëm d'instrumental Poke an d'Liewensmëttelentrée goufen observéiert wéi Ratten d'Aktioun-Resultat Associatioun geléiert hunn a vill Studien an all Sessioun gemaach hunn (dh Sessiounen 4-6; Fig. S2A). Eng méi no Untersuchung vun dëser Aktivitéit während Sessiounen 4-6 weist Ähnlechkeeten an der Aktivitéit vun e puer neuronale Gruppen, awer bedeitend Differenzen an aneren (Figebam. 2). Ongeféier 10% vun opgeholl Neuronen goufen aktivéiert beim Prozess-Start Cue, mat wéineg Zellen déi hemmt ginn (Figebam. 2 A an C, lénks). D'Verdeelung vun Jugendlechen an Erwuessenen Feierrate Z-Scores waren zu dëser Zäit net anescht (Z = 1.066, P = 0.29; Figebam. 2B, lénks). Et waren och keng Alter-Zesummenhang Differenzen an de Verhältnisser vun aktivéierten, hemmt, an net-bedeitend Neuronen zu der Cue [χ2(2, n = 570) = 2.35, P = 0.31; Table 1]. Den Undeel vun aktivéierten Zellen an hir Magnitude vun Aktivitéit erhéicht a béid Gruppen virun der instrumentaler Äntwert, obwuel esou Magnitudeerhéijungen méi grouss waren bei Jugendlechen (Z = -2.41, P = 0.02; Figebam. 2B, Centre). Alter-verbonne Differenzen an den Äntwert-Typ Proportiounen während den 0.5 s virun der instrumentaler Poke ware bedeitend [χ2(2, n = 570) = 10.01, P <0.01], en Effekt gedriwwen duerch e méi groussen Undeel vun erwuessene-inhibited Eenheeten (Z = 3.05, P <0.01; Table 1). Direkt no der instrumentaler Äntwert goufen Zellen déi virdru aktivéiert goufen inhibitéiert, sou wéi vill Unitéiten déi net virdru engagéiert waren (Figebam. 2A, Centre). Dëst huet zu enger transienter Oflenkung vun der Bevëlkerungsaktivitéit gefouert, déi erëm bei Alterspezifesch Tariffer eropgaang ass, mat weideren statisteschen Differenzen tëscht Adolescent an Erwuessener Aktivitéit während den 0.5 s no der instrumentaler Äntwert (Z = 2.19, P = 0.03; Figebam. 2B, Centre). Wärend dëser Period hunn d'Proportiounen vun den Äntwerttypen erëm tëscht deenen zwee ënnerscheet [χ2(2, n = 570) = 10.57, P < 0.01], wéinst engem méi groussen Undeel vun erwuessenen aktivéierten Eenheeten (Z = 2.87, P <0.01; Figebam. 2C, Centre an Table 1). Vill vun de selweschten Neuronen, déi hir Aktivitéit erhéicht hunn ier den instrumentelle Poke transient verhënnert goufen an dann erëm aktivéiert ginn ier se an d'Liewensmëtteltrog kommen (Hëtztplottreie weisen e rout-blo-rout Muster an Figebam. 2A, Centre). Den Timing vun dësem Muster ënnerscheet sech tëscht Jugendlechen an Erwuessener. E groussen Undeel vun adolescent Neuronen blouf aktivéiert bis d'Belounung. Esou "Belounung-Erwaardung Neuronen" ware sparsam bei Erwuessener (Figebam. 2A, Riets). Zousätzlech zu Differenzen am Zäitverlaf, hunn adolescent Neuronen, déi an den 0.5 s virum Entrée an d'Liewensmëtteltrog aktivéiert goufen, och mat enger méi héijer Magnitude erreecht (Z = -7.63, P <0.01; Figebam. 2B, Riets). Dëst Gesamtmuster vun Aktivitéit war relativ stabil während Sessiounen 4-6 (Film S1), obwuel eng zoufälleg Sampling vun Eenheeten innerhalb vun der Eenheet Variabilitéit fir e puer Eenheeten weist (Fig. S3). D'Proportiounen vun aktivéierten an inhibéierten Eenheeten ënnerscheede sech [χ2(2, n = 570) = 41.18, P <0.01], mat Jugendlecher respektiv Erwuessener, déi wesentlech méi grouss Proportiounen vun aktivéierten (Z = -6.21, P < 0.01) an inhibited Eenheeten (Z = 4.59, P <0.01; Figebam. 2C, Riets an Table 1). An den 0.5 s no der Erreeche vun der Nahrungstrog, hunn Jugendlecher weider méi staark Aktivitéit ze weisen (Z = -6.43, P < 0.01). D'Proportiounen vun aktivéierten, hemmten an net-signifikanten bleiwe anescht wéi et direkt virum Entrée an d'Liewensmëtteltrog war [χ2(2, n = 570] = 31.18, P <0.01; Figebam. 2C, Riets an Table 1). Nach eng Kéier haten Jugendlecher e méi groussen Undeel vun aktivéierten Eenheeten (Z = -4.89, P <0.01) an e méi klengen Undeel vun inhibited Eenheeten zu dëser Zäit (Z = 4.36, P & Si besteet;
Am NAc sinn duerchschnëttlech Adolescent an Erwuessener Spikeaktivitéit vu wéineg oder variabelen Aufgab-relatéierten Äntwerten op méi konsequent Mustere gaang (Fig. S2B). Duerch Sessioun 4 haten béid Gruppen eng ähnlech Erhéijung an dann Ofsenkung vun der phasescher Aktivitéit am instrumental Poke. Dëst Muster war méi ausgeschwat bis an no der Belounung (Iessen duerch Entrée). Eng méi no Untersuchung vun der NAc phasescher neuraler Aktivitéit weist e puer enk Ähnlechkeeten am Muster an dem Ausmooss vun der neuronaler Aktivatioun an der Hemmung, zesumme mat e puer bemierkenswäert Differenzen (Figebam. 3). Speziell huet den Ufank vum Cue Liicht zu der Aktivatioun vun ongeféier 10% vun NAc Neuronen bei Jugendlechen an Erwuessener gefouert, mat wéinegen Neuronen, déi inhibitéiert ginn, a kee signifikanten altersbedéngten Ënnerscheed am Undeel vun aktivéierten oder hemmten Neuronen zu dëser Zäit [ χ2(2, n = 349) = 1.51, P = 0.47], a keng Differenzen an der Gesamtbevëlkerungsaktivitéit (Z = 1.82, P = 0.07; Figebam. 3, lénks). Wann d'Neuronen fir e Prozess aktivéiert waren, hu se éischter aktivéiert ze bleiwen bis d'Déier an d'Liewensmëtteltrog erakënnt. Déi temporär Dynamik war sou datt e puer Undeel vun Neuronen méi staark ageschalt goufe ronderëm souwuel den instrumentelle Poke wéi och d'Iessen duerch Entrée. Keng Alter-relatéiert Differenzen an der Bevëlkerungsaktivitéit (Z = -0.16, P = 0.87) oder Eenheetskategorie Proportiounen [χ2(2, n = 349) = 0.22, P = 0.90] goufen an den 0.5 s virum instrumental Poke fonnt. Nom instrumental Poke hunn Erwuessener méi héich duerchschnëttlech Aktivitéit gewisen (Z = 4.09, P < 0.01) an Differenzen an Eenheetskategorie Proportiounen [χ2(2, n = 349) = 7.23, P = 0.03] wéinst engem gréisseren Undeel vun erwuessene aktivéierten Neuronen (Z = 2.53, P = 0.01; Figebam. 3C, Centre an Table 1). Ähnlech gouf méi héich duerchschnëttlech Erwuessener Aktivitéit an den 0.5 s virum Iessen duerch Entrée observéiert (Z = 2.67, P <0.01), an erëm goufen verschidden Eenheetskategorie Proportiounen observéiert [χ2(2, n = 349) = 6.64, P = 0.04] wéinst wesentlech méi grouss Proportiounen vun erwuessene aktivéierten Eenheeten (Z = 2.32, P = 0.02; Figebam. 3C, Riets an Table 1). Wärend dëser Period huet Prozess-fir-Prouf neural Aktivitéit nach ëmmer e gewësse Mooss vu Stabilitéit gewisen, awer manner wéi an der DS (Film S2). Et gouf kee signifikanten Alter-Zesummenhang Ënnerscheed an der Bevëlkerungsaktivitéit an den 0.5 s no der Entrée an d'Liewensmëtteltrough (Z = -0.61, P = 0.54), obwuel Unitéit Undeel Differenzen präsent waren [χ2(2, n = 349) = 7.81, P = 0.02]. Dëst reflektéiert e wesentlech méi groussen Undeel vun inhibited Adolescent Eenheeten zu dëser Zäit (Z = -2.81, P <0.01; Figebam. 3C, Riets an Table 1). Also, obwuel et e puer Differenzen tëscht de Gruppen waren, war d'allgemeng Muster vun neurale Äntwerten (an Aktivitéit iwwer Eenheeten) méi ähnlech am NAc wéi an der DS.
Duerchschnëtt normaliséiert LFP Spektrogramme waren ähnlech fir Jugendlecher an Erwuessener a béid NAc an DS (Figebam. 4). Virun der Nahrungsergänzung, am NAc, hunn souwuel Jugendlecher wéi Erwuessener verréngert Kraaft an β (13-30 Hz) an γ (> 30 Hz) Bands gewisen, mat méi extensiv γ-Kraaftreduktiounen bei Erwuessener. No der Entrée an d'Liewensmëtteltrog hunn béid Gruppen transient β-Kraaft Erhéijunge zentréiert ronderëm 20 Hz gewisen. Et war eng Tendenz fir méi adolescent LFP-Kraaft a méi nidderegen Frequenzen wéi θ (3-7 Hz) an α (8-12 Hz), mat signifikante Alter-relatéierten Differenzen, déi ~500 ms nom Iessen duerch Entrée fonnt goufen (Figebam. 4 A an B). Ähnlech Mustere goufen an der DS gesi, mat liicht méi staarken Erwuessene Erhéijunge vun der β-Kraaft direkt no der Entrée an d'Liewensmëtteltrough (Figebam. 4 C an D). Allgemeng sinn déi statistesch Kontrastkaarten (Figebam. 4 B an D) beweisen d'Ähnlechkeet an der belount-verbonne LFP Aktivitéit vu Jugendlechen an Erwuessener iwwer vill Frequenzen, mat e puer bemierkenswäert Ausnahmen.
Diskussioun
Mir hunn eng staark belount-relatéiert Aktivéierung am Adolescent fonnt, awer net erwuessent DS, eng Struktur assoziéiert mat der Bildung vu Gewunnechten an der adaptiver Kontroll vu Verhalensmuster (11-13, 22). D'NAc reagéiert ähnlech a béid Altersgruppen; obwuel e puer Eenheet Aktivitéit Differenzen am NAc gesi goufen, waren dës Differenzen méi kleng a méi transient, an den Zäitverlaf vun der neuraler Aktivitéit war ganz ähnlech tëscht Gruppen an dëser Regioun. Dës Erkenntnisser weisen regional Heterogenitéit am Zesummenhang mat der Belounungsveraarbechtung an der funktioneller Reife vu Basal Ganglia Strukturen während der Adoleszenz a proposéiere mat der DS e bis elo iwwersiichtleche Lokus vun adolescent neuralen Veraarbechtungsdifferenzen, déi direkt relevant sinn fir Altersbezunnen Schwachstelle. Mir hunn och fonnt datt obwuel bedeitend Altersbezunnen Differenzen um Eenheetsniveau gesi goufen, sou Differenzen net liicht beobachtbar waren an der Kraaft vun LFP Schwéngungen, déi méi ähnlech sinn mat de gréissere regionale Signaler vu fMRI an EEG (23).
Phasesch neural Aktivitéitsdaten hu virgeschloen datt déi präzis Roll vun der DS wärend der Belounungserwaardung, oder den Afloss vu belountende Reizen op seng neural Representatioune, anescht ass bei Jugendlechen vs Erwuessener. Béid Gruppen haten Unitéiten, déi am Ufank vun de Studien aktivéiert goufen, kuerz an der instrumentaler Äntwert hemmt, an dann erëm aktivéiert. Ënnert dësen, konsequent mat anere Studien, goufen erwuessene Eenheeten fréier reaktivéiert an zréck op d'Basislinn virum Belounung (24, 25). D'Aktivatioun vun hiren adolescente Kollegen, am Géigesaz, huet de ganze Wee bis zur Zäit vun der Belounungsrecuperatioun bestoe bliwwen. Also, nëmmen Jugendlecher haten eng sizable Grupp vun deem wat als Belounung-Erwaardung Neuronen am DS beschriwwe ka ginn. Och wann anerer virdru viru Belounungsaktivitéit am DS observéiert hunn (24-26), de kritesche Punkt hei ass datt Jugendlecher an Erwuessener en anere Gläichgewiicht an Zäitverlaf an hire Mustere vun esou Aktivitéit hunn. De Striatum gëtt geduecht eng direkt Roll an Situatioun-Aktioun Associatiounen ze spillen (25) a kann als Schauspiller an engem "Schauspiller-kriteschen" Modell déngen fir Verhalen op méi avantagéis Aktiounen ze biaséieren (27). De Striatum kritt Dopamin-Input vun der substantia nigra a Glutamatprojektiounen aus kortikale Regiounen; et schéckt GABA Projektiounen un de Globus pallidus, dee weider op den Thalamus projizéiert, schlussendlech zréck an de Cortex. Afferent Signaler vun engem onreife prefrontale Cortex oder Basal Ganglia Regiounen kéinten deelweis fir d'Altersspezifesch Mustere rechnen, déi aktuell am DS observéiert ginn. Tatsächlech hu mir virdru reduzéiert Hemmung a verstäerkte Aktivatioun an der Portioun am adolescent orbitofrontal cortex (OFC) während dëser Aufgab observéiert (28), déi direkt an dës Regioun vun DS projetéiert (29).
Konsequent mat fréiere Berichter iwwer verstäerkte LFP θ- a β-Schwéngungen am DS während fräiwëllegen Verhalen (30, 31), souwuel Jugendlecher wéi Erwuessener hunn dës virun an no der Entrée vun der Nahrung ausgestallt. Trotz de wesentleche Single-Eenheet Aktivitéitsdifferenzen am DS waren d'LFP Schwéngungen ganz ähnlech tëscht den zwou Altersgruppen a béid DS an NAc. Dës Entdeckung ass kritesch well mënschlech Adolescentstudien sech op méi grousser Skala funktionell Moossname wéi fMRI an EEG konzentréiert hunn. Mir weisen datt robust Alter-Zesummenhang Eenheet Aktivitéit Differenzen och wann gréisser-Skala regional Schwéngungen, déi besser mat fMRI Signaler korreléieren, ähnlech sinn (23). Och wann d'Funktioune vu Basalganglien LFP Schwéngungen onbekannt sinn, gi se duerch Verhalenskontext moduléiert (30, 31), wat fir déi zwou Altersgruppen d'selwecht war.
Am NAc, ausser e puer transient Differenzen, waren d'Proportiounen vun rekrutéierten aktivéierten an inhibéierten Eenheeten, an den Zäitverlaf vun hiren Äntwerten, allgemeng ähnlech, wéi an der duerchschnëttlech normaliséierter Bevëlkerungsaktivitéit reflektéiert. Manipulatiounen vum NAc beaflossen d'Motivatioun, d'Basis Verhalensaktivitéit, an d'Léieren an d'Ausféierung vum instrumentelle Verhalen (32-35). An der heiteger Studie waren adolescent neural Aktivitéit Differenzen am NAc bescheiden a transient am Verglach mat deenen an DS. fMRI Studien bei Mënschen waren inkonsistent am Verglach vu belountbezunnen NAc Aktivitéit bei Jugendlechen vs Erwuessener. E puer Studien hu méi staark NAc Adolescent Signaler gewisen fir ze belounen (36, 37) an anerer hu méi schwaach fonnt (38) oder méi komplex Kontext-ofhängeg Musteren (39). Dës Etude, déi subkortikal Een-Eenheet an LFP Aktivitéit bei erwächt-behuelende Jugendlechen ophëlt, beliicht dëst Thema: mir weisen datt sou altersbedingte Differenzen vun der Aart vum gemoossene Signal hänke kënnen. Eis Erkenntnisser sinn och konsequent mat fréiere Beweiser datt funktionell Reife am NAc méi fréi erreecht gëtt wéi aner Regiounen wéi den OFC (37, 28). Wéi och ëmmer, wann Dir feststellt datt d'Aktivitéit vun der Adolescent DS Eenheet vun der Erwuessener ënnerscheet, schléissen mir datt dëst net nëmmen e kortikale versus subkorteschen Ënnerscheed ass wéi proposéiert gouf (40).
Et ass wichteg ze ënnersträichen datt d'neural Aktivitéitsdifferenzen an der haiteger Studie beobachtet goufen trotz engem Mangel u gemoossene Verhalensdifferenzen. Wéinst der Roll vun der DS bei der Ausféierung vu Verhalensmuster kënnen neural Differenzen deelweis un onmoosseg Verhalensdifferenz sinn. Och wann esou Differenzen ëmmer méiglech sinn, an der haiteger Studie schéngen se aus e puer Grënn héich onwahrscheinlech. Neural Vergläicher goufen nëmme gemaach wann d'Ratten héich qualifizéiert waren mat der Aufgab a goufen observéiert als héich Aufgab fokusséiert. D'Period vun de gréissten neuralen Differenzen war d'Zäit tëscht der instrumentaler Äntwert an der Entrée an d'Liewensmëtteltrough, wärend déi duerchschnëttlech Latenz vun dësem Verhalen wesentlech identesch war fir déi zwou Altersgruppen. Ausserdeem goufen neural Differenzen konsequent a bestëmmte Plazen observéiert (zB während der Belounungserwaardung) awer net anerer (zB Äntwert op de Prozess-Begréissungsstéck), an och wann den Zäitverlaf vun der neuronaler Aktivatioun dacks wesentlech ënnerscheet, den Zäitverlaf vun der neuronaler Hemmung war allgemeng ähnlech a béid Gehirregiounen vun all Altersgrupp. Zesumme sinn dës Erkenntnisser konsequent mat der Interpretatioun datt fundamental altersbedéngt neural Veraarbechtungsdifferenzen existéieren, besonnesch am DS, och während ähnlechen Verhalen / Kontexter, wat zu Differenzen an der neuraler Architektur schwätzt, Veraarbechtungseffizienz an / oder de physiologeschen Impakt vu salient. Evenementer.
Als Schlussfolgerung hu mir festgestallt datt d'Belounungsbezunnen opfälleg Eventer staark an d'DS vu Jugendlechen awer net Erwuessener tippen, wat en neie Lokus an Netzwierker verantwortlech fir Altersbezunnen Verhalens- a psychiatresch Schwachstelle kéint uginn. Dës basal Ganglia Struktur spillt eng zentral Roll am normale Léieren a Gedächtnis, Gewunnechtbildung, an aner Aspekter vum motivéierte Verhalen, a seng Dysfunktioun ass mat psychiatresche Problemer assoziéiert (41-43). Dofir léiere méi iwwer wéi d'Aktivitéit vun dëser Regioun duerch Entwécklung ännert, zesumme mat senger Interaktioun mat anere Schlëssel Gehirregiounen, wäert kritesch sinn fir eist Verständnis vun de Mechanismen vun adolescent Schwachstelle an den zukünftege Design vu klineschen Interventiounen. D'Komplexitéit vun der adolescent Verhalens- a psychiatrescher Schwachstelle ass méiglecherweis multifaktoriell, involvéiert vill Gehirregiounen. Also ass den DS nëmmen eng vu ville interagéierende Regiounen déi zesummen (an net isoléiert) wahrscheinlech kritesch sinn fir d'Verhalens- a psychiatresch Schwachstelle vun der Adoleszenz. Et ass eis Hoffnung datt mat Techniken wéi adolescent elektrophysiologeschen Opnam an der Verhalensklemm Approche fir Altersbezunnen neurale Veraarbechtungsdifferenzen a Verhalenskontexter ze studéieren, kënne mir ufänken d'Substrate vun der Jugendlecher Schwachstelle um Netzwierkniveau ze schätzen.
Materialien an Methoden
Sujeten an Chirurgie.
Déiereprozedure goufen vun der University of Pittsburgh Animal Care and Use Committee guttgeheescht. Erwuessene Männlech (postnatal Dag 70-90, n = 12) a schwanger Damm (embryonalen Dag 16; n = 4) Sprague-Dawley Ratten (Harlan) goufen a klimatesch kontrolléiert Vivaria mat 12-h Liicht / donkel Zyklus gehal (Luuchten um 7:00 Auer), an ad libitum Zougang zu Chow a Waasser. D'Litter goufen op net méi wéi sechs männlech Welpen ofgerappt, déi duerno op postnatalen Dag 21 ofgeschwächt goufen (n = 16). Erwuessene Operatiounen goufen no engem Minimum vun 1 wk vun habituation zu Wunneng gesuergt. Adolescent Operatioune goufen um postnatalen Dag 28-30 gemaach. Aacht-Drot Mikroelektrode-Arrays goufen an NAc oder DS implantéiert (SI Material a Methoden). Opzeechnunge goufen gemaach wéi virdru beschriwwen (28) während Ratten eng Verhalensaufgab gemaach hunn. Eenzel Eenheeten goufen isoléiert mat Offline Sorter (Plexon) duerch eng Kombinatioun vun manueller an semiautomatescher Sortéierungstechniken (44).
Behuelen.
Verhalenstestprozedure goufen duerchgefouert wéi virdru beschriwwen (28, 45). Ratten hunn geléiert en instrumental Poke fir Liewensmëttelpellet Belounungen ze maachen (Figebam. 1A an SI Material a Methoden). Bei all Sessioun goufen d'total Unzuel vun de Studien, d'Duerchschnëttslatenz vum Test-Start Cue bis zur instrumentaler Äntwert, an d'Latenz vun der instrumentaler Äntwert op d'Pellets-Retrieval bewäert. Alter × Sessioun Widderhuelungsmoossnamen ANOVAs goufen mat SPSS Software op all dës Moossname gemaach (α = 0.05), mat nidderegen gebonnen df Korrekturen, wou d'Annahme vu Sphärizitéit verletzt gouf.
Elektrophysiologie Analyse.
Elektrophysiologesch Donnéeën goufen analyséiert mat personaliséiert geschriwwene Matlab (MathWorks) Scripten zesumme mat Funktiounen aus der Chronux Toolbox (http://chronux.org/). Single-Eenheet Analysë sech op Peri-Event Zäit Feier-Taux histograms baséiert op Fënsteren ronderëm Aufgab Evenementer. Single-Eenheet Aktivitéit war Z-Score normaliséiert baséiert op de mëttleren an SD Feierraten vun all Eenheet während der Baseline Period (eng 2-s Fënster déi 3 s virum Cue beginn). Duerchschnëtt Populatioun Eenheet Aktivitéit war ronderëm Aufgab Evenementer geplot. Statistesch Vergläicher vun Jugendlecher an Erwuessener Eenheet Aktivitéit goufen op a priori Zäit Fënsteren vun Interessi gemaach (0.5-s Fënsteren no der Cue, virun an no der instrumental Poke, a virun an no Entrée an d'Liewensmëttel Trough) benotzt Wilcoxon Rank-Zomm Tester ( presentéiert als Z-Wäerter), Bonferroni korrigéiert fir verschidde Vergläicher. D'Nullhypothes gouf an dëser Analyse verworf wann P 0.01. Filmer S1 an S2 representéiert lokal geschätzte Scatterplot smoothed (LOESS) duerchschnëttlech normaliséiert Feiergeschwindegkeet Aktivitéit iwwer fënnef Studien, déi an eenzel-Prouf Schrëtt duerch Videoframes wärend Sessiounen 4-6 bewegen. Video Zäit representéiert d'Evolutioun vun Aktivitéit duerch d'Versuche vun all Sessioun. Eenheeten goufen och kategoriséiert als aktivéiert oder inhibit, besonnesch Zäitfenster, wa se dräi hannereneen 50 ms Këschte mat Z ≥ 2 oder Z ≤ -2, respektiv. Dës Critèrë goufen validéiert als niddereg falsch-Kategoriséierungsraten iwwer netparametresch Bootstrap Analyse wéi virdru beschriwwen (39) (SI Material a Methoden). Eemol Unitéiten kategoriséiert goufen, χ2 Analysë goufen op a priori Fënsteren vun Interessi fir all aktivéiert gesuergt, inhibited, an nonsignificant Unitéiten. Nëmme bedeitend χ2 Tester goufen duerch Post hoc gefollegt Z-Tester fir zwee Proportiounen fir déi ënnerierdesch bedeitend Kategorie Differenzen ze bestëmmen. D'Nullhypothese gouf refuséiert wann P < 0.05, uginn an Table 1 mat fett Typ. Fir d'Zäitverlaf vun der Eenheetsrekrutéierung ze visualiséieren (dh als aktivéiert oder inhibitéiert), goufen Kategorieanalysen a 500-ms bewegende Fënsteren (an 250-ms Schrëtt) a gréissere Fënsteren Zäit-gespaart op Taskevenementer gemaach.
Nom Ewechhuele vu Studien, an deenen d'Roh LFP Spannungsspur ausgeschniddene Artefakte oder Auslänner (± 3 SD vun der mëttlerer Spannung) enthält, goufen Test-Moyenne Kraaftspektre fir all Thema berechent mat Hëllef vu schnelle Fourier Transform (SI Material a Methoden). Kraaft Spektre goufen duerchschnëttlech fir all Altersgrupp. T-Score Kontrastkaarten, déi d'normaliséierter LFP-Kraaft vu Jugendlechen an Erwuessene Spektrogramme fir all Kéier × Frequenzbehälter vergläicht, fir Altersbezunnen Ähnlechkeeten an Ënnerscheeder ze markéieren.
Arbeschterlidder
Ënnerstëtzung fir dës Aarbecht gouf vum National Institute of Mental Health, dem Pittsburgh Life Sciences Treibhause, an engem Andrew Mellon Foundation Predoctoral Fellowship (zu DAS) zur Verfügung gestallt.
Noten
D'Auteuren deklaréieren net e Konflikt vun Interesse.
Dësen Artikel ass e PNAS Direkte Soumissioun.
Dësen Artikel enthält Informatioun iwwer Internet op www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1114137109/-/DCSupplemental.
;