Samazināta neironu inhibīcija un pusaudžu prefronta garozas koordinācija motivētas uzvedības laikā (2011)

Ievads

Pusaudža vecums ir laiks, kad tiek pabeigta fiziskā un psihosociālā pāreja uz pieaugušo vecumu (Arnett, 1999). Tiek uzskatīts arī par neaizsargātības periodu, jo tas sakrīt ar simptomu parādīšanos vairākām nopietnām psihiskām problēmām, tostarp garastāvokļa traucējumiem, šizofrēniju un narkotiku lietošanu (Volkmar, 1996; Pine, 2002; Johnston et al., 2008). Pēdējos gados pētījumi par pusaudžiem un dzīvnieku modeļiem ir aprakstījuši ar vecumu saistītās pārmaiņas šūnu un molekulāro smadzeņu arhitektūrā un atšķirības dažādu zāļu farmakoloģiskajā iedarbībā (Šķēpu un bremzes, 1983; Spear, 2000; Adriani et al., 2004; Brenhouse et al., 2008; Paus, 2010). Ar vecumu saistītās uzvedības atšķirības ir arī pārbaudītas un bieži tiek koncentrētas, lai gan pusaudžu uzvedība parasti ir diezgan līdzīga pieaugušo uzvedībai vairumā gadījumu, kad lēmumu pieņemšanas spēja mainās tikai no pusaudža vidus (Spear, 2000; Doremus-Fitzwater et al., 2009; Figner et al., 2009; Cauffman et al., 2010). Tomēr pusaudži var apstrādāt galvenos notikumus atšķirīgi no pieaugušajiem. Piemēram, nesenā pētījumā novērots lielāks pusaudzis nekā pieaugušo c-fos olbaltumvielu ekspresija muguras striatumā un kodolos, kas pakļauti atalgojuma izraisītā aromāta iedarbībai (Friemel et al. 2010). Ir aprakstītas arī atšķirības pusaudžu prefronta garozas (PFC) nervu darbības un savienojamības mērījumos.Ernst et al., 2006; Galvan et al., 2006; Liston et al., 2006; Geier et al., 2009; Uhlhaas et al., 2009a). Tomēr ir maz zināms par šo vecumu saistīto atšķirību precīzo raksturu neironu līmenī.

Lai tieši salīdzinātu kortikālo neironu dinamisko apstrādi pusaudžiem ar pieaugušo, mēs reģistrējām vienas vienības un lokālā lauka potenciāla (LFP) aktivitāti no žurku orbitofrontālās garozas (OFC), jo viņi veica atlīdzību motivētu uzvedību. OFC bija mērķtiecīgs, jo tai bija centrālā loma vērtību gaidīšanas apstrādē un iepriekšējos pierādījumos par to nepietiekamo attīstību pusaudžiem (Schultz et al., 2000; Galvan et al., 2006; Schoenbaum et al., 2009). Uzvedības uzdevums bija saistīts ar mācīšanās pasākumu rezultātu apvienību (Sturman et al., 2010), kas ir sarežģīta motivētas uzvedības pamatelements. Šī uzdevuma vienkāršība ļāva uzvedības pasākumiem grupās būt ļoti līdzīgiem. Tāpēc mēs varētu pārbaudīt hipotēzi, ka pat ar līdzīgu uzdevumu izpildi pusaudža OFC kodē svarīgāko ar darbu saistīto informāciju atšķirīgi nekā pieaugušie. Šādu fundamentālo neirālo aktivitāšu atšķirību raksturošana - un to darot neironu līmenī - ir būtiska, lai identificētu attīstības procesus, kas var būt saistīti ar pieaugošo neiropsihiatrisko risku pusaudža vecumā, un turpmākai intervences stratēģiju izstrādei šādu problēmu novēršanai un ārstēšanai.

Materiāli un metodes

Uzvedība

Pieaugušo un pusaudžu žurkas tika pārbaudītas operanta kastē (Coulbourn Instruments, Allentown, PA), kas satur mājas gaismu, granulu žurnālu, kas varēja piegādāt pārtikas granulas (stiprināts dekstroze, 45 mg; Bio-serv, Frenchtown, NJ). pārtikas sile, un trīs deguna bedrītes, kas izvietotas horizontāli uz sienas pretī ēdiena siles. Pēc 5-6 ķirurģiskās atveseļošanās dienām dzīvnieki tika ierobežoti ar pārtiku, tika pieradināti uz uzvedības testēšanas aparātu, un sāka mācības par iepriekš aprakstīto uzvedības uzdevumu (Sturman et al., 2010). Īsi sakot, žurkas iemācījās iekļūt apgaismotā centrālajā deguna caurumā, kas paredzēts pārtikas granulu pastiprināšanai. Izmēģinājumi sākās ar sākuma gaismas sākumu centrālajā deguna caurumā. Kad žurka nokļuva šajā caurumā, gaisma nekavējoties izslēdzās, un vienai granulai tika piegādāta ēdiena siles, kas pēc tam tika izgaismota. Punch pārtikas ēdienkartē, lai saņemtu granulu, ēdiena atveres gaisma tika izslēgta un izraisīja 5 starpposma intervālu (1a attēls). Katra sesija tika pārtraukta pēc 100 pētījumiem vai 30 min. Iepriekšējais darbs parādīja, ka šo uzdevumu var ātri apgūt gan pusaudži, gan pieaugušie, paredzot maksimālu veiktspēju līdz trešajai apmācības dienai (Sturman et al., 2010). Galvenie uzdevumu izpildes rādītāji ietvēra kopējo sesiju skaitu, kas pabeigti katrā sesijā, latentumu no pēdas līdz instrumentālai kule un latentumu no instrumentālā kārta līdz ēdienreizes ierakstam (granulu atgūšana). Visu iznākuma pasākumu SPSS (alfa = 0.05) laikā tika veikti atkārtoti ANOVA mērījumi. Visos gadījumos, kad tika pārkāpts sfēriskums, zemākās robežas korekcijas tika izmantotas maksimāli konservatīvām brīvības pakāpēm.

Skaitlis 1

Elektrodu izvietojums, uzdevumu paradigma un uzvedības rādītāji. A) Pusaudžu un pieaugušo žurkas tika apmācītas par vienkāršu instrumentālu mācīšanās paradigmu, kurā viņi piesaistīja degunu (instrumentālu reakciju) gaismveidīgā caurumā ar turpmāko ...

Elektrofizioloģijas analīze

Elektrofizioloģiskie dati tika analizēti, izmantojot individuāli rakstītus skriptus, kas tika veikti Matlab (Mathworks, Natick, MA), kā arī chronux rīkkopa (Chronux.org) LFP analīzēm un šaušanas ātruma mainīguma funkcijām, ko parocīgi darīja Churchland un kolēģi (http://www.stanford.edu/∼shenoy/GroupCodePacks.htm) (Churchland et al., 2010). Kopumā neironu aktivitāte bija laika ziņā bloķēta līdz konkrētiem uzdevumu notikumiem: izmēģinājuma sākums, instrumentālā deguna-asins reakcija un ēdienreizes ievadīšana. Neapstrādātas LFP pēdas tika fiksētas laika ziņā, lai veiktu šos uzdevumus, un izmēģinājumi ar izgriezuma artefaktiem tika izslēgti pirms vidējās vērtības noteikšanas. Ir parādīts viena izmēģinājuma pusaudžu un pieaugušo neapstrādāta LFP sprieguma pēdas ap stiprinājuma periodu (Papildu attēls 1). FFT aprēķināja katra subjekta izmēģinājuma vidējo jaudas spektru dažās sekundēs ap katru uzdevuma notikumu. Tas tika veikts, izmantojot 13 vadošos konusus, laika joslas platuma reizinājumu 7 un 1 s kustīgu logu (ar 250 ms soļiem). Šie parametri, salīdzinot ar citiem, kurus mēs pārbaudījām, pieļāva frekvences izšķirtspēju aptuveni 2 Hz, kas parasti pieļāva vairākas frekvenču tvertnes katrā interesējošajā joslā. Tika izmantota daudzpusīga pieeja, jo tā uzlabo spektrogrammas aprēķinus, strādājot ar bezgalīgu laika rindu datiem (Mitra un Pesaran, 1999), lai gan, lietojot 1, 3 un 9, tika novērotas ļoti līdzīgas spektrogrammas. Katra frekvences tvertne (rinda) jaudas spektrā bija Z-rezultāts, kas normalizēts vidējā spektrālā jauda bāzes perioda laikā (2 s logs, kas sākās 3 s pirms cue). Normalizēti jaudas spektri tika aprēķināti pusaudžiem un pieaugušajiem.

Katrai vienībai logā ap uzdevuma notikumiem tika izveidotas atsevišķu notikumu laika aizdedzes ātruma histogrammas. Katras vienības savstarpējās izmēģinājuma vidējais šaušanas ātrums bija Z-rādītājs normalizēts tā bāzes perioda rādītājam. Intereses logos vienības tika klasificētas kā “aktivētas” vai “kavētas”, pamatojoties uz to, vai to vidējā normalizētā aktivitāte saturēja trīs secīgas 50 ms tvertnes ar attiecīgi Z ≥ 2 vai Z ≤ -2. Šie kritēriji tika apstiprināti, izmantojot parametru parametru bootstrap analīzi katras vienības bāzes periodā. Katrai vienībai sākotnējā loga paraugi tika nejauši izvēlēti ar aizstāšanu 10,000 2 reizes. 2-s logu īpatsvars, kuru atkārtoti atlasītā aktivitāte sasniedza nozīmīguma kritērijus, ir šīs vienības paredzētā viltus pozitīvā rādītāja rādītājs jebkura 0.0034-s loga laikā. Tas noveda pie tā, ka sagaidāmais viltus pozitīvais rādītājs visām pusaudžu vienībām bija alfa = 0.0038 un visām pieaugušajām - alfa = 500. Šīs zemās pazīmes norāda, ka nepatiesa kategoriju iedalīšana pēc vienības būtu pietiekami reta, lai tā nepamatoti neietekmētu statistikas kategoriju proporcijas starp pusaudžiem un pieaugušajiem. Lai salīdzinātu vienību atbilžu laika gaitu, kategorizēšanas analīze tika veikta ar kustīgu logu ap uzdevuma notikumiem (pārvietojamā loga izmērs 250 ms ar 1 ms soļiem). Laika periodiem, kas īpaši interesē ar vecumu saistītos statistikas salīdzinājumos (piemēram, XNUMX s pēc norādes), tika veiktas Chi-kvadrātveida analīzes, kas ietvēra aktivēto, inhibēto un nenozīmīgo pieaugušo un pusaudžu skaitu. Pēc nozīmīgiem Chi-square testiem sekoja proporciju post-hoc salīdzinājums katrai kategorijai (piemēram, inhibētas vienības starp pusaudžiem un pieaugušajiem), izmantojot Z-testu divām proporcijām (Tabula 1). Iepriekšējais darbs ar šo uzvedības paradigmu parādīja, ka gan pusaudži, gan pieaugušie instrumentālo reakciju veic ar stabilu maksimumu, izmantojot sesiju 3 (Sturman et al., 2010). Tāpēc, ja vien nav norādīts citādi, 3. – 6. Sesijai tiek iesniegtas elektrofizioloģiskās analīzes, kurās abas grupas ir labi iemācījušās darbības un rezultātu saistību. Šeit un citur nulles hipotēze tika noraidīta, kad p <0.05.

Tabula 1

Pusaudžu un pieaugušo vienību aktivitātes salīdzinājums izvēlētajos logos, kas ir bloķēts līdz uzdevumu notikumiem. Interesējošie logi ir laika ziņā bloķēti uz cue, instrumentālo kule (Poke) vai iekļūšanu pārtikas tvertnē (FT). Pusaudžu (Adol) un pieaugušo īpatsvars ...

Šaušanas ātruma mainīguma analīze tika aprēķināta kā Fano faktori (smailes skaitļu dispersija / vidējā vērtība), izmantojot 80 ms kustīgo logu 50 ms posmos. Katrai laika vienībai tika aprēķināta smailes skaitļa dispersija un vidējais smailes skaits. Regresijas atkarības un vidējās vērtības slīpums visām vienībām tika noteikts katrā loga posmā, nodrošinot Fano faktoru laika gaitu ap uzdevumu notikumiem. Lai noskaidrotu, vai Fano faktora pārmaiņas laika gaitā (un ar vecumu saistītās Fano faktoru atšķirības) bija saistītas ar vidējās apdedzināšanas ātruma izmaiņām, nevis dispersiju, mēs veicām Churchland un līdzstrādnieku izstrādāto vidējo atbilstības metodi.Churchland et al., 2010). Pirmajā analīzē mēs veicām vidējo saskaņošanu pusaudžu un pieaugušo vienībām. Šī metode noteica, ka vidējais uzliesmošanas ātruma sadalījums ir nemainīgs katrā laika punktā, nejauši un atkārtoti izmetot vienības. Fano faktora aprēķini katram laika punktam bija balstīti uz vidējo 10 iterāciju šajā procesā. Šī procedūra ir apstiprināta kā efektīva pieeja, lai izvairītos no artefaktiem, kas saistīti ar svārstību ātruma izmaiņām (Churchland et al., 2010). Bez tam tika veikta atsevišķa vidējo saskaņošanas analīze, kurā visbiežāk izmantotā vidējā kurināmā ātruma histogramma tika izmantota gan laikmetā vecuma grupā (kā iepriekš), gan arī starp vecuma grupām. Līdzīgu izejvielu un vidēji atbilstīgu Fano faktoru novērošana apstiprinātu, ka laika gaitā un ar vecumu saistītās Fano faktora atšķirības atspoguļo smailes laika mainīgumu un nebija tikai vidējās apdedzināšanas ātruma atšķirības. Pusaudžu un pieaugušo Fano faktori tika statistiski salīdzināti, izmantojot Matlab testus.

rezultāti

Vietējie lauku potenciāli

LFP elektrofizioloģiskā reģistrēšana, pasākums, kas, domājams, atspoguļo reģionālo afferentu aktivitāti, atklāja nedaudz līdzīgus modeļus pusaudžiem un pieaugušajiem, veicot lielu uzdevumu, un ievērojamas atšķirības spektrālajā jaudā uzreiz pēc ēdiena ievadīšanas, lai saņemtu pastiprinājumu (2a attēls). Tajā laikā pieaugušajiem bija lielāka alfa (8-12 Hz) un beta (13-30 Hz) jauda. Theta (4-7 Hz) un zema gamma (31-75 Hz) jauda bija līdzīga starp grupām, bet pusaudžiem bija lielāka augsta gamma (76-100 Hz) jauda nekā pieaugušajiem (Attēls 2b).

Skaitlis 2

Pusaudžu un pieaugušo OFC LFP sesiju laikā 3-6. A) LFP jaudas spektri pusaudžiem un pieaugušajiem logos ap galvenajiem uzdevumu notikumiem tika normalizēti līdz bāzes periodam (3 līdz 1 otrais pirms cue sākuma) katrai frekvencei. Normalizētais laiks ...

Fano faktoru analīze

Ar vecumu saistītās atšķirības tika novērotas svārstību svārstību svārstībās, kas saistītas ar konkrētiem uzdevumu notikumiem. Fano faktors, kas ir sakarības starp smailes skaitļa dispersiju un smailes skaita vidējo vērtību (Churchland et al. 2010), tika aprēķināts, lai pārbaudītu smailes laika dažādību izmēģinājumos (\ tSkaitlis 3). Pusaudžiem (8 žurkas 265 vienības) 4. – 184. Sesijas laikā (salīdzinājumi, kas veikti ar rangu summas testiem) 3. s sākotnējā periodā Z = 6, p <2, F 6.90 sekunžu logs tūlīt pēc izmēģinājuma sākuma signāla Z = 0.01, p <1, 5.48 sekunžu logā, kas centrēts ap instrumentālo reakciju Z = 0.01, p <1 un vienas sekundes laikā līdz pastiprinājuma iegūšanai Z = 3.12 , p <0.01 (Skaitlis 3). Tā kā Fano faktora aprēķini ir atkarīgi no loga izmēra un soļa, mēs mainījām šos parametrus laikā, kad ap instrumentālo kluču, lai pierādītu, ka, lai gan ir ietekmēts aprēķinu lielums un gludums, vispārējās laika un vecuma atšķirības saglabājas.Papildu attēls 2). Mēs veicām vidējo saskaņošanas tehniku ​​(Churchland et al. 2010) laika gaitā vidējā apdedzināšanas ātruma saglabāšana ir aptuveni nemainīga, lai laika sprāgstvielu izmaiņas nemainītu mūsu interpretāciju par Fano faktoru kā mainīguma mērvienību.Papildu attēls 3a). Līdzīgi izlīdzinājām sadedzināšanas likmju sadalījumu starp vecuma grupām (Papildu attēls 3b). Neapstrādāti Fano faktori bija ļoti līdzīgi tiem, kas aprēķināti ar vidējo saskaņošanas metodi, apstiprinot, ka novērotais Fano faktora laika kurss atspoguļo spailes laika atšķirības, neatkarīgi no vidējās degšanas ātruma dinamikas. Viens izņēmums tam bija pēc pastiprinājuma izguves, kad pieaugušajiem parādījās lielāki Fano faktori (Skaitlis 3). Šī starpība bija vismaz daļēji saistīta ar vidējās apdedzināšanas ātruma izmaiņām, jo ​​šajā periodā netika konstatēta statistiski nozīmīga Fano koeficientu atšķirība vidējā līmenī.Papildu attēls 3). Šie atklājumi liecina, ka galvenie notikumi samazina smailes laika mainību gan pusaudžiem, gan pieaugušajiem, un interesanti, ka pusaudžu OFC neironu smailes laiks parasti ir daudz mainīgāks nekā pieaugušajiem visā uzdevuma laikā. Tiek uzskatīts, ka stimulējošais Fano faktora samazinājums ir vispārējs kortikālās arhitektūras īpašums (Churchland et al. 2010). Tādējādi augstāki Fano faktori var liecināt par raksturīgu tendenci, ka pusaudžu OFC kontrolē smailes laiku, salīdzinot ar pieaugušajiem.

Skaitlis 3

Fano faktora analīze, salīdzinot pusaudžu un pieaugušo šaušanas ātruma mainīgumu. Fano faktors ir izmēģinājuma līdzsvara skaitļa dispersijas slīpums un vidējās vērtības rādītājs visām vienībām. Izmantojot bīdāmo logu, šis mainīguma novērtējums tika aprēķināts laika punktos ...

Vienības darbība

Vienas vienības neirālās aktivitātes analīze uzdevuma laikā atklāja būtiskas specifiskas atšķirības starp pusaudžiem un pieaugušajiem. Sesijas 1 laikā pirms darbības rezultātu asociāciju apgūšanas vienības darbība maz mainījās uz uzdevumu notikumiem nevienā grupā. Kad uzdevums bija labi apgūts (mācību sesijas 3-6), tomēr uzdevumu notikumi izraisīja konsekventus neironu darbības modeļus (Skaitlis 4). Katras vienības sākotnēji normalizētie šaušanas ātrumi, kas ir bloķēti laika uzdevumā, tiek parādīti 5a attēls, ilustrējot faziskās nervu darbības diapazonu un apjomu. Pieaugušajiem (4 žurkām, 184 vienībām), bet ne pusaudžiem (8 žurkām, 265 vienībām) vidējā aktivitāte tika samazināta līkumā un pirms instrumentālās reakcijas (Attēls 5b). Pēc reakcijas abu grupu normalizētā populācijas aktivitāte līdzīgi samazinājās, un pusaudžiem atsitās vairāk nekā pieaugušajiem. Apmēram pastiprinājuma laikā populācijas aktivitāte palielinājās, pieaugušajiem sasniedzot augstāku līmeni un zemāku līmeni nekā pusaudžiem. Maksimālais pusaudžu aktivitātes līmenis tika sasniegts ēdināšanas laikā; tajā brīdī vidējā pieaugušo aktivitāte bija daudz zemāka. Lai gan pārāk maz skaitļu, lai izdarītu spēcīgu secinājumu, pusaudžu (n = 8 vienības) un pieaugušo (n = 5 vienības) iespējamās ātrās plešas (FS) interneuroni uzrāda līdzīgu vispārējo darbības modeli ap interesējošiem notikumiem kā vienību vispārējo populāciju. sesiju laikā 3 - 6 (Papildu attēls 4) .Pieredzes un inhibējošās fāziskās aktivitātes proporcijas salīdzinājums ar uzdevumu notikumiem (Attēls 5c) parasti atklāja samazinātu inhibējošu reakciju un līdzīgas vai pastiprinātas eksitācijas reakcijas pusaudžiem. 1 seko pēc pieaugušajiem bija ievērojami lielāks inhibēto vienību īpatsvars nekā pusaudžiem ar salīdzināmu proporciju aktivēto vienību (Tabula 1). Pēc instrumentālās reakcijas, kad pusaudžiem un pieaugušajiem bija līdzīgs populācijas aktivitātes samazinājums, tika novērotas līdzīgas proporcijas aktivētām un inhibētām vienībām. Kustīgu logu klasifikācijas analīze, ko izmanto, lai vizualizētu nervu vervēšanas laika gaitu, parādīja, ka ap instrumentālo reakciju pieaugušo inhibētās vienības agrāk tika inhibētas un ilgstošākas nekā pusaudžiem (Attēls 5c). To apstiprina, pārbaudot inhibēto vienību proporcijas laika logos 0.5 s pirms un 1 - 1.5 s pēc instrumentālās reakcijas (Tabula 1). Lai gan pieaugušo aktivētās vienības, šķiet, tiek pieņemtas darbā arī pirms pusaudžu vecuma, šīs atšķirības nebija statistiski nozīmīgas. Aktivēto un inhibēto kategoriju vienības proporcijas būtiski atšķīrās ap pastiprinājumu: pieaugušajiem bija lielāka inhibēto vienību proporcija, pusaudžiem - aktīvo vienību proporcijas. Pēc 0.5 - 1 s pēc pastiprināšanas vienību kategorijās nebija ar vecumu saistītu atšķirību. Šie atklājumi parāda, ka, kaut arī līdzīga pusaudžu un pieaugušo vienību proporcija var aktivizēties vai kavēties dažādos laikos (piemēram, instrumentālā kule), daudzos uzdevumos pusaudžiem bija mazāka kavēto vienību proporcija.

Skaitlis 4

Vidējā sākotnējā normalizētā šaušanas likme + 1 sem (ēnojums) visiem pieaugušajiem un pusaudžiem, kas ir laika ziņā bloķēti uzdevumu notikumiem katrā no sešām sesijām. Visu pusaudžu vecuma vienību uzdevumu vidējais uzliesmošanas ātrums bija 4.66Hz un visas pieaugušo vienības bija 5.18Hz. ...

Skaitlis 5

Fāziskā OFC populācija un vienas vienības aktivitāte 3. – 6. Sesijas laikā. A) Siltuma diagrammas atspoguļo bāzes normalizēto šaušanas ātrumu katrai pusaudža (n = 265; augšējie parauglaukumi) un pieaugušo (n = 184; apakšējie parauglaukumi) vienībai. Katra rinda ir atsevišķas vienības darbība ...

diskusija

Gan populācijas, gan vienības līmeņos OFC pusaudžu rīcība apstrādāja atalgojuma motivētu uzvedību atšķirīgi nekā pieaugušajiem, un visredzamākā atšķirība bija mazāk izteikta pusaudžu neironu aktivitātes samazināšanās atalgojuma un citu svarīgu notikumu laikā. Pusaudžiem lielākajā daļā uzdevuma bija arī lielāks svārstību laiks. Stiprinājuma laikā papildus mazākam aktivitātes samazinājumam bija lielāks pusaudžu skaits, kas palielināja to aktivitāti, kā arī atšķirības alfa, beta un gamma LFP jaudā salīdzinājumā ar pieaugušajiem. Ir svarīgi, lai šīs vecuma izraisītās neironu apstrādes atšķirības tiktu novērotas, pat ja uzdevumu izpilde bija līdzīga, kas norāda, ka šādas atšķirības ne tikai atspoguļo uzvedības traucējumus (Schlaggar et al., 2002; Yurgelun-Todd, 2007). Pat ja papildu priekšmetu pievienošana atklātu uzvedības atšķirības agrīnā apmācībā, abi pusaudži un pieaugušie šo uzdevumu veica maksimālā līmenī no trešās sesijas. Mūsu elektrofizioloģijas analīzes bija vērstas uz šīm turpmākajām sesijām, kad abu grupu rīcība bija veiksmīga. Mēs izvēlējāmies uzvedības uzdevumu, kas, lai gan tas ir pietiekami vienkāršs, lai to varētu uzzināt īsā žurku pusaudžu periodā, varētu tikt uzskatīts par sarežģītākas motivētas uzvedības pamatelementu. Tādējādi šie atklājumi liecina, ka pat tad, kad pusaudži veic tādu pašu motivēto uzvedību kā pieaugušajiem, to nervu kodēšana pēc svarīgākajiem notikumiem un acīmredzamā apstrādes efektivitāte (kā tas attiecas uz smailes laika mainīgumu) būtiski atšķiras.

Pusaudžu neironiem bija tendence būt mazākai aktivitātei nekā pieaugušajiem svarīgu uzvedības notikumu, piemēram, izmēģinājuma sākumā, pirms instrumentālās reakcijas, un pirms un pēc atlīdzības. Šādas ar vecumu saistītas atšķirības varētu būt saistītas ar mazāku OFC neironu inhibīciju šajos laikos. Neironu inhibīcijai ir izšķiroša nozīme svārstīgo darbību sinhronizācijā (Fries et al., 2007; Cardin et al., 2009; Sohal et al., 2009), kontrolējot precīzu smailes laiku un uzlabojot neironu sakaru efektivitāti (Buzsaki un Chrobak, 1995). Šādas svārstības, ko mēra ar EEG un LFP, ir ritmiskas svārstības neironu uzbudināmībā, domājams, ka tās atspoguļo iekšējo šūnu un ķēdes īpašību mijiedarbību (Buzsaki un Draguhn, 2004), kas precizē smailes izejas laiku (Kartupeļi, 2005). Svārstību sinhronizācija var nodrošināt kanālu neironu grupu saziņai (Kartupeļi, 2005), un tā var būt centrālā nozīme uztveres saistīšanas un citos procesos (Uhlhaas et al., 2009b). Neironu sinhronizācijas pasākumi konkrētās frekvenču joslās korelē ar kognitīvo veiktspēju daudzos kontekstos (Basar et al., 2000; Hutcheon un Yarom, 2000) un samazinās vairākos patoloģiskos stāvokļos, piemēram, šizofrēnijā (\ tUhlaha un dziedātājs, 2010). Uhlhaas un kolēģi ir konstatējuši atšķirības ar uzdevumu saistītos EEG svārstībās starp pusaudžiem un pieaugušajiem (Uhlhaas et al., 2009a). Atbilstoši šiem konstatējumiem konstatējām mazāku alfa un beta spēka pieaugumu pusaudžu OFC pastiprinājuma laikā. Tiek uzskatīts, ka šīs frekvenču joslas ir svarīgas nervu komunikācijai garākos attālumos (Pfurtscheller et al., 2000; Brovelli et al., 2004; Klimesch et al., 2007), kas pusaudžiem varētu būt mazāk efektīva. Šī interpretācija saskan ar pētījumiem, kas liecina, ka funkcionālās savienojamības izmaiņas ir vietējās un vairāk izplatītas, attīstoties (Fair et al., 2009; Somerville un Casey, 2010).

Mēs arī novērojām ar vecumu saistītās atšķirības starp kurināmā ātruma mainīgumu izmēģinājumos, novērtējot, izmantojot Fano faktoru analīzi. Nesenais darbs ir parādījis, ka daudzos garozas reģionos neironu spikācijas aktivitāte ir stabilizēta ar stimuliem vai instrumentālu uzvedību, kas atspoguļojas samazinātajos Fano faktoros (Churchland et al., 2010). Patiešām, mēs novērojām, ka OFC, instrumentālā uzvedība, atlīdzības pieeja / paredzēšana un pastiprināšana (pieaugušajiem) izraisīja mūsu šaušanas ātruma mainīguma rādītāja samazināšanos. Lielākais variabilitātes samazinājums notika, jo žurkām tika veikta instrumentālā atbildes reakcija un periodā pirms pastiprinājuma. Ja faziskās neirālās aktivitātes laiks būtu mazāk kontrolēts, kā tas varētu būt pusaudžu OFC gadījumā, būtu sagaidāms lielāks svārstību līmenis. Pusaudžiem bija lielāki Fano faktori nekā pieaugušajiem, lielā mērā veicot uzdevumu, izņemot 1 periodu, kas sekoja tūlīt pēc barības ievadīšanas. Šie rezultāti liecina, ka pusaudžiem ir lielāka svārstību pakāpe, kas var liecināt par neironu kodēšanas efektivitātes samazināšanos. Tas nozīmē, ka lielāki Fano faktori norāda, ka pusaudžu OFC neironi kodē tos pašus galvenos notikumus ar lielāku mainīgumu, sākot no izmēģinājuma līdz izmēģinājumam, kas savukārt var nozīmēt zemākus signāla / trokšņa rādītājus attiecīgajā ātruma kodā, salīdzinot ar pieaugušajiem. Tas atbilst secinājumam, ka ar bērniem un pusaudžiem saistītie notikumu potenciāli ir zemāki signālu un trokšņu rādītāji nekā pieaugušajiem, kas varētu būt saistīts ar smadzeņu reģionu „individuālo nestabilitāti”, kas ražo šos signālus (Segalowitz et al., 2010). Tāpat kā neironu inhibīcija ir būtiska svārstību iespaidošanai, inhibējošie tīkli nodrošina precīzu laiku galveno šūnu uzspiešanai (Buzsaki un Chrobak, 1995). Tādējādi var pastāvēt savienojums starp pusaudžu vienību tendenci uzrādīt mazāk fazisku inhibīciju pret svarīgākajiem notikumiem un lielākām pusaudžu vienību svārstībām. Tomēr mums ir jāizsaka piesardzība, ka šāda saikne, visticamāk, nav tieša, jo lielāko Fano faktoru atšķirību laiks nebija arī lielāko fazisko inhibīciju atšķirību laiks.

Pusaudža vecumā notiek plašas neiroloģiskās attīstības izmaiņas. Šajā laika posmā samazinās pelēkās vielas un palielinās balto vielu saturs.Benes et al., 1994; Paus et al., 1999; Paus et al., 2001; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002; Sowell et al., 2003; Gogtay et al., 2004). Vairāku neiromodulatoru, piemēram, dopamīna, receptoriem pusaudžiem ir izteikts augstāks līmenis nekā PFC un bazālo gangliju pieaugušajiem.Gelbards et al., 1989; Lidow un Rakic, 1992; Teicher et al., 1995; Tarazi et al., 1999; Tarazi un Baldessarini, 2000). Anestēzētajās žurkās dopamīna neironu spontāna neirāla aktivitāte pusaudžiem ir lielāka nekā nepilngadīgajiem vai pieaugušajiem (McCutcheon un Marinelli, 2009). Cortical šķēlītēs dopamīna D2 receptoru agonista aktivitātes iedarbojas tikai vēlu pusaudža vecumā vai agrā pieaugušā vecumā, kad tiek novērota pēkšņa pāreja (Tsengs un O'Donels, 2007). NMDA receptoru ekspresija strauji uzliesmojošiem (FS) neironiem dramatiski mainās arī pusaudžu PFC. Lielākajai daļai pusaudžu FS interneuronu nav sinaptisku NMDA receptoru izraisītu strāvu. Tām šūnām, kurām tās ir, ir ievērojami samazināts NMDA: AMPA koeficients (Wang un Gao, 2009). Šie pētījumi liecina par būtiskām atšķirībām pusaudžu smadzeņu reģionu un raidītāju arhitektūrā un fizioloģijā, kas saistītas ar motivētu uzvedību un psihiskiem traucējumiem. Šis pētījums, kas, pēc mūsu zināšanām, ir pirmais, kas izmanto ekstracelulāro elektrofizioloģisko reģistrāciju nomodā, veicot pusaudžu dzīvniekus, veicina šo šūnu un molekulāro konstatējumu funkcionālo atbilstību, parādot, ka uzdevumu saistītā nervu darbība pusaudžiem būtībā ir atšķirīga svarīgāko notikumiem.

Cilvēka fMRI pētījumi ir atklājuši, ka pusaudži apstrādā atalgojumu un atalgojuma prognozēšanu atšķirīgi nekā pieaugušie plašākā reģionālā līmenī (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006; Geier et al., 2009; Van Leijenhorst et al., 2009). Pašreizējie dažu pusaudžu uzvedības neaizsargātības skaidrojumi ietver priekšstatu, ka PFC ir „nepietiekami attīstīta” attiecībā uz tās darbību un / vai tās funkcionālo savienojamību ar subkortikālo struktūru un to modulāciju (Ernst et al., 2006; Casey et al., 2008; Steinberg, 2008). Šajā pētījumā konstatēts, ka attīstības atšķirības ir novērojamas pat ļoti pamata atalgojuma motivētās uzvedības laikā, un tās fundamentāli izpaužas vienas vienības līmenī, samazinot tieksmi samazināt nervu darbību pusaudžu OFC lielākajā daļā, bet ne vissvarīgāko notikumu. Kaut arī nākotnes darbs ir nepieciešams, lai izveidotu šādu savienojumu, atšķirības vienas vienības līmenī inhibējošo reakciju proporcijās var būt dažu pusaudžu atšķirību avots, kas novērotas svārstību jaudas un smailes laika mainīguma ziņā. Sakarā ar to, cik svarīgi ir novērst precīzu tapas laiku noteikšanu, svārstību iespaidošanu un tādējādi veicināt neironu grupu efektīvu komunikāciju (Buzsaki un Chrobak, 1995; Fries et al., 2007), samazināts pusaudžu PFC inhibīcija atbilst novērojumiem, kas vērojami šajā pētījumā un citos pētījumos vērojamās vērienīgās atšķirības. Tomēr tendence, ka pusaudžiem ir mazāks vienības aktivitātes samazinājums ap nozīmīgākajiem notikumiem, var rasties zemāka eksitējošo afferentu aktivitātes samazināšanās, kā arī samazināta inhibīcija.

Mainītais kortikāta inhibējošais aktivitāte var ietekmēt uzvedības inhibīciju (\ tChudasama et al., 2003; Narayanan un Laubach, 2006) un ir saistīta ar dažiem patoloģiskiem stāvokļiem (Chamberlain et al., 2005; Lewis et al., 2005; Behrens un Sejnowski, 2009; Lewis, 2009). Piemēram, indivīdiem ar šizofrēniju ir samazināta GAD67 mRNS ekspresija, enzīms, kas iesaistīts inhibējošā neirotransmitera GABA sintēzē (Akbarian et al., 1995). Šizofrēnijas pacientiem arī ir samazinājies GABA membrānas transporteris (GAT-1) -imunoreaktīvās axon kārtridži PFC (Woo et al., 1998). Tas ir īpaši svarīgi pētījumiem pusaudžiem, jo ​​GAT-1 imunoreaktīvās kārtridži (kas arī ir imunoreaktīvi pret parvalbumīnu) pīķa tieši pirms pusaudža vecuma un pēc tam strauji samazinās, salīdzinot ar vēlāku pusaudžu vecumu (Cruz et al., 2003), tipisks šizofrēnijas sākuma laiks. Nākotnes darbs, kas nosaka precīzu ar vecumu saistītās faziskās aktivitātes avotu normālas attīstības laikā, var būt tieši saistīts ar psihisko slimību patofizioloģiju un simptomātisko laika gaitu, kas rodas pusaudža vecumā.

Papildmateriāls

Pateicības

Atsauces