Onvolwassenheden bij beloningsverwerking en de invloed ervan op remmende controle tijdens de adolescentie (2010)

Cereb Cortex. 2010 juli; 20 (7): 1613-29. doi: 10.1093 / cercor / bhp225. Epub 2009 Oct 29.

Geier CF, Terwilliger R, Teslovich T, Velanova K, Luna B.

Auteurs informatie

  • Laboratorium voor Neurocognitieve Ontwikkeling, Afdeling Psychiatrie en Psychologie, Centrum voor de Neurale Basis van Cognitie, Universiteit van Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15213, VS. [e-mail beveiligd]

Abstract

De aard van onvolwassen beloningsverwerking en de invloed van beloningen op basiselementen van cognitieve controle tijdens de adolescentie zijn momenteel niet goed begrepen. Hier, tijdens functionele magnetische resonantiebeeldvorming, voerden gezonde adolescenten en volwassenen een aangepaste antisaccadienst uit waarin manipulaties van proefondervindelijke beloningen werden gemanipuleerd. Het gebruik van een nieuw snel, event-gerelateerd ontwerp liet ontwikkelingsverschillen toe in hersenfunctie die ten grondslag liggen aan tijdelijk verschillende stadia van beloningsverwerking en responsremming die moeten worden beoordeeld. Beloningsonderzoeken vergeleken met neutrale studies resulteerden in snellere correcte remmende responsen in de loop van de tijd en in minder remmende fouten bij adolescenten. Tijdens beloningsonderzoeken was het bloedzuurstofniveau-afhankelijke signaal verzwakt in het ventrale striatum bij adolescenten tijdens cue-beoordeling en vervolgens overactief tijdens de responsvoorbereiding, wat beperkingen tijdens de adolescentie suggereert in beloningsbeoordeling en verhoogde reactiviteit in afwachting van beloning vergeleken met volwassenen. Belangrijk is dat verhoogde activiteit in de frontale cortex langs de precentrale sulcus ook werd waargenomen bij adolescenten tijdens de voorbereiding van de beloningstestreactie, wat een beloning-modulatie suggereert van de oculomotorische controlegebieden die de correcte remmende respons ondersteunen. Gezamenlijk karakteriseert dit werk specifieke onvolwassenheden in hersensystemen van adolescenten die de verwerking van beloningen ondersteunen en beschrijft het de invloed van beloning op remmende controle. Kortom, onze bevindingen suggereren mechanismen die ten grondslag kunnen liggen aan de kwetsbaarheid van adolescenten voor slechte besluitvorming en risicogedrag.

sleutelwoorden: adolescentie, antisaccade, fMRI, respons-inhibitie, beloning

Introductie

Negatieve resultaten geassocieerd met riskant of roekeloos gedrag dragen in belangrijke mate bij aan de sterke toename (~200%) van de morbiditeits- en mortaliteitscijfers die tijdens de adolescentie werden waargenomen (Arnett 1992; Speer 2000; Dahl 2004). Risicobereidheid kan worden gedefinieerd als boeiend, vaak impulsief, in gedragingen die hoog zijn in subjectieve wenselijkheid of opwinding maar die het individu blootstellen aan mogelijke schade of verlies (bijvoorbeeld extreem snel rijden en betrokken zijn bij onbeschermde seks) (Irwin 1990). De neiging van adolescenten om risico's te nemen biedt overtuigend gedragsmatig bewijs voor onrijpheden in de besluitvorming. Ons begrip van de neurale basis van het nemen van risico's blijft echter beperkt. Hoewel wordt verwacht dat meerdere functionele circuits bijdragen aan het nemen van gedragsrisico's, zijn 2 waarschijnlijk primaire systemen beloning en remmende controle (Steinberg 2004). Onvolwassen detectie en beoordeling van beloningen in combinatie met beperkingen in endogene impulscontrole zou kunnen resulteren in gebrekkige besluitvorming die dan de weg kan bereiden om risico's te nemen. Om de neurale basis van risicovol gedrag te informeren, vergelijken we in dit artikel de verwerking van beloningen en de effecten ervan op remmende controle bij adolescenten in vergelijking met volwassenen..

Een uitgebreide literatuur schetst de neurale circuits die de verwerking van beloning bij volwassen volwassenen ondersteunen (Schultz 2000; Breiter et al. 2001; O'Doherty et al. 2001; Roesch en Olson 2004; Hikosaka et al. 2006). In het bijzonder zijn de orbitofrontale cortex (OFC), dorsale en ventrale striatum (VS) en mediale prefrontale cortex (PFC) als belangrijkste componenten geïdentificeerd (Schultz 2000; McClure et al. 2004). Belangrijk is dat de temporele resolutie van enkelvoudige en event-gerelateerde functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) studies heeft aangetoond dat beloningsverwerking geen monolithische functie is, maar eerder een dynamische reeks onderling gerelateerde berekeningen. Verschillende signalen die eerder hebben plaatsgevonden ("anticiperende" signalen) en na beloningstoediening ("consumerende" signalen) zijn geïdentificeerd (Schultz 2000; Hare et al. 2008). Anticiperende signalen zijn geassocieerd met de initiële detectie en bepaling van de valentie van beloningsvoorspellende signalen, evenals met de beoordeling van de verwachte waarde van een toekomstige beloning (Knutson et al. 2001; O'Doherty et al. 2002). Consumptiesignalen omvatten die gerelateerd aan de omvang van de ontvangen beloning (Delgado et al. 2000, 2003; Rollen 2000; O'Doherty et al. 2001) en of de ontvangen beloning al dan niet overeenkwam met voorspellingen ("voorspellingsfout" -signalen) (Schultz 2000; Schultz et al. 2000).

Relatief gezien blijft ons begrip van de ontwikkeling van beloningsverwerking door de adolescentie vrij beperkt. Anatomische studies tonen aan dat primaire beloningsregio's persistente onrijpheid vertonen doorheen de adolescentie, inclusief aanhoudende verdunning van grijze massa in basale ganglia en OFC (Giedd et al. 1996; Sowell et al. 1999; Gogtay et al. 2004; Toga et al. 2006), die gedeeltelijk te wijten zijn aan het verlies van zwakke of ongebruikte synapsen via synaptisch snoeien (Gogtay et al. 2004). Tijdens de adolescentie kan een toegenomen aantal ondergespecificeerde synapsen leiden tot beperkingen in de identificatie van beloningaanwijzingen en waardeaanduidingen ten opzichte van volwassenen. Parallel aan synaptisch snoeien neemt de myelinisatie tijdens de ontwikkeling lineair toe (Yakovlev en Lecours 1967). Myelinisatie verbetert de efficiëntie van informatieverwerking door de snelheid en betrouwbaarheid van distale neuronale transmissie te vergroten, wat de functionele integratie van de wijdverspreide hersencircuits bevordert die cruciaal zijn voor het ontstaan ​​van complex hoger orde gedrag (Goldman-Rakic ​​et al. 1992; Luna en Sweeney 2004). Een vergelijkende ondermyelinisatie van het brein van de adolescent zou kunnen bijdragen aan een beperkt vermogen om beloningssignalen efficiënt te integreren met efferente motorsystemen die nodig zijn voor gemotiveerd gedrag (Roesch en Olson 2003, 2004).

Samen met de persistente microstructurele rijping wijzen convergerende gegevens van menselijke en dierlijke modellen erop dat dopamine (DA) neurotransmissie in striatale en corticale systemen tijdens de adolescentie blijft rijpen. (Speer 2000; Andersen 2003; Crews et al. 2007). D1- en D2-receptorniveaus en binding in rattenstriatum zijn bijvoorbeeld groter tijdens de adolescentie in vergelijking met volwassenheid (Seeman et al. 1987). De dichtheid van DA-transporters, die functioneren om DA uit de synaps te verwijderen, piekt tijdens de adolescentie in het striatum (Meng et al. 1999). Bovendien neemt de DA-input voor PFC in de adolescentie toe (Kalsbeek et al. 1988; Rosenberg en Lewis 1994, 1995; Speer 2000), en bewijs suggereert een relatieve verschuiving van mesolimbische naar mesocorticale DA-systemen tijdens de vroege adolescentie (Speer 2000). In termen van beloningsverwerking zouden verhogingen van adolescent DA-niveaus in striatum en PFC in combinatie met grotere DA-transporters kunnen bijdragen aan een verhoogde maar tijdelijk beperkte gevoeligheid voor beloningen, zoals voorgesteld in een model van attention deficit hyperactivity disorder (Castellanos en Tannock 2002).

In overeenstemming met structurele gegevens wijzen initiële ontwikkelingsfMRI-onderzoeken op functionele onrijpheid in beloningsgerelateerde hersensystemen tijdens de adolescentie (Bjork et al. 2004, 2007; May et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Guyer et al. 2006; van Leijenhorst et al. 2006, 2009; Eshel et al. 2007). Hoewel er is aangetoond dat adolescenten een beloningscircuit aanwerven dat vergelijkbaar is met volwassenen (May et al. 2004), is de gerichtheid van onvolwassen reacties nog niet volledig gekarakteriseerd in primaire regio's. Er is bewijs gevonden voor adolescente 'onder'-activiteit tijdens anticiperende verwerking in de VS en tijdens probabilistische besluitvorming in OFC en mesiale PFC (Bjork et al. 2004, 2007; Eshel et al. 2007), maar "over" activiteit in VS tijdens de verwerking van de bon (voor consumptie) (Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006). Verschillende temporele fasen van beloningsverwerking (anticiperend versus consumerend) kunnen dus verschillende ontwikkelingsroutes hebben, een belangrijke overweging voor theoretische modellen die het adolescente beloningssysteem in grote lijnen karakteriseren als hyperactief (Chambers et al. 2003; Ernst et al. 2006) of hypoactief (Speer 2000), ten opzichte van volwassenen.

Parallel aan de voortdurende rijping van beloningsverwerking, blijven verfijningen in remmende controle ook gedurende de adolescentie (Paus et al. 1990; Levin et al. 1991; Ridderinkhof et al. 1999; Ridderinkhof en van der Molen 1997; Williams et al. 1999; Bunge et al. 2002; Luna et al. 2004; Liston et al. 2006). Vrijwillige reactie-inhibitie verwijst naar het cognitieve vermogen om een ​​prepotente reactie te stoppen ten gunste van doelgerichte actie en is een basiscomponent van de besluitvorming (Curtis en D'Esposito 2003; Luna et al. 2004; Ridderinkhof, van den Wildenberg, et al. 2004; Curtis en D'Esposito 2008). Gedragswerk vanuit ons laboratorium en anderen met behulp van de taak antisaccade (AS) (Hallett 1978), waarin proefpersonen de sterke drang tot saccade naar een plotseling optredend perifeer doelwit moeten remmen en in plaats daarvan naar de spiegellocatie moeten kijken, geeft aan dat volwassenachtige niveaus van responsinhibitie zich stabiliseren in de midden- tot laat-adolescentie (Fischer et al. 1997; Munoz et al. 1998; Klein en Foerster 2001; Luna et al. 2004). De neurale circuits die de AS-taakprestaties ondersteunen, tonen aanhoudende onrijmatigheden gedurende de adolescentie, inclusief verminderde activering in het frontale oogveld (FEF) en een toegenomen afhankelijkheid van laterale prefrontale systemen ten opzichte van volwassenen (Luna et al. 2001, 2004; Velanova et al. 2008). Deze gegevens ondersteunen een aantal andere studies die aangeven dat de ontwikkeling van schakelingen die remmende controle ondersteunen, langdurig is (Casey et al. 1997; Rubia et al. 2000; Luna et al. 2001; Adleman et al. 2002; Bunge et al. 2002; Tamm et al. 2002; Durston et al. 2006; Marsh et al. 2006; Rubia et al. 2006, 2007; Velanova et al. 2008).

Een vollediger begrip van de beperkingen die te zien zijn in de besluitvorming en risicovol gedrag van adolescenten kan worden bereikt door de rijping van beloningsverwerking te karakteriseren, samen met de invloed van beloningen op remmende controle. Tot op heden hebben slechts een handvol gedragsstudies de interactie van deze systemen onderzocht met behulp van gewijzigde AS-taken met voorwaardelijke monetaire beloningsvoorwaardelijke gebeurtenissen (Duka en Lupp 1997; Blaukopf en DiGirolamo 2006; Jazbec et al. 2006; Hardin et al. 2007). Enerzijds is aangetoond dat het toevoegen van een beloningsvoorwaarde het aantal door adolescenten en volwassenen gegenereerde remmende fouten vermindert, wat suggereert dat ten minste tijdens de adolescentie basisroutes worden vastgesteld tussen beloningsgerelateerde regio's en oculomotorische controlegerelateerde regio's. Aan de andere kant hebben beloningen een verschillende invloed op andere saccade-metrieken (bijvoorbeeld snelheid en latentie) tijdens de ontwikkeling (Jazbec et al. 2006; Hardin et al. 2007). De ontwikkelingsverschillen in de neurale circuits die de prestaties van de AS-taak met beloning ondersteunen, zijn echter nog niet in de literatuur gekarakteriseerd.

We wilden ontwikkelingsverschillen in beloningverwerking en effecten van beloning op responsremming bij gezonde adolescenten en volwassenen karakteriseren. We merken op dat het onderzoeken van de interactie tussen deze 2-modelsystemen een eerste stap moet zijn in de richting van het karakteriseren van het complexere fenomeen van het nemen van risico's. Kritiek is dat we een nieuwe reeks methoden gebruiken, waaronder een monetair, door stimulansen gemedieerd, AS-paradigma dat wordt gepresenteerd in een snel, gebeurtenisgerelateerd fMRI-ontwerp met gedeeltelijke "catch" -onderzoeken (Ollinger, Shulman en Corbetta 2001) die ons in staat stelt om bloedzuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) activiteit geassocieerd met componenten voor beloningverwerking die eerder in de literatuur werden geïdentificeerd, afzonderlijk te karakteriseren en afzonderlijk te karakteriseren (Schultz 2000). Deze componenten bevatten identificatie van reward-cue (Schultz 2000), anticiperend op het reageren op een beloning (Bjork et al. 2004), en reactie / feedback (Ernst et al. 2006), die elk verschillende ontwikkelingsroutes kunnen hebben. Deze benadering is bijzonder uniek omdat we 2-componenten van anticiperende verwerking onderzoeken - initiële cue-beoordeling en latere responsvoorbereiding / -verwachtingen. Bovendien wilden we tegelijkertijd de effecten van beloningscondities op gedistribueerde oculomotorische controlegebieden (bijv. Vermeende corticale oogvelden), waarvan bekend is dat ze kritisch zijn voor AS-taakprestaties, karakteriseren (Munoz en Everling 2004).

In overeenstemming met eerdere gedragsrapporten voorspelden we dat volwassenen en adolescenten minder remmende fouten zouden genereren op beloning in vergelijking met neutrale AS-onderzoeken (Jazbec et al. 2006; Hardin et al. 2007). Tijdens belonings versus neutrale onderzoeken, hypothetiseerden we dat beide leeftijdsgroepen verhoogde activiteit in hersenregio's zouden vertonen die beloning-cue detectie (bijv. VS) en waardeaanduidingen (bijv. VS en OFC) zouden ondersteunen. Verder stelden we de hypothese vast dat de correcte AS-prestaties op beloonde trials zouden worden ondersteund door verhoogde activiteit in de oculomotorische controleschakeling, met name in de buurt van de superieure precentral sulcus (SPS; vermeende menselijke homoloog van FEF), waarvan bekend is dat het de correcte AS-prestaties ondersteunt. Verbeterde activiteit in FEF-fixatie-neuronen tijdens de voorbereidende periode van AS-onderzoeken is van cruciaal belang gebleken voor het vermogen om foutieve reacties te remmen (Connolly et al. 2002; Curtis en D'Esposito 2003; Munoz en Everling 2004). Gegeven bewijs voor suboptimale AS-prestaties en onrijpheid bij beloningsverwerking in de adolescentie, stelden we voor dat adolescenten een meer uitgesproken effect van beloningsmodulatie van oculomotorische regio's en gedragsprestaties zouden vertonen. Ten slotte, op basis van eerdere bevindingen, stelden we ook de hypothese voor dat adolescenten hypoactiviteit zouden vertonen tijdens beloningsverwachtingen (Bjork et al. 2004, 2007; Eshel et al. 2007) en hyperactiviteit tijdens consumptieverwerking (Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006).

Materialen en methoden

Deelnemers

Achtendertig gezonde proefpersonen (22-adolescenten en 16-volwassenen) werden aanvankelijk gerekruteerd voor deze studie. Beeldvormingsgegevens van 4-adolescenten werden uitgesloten van analyses vanwege te grote beweging van de kop in de scanner. De overige 34-onderwerpen (18-adolescenten [leeftijd 13-17 jaren, M = 15.3 {± 1.5}, 8-vrouwen] en 16 jongvolwassenen [leeftijd 18-30 jaar, M = 21.7 {± 2.9}, 10-vrouwen]) voldeden aan de volgende inclusiecriteria: Allen hadden een verre gezichtsscherpte van ten minste 20 / 40 (gecorrigeerd of niet-gecorrigeerd) en medische geschiedenissen waaruit geen neurologische ziekte, hersenletsel of ernstige psychische aandoening in het onderwerp of de eerste graad verwanten bepaald door interview. Leeftijdscategorieën voor elke groep werden geselecteerd op basis van eerder werk, met vermelding van verschillende gedragsprestatieniveaus voor de AS-taak (Luna et al. 2004; Scherf et al. 2006). Deelnemers en / of hun wettelijke voogden hebben geïnformeerde toestemming of toestemming gegeven voordat ze aan dit onderzoek deelnamen. Experimentele procedures voor dit onderzoek voldeden aan de Code of Ethics van de World Medical Association (1964 Declaration of Helsinki) en de Institutional Review Board aan de Universiteit van Pittsburgh. Onderwerpen werden betaald voor hun deelname aan het onderzoek.

Als AS Task beloond

Op elke AS-proef werden proefpersonen in eerste instantie gepresenteerd met 1ne van 2 stimulusindicerende signalen (1.5 s) (Fig 1). Een ring met groene dollarrekeningen ($), elk ongeveer 1 ° onder een visuele hoek, rondom een ​​centraal wit fixatiekruis, gaf aan dat het onderwerp geld zou winnen als ze het komende onderzoek correct uitvoerden. Een ring met even grote, isoluminant van blauwe pond-tekens (#) gaf aan dat er geen geld op het spel stond. Aan proefpersonen werd niet precies verteld hoeveel geld er verdiend kon worden bij elke proef om te voorkomen dat ze een goed beeld van hun prestaties en boeiende werkgeheugensystemen bijhielden. Aan proefpersonen werd echter voorafgaand aan de taak verteld dat ze konden oplopen tot een extra $ 25 afhankelijk van hun prestaties en dat er geen schuld zou worden opgebouwd (dwz dat onderwerpen geen geld konden betalen). Vervolgens verdween de stimulatiering en veranderde de centrale fixatiekruising van wit in rood (1.5 s), wat aangeeft dat de persoon zich zou moeten voorbereiden om een ​​reactie te remmen. Ten slotte verscheen een perifere stimulus (gele stip) (75 m) op een onvoorspelbare horizontale locatie (± 3 °, 6 ° en 9 ° visuele hoek). Proefpersonen werden geïnstrueerd om niet naar de stimulus te kijken wanneer deze verscheen, maar richtten hun ogen in plaats daarvan naar de spiegellocatie gedurende deze tijd (1475 ms).

Figuur 1. 

Afbeelding van de monetaire stimulans als taak. Een ring met groene dollarrekeningen gaf aan dat de proefpersoon geld kon winnen als hij de aanstaande proef (beloningstoestand) correct uitvoerde. Een ring van blauwe pond-tekens gaf aan dat er geen geld was ...

Om een ​​unieke schatting te maken van de hemodynamische reactie die werd opgeroepen tijdens elk proefperiode, omvatte ons experimentele ontwerp ongeveer 30% gedeeltelijke vangstonderzoeken, willekeurig ingevoegd, samen met onregelmatige intertriale intervallen (Ollinger, Corbetta en Shulman 2001; Ollinger, Shulman en Corbetta 2001). De opname van deze elementen zorgde ervoor dat er een voldoende aantal onafhankelijke lineaire vergelijkingen was om de BOLD-reactie die is gekoppeld aan de signalen-, responsvoorbereiding- en saccade-responsperioden tijdens deconvolutie afzonderlijk te schatten. Dit is een kwantitatief gevalideerde benadering voor het schatten van componenten binnen een proef (Ollinger, Corbetta en Shulman 2001; Ollinger, Shulman en Corbetta 2001; Goghari en MacDonald 2008), en het is eerder in de literatuur vermeld (Shulman et al. 1999; Corbetta et al. 2000; Wheeler et al. 2005; Brown et al. 2006). De 30% catch rate van proefpersonen minimaliseerde de anticipatie van proefpersonen op een gedeeltelijke test, terwijl een voldoende lange frequentie van 'hele' trials werd gehandhaafd om een ​​goede inschatting van de BOLD-respons mogelijk te maken. Twee vangproefvarianten werden gedurende elke run gepresenteerd en bestonden uit de proef die na 1 afliep) de responsvoorbereidingsperiode (rode fixatie) (dwz er werd geen perifere keu voor de motorrespons getoond) of 2) de stimuluskeubeelden (cirkels van "$" Of "#") (dwz rode fixatie en perifere keu werden niet getoond). Het is belangrijk op te merken dat de proefpersonen niet wisten welke proeven gedeeltelijke vangstonderzoeken zouden zijn en die volledige proeven waren totdat de gedeeltelijke proeven werden beëindigd omdat de initiële gedeeltelijke proefcomponenten (richtsnoer, voorbereidende fixatie) exact werden gepresenteerd als in volledige onderzoeken. Vóór de beeldvorming werd de proefpersonen verteld dat sommige proeven onvolledig zouden zijn en dat ze gewoon door zouden gaan met de volgende test, zoals aangegeven. De intertriële fixatieperiode was bezaaid tussen intervallen van 1.5, 3 of 4.5 s (uniform verdeeld) en bestond uit onderwerpen die eenvoudig een centraal wit kruis op een zwarte achtergrond fixeerden. In elke run voltooiden 14 beloningsonderzoeken, 6 gedeeltelijke beloningscontroleproeven (3 van elke variant), 14 complete neutrale proeven en 6 gedeeltelijke neutrale vangstonderzoeken (3 van elke variant) werden in willekeurige volgorde gepresenteerd. Elke run was 5 min 9 s in duur. Vier runs werden gepresenteerd per experimentele sessie, voor een totaal van 56 complete beloningsonderzoeken en 56 complete neutrale proeven.

Oog volgen

Onderwerpen werden voor het eerst getest in ons gedragslaboratorium in 1-week voorafgaand aan het scannen om te bevestigen dat ze het begrepen en in staat waren om de taak uit te voeren zoals beschreven. In de MR-scanomgeving werden oogbewegingen verkregen met een oogheelkundig optieksysteem voor de lange afstand (Model 504LRO, Applied Science Laboratories, Bedford, MA) dat de oogpositie registreerde door pupil / hoornvliesreflectie verkregen door een op de kopspoel gemonteerde spiegel met een resolutie van 0.5 ° van gezichtshoek. Gelijktijdige videomonitoring werd ook gebruikt om taakcompliance te garanderen. Aan het begin van de experimentele sessie en tussen runs indien nodig, werd een 9-punt kalibratieprocedure uitgevoerd. Stimuli werden gepresenteerd met behulp van E-Prime (Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, PA), geprojecteerd op een vlak scherm achter de magneet. Onderwerpen bekeken het scherm met behulp van een spiegel gemonteerd op een standaard radiofrequente kop spoel. Ooggegevens werden off-line beoordeeld met behulp van ILAB-software (Gitelman 2002) en een in-house scoringsuite geschreven in MATLAB (MathWorks, Inc.) op een Dell Dimension 8300 pc. Variabelen van interesse omvatten correcte en onjuiste AS-latenties en correcte AS-responsratio (1 minus het aantal remmende mislukkingen / totaal aantal scorable trials) op beloonde en neutrale trials. Een correcte reactie in de AS-taak was er een waarin de eerste oogbeweging tijdens de saccade-responsieperiode met een snelheid groter dan of gelijk aan 30 ° / s (Gitelman 2002) werd gemaakt in de richting van de spiegellocatie van de perifere keu en verlengd tot voorbij een centrale fixatiezone van 2.5 ° / visuele hoek. Oogbewegingen bij gedeeltelijke vangproeven waren zeldzaam, gezien het feit dat proefpersonen nooit naar een specifieke locatie werden gescoord en niet werden gescoord. AS-fouten (ook wel prosaccade-fouten genoemd) traden op toen de eerste saccade tijdens het saccade-respons-tijdperk gericht was op de plotseling optredende perifere stimulus en de centrale fixatiezone van 2.5 ° / visuele hoek overschreed. Proeven waarbij geen oogbewegingen werden gegenereerd (<1% van de onderzoeken) werden uitgesloten van verdere analyses.

fMRI-acquisitie en voorverwerking

Beeldvormingsgegevens werden verzameld met behulp van een 3.0-T Siemens Allegra-scanner in het Brain Imaging Research Center, Universiteit van Pittsburgh, Pittsburgh, PA. Een gradiëntecho-vlakke beeldvormingssequentie gevoelig voor BOLD-contrast (T2 *) werd uitgevoerd (Kwong et al. 1992; Ogawa et al. 1992). De acquisitieparameters waren tijdherhaling, TR = 1.5 s; tijd echo = 25 ms; kantelhoek = 70 °; enkel schot; vol k-ruimte; 64 × 64-acquisitiematrix met gezichtsveld = 20 × 20 cm. Negenentwintig 4-mm-dikke axiale plakjes zonder opening werden verzameld, uitgelijnd met de voorste en achterste commissuur (AC-PC-lijn), waarbij 3.125 × 3.125 × 4 mm voxels werden gegenereerd, die de gehele cortex en het grootste deel van de kleine hersenen bedekten. Een 3D volumemagnetisatie bereid met een snelle acquisitie gradiënt-echo (MP-RAGE) pulssequentie met 192 plakjes (1-mm plakdikte) werd gebruikt om structurele beelden te verkrijgen in het sagittale vlak.

Functionele afbeeldingen werden eerst voorbewerkt met FMRIB-softwarebibliotheek (Smith et al. 2004). Slice-timing correctie werd uitgevoerd om in te stellen voor verweven plakacquisitie. Rotaties en translatie-hoofdbewegingsschattingen werden berekend en beelden werden gecorrigeerd door elk volume in de tijdreeks uit te lijnen met het volume dat halverwege de acquisitie werd verkregen. Voor elk onderwerp werden translatie- en rotatiebewegingen gemiddeld over afbeeldingen en gebruikt om totale kwadratische vierkante verplaatsingsmetingen te berekenen. Onderwerpen die meer dan 1 mm (translationeel) of 1 ° (rotatie) bewogen, werden uitgesloten van latere analyses. Vier adolescenten werden uitgesloten op basis van deze criteria.

Structurele afbeeldingen (MP-RAGE) werden affiniaal geregistreerd voor functionele afbeeldingen en getransformeerd naar dezelfde afmetingen met behulp van het FLIRT-hulpprogramma dat beschikbaar is in FSL (Jenkinson en Smith 2001). Hersenextractie werd uitgevoerd met behulp van de hersenextractie-tool in FSL (Smith 2002). Functionele afbeeldingen werden ruimtelijk geëffend met een 5-mm volledige breedte op de helft van de maximale kern en onderworpen aan hoogdoorlaatbare tijdelijke filtering (sigma = 37.5 s) om de driftfrequentie van de scanner te verwijderen. Ten slotte werd de signaalintensiteit voor elke reeks geschaald tot een gemiddelde van 100 en werden meerdere runs aaneengeschakeld.

Analyse van functionele neuro-afbeeldingen (Cox 1996) werd gebruikt voor individuele subjectdeconvolutie evenals statistische groepsanalyses. Deconvolutiemethoden volgden de stappen die werden afgebakend in Ward (2002). Kort gezegd bestond ons model uit 6 orthogonale regressoren van belang (beloning cue, neutrale cue, beloning voorbereiding, neutrale voorbereiding, beloning saccade reactie, neutrale saccade reactie; "alleen correcte AS-proeven"). We hebben ook regressoren opgenomen voor belonings- en neutrale fouttests (die bestaan ​​uit de volledige proef), regressoren voor baseline, lineaire en niet-lineaire trends, evenals bewegingsparameters van 6 als "hinderlijke" regressoren. Een unieke geschatte impulsresponsiefunctie (IRF, dwz hemodynamische responsfunctie) voor elke regressor van belang (beloning en neutraal signaal, voorbereiding en saccade; alleen "correcte AS-proeven") werd bepaald door een gewogen lineaire som van 5 sinusbasisfuncties vermenigvuldigd met een door de gegevens bepaald kleinste-kwadraten-geschatte bètagewicht. De geschatte IRF geeft de geschatte BOLD-reactie op een type stimulus weer (bijvoorbeeld de beloning-cue) na controle voor variaties in het VERARMD-signaal vanwege andere regressors. We specificeerden de duur van de geschatte respons van het begin van de stimulus (tijd = 0) tot het poststimulus begin van 18 (13 TR), een voldoende duur voor de geschatte VET-reactie om terug te keren naar de basislijn, voor elk afzonderlijk tijdvak van de studie. We hebben geen aannames gedaan over de specifieke vorm ervan, meer dan het gebruik van nul als startpunt. Verschillende goedheid-van-fit statistieken werden berekend inclusief partiële F-statistieken voor elke regressor en t-scores vergelijken van elk van de geschatte betongewichten van 5 met nul. Na de deconvolutie werden statistische beelden omgezet in Talairach-ruimte (Talairach en Tournoux 1988).

Analyse op groepsniveau

Anatomical Regions of Interest (ROIs)

Onze analyses waren gericht op functioneel gedefinieerde clusters geïdentificeerd binnen de grenzen van verschillende anatomische ROI's a priori (Curtis en Connolly 2008) eerder geïdentificeerd als dienen in verschillende aspecten van beloningverwerking of oculomotorische controle. Vermeende aan de beloning gerelateerde anatomische ROI in deze studie omvatte de VS (inclusief nucleus accumbens), OFC en ventrale mediale PFC (VMPFC). We definieerden de grenzen van de anatomische beloningsgerelateerde ROI die in deze studie werd gebruikt als volgt: de VS (Breiter et al. 1997; Breiter en Rosen 1999; Bjork et al. 2004; Voorn et al. 2004) werd geacht dorsaal te zijn begrensd door een lijn die zich zijdelings uitstrekte van de ventrale punt van de laterale ventrikel naar de interne capsule, de laterale en anterior grens was de ventrale mediale overgang van de caudate en putamen, en de posterieure grens werd beschouwd als zijnde de voorste commissuur. De OFC omvatte de orbitale gyrus en rectus gyrus, inclusief BA 10, 11 en 47 (Kringelbach en Rolls 2004). Lateraal werd de OFC begrensd door de inferieure frontale sulcus en op het mediale oppervlak door de superieure rostrale sulcus. De VMPFC verwees naar de cortex dorsaal naar de superieure rostrale sulcus op het mediale oppervlak van de hersenen, voorste en ventrale (subcallosale gebied) naar het genu van het corpus callosum, voornamelijk inclusief posterieure / mediale BA 10 en 32 (Knutson et al. 2003; Blair et al. 2006). De VMPFC omvatte de rostrale cortex anterior cingulate.

Vermeende oculomotorische controle ROI omvatte gebieden langs de superieure en inferieure precentrale sulcus (respectievelijk sPCS en iPCS) en paracentral sulcus (paraCS), evenals cingulate cortex (BA 24, 32), inclusief dorsale en caudale anterieure cingulate, intrapariëtale sulcus (IPS) ), putamen en dorsolateral PFC (DLPFC, inclusief BA 9, 46) (Sweeney et al. 1996; Grosbras et al. 1999; Liddle et al. 2001; Luna et al. 2001; Connolly et al. 2002; Munoz en Everling 2004; Ridderinkhof, Ullsperger, et al. 2004; Pierrot-Deseilligny et al. 2005; Brown et al. 2006; Hikosaka et al. 2006; Curtis en Connolly 2008). De menselijke precentrale sulcus bestaat vaak uit 2-delen, de superieure en lagere precentrale sulci, gescheiden door een dwarsverbinding tussen de precentrale en intermediaire frontale gyri (Ono et al. 1990). De paraCS werd gedefinieerd als de sulcus anterior van de centrale lobulus langs het dorsale mediale oppervlak van de hersenen (Ono et al. 1990). De IPS werd gedefinieerd als de sulcus die de superieure en inferieure pariëtale lobben (IPL) verdeelt.

Tot slot, hoewel het in de literatuur goed bekend is dat er in verschillende vasculaire territoria geen verschillen zijn in de functie van hemodynamische respons (HDR) van kind tot volwassene (Kang et al. 2003; Wenger et al. 2004; Brown et al. 2005), omvatten we de visuele cortex (BA 17, 18) als een extra controlegebied om verder aan te tonen dat adolescenten tijdcursussen genereren die gelijkwaardig zijn aan volwassenen.

Time Course Analyses

Geschatte IRF-waarden verkregen uit de deconvolutieanalyse van elke proefpersoon werden ingevoerd in een omnibus voxelwise-variantieanalyse (ANOVA) met tijd (0 tot 12 TR), type incentive (beloning, neutraal) en leeftijdsgroep (adolescent, volwassene) als vaste factoren en onderwerpen als de willekeurige factor. Deconvolutiemethoden voor ons taakontwerp, waarbij verschillende stadia van een proef worden geïdentificeerd, genereren geschatte IRF's. De IRF weerspiegelt de geschatte BOLD-respons op een type stimulus (bijv. De beloningskeu) na controle voor variaties in het BOLD-signaal als gevolg van andere regressoren. De gemiddelde IRF-grafieken (hieronder ook wel het gemiddelde geschatte tijdsverloop genoemd) tonen de gemiddelde (over de proefpersonen heen) geschatte BOLD-respons vanaf het begin van de stimulus (tijd = 0) tot 18 seconden na het begin van de stimulus. De duur van 18 seconden, een parameter die we hebben gespecificeerd in ons deconvolutiemodel, is een geschikte duur voor een typische hemodynamische respons die wordt opgeroepen door een stimulus van korte duur om terug te keren naar de basislijn.

Afzonderlijke ANOVA's werden voor elke proefperiode uitgevoerd, resulterend in "cue", "responsvoorbereiding" en "saccade-reactie" groepsbeelden (hoofdeffect van tijdafbeeldingen). Het "main effect of time" -afbeelding toont regio's die significant zijn gemoduleerd in de tijd (0-12 TR) ten opzichte van de basislijn samengevouwen over onderwerpen en omstandigheden, en daarom het basisschema afbeeldden dat in onze studie werd gerekruteerd. Statistische kaarten (Fig 3) werden over het anatomische beeld van een representatief onderwerp gelegd. Voor 3D corticale oppervlakte-afbeeldingen (Fig. 44-6), projecteerden we foci uit regio's die leeftijd- en / of stimuleringsgerelateerde effecten op het oppervlak van de menselijke PALS-atlas tonen met behulp van Caret-software (versie 5.51) (Van Essen et al. 2001; Van Essen 2002).

Figuur 3. 

"Belangrijkste effect van tijd" -activeringskaarten voor incentive-cue (ring van dollartekens of pondtekens), responsvoorbereiding (rode fixatie) en saccadereactie (perifere flits), samengevouwen over incentivetype en leeftijdsgroep. Afbeeldingsdrempel ...
Figuur 4. 

Cue tijdvakcursussen tonen leeftijd en / of incentive-interacties in de loop van de tijd. Tijdcursussen werden geëxtraheerd uit een bolmasker (9-mm diameter) gecentreerd op coördinaten van piekvoxel (zie Materialen en methoden). Alleen voor visualisatiedoeleinden, zwart gevuld ...
Figuur 5. 

Voorbereiding op responsvoorspelling (beloning anticipatie) tijdcursussen met leeftijd en / of stimulerende interacties in de tijd. Tijdcursussen werden geëxtraheerd uit een bolmasker (9-mm diameter) gecentreerd op coördinaten van piekvoxel (zie Materialen en methoden). Voor visualisatie ...
Figuur 6. 

Tijdvakcursussen van saccade-antwoorden die leeftijd en / of incentive-interacties in de loop van de tijd laten zien. Tijdcursussen werden geëxtraheerd uit een bolmasker (9-mm diameter) gecentreerd op coördinaten van piekvoxel (zie Materialen en methoden). Alleen voor visualisatiedoeleinden ...

Binnen elk "hoofdeffect van de tijd" -afbeelding werden functioneel gedefinieerde ROI's (hierna ook "clusters" genoemd) vervolgens geïdentificeerd met behulp van methoden die al in de literatuur zijn vastgesteld (Wheeler et al. 2005; Velanova et al. 2008). Ten eerste, piekvoxels die een drempel van overschreden P <0.001 (ongecorrigeerd) werden geïdentificeerd en gesorteerd op grootte van de F-statistiek. Vervolgens werd op elk maximum een ​​bolmasker met een diameter van 9 mm gecentreerd. Vervolgens hebben we het hoofdeffect van het tijdbeeld voor meerdere vergelijkingen gecorrigeerd met behulp van criteria uit een Monte Carlo-simulatie (http://afni.nimh.nih.gov/afni/doc/manual/AlphaSim), wat aangaf dat een clustergrootte van minstens 17 aaneengesloten voxels was vereist samen met een individuele voxel P waarde van 0.001 om een ​​gecorrigeerde beeldniveau-significantie van te bereiken P <0.05. Functionele ROI's werden gedefinieerd door alle voxels die binnen de 9 mm-bol vielen, gecentreerd op het maximum in het niet-gecorrigeerde beeld op te nemen en vervolgens voxels uit te sluiten die geen correcties konden doorstaan ​​voor meerdere vergelijkingen. Vervolgens hebben we deze functioneel gedefinieerde clusters als maskers gebruikt en de geschatte tijdsverlopen geëxtraheerd uit de samenstellende voxels voor elk onderwerp en over beide stimuleringsvoorwaarden. Op deze manier zorgden we ervoor dat dezelfde regio's werden overwogen bij alle onderwerpen. Tijdsverlopen werden gemiddeld over onderwerpen en vervolgens geanalyseerd met herhaalde metingen ANOVA; leeftijdsgroep (volwassene, adolescent) diende als factor tussen proefpersonen; tijd (0-12 TR) en prikkelconditie (beloning, neutraal) waren binnen de subjectfactoren. Tenzij anders vermeld, worden voor sfericiteit gecorrigeerde (Greenhouse-Geisser) significantieniveaus gerapporteerd. Hieronder rapporteren we alle regio's die zijn geïdentificeerd in de omnibus-groepskaart 'hoofdeffect van tijd', en we bieden cijfers voor tijdcursussen voor regio's die een aanzienlijke leeftijd per tijd, stimulans per tijd en / of leeftijd door stimulering door tijdinteracties over de hele geschatte respons (13 tijdstippen).

We merken op dat in verschillende onderzochte regio's de gemiddelde geschatte tijdsverlooprespons een bifasische respons of een tijdelijk hogere piek vertoonde (meer voorkomend dan 6 s na het begin van de onderzoekscomponent). Het is op dit moment onduidelijk of de tijdelijk latere pieken functionele significantie hebben (bijv. Weerspiegeling van individuele subjectvariabiliteit in de rekrutering van een specifieke regio of vertraagde signalering in een regio) of zijn eenvoudigweg een resultaat van onze deconvolutieanalyses die geen vaste HDR-vorm aannemen . Als zodanig voerden we ook een secundaire, meer conservatieve ANOVA met herhaalde metingen uit die alleen de geschatte responsen in TRs 3-6 in aanmerking namen. Deze tijdpunten werden gekozen omdat ze na de start van de stimulus 3-7.5 bevatten, die de initiële piek zouden vangen in een stereotype hemodynamische respons, die zou optreden tussen 4 en 6 na stimuluspresentatie. Tijdscursussen van alle ROI's geïdentificeerd in de omnibus belangrijkste effecten van tijdschema voor elk proefvak werden ook geanalyseerd met behulp van deze benadering. Voor elk van deze analyses werden alleen "correcte" AS-onderzoeken geanalyseerd. Tot slot merken we op dat de haalbaarheid van het vergelijken van BOLD-tijdscursussen over ontwikkelingsleeftijdsgroepen in een gemeenschappelijke stereotiepe ruimte goed is vastgesteld (Kang et al. 2003; Wenger et al. 2004; Brown et al. 2005).

Als een validiteitscontrole voor onze deconvolved time-cursussen uit de afzonderlijke proefperioden, probeerden we te verifiëren dat de som van de afzonderlijke proefonderdelen zou resulteren in een typische HDR-vorm en dat de opgetelde respons nauw overeenkwam met de tijdsverloop die werd verkregen bij het beschouwen van de proef als een hele. Hiertoe hebben we eerst de geschatte tijdvakken van elk individueel onderzoekstijdvak (cue + antwoordvoorbereiding + saccadereactie) in elke voxel van de hersenen gesommeerd, waarbij de tijdtraining van de responsvoorbereidingsperiode door 1.5 s werd verschoven om rekening te houden met het begin van dit onderdeel in een proef en de saccade-reactie tijdperk-tijdsverloop door 3 s. Vervolgens werd de IRF voor de hele proef (dat wil zeggen, cue, voorbereiding en reactie samen) in elke voxel gegenereerd door een afzonderlijke deconvolutie-analyse uit te voeren waarin we alleen het begin van elke proef codeerden en de respons schatten tot 21 na de begin van de proef. Elk van deze tijdcursussen (cue, responsvoorbereiding [in de tijd verschoven], saccade-respons [tijdverschoven], gesommeerde respons en respons in het hele proces) werd vervolgens gemiddeld over elke voxel geïdentificeerd in het cue "main effect of time" -bolmasker en uitgezet (Aanvullende Fig. 1-6). Deze procedure werd vervolgens gerepliceerd voor de maskers van responsvoorbereiding en saccadereactiekoepel. Deze validiteitscontrole toonde aan dat een som van de tijdvakken van de componenten resulteerde in een typische hemodynamische respons, wat extra ondersteuning bood voor de nauwkeurigheid van onze deconvolutieprocedures. Aanvullende figuren 1-6 tonen voorbeeldgrafieken uit onze tijdsverloopanalyse. Er werd een hoge mate van overeenkomst gevonden tussen gesommeerde (dikke zwarte lijnen) en volledige proefperioden (rode lijnen) en canonieke HDR-profielen.

Resultaten

Gedrag

Herhaalde ANOVA-metingen met betrekking tot de juiste remmende responspercentages over leeftijdsgroepen en stimulerende omstandigheden toonden een significant hoofdeffect van het type stimulans (F(1,32) = 18.9424, P <0.001) en een trend voor een hoofdeffect van leeftijdsgroep (F(1,32) = 3.491, P = 0.071) maar geen leeftijdsgroep door interactie van het stimulus-type. Zoals verwacht volgden alle onderwerpen consequent prosaccadefouten met corrigerende reacties op de juiste locatie, vergelijkbaar met eerdere rapporten (Velanova et al. 2008), wat aangeeft dat de taakinstructies werden begrepen, maar er was een falen om de reflexieve saccade te remmen.

Gegeven onze hypotheses dat volwassenen en adolescenten minder remmende fouten zouden genereren op beloning in vergelijking met neutrale onderzoeken, geplande vergelijkingen van het effect van incentive-type op de prestaties (correcte respons en latentie) binnen elke leeftijdsgroep (beloning versus neutraal voor adolescenten; beloning vs neutraal voor volwassenen) werden ook uitgevoerd met behulp van Bonferroni aangepaste alfa niveaus van 0.025 per test (0.05 / 2). Adolescenten genereerden een significant groter aantal correcte AS's op beloond in vergelijking met neutrale trials (t(17) = 4.500, P <0.001) (zie Fig 2A). De prestaties van volwassenen vertoonden een trend voor verbeterde responsen op beloning vergeleken met neutrale proeven (t(15) = 1.939, P = 0.072).

Figuur 2. 

Gedragsresultaten. (A) Correct responspercentage voor adolescenten (linker balken) en volwassenen (rechter balken) voor neutrale (niet-ingevulde balken) en beloonde (hashed bars) proeven. (B) Latencies van correcte AS's. (C) Latencies van remmende fouten. Eén sterretje (*) geeft aan ...

De latentie om een ​​correcte AS in te stellen, toonde een belangrijk effect van een incentive (F(1,32) = 22.695, P <0.001) maar geen hoofdeffect van leeftijdsgroep of leeftijdsgroep door incentive-interactie. Geplande vergelijkingen lieten zien dat beide leeftijdsgroepen significant snellere AS's genereerden bij beloning in vergelijking met neutrale onderzoeken (adolescenten, t(17) = 3.215, P = 0.005 en volwassenen, t(15) = 3.498, P = 0.003).

De latencies van foutieve saccades (aangeduid als "prosaccade errors", wanneer proefpersonen aanvankelijk naar de perifere stimulus kijken) toonden geen significante leeftijdsgroep door stimulerende interactie. Geplande vergelijkingen toonden aan dat adolescenten, maar niet volwassenen, aanzienlijk snellere responsen genereerden op beloningen vergeleken met neutrale studies (t(17) = 2.400, P = 0.022). Figuur 2B,C plot de latenties van respectievelijk correcte en incorrecte AS's. Middelen en standaarddeviaties voor een juiste responsratio en latencies voor correcte proeven worden gegeven in Tabel 1.

Tabel 1 

Gedragsresultaten voor beloning en neutrale AS-onderzoeken

Ten slotte werden, gezien de relatief brede leeftijdsgroep van adolescenten, afzonderlijke vergelijkingen binnen de groep van "oudere" en "jongere" adolescenten uitgevoerd om de mogelijkheid te onderzoeken dat het leeftijdsverschil tussen de oudere adolescenten en volwassenen niet groot genoeg was om verschillen aan te tonen. Dat wil zeggen, als oudere adolescenten significant anders presteren dan jongere proefpersonen, dan zouden gegevens van de oudere adolescenten de niet-significante gevolgen van leeftijd kunnen veroorzaken. We gebruikten een mediane splitsing om de 18-adolescente proefpersonen ouder te maken (N = 9; 6 17-jarigen en 3 16-jarigen) en jongere groepen (N = 9; 3 13-jarigen, 1 14-jarige, 4 15-jarigen en 1 16-jarige [de jongste van de geteste 4 16-jarigen]). Onafhankelijk monster t-testen werden uitgevoerd op "jonge" en "oude" correcte respons- en latentiegegevens van adolescenten voor beide soorten onderzoek. Geen significante verschillen (allemaal P's> 0.05) werden waargenomen.

fMRI

Een gedistribueerd netwerk van hersenregio's was betrokken tijdens elk onderzoekstijdvak bij zowel volwassenen als adolescenten, inclusief verwachte oculomotorische controlegebieden (bijv. Corticale oogvelden en basale ganglia) en beloningsgerelateerde regio's (bijv. OFC en VS) (Fig 3). Op verschillende plaatsen identificeerden we significante leeftijds- en / of stimuleringsinteracties met de tijd over de gehele geschatte respons (13-tijdspunten) of TRs 3-6 (zie Materialen en methoden). Deze resultaten, gescheiden door proefperiode, worden hieronder in meer detail besproken.

Besturingsregio: primaire visuele cortex

Functioneel gedefinieerde clusters die zich in de visuele cortex (BA 17, 18) bevonden tijdens elk onderzoekseiaken bevestigden dat adolescenten een vergelijkbare HDR genereren in vergelijking met volwassenen. De onderzochte foci toonden een sterke participatie in de AS-taak, maar geen interacties van leeftijd of stimulans op tijdstip (Aanvullende afbeelding 7).

Epoch 1: Incentive Cue

Beloningsgerelateerde regio's

Tijdens de presentatie van de incentive cue toonde de rechter VS (Talairach-coördinaten: 14, 2, -7) een significante interactie tussen leeftijd en tijd (F(12,384) = 3.082, P = 0.023) bij het berekenen van het volledige geschatte tijdsverloop (13-tijdpunten). Volwassenen vertoonden meer positieve activiteit tijdens beloningen, terwijl adolescenten een negatief antwoord vertoonden. In deze regio vertoonden belonings- en neutrale tijdcurven voor adolescenten vroege, negatief lopende doorbuiging, terwijl volwassenen een minimale respons vertoonden voor beloningen gevolgd door een robuustere positieve respons over beide soorten onderzoek (Fig 4). Wanneer alleen het beginaspect van het tijdsverloop (TRs 3-6) werd bekeken, vertoonde deze regio nog steeds een trend (F(3,96) = 2.368, P = 0.076). Echter, links VS (-10, 2, -4) vertoonden een significante interactie tussen leeftijd en tijd (F(3,96) = 3.204, P = 0.027) in deze kortere tijdspanne. Binnen dit bereik, vergelijkbaar met de juiste VS, vertoonden adolescenten vroege negatieve reacties in de tijdvakken van belonings- en neutrale trials, terwijl volwassenen geen deflecties vertoonden ten opzichte van baseline.

Oculomotorische en remmende controlegebieden

Geen van de onderzochte oculomotorische controle-ROI's vertoonde een significante leeftijd, tijdsbesteding of leeftijd door stimulering door tijdinteractie over de 13 geschatte tijdstippen tijdens de presentatie van de stimuluskeu. Over TRs 3-6 zagen we echter een incentive door tijdinteractie langs de juiste sPCS (26, -13, 53) (F(3,96) = 2.695, P = 0.05), rechter inferieure frontale gyrus (44, 11, 32) (F(3,96) = 4.474, P = 0.006), evenals linker precuneus (-28, -64, 41) (F(3,96) = 2.959, P = 0.036). In de linker IPL (-28, -52, 38) (BA 7, dorsaal en mediaal tot de supramarginale gyrus) werd een leeftijd door stimulans door tijdinteractie waargenomen (F(3,96) = 3.397, P = 0.021) (Tabel 2). In elk van deze regio's waren de adolescent-beloning-proefreacties vergelijkbaar met de belonings- en neutrale tijdcursussen voor volwassenen (Fig 4). Jongeren vertoonden echter verzwakte reacties in deze gebieden tijdens neutrale onderzoeken.

Tabel 2 

Gebieden waargenomen tijdens cue (alleen correcte trials) die significante interactie-effecten vertoonden

Tabel 3 biedt de locatie van piekvoxels voor alle functionele clusters waargenomen in a priori anatomische regio's die significante modulatie gedurende de tijd gedurende het stimuluskeu-tijdperk aantonen.

Tabel 3 

Regio's die een hoofdeffect van tijd in anatomische ROI's aantonen, waargenomen tijdens cue (alleen correcte trials).

Epoch 2: Response Preparation / Anticipation

Beloningsgerelateerde regio's

Na de incentive-cuepool, tijdens responsvoorbereiding / anticipatie, vertoonde een enkele cluster in de rechter VS (11, 8 en -7) een significante interactie tussen leeftijd en tijd (F(12,384) = 2.586, P = 0.05) over de geschatte tijdstippen van 13. Onderzoek van de tijdvakken uit deze regio onthulde een verhoogde adolescentierespons tijdens beloning vergeleken met neutrale proeven (Fig 5). Volwassenen vertoonden weinig deelname van deze regio met slechts een zwakke positieve respons tijdens neutrale proeven en een latere, negatief gerichte afbuiging tijdens beloningsonderzoeken in deze regio. Binnen het beperktere tijdbereik van TRs 3-6 vertoonde deze regio nog steeds een significante interactie tussen leeftijd en tijd (F(3,96) = 6.618, P <0.001).

Oculomotorische en remmende controlegebieden

In de linker sPCS (-25, -13, 56) werd een significante leeftijd door stimulans door tijdinteractie waargenomen (F(12,384) = 2.889, P = 0.032) voor de gehele geschatte proefperiode. In deze regio hadden adolescenten een hogere vroege piek ten opzichte van volwassenen in beide typen incentives, evenals een tijdelijk verlengde respons tijdens beloningsonderzoeken (Fig 5). Alleen TRs 3-6 in overweging nemend, werd de leeftijd door stimulans door tijdinteractie in deze regio teruggebracht tot een trend (F(3,96) = 2.282, P = 0.084).

Elders, in vergelijking met TRs 3-6, observeerden we een interactie van leeftijd tot tijd in de rechter mediale frontale gyrus (MFG) / superieure frontale gyrus (17, -10, 53) (F(3,96) = 2.915, P = 0.038). Significante leeftijd door stimulans door tijdsinteracties werden ook waargenomen in 2 andere clusters langs de linkerSPCS, (-25, -19, 47) (F(3,96) = 2.920, P = 0.038) en (-31, -10, 44) (F(3,96) = 2.909, P = 0.038). In elk van deze regio's waren de reacties van adolescenten tijdens beloning en neutraal onderzoek verhoogd ten opzichte van de volwassenen (Fig 5). Meer inferieur, een significante leeftijd door stimulans door tijdinteractie werd waargenomen in de linker iPCS (-28, -1, 35) (F(3,96) = 3.281, P = 0.024). In deze regio was de respons van de adolescente beloning vergelijkbaar met de beloning voor volwassenen en de neutrale respons, waarbij elke cursus een piek bereikte bij ongeveer 7.5s. De adolescente neutrale tijdcurve bereikte eerder een piek met een kleinere magnitude (3 s) en daalde in die periode naar de basislijn (Fig, 5). Een belangrijke leeftijd door stimulans door tijdinteractie (F(3,96) = 3.836, P = 0.012) over TRs 3-6 werd ook waargenomen in de linker MFG / anterior cingulate (-7, 29, 35) (Tabel 4). Jongeren vertoonden een verhoogde respons op beloning ten opzichte van neutrale trials en op de beloning voor volwassenen en neutrale reacties.

Tabel 4 

Gebieden die werden waargenomen tijdens de responsvoorbereiding (alleen correcte proeven) die significante interactie-effecten vertoonden

In de posterieure pariëtale cortex vertoonde een cluster in rechter precuneus (BA 7) (8, -58, 53) een significante interactie tussen leeftijd en tijd (F(12,384) = 3.093, P = 0.024) over de geschatte tijdstippen van 13. Zoals aangetoond door de tijdcursussen uit deze regio (Fig 5), hadden adolescenten in vergelijking met volwassenen grotere evoked activiteit voor beide stimulerende proeftypes. Over TRs 3-6 was nog steeds een significante incentive-voorwaarde per leeftijdinteractie aanwezig voor deze regio (F(3,96) = 4.143, P = 0.008).

Tabel 5 verschaft de locatie van piekvoxels voor alle functionele clusters waargenomen in a priori anatomische gebieden die significante modulatie gedurende de tijd gedurende het responsvoorbereidingsperiode aantonen.

Tabel 5 

Regio's die een hoofdeffect van tijd in anatomische ROI's aantonen, waargenomen tijdens de responsvoorbereiding (alleen correcte proeven)

Epoch 3: Saccadereactie

Beloningsgerelateerde regio's

Tijdens het saccade-responsietijdvak vertoonde de linker OFC (-25, 44, -4) een interactie van leeftijd tot tijd (F(3,96) = 4.44, P = 0.006) (Fig 6, links). Deze regio vertoonde verhoogde activiteit, voornamelijk bij adolescenten tijdens neutrale trials. Er werd geen significante activering waargenomen in de VS gedurende het saccade-responsietijdvak.

Oculomotorische en remmende controlegebieden

Het rechter anterior cingulaat, BA 24, (2, 23, 26) vertoonde een stimulans door tijdinteractie (F(3,96) = 3.99, P = 0.010) (tabel 6). Net als in het OFC-cluster hierboven toonden tijdvakken uit deze regio verhoogde activiteit, voornamelijk bij adolescenten tijdens neutrale onderzoeken. Een regio in de linker anterieure cingulate gyrus, BA 24, 32, (-1, 11 en 35) vertoonde een significante leeftijd door stimulans door tijdinteractie (F(12,384) = 2.860, P = 0.037) voor het gehele geschatte antwoord. Tijdcursussen vanaf de linker anterior cingulate (Fig 6, linksonder) toonde een initiële piek bij volwassenen tijdens beloningsonderzoeken en een vergelijkbare respons bij adolescenten tijdens neutrale onderzoeken. Adolescenten vertoonden een grotere negatieve respons tijdens beloningsonderzoeken. Over TRs 3-6, een belangrijke combinatie van leeftijd en tijd (F(3,96) = 4.474, P = 0.006) bleef voor deze regio.

Uitgebreide activiteit werd elders in de a-ocolomotorische controlegebieden in beide leeftijdsgroepen waargenomen tijdens de saccade-responsperiode, inclusief sPCS, posterieure pariëtale cortex en putamen (Tabel 7) die geen significante interacties van leeftijd of prikkel liet zien (Fig 6, rechts).

Tabel 7 

Regio's die een hoofdeffect van tijd in anatomische ROI's aantonen, waargenomen tijdens saccade-respons (alleen correcte proeven)
Tabel 6 

Gebieden die werden waargenomen tijdens de saccade-respons (alleen correcte trials) die significante interactie-effecten vertoonden

Discussie

We gebruikten snelle, event-gerelateerde fMRI om ontwikkelingsverschillen in beloning-systeemactivatie en effecten van beloningsvoorwaarde op oculomotorische remmende controle te onderzoeken, terwijl gezonde adolescenten en volwassenen een monetaire stimulans-gemedieerde AS-taak uitvoerden. Hoewel de gedragsprestaties in beide leeftijdsgroepen verbeterden ten opzichte van neutrale studies, werden er verschillende verschillen gevonden in de patronen van VETTE antwoorden tijdens verschillende tijdvakken of fasen van beloningsverwerking. Met name vertoonden adolescenten in vergelijking met volwassenen verzwakte reacties in de VS tijdens de stimulus, gevolgd door een verhoogde respons in de VS en sPCS tijdens responsvoorbereiding (beloning anticipatie) op beloningsonderzoeken. Deze verhoogde activiteit tijdens de responsvoorbereiding kan hebben bijgedragen tot significante verbeteringen in de correcte responspercentages van adolescenten, zoals hieronder in meer detail zal worden besproken.

Ontwikkelingsverschillen in Reward-contingentie-effecten op AS-gedrag

Vergeleken met de neutrale conditie, werden onderzoeken met een beloningsincidentiviteit geassocieerd met een verbeterd vermogen om correct te remmen (adolescenten) en sneller te reageren (adolescenten en volwassenen). Deze resultaten komen overeen met eerder gedragswerk met verminderde foutenpercentages bij beloningsconventies bij volwassenen en adolescenten tijdens AS-taken met beloning (Duka en Lupp 1997; Jazbec et al. 2005, 2006; Hardin et al. 2007) en suggereren dat essentiële componenten van de circuits die beloningsmodulatie van remmende controle ondersteunen, online zijn door de adolescentie. Onze resultaten suggereren ook dat adolescenten bijzonder gevoelig kunnen zijn voor beloningsmodulatie van remmende controle, aangezien adolescenten, maar niet volwassenen, een significante verbetering in de correcte responsratio vertoonden. We kunnen echter niet op basis van de ooggegevens alleen vertrouwen dat de prestaties van adolescenten gevoeliger zijn voor beloning, aangezien een significante leeftijdsgroep door interactie van het stimulant-type niet werd waargenomen. Het kan zijn dat volwassenen de taak al op een hoog niveau uitvoerden tijdens neutrale proeven en dat er misschien niet zoveel ruimte was voor verbetering bij beloningsonderzoeken (dwz plafondeffect). Toekomstig werk zou de verschillen in gevoeligheid voor beloningen verder kunnen onderzoeken door de moeilijkheid van de beloonde AS-taak te vergroten (bijv. Door de duur van de voorbereidingsperiode te verkorten). Verder, hoewel de slechtere prestaties van adolescenten op neutraal onderzoek te wijten kunnen zijn aan relatieve onvolgroeidheid in remmende controle, is het ook mogelijk dat adolescenten de neutrale trials niet als "lonend" vonden, net als volwassenen. Met andere woorden, volwassenen zijn mogelijk gemotiveerder geweest om goed te presteren, ongeacht het type stimulans, terwijl de adolescenten mogelijk alleen aandacht hebben besteed aan onderzoeken waarbij een beloning op het spel stond. Toekomstig werk dat adolescent- en volwassen gedrag vergelijkt met neutrale signalen en belonings- en verlies / straf-signalen die parametrisch in omvang variëren, is nodig om meer inzicht in dit probleem te bieden.

Zowel adolescenten als volwassenen genereerden snellere correcte AS's (lagere latencies) bij beloning vergeleken met neutrale studies, als gevolg van motivationele effecten van potentiële monetaire beloning op endogeen gestuurde saccades (Roesch en Olson 2004; Hikosaka et al. 2006). De latentie gegevens die hier worden gerapporteerd komen overeen met eerdere niet-humane primaatstudies die aantonen dat saccades naar beloonde (versus niet-beloonde) locaties verminderde latenties hebben, een resultaat van verhoogde contralaterale neuronale activiteitsniveaus in basale ganglia voorafgaand aan oogbewegingsreacties (Hikosaka et al. 2006). Bovendien waren de latenties van AS-fouten ook sneller bij belonings- versus neutrale onderzoeken bij adolescenten, maar verschilden ze niet in de volwassen groep. De observatie dat adolescenten snellere latenties hebben tijdens belonings- versus neutrale-foutproeven, wijst er verder op dat adolescenten mogelijk gevoeliger zijn om onvoorziene gebeurtenissen te belonen; deze verhoogde reactiviteit ten opzichte van beloningen kan bijdragen aan een verbeterde impulsiviteit tijdens de adolescentie.

Alles bij elkaar geven de gedragsresultaten aan dat beloningsprikkel de algehele remmende controle verbetert (dwz de juiste respons) en de saccadische reactietijd bij zowel adolescenten als volwassenen vermindert.

Beloon contingentie-effecten op hersenreacties in adolescentie versus volwassenen

Hoewel adolescenten gedurende de hele taak een grotendeels vergelijkbaar neuraal netwerk als volwassenen hebben gerekruteerd, waaronder de VS, sPCS, IPL en middenfrontale gyrus, waren er verschillende ontwikkelingsverschillen in activering gedurende verschillende tijdvakken van de taak. Er werden twee belangrijke patronen van leeftijdsgroepverschillen waargenomen: 1) regio's waar adolescenten verschillende wervingen voor beloningsonderzoeken lieten zien dan volwassenen, wat wijst op onrijpheid in beloningsverwerking en 2) regio's waar adolescenten meer rekruteren over incentives lieten zien, ter ondersteuning van eerdere bevindingen van onrijpheden in remmende controle. Deze verschillen zullen in meer detail worden besproken in de volgende secties:

Opmerkelijk is dat we in de proefperioden bilaterale activatieclusters hebben waargenomen in de sPCS bij de kruising met de superieure frontale sulcus, een gebied dat herhaaldelijk werd voorgesteld als de menselijke homoloog van de FEF van de aap (Luna et al. 2001; Curtis en Connolly 2008). Enkelvoudige opnamen van niet-menselijke primaten hebben aangetoond dat FEF-neuronen actief zijn tijdens de voorbereidingsperiode van AS-trials en toenemen naarmate een saccade wordt gegenereerd (Bruce en Goldberg 1985; Hanes en Schall 1996; Munoz en Everling 2004). Aangezien de clusters van activering in de buurt van sPCS die in de huidige studie werden gevonden inderdaad actief waren tijdens de voorbereidingsperiode en opnieuw tijdens de saccade-respons (zie Aanvullende figuren) en dat de gerapporteerde clusters ruimtelijk in de buurt van de clusters waren die werden geïdentificeerd met behulp van vergelijkbare oculomotorische paradigma's (AS, visueel geleide en geheuggeleide saccadetaken) in eerdere onderzoeken van ons laboratorium (Luna et al. 1998, 2001; Geier et al. 2007, 2009) en anderen (Zet 1996 onderbroken; Sweeney et al. 1996; Brown et al. 2004; Curtis en Connolly 2008), concluderen we voorzichtig dat de gerapporteerde sPCS-clusters van activering nabij de kruising met de superieure frontale sulcus (BA 6) waarschijnlijk de menselijke homoloog van de FEF van de aap zijn.

Evenzo is activering langs de dorsomediale wand nabij het dorsale deel van de paraCS (BA 6) betrouwbaar geassocieerd met oogbewegingen (Grosbras et al. 1999) en wordt vaak het aanvullende oogveld (SEF) genoemd (Luna et al. 2001; Brown et al. 2004). De cortex onmiddellijk rostraal naar een verticale lijn die zich uitstrekt van de voorste commissuur, grenzend aan de vermoedelijke SEF, wordt vaak aangeduid als een vooronderstellingsmotorgebied (Luna et al. 2001; Curtis en D'Esposito 2003). In de resterende secties verwijzen we naar deze regio's door hun vermeende functionele aanduidingen als een middel om vergelijkingen tussen onze resultaten, de bestaande neuroimagingliteratuur en de rijke niet-menselijke oculomotorische en beloningsliteratuur met primaten te vergemakkelijken.

Ontwikkelingsverschillen in Reward-Cue Assessment

Tijdens de presentatie van de incentive cue (ring van dollarrekeningen of pondtekens), toen de valentie van de incentive-keu aanvankelijk werd beoordeeld (dwz wanneer het subject vaststelde of de aanstaande proef een beloning "winst" of neutraal "nee" zou zijn gain "trial), volwassenen en adolescenten vertoonden een differentiële respons in de VS. De VS is consequent betrokken bij functionele beeldvormingsstudies tijdens de anticiperende verwerking van beloningen, inclusief initiële beloningsdetectie, voorspelling en anticipatie (Knutson en Cooper 2005). Adolescenten vertoonden een initiële negatieve respons die bijna identiek was voor beloning en neutraal onderzoek (Fig 4) geeft aan dat de valentie van de cue niet differentieel werd verwerkt. Volwassenen toonden daarentegen activiteit in de rechter VS tijdens de beloning cue die enige differentiatie vertoonde ten opzichte van neutrale signalen, wat suggereert dat de beloning cue werd geëvalueerd. Bovendien werd een latere piek waargenomen tegen het einde van de geschatte respons voor zowel beloning als neutraal onderzoek bij volwassenen, maar niet bij adolescenten.

De waargenomen veranderingen in het BOLD-signaal in de volwassen en adolescente VS kunnen te maken hebben met de dynamiek van DA-signalering (Knutson en Gibbs 2007). Niet-menselijke experimenten met primaten hebben aangetoond dat DA-neuronen, die afkomstig zijn uit de middenhersenen en prominent naar het dorsale en ventrale striatum en PFC projecteren, op fasisch reageren op beloningen en beloningsvoorspellende stimuli (Schultz 1998) en als zodanig waarschijnlijk actief zijn in reactie op de presentatie van de stimulerende aanwijzingen in dit onderzoek. Bovendien is aangetoond dat sommige DA-neuronen fasische activaties hebben gevolgd door depressies als reactie op nieuwe of intense stimuli (Schultz et al. 1993; Schultz 2002). De verzwakte responsprofielen die werden waargenomen bij adolescenten, konden dus weerspiegelen dat de stimulusinvoer aanvankelijk meer motiverend saillant of intens was voor de adolescenten. Bij volwassenen, hoewel de onderliggende neuronale mechanismen die bijdragen aan de later optredende piek niet bekend zijn en voorzichtig moeten worden geïnterpreteerd, kan een mogelijke bijdragende factor een trage, tonische afvuring van DA-neuronen zijn, die zich kan voordoen over langere tijdschalen (Schultz 2002; Knutson en Gibbs 2007). Dit mechanisme, dat van nut zou kunnen zijn om motiverende verwerking gedurende langere tijd te handhaven, is misschien nog niet volwassen voor de adolescentie. Het is denkbaar dat deze verschillende responspatronen bij volwassenen en adolescenten gerelateerd kunnen zijn aan veranderingen in de dichtheid en distributiepatronen van verschillende DA-receptorsubtypen die optreden bij de leeftijd (Seeman et al. 1987; Meng et al. 1999; Speer 2000).

Oculomotorische en controlegebieden werden gerekruteerd over incentives voor volwassenen en voor beloningen bij adolescenten als reactie op de stimulus (Fig 4). Tijdens neutrale studies waren de responsen van adolescenten in deze regio's echter duidelijk afgezwakt, ondanks het feit dat ze correcte remmende responsen hadden gemaakt (herinner eraan dat alleen correcte proeven werden opgenomen in tijdsverloopanalyses). Aangezien adolescenten tijdens neutrale proeven over het geheel genomen meer fouten genereerden en tragere initiatietijden hadden tijdens correcte neutrale studies, suggereren deze resultaten dat zonder stimulans adolescenten minder rekruteren voor regio's waarvan bekend is dat zij de AS-prestaties ondersteunen (Everling et al. 1997; Connolly et al. 2002; Curtis en D'Esposito 2003). Verhoogde activiteit tijdens beloningsonderzoeken in prefrontale regio's, waaronder het vermeende FEF, waarvan bekend is dat het de oculomotorische responsplanning ondersteunt (Curtis en D'Esposito 2003), suggereert dat deze frontale regio's snelle, correcte remmende reacties bij adolescenten kunnen veroorzaken. Bovendien werden respons van volwassenen op het beloningskenmerk, met name in de linker IPL en rechter iPCS, tijdelijk uitgebreid in verhouding tot de neutrale respons voor volwassenen en de activiteit van adolescenten. Elk van deze regio's was eerder betrokken bij verschillende aspecten van oculomotorische en / of aandachtscontrole (Gitelman et al. 1999; Cabeza en Nyberg 2000; Luna et al. 2001; Brown et al. 2004), vooral bij de voorbereiding van de respons (Connolly et al. 2002; Curtis en Connolly 2008). Verhoogde betrokkenheid van deze regio's tijdens beloningscues wijst er waarschijnlijk op dat potentiële voordelen voor beide leeftijdsgroepen meer opvallend zijn, wat niet verwonderlijk is, wat waarschijnlijk bijdraagt ​​aan hun snellere reactietijden en hogere correcte responspercentages. Beloningen kunnen een groter relatief effect hebben op aandacht en prestaties bij adolescenten ten opzichte van volwassenen, aangezien adolescenten in neutrale trials zwakke vroege reacties vertonen in deze regio's, maar een verhoogde deelname tijdens beloningsonderzoeken. Adolescenten voeren de AS-taak nog steeds niet zo goed uit als volwassenen (Fischer et al. 1997; Munoz et al. 1998; Klein en Foerster 2001) die aangeeft dat het voor hen moeilijker is om vrijwillig een reactie te remmen. Vanwege deze grotere moeilijkheid in cognitieve controle, kunnen adolescenten vertrouwen op prefrontale uitvoerende systemen om verbeterde prestaties te ondersteunen op een vergelijkbare manier als volwassenen die een verhoogde afhankelijkheid van prefrontale systemen vertonen wanneer de cognitieve belasting wordt verhoogd (Keller et al. 2001).

Ontwikkelingsverschillen in beloningsanticipatie / responsvoorbereiding

Tijdens het anticipatie-anticipatie-tijdvak (rode fixatiekruis), toen proefpersonen vermoedelijk verwachtten te reageren op een beloning of geen winst (neutraal), ontdekten we dat adolescenten, maar niet volwassenen, robuuste activiteit lieten zien in de VS tijdens beloningsonderzoeken (Fig 5 linksboven). Dit resultaat suggereert hyperactiviteit tijdens het anticiperen op een beloning bij adolescenten in vergelijking met volwassenen. Onze resultaten die een relatieve overactieve VS-functie demonstreren tijdens de responsvoorbereiding, maar eerder een niet-actieve (negatief-gaande) functie tijdens de eerste presentatie van de incentive-cue, kunnen een aan de gang zijnde kwestie zijn in de beloningsliteratuur met betrekking tot hyper- versus hypofunctionaliteit van het beloningssysteem voor adolescenten (Speer 2000; Chambers et al. 2003; Ernst et al. 2006). Bijvoorbeeld, Bjork et al. (2004) ontdekte dat adolescenten de VS ten opzichte van volwassenen onderactiveren in een periode waarin proefpersonen anticiperen op het reageren op een beloning en daarmee een hypofunctionaliteitshypothese ondersteunen. In tegenstelling tot, Ernst et al. (2005) en Galvan et al. (2006) (toen de beloningsgrootheid hoog was), toonde bijvoorbeeld aan dat adolescenten dit gebied "over" activeren als reactie op het ontvangen van een beloning, ter ondersteuning van hyperfunctionaliteit. Onze gegevens geven aan dat de adolescent VS "beide" kan laten zien: een initiële dip in activiteit als reactie op stimulerende aanwijzingen, die kunnen worden geïnterpreteerd als relatieve onderactiviteit, gevolgd door een duidelijk hyperactief antwoord op beloningsverwachtingen. De hier gerapporteerde resultaten informeren wat lijkt tegenstrijdige bevindingen in de literatuur te zijn en geven aan dat er verschillende ontwikkelingsroutes kunnen zijn voor tijdelijk verschillende stadia van anticiperende beloningsverwerking.

Hoewel het mechanisme dat ten grondslag ligt aan het activiteitspatroon waargenomen in adolescent VS, niet direct uit dit onderzoek kan worden bepaald, is verhoogde DA-signalering een potentiële bijdragende factor. Convergerend bewijs van knaagdier- en primaatmodellen wijzen op een algehele toename van DA-spiegels tijdens de adolescentie (Seeman et al. 1987; Kalsbeek et al. 1988; Rosenberg en Lewis 1994, 1995; Meng et al. 1999; voor een recensie zie Speer 2000), die, in combinatie met een andere constellatie van DA-receptorsubtypen (Seeman et al. 1987; Meng et al. 1999; Speer 2000) en een waarschijnlijk totale hoeveelheid synapsen in het striatum (Sowell et al. 1999), kan een bijdrage leveren aan 2 verschillende vormen van een verhoogde respons op de beloning, negatief lopende activiteit als reactie op de stimulus (als gevolg van verhoogde belooning van de beloning) en positieve reacties tijdens de voorbereiding van de respons (als gevolg van een verhoogde verwachting om een ​​beloning te ontvangen) (Cooper en Knutson 2008).

Adolescenten vertoonden ook een verhoogde rekrutering van vermoedelijke FEF vergeleken met volwassenen tijdens de voorbereidingsperiode voor zowel neutrale als beloningsonderzoeken. Dit suggereert dat adolescenten aanvankelijk meer FEF dan volwassenen werven om zich voor te bereiden op het uitvoeren van een correcte remmende respons, ongeacht beloningsprikkel. Belangrijk is dat adolescenten ook temporaal langdurige reacties vertoonden tijdens beloningsonderzoeken in de vermeende FEF en MFG / anterieure cingulate (Fig 5). Niet-menselijke experimenten met primaten hebben aangetoond dat een voorbereidende opbouw van activiteitsniveaus in FEF "fixatie" neuronen bijdraagt ​​aan succesvolle remming van een saccade naar het perifere doelwit in de AS-taak, misschien door tonisch saccade-genererende motorneuronen te remmen (Schall et al. 2002; Munoz en Everling 2004). Van neuronen in anterieure cingulate is aangetoond dat ze meerdere signalen bevatten, waaronder één met betrekking tot het anticiperen en afleveren van wapening (Schall et al. 2002). We veronderstellen dat de verhoogde activering die we hebben waargenomen in de vermoedelijke FEF een weerspiegeling kan zijn van een toename van de fixatiegerelateerde neuronale activiteit die vervolgens bijdraagt ​​aan de verbeteringen in de prestaties van adolescenten (correcte responspercentages) door de responsvoorbereiding te verbeteren. Verder kunnen verhoogde anticiperende signalen in de VS en anterior cingulate tijdens beloningsonderzoeken bijdragen tot een verbeterd signaal in de vermeende FEF, die op zijn beurt een nog grotere top-down-invloed kan uitoefenen op saccade-gerelateerde neuronen in caudate en superieure colliculus (Ding en Hikosaka 2006; Hikosaka et al. 2006). Toekomstige eenheidsstudies zullen nodig zijn om deze voorgestelde mechanismen te onderzoeken.

In elk geval geven de hier gepresenteerde gegevens verder aan dat de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan identificatie en anticipatie van beloning-cue wijd verspreid zijn (bijv. Cingulate, FEF en basale ganglia) (O'Doherty et al. 2004) en onvolwassen tijdens de adolescentie. Er is alom gesuggereerd dat er tijdens de adolescentie een normatieve onbalans bestaat tussen belonings- en cognitieve controle-gerelateerde hersenregio's, die waarschijnlijk kwetsbaarheden blootstelt voor het nemen van risico's (Steinberg 2004; Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006; Casey et al. 2008). Het kan zijn dat volwassen beloning-gemotiveerde controle van gedrag, en de opkomst van consistente, volwassen-achtige adaptieve besluitvorming, berust op de functionele integratie van meerdere hersenregio's inclusief PFC (Luna et al. 2004).

Ontwikkelingsverschillen in respons / beloning "Feedback"

Tijdens de saccade-respons vertoonden de meeste geworven regio's geen significante groep of stimulans door tijdsinteracties (Tabel 7; Fig 6, rechts). Echter, adolescenten recruteerden sterk een regio in de linker laterale OFC tijdens neutrale trials die niet significant werden gebruikt door volwassenen (Fig 6, linksboven). De OFC is betrokken geweest bij tal van aspecten van beloningsverwerking (Kringelbach en Rolls 2004), inclusief coderingrepresentaties van stimuleringsvalentie en magnitude tijdens feedback op de beloning (Delgado et al. 2000, 2003). Lateraal OFC in het bijzonder is in verband gebracht met straffende / negatieve uitkomsten (O'Doherty et al. 2001). Hoewel proefpersonen in deze taak geen expliciete feedback kregen op basis van hun prestaties, toonden ze bewijs voor intrinsieke feedback wanneer er een fout werd gemaakt. Dat wil zeggen, proefpersonen volgden betrouwbaar onjuiste AS's met correctieve saccades naar de juiste locatie, wat aangeeft dat ze wisten dat ze een fout hadden gemaakt (Velanova et al. 2008). Adolescenten vertoonden ook differentiële responsen, voornamelijk tijdens neutrale trials in bilaterale dorsale anterieure cingulate (Fig 6, midden en onderaan links). Een voorgestelde rol van dorsaal anterieur cingulaat is het monitoren van gedragsuitkomsten (Ridderinkhof, Ullsperger, et al. 2004). Het kan zijn dat voor adolescenten de tastbare uitkomst van correct uitgevoerde neutrale onderzoeken, waarbij geld niet verdiend of verloren is, meer ambigu en misschien negatief is dan de uitkomst van een beloningstest en wordt gesignaleerd door activering van OFC en dorsaal anterieure cingulate. Toekomstig werk gericht op activering, opgeroepen door expliciete foutfeedback tijdens beloning, kan helpen bij het verduidelijken van de rollen van OFC en dorsaal anterieure cingulate tijdens de saccade-respons bij deze taak.

Conclusies

De huidige bevindingen duiden erop dat inconsolidatie van de beloning bijdraagt ​​aan een verbeterde responsremming bij adolescenten en volwassenen, zoals blijkt uit hogere percentages van correcte responsen en afgenomen latenties van correcte ASs. We bieden eerste fMRI-aanwijzingen voor verhoogde activiteit tijdens beloningsonderzoeken in adolescente vs. en vermeende FEF tijdens het voorbereidingsperiode van de reactie die waargenomen AS-gedragsverbeteringen kunnen ondersteunen. Verder laten we ook in een enkel experiment zien dat adolescenten een negatief gaande respons in VS kunnen laten zien tijdens de evaluatie van de beloning cue, dan VS later tijdens de responsvoorbereiding in vergelijking met volwassenen overactiveren, wat suggereert dat persistente onrijpheid zich in een belangrijk knooppunt van het beloningssysteem voor adolescenten bevindt. geïnterpreteerd als een weerspiegeling van zowel een onder als een overactief beloningssysteem. Samen beschouwd, hebben deze resultaten belangrijke implicaties voor de huidige theoretische modellen voor het nemen van risico's voor adolescenten. Bijvoorbeeld een recentelijk voorgesteld triadisch model (Ernst et al. 2006) stelt dat een normatieve onbalans optreedt tijdens de adolescentie tussen een hyperactief beloningsgestuurde systeem (bijv. VS-gemedieerd) en beperkte harm-avoidant (bijv. door amygdala gemedieerde) en regulerende / uitvoerende controle (bijv. PFC-gemedieerde) circuits. In dit model worden adolescenten verondersteld risico's te nemen vanwege de combinatie van overgevoeligheid voor beloning en beperkte processen die de invloed ervan op gedrag bepalen. Onze resultaten suggereren dat beloningen remmende controlesystemen kunnen "verbeteren", vooral tijdens de adolescentie, en lijken dus op gespannen voet te staan ​​met het triadische model. Het kan echter zijn dat tijdens de adolescentie gedrag dat leidt tot onmiddellijke beloning wordt verhoogd ten koste van langeretermijnbeloningen. In de context van dit gecontroleerde experiment leidde het remmen van een saccade tot doelwitverwerving (dat wil zeggen een geldelijke beloning) en dus was de verhoogde activiteit in VS en veronderstelde FEF adaptief. In een niet-laboratoriumomgeving, bij het kiezen tussen 2-alternatieven (bijvoorbeeld snel rijden voor de kick versus langzamer rijden om een ​​ongeluk te vermijden), kunnen onrijpheid in de functie van het beloningssysteem de remmende controle / besluitvorming beïnvloeden naar een actie die leidt tot een proximale beloning (bijv. , snel rijden) en kwetsbaarheid blootstellen aan negatieve uitkomst (Steinberg et al. 2009).

Samengevat tonen onze resultaten ontwikkelingsverschillen in hersenactivatie aan in belangrijke knooppunten van belonings- en remmende besturingsschakelingen tijdens verschillende testcomponenten van een beloonde AS-taak. Onze bevindingen tonen aan dat belangrijke determinanten van doelgericht gedrag en besluitvormings-, belonings- en cognitieve controlesystemen nog niet volwassen niveaus van functioneren hebben bereikt in de adolescentie, wat potentieel kan bijdragen aan het ontstaan ​​van risicotoename in deze leeftijdsgroep.

Financiering

National Institutes of Health (RO1 MH067924, RO1 MH080243 tot BL).

Aanvullend materiaal

[Aanvullende gegevens] 

Dankwoord

Belangenconflict: Geen verklaard.

Referenties

  1. Adleman NE, Menon V, Blasey CM, White CD, Warsofsky IS, Glover GH, Reiss AL. Een ontwikkelingsfMRI-onderzoek naar de kleurwoordtaak van Stroop. NeuroImage. 2002, 16: 61-75. [PubMed]
  2. Andersen SL. Trajecten van hersenontwikkeling: punt van kwetsbaarheid of kansen? Neurosci Biobehav Rev. 2003; 27: 3-18. [PubMed]
  3. Arnett J. Roekeloos gedrag in de adolescentie: een ontwikkelingsperspectief. Dev. Rev. 1992; 12: 339-373.
  4. Bjork JM, Knutson B, Fong GW, Caggiano DM, Bennett SM, Hommer DW. Door incentives opgewekte hersenactivatie bij adolescenten: overeenkomsten en verschillen tussen jongvolwassenen. J Neurosci. 2004, 24: 1793-1802. [PubMed]
  5. Bjork JM, Smith AR, Danube CL, Hommer DW. Ontwikkelingsverschillen in posterieure mesofrontale cortex recrutering door risicovolle beloningen. J Neurosci. 2007, 27: 4839-4849. [PubMed]
  6. Blair K, Marsh AA, Morton J, Vythilingam M, Jones M, Mondillo K, Pine DC, Drevets WC, Blair JR. Het kiezen van de minste van twee kwaden, het beste van twee goederen: specificeren van de rollen van de prefrontale cortex van de ventromedia en de dorsale anterior cingulate bij de keuze van het object. J Neurosci. 2006, 26: 11379-11386. [PubMed]
  7. Blaukopf CL, DiGirolamo GJ. Differentiële effecten van beloning en straf bij bewuste en onbewuste oogbewegingen. Exp Brain Res. 2006, 174: 786-792. [PubMed]
  8. Breiter HC, Aharon I, Kahneman D, Dale A, Shizgal P. Functionele beeldvorming van neurale reacties op verwachting en ervaring met geldelijke winsten en verliezen. Neuron. 2001, 30: 619-639. [PubMed]
  9. Breiter HC, Gollub RL, Weisskoff RM, Kennedy DN, Makris N, Berke JD, Goodman JM, Kantor HL, Gastfriend DR, Riorden JP, et al. Acute effecten van cocaïne op de activiteit en emotie van het menselijke brein. Neuron. 1997, 19: 591-611. [PubMed]
  10. Breiter HC, Rosen BR. Functionele magnetische resonantie beeldvorming van hersenenbeloningsschakelingen in de mens. Ann NY Acad Sci. 1999, 877: 523-547. [PubMed]
  11. Brown MR, Desouza JF, Goltz HC, Ford K, Menon RS, Goodale MA, Everling S. Vergelijking van geheugen- en visueel geleide saccades met behulp van gebeurtenis-gerelateerde fMRI. J Neurophysiol. 2004, 91: 873-889. [PubMed]
  12. Brown MR, Goltz HC, Vilis T, Ford KA, Everling S. Remming en generatie van saccades: snelle gebeurtenis-gerelateerde fMRI van prosaccades, antisaccades en nogo-trials. NeuroImage. 2006, 33: 644-659. [PubMed]
  13. Brown TT, Lugar HM, Coalson RS, Miezin FM, Petersen SE, Schlaggar BL. Ontwikkelingsveranderingen in menselijke cerebrale functionele organisatie voor het genereren van woorden. Cereb Cortex. 2005, 15: 275-290. [PubMed]
  14. Bruce CJ, Goldberg ME. Primaire oogvelden van primaat. I. Enkele neuronen die ontladen vóór saccades. J Neurophysiol. 1985, 53: 603-635. [PubMed]
  15. Bunge SA, Dudukovic NM, Thomason ME, Vaidya CJ, Gabrieli JD. Onvolwassen frontale kwab bijdragen aan cognitieve controle bij kinderen: bewijs van fMRI. Neuron. 2002, 33: 301-311. [PubMed]
  16. Cabeza R, Nyberg L. Imaging cognition II: een empirische beoordeling van 275 PET- en fMRI-onderzoeken. J Cog Neurosci. 2000, 12: 1-47. [PubMed]
  17. Casey BJ, Jones RM, Hare TA. Het brein van de adolescent. Ann NY Acad Sci. 2008, 1124: 111-126. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  18. Casey BJ, Trainor RJ, Orendi JL, Schubert AB, Nystrom LE, Giedd JN, Astellanos FX, Haxby JV, Noll DC, Cohen JD, et al. Een ontwikkelingsfunctioneel MRI-onderzoek naar prefrontale activering tijdens de uitvoering van een go-no-go-taak. J Cog Neurosci. 1997, 9: 835-847.
  19. Castellanos FX, Tannock R. Neuroscience of attention-deficit / hyperactivity disorder: de zoektocht naar endofenotypen. Nat Rev Neurosci. 2002, 3: 617-628. [PubMed]
  20. Chambers RA, Taylor JR, Petenza MN. Ontwikkelingsneuscircuit van motivatie in de adolescentie: een kritieke periode van kwetsbaarheid voor verslaving. Am J Psychiatry. 2003, 160: 1041-1052. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  21. Connolly JD, Goodale MA, Menon RS, Munoz DP. Menselijk fMRI-bewijs voor de neurale correlaten van de voorbereidende set. Nat Neurosci. 2002, 5: 1345-1352. [PubMed]
  22. Cooper JC, Knutson B. Valence en salience dragen bij aan activatie van nucleus accumbens. NeuroImage. 2008, 39 (1) 538-547. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  23. Corbetta M, Kincade JM, Ollinger JM, McAvoy MP, Shulman GL. Vrijwillig oriënteren wordt gedissocieerd van doeldetectie in de menselijke posterieure pariëtale cortex. Nat Neurosci. 2000, 3: 292-297. [PubMed]
  24. Cox RW. AFNI: software voor analyse en visualisatie van functionele magnetische resonantie neuroimages. Comput Biomed Res. 1996, 29: 162-173. [PubMed]
  25. Crews F, He J, Hodge C. Corticale ontwikkeling van adolescenten: een kritieke periode van kwetsbaarheid voor verslaving. Pharmacol Biochem Behav. 2007, 86: 189-199. [PubMed]
  26. Curtis CE, Connolly JD. Saccadevoorbereidingssignalen in de menselijke frontale en pariëtale cortex. J Neurophysiol. 2008, 99: 133-145. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  27. Curtis CE, D'Esposito M.Succes en falen die reflexief gedrag onderdrukken. J Cog Neurosci. 2003; 15: 409-418. [PubMed]
  28. Curtis CE, D'Esposito M. De remming van ongewenste acties. In: Bargh J, Gollwitzer P, Moresella E, redacteuren. De psychologie van actie. 2008. Vol. 2. New York: Guilford Press.
  29. Dahl RE. De ontwikkeling van de puberale hersenen: een periode van kwetsbaarheden en kansen. Keynote-adres. Ann NY Acad Sci. 2004, 1021: 1-22. [PubMed]
  30. Delgado MR, Locke HM, Stenger VA, Fiez JA. Dorsale striatumreacties op beloning en straf: effecten van valentie- en magnitudemanipulaties. Cogn Affect Behav Neurosci. 2003, 3: 27-38. [PubMed]
  31. Delgado MR, Nystrom LE, Fissell C, Noll DC, Fiez JA. Het volgen van de hemodynamische respons op beloning en straf in het striatum. J Neurophysiol. 2000, 84: 3072-3077. [PubMed]
  32. Ding L, Hikosaka O. Vergelijking van beloningsmodulatie in het frontale oogveld en de caudate van de makaak. J Neurosci. 2006, 26: 6695-6703. [PubMed]
  33. Duka T, Lupp A. De effecten van een stimulans op antisaccades: is een dopaminerge mechanisme betrokken. Gedrag Pharmacol. 1997, 8: 373-382. [PubMed]
  34. Durston S, Davidson MC, Tottenham N, Galvan A, Spicer J, Fossella JA, Casey BJ. Een verschuiving van diffuse naar focale corticale activiteit met ontwikkeling. Dev Sci. 2006, 9: 1-8. [PubMed]
  35. Ernst M, Nelson EE, Jazbec S, McClure EB, Monk CS, Leibenluft E, Blair J, Pine DS. Amygdala en nucleus accumbens in reacties op ontvangst en weglating van winst bij volwassenen en adolescenten. NeuroImage. 2005, 25: 1279-1291. [PubMed]
  36. Ernst M, Pine DS, Hardin M. Triadisch model van de neurobiologie van gemotiveerd gedrag tijdens de adolescentie. Psychol Med. 2006, 36: 299-312. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  37. Eshel N, Nelson EE, Blair RJ, Pine DS, Ernst M. Neurale substraten van de selectie van de keuze bij volwassenen en adolescenten: ontwikkeling van de ventrolaterale prefrontale en anterior cingulate cortices. Neuropsychologia. 2007, 45: 1270-1279. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  38. Everling S, Krappmann P, Flohr H. Corticale potentialen voorafgaand aan pro- en antisaccades bij de mens. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 1997, 102: 356-362. [PubMed]
  39. Fischer B, Biscaldi M, Gezeck S. Over de ontwikkeling van vrijwillige en reflexieve componenten bij de generatie van menselijke saccade. Brain Res. 1997, 754: 285-297. [PubMed]
  40. Galvan A, Hare TA, Parra CE, Penn J, Voss H, Glover G, Casey BJ. Vroegere ontwikkeling van de accumbens ten opzichte van de orbitofrontale cortex zou ten grondslag kunnen liggen aan risicogedrag bij adolescenten. J Neurosci. 2006, 26: 6885-6892. [PubMed]
  41. Geier CF, Garver K, Terwilliger R, Luna B. Ontwikkeling van onderhoud van werkgeheugen. J Neurophysiol. 2009, 101: 84-99. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  42. Geier CF, Garver KE, Luna B. Circuitry ten grondslag liggend temporeel uitgebreid ruimtelijk werkgeheugen. NeuroImage. 2007, 35: 904-915. [PubMed]
  43. Giedd JN, Vaituzis AC, Hamburger SD, Lange N, Rajapakse JC, Kaysen D, Vauss YC, Rapoport JL. Kwantitatieve MRI van de temporale kwab, amygdala en hippocampus in normale menselijke ontwikkeling: leeftijden 4-18 jaar. J Compar Neurol. 1996, 366: 223-230. [PubMed]
  44. Gitelman DR. ILAB: een programma voor postexperimentele oogbewegingsanalyse. Behav Res Meth Instr Comp. 2002, 34: 605-612. [PubMed]
  45. Gitelman DR, Nobre AC, Parrish TB, LaBar KS, Kim YH, Meyer JR, Mesulam MM. Een grootschalig gedistribueerd netwerk voor verborgen ruimtelijke aandacht: verdere anatomische afbakening op basis van strenge gedrags- en cognitieve besturingselementen. Hersenen. 1999, 122: 1093-1106. [PubMed]
  46. Goghari VM, MacDonald AW., 3rd Effecten van het variëren van het experimentele ontwerp van een cognitief controle-paradigma op gedrags- en functionele beeldvorming uitkomstmaten. J Cogn Neurosci. 2008, 20: 20-35. [PubMed]
  47. Gogtay N, Giedd JN, Lusk L, Hayashi KM, Greenstein D, Vaituzis AC, Nugent TF3, Herman DH, Clasen LS, Toga AW, et al. Dynamische mapping van menselijke corticale ontwikkeling tijdens de kindertijd tot de vroege volwassenheid. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 8174-8179. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  48. Goldman-Rakic ​​PS, Bates JF, Chafee MV. De prefrontale cortex en intern gegenereerde motorische handelingen. Curr Opin Neurobiol. 1992, 2: 830-835. [PubMed]
  49. Grosbras MH, Lobel E, Van de Moortele PF, Lebihan D, Berthoz A. Een anatomisch oriëntatiepunt voor de aanvullende oogvelden bij de mens onthuld met functionele magnetische resonantie beeldvorming. Cereb Cortex. 1999, 9: 705-711. [PubMed]
  50. Guyer AE, Nelson EE, Perez-Edgar K, Hardin MG, Roberson-Nay R, Monk CS, Bjork JM, Henderson HA, Pine DS, Fox NA, et al. Striatale functionele verandering bij adolescenten gekenmerkt door inhibitie van gedrag door jonge kinderen. J Neurosci. 2006, 26: 6399-6405. [PubMed]
  51. Hallett PE. Primaire en secundaire saccades tot doelen gedefinieerd door instructies. Vision Res. 1978, 18: 1279-1296. [PubMed]
  52. Hanes DP, Schall JD. Neurale controle van vrijwillige bewegingsinitiatie. Wetenschap. 1996, 274: 427-430. [PubMed]
  53. Hardin MG, Schroth E, Pine DS, Ernst M. Aan sturing gerelateerde modulatie van cognitieve controle bij gezonde, angstige en depressieve adolescenten: verschillen in ontwikkeling en psychopathologie. J Child Psychol Psychiatry. 2007, 48: 446-454. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  54. Hare TA, O'Doherty J, Camerer CF, Schultz W, Rangel A.Dissociëren van de rol van de orbitofrontale cortex en het striatum bij de berekening van doelwaarden en voorspellingsfouten. J Neurosci. 2008; 28: 5623-5630. [PubMed]
  55. Hikosaka O, Nakumura K, Nakahara H. Basale ganglia oriënteren ogen om te belonen. J Neurophysiol. 2006, 95: 567-584. [PubMed]
  56. Irwin CE., Jr Het theoretische concept van atrisk-adolescenten. Adolesc Med. 1990, 1: 1-14. [PubMed]
  57. Jazbec S, Hardin MG, Schroth E, McClure E, Pine DS, Ernst M. Leeftijdgerelateerde invloed van onvoorziene gebeurtenissen op een saccadetaak. Exp Brain Res. 2006, 174: 754-762. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  58. Jazbec S, McClure E, Hardin M, Pine DS, Ernst M. Cognitieve controle onder onvoorziene omstandigheden bij angstige en depressieve adolescenten: een antisaccadienst. Biol Psychiatry. 2005, 58: 632-639. [PubMed]
  59. Jenkinson M, Smith S. Een algemene optimalisatiemethode voor robuuste affiene registratie van hersenbeelden. Med Image Anal. 2001, 5: 143-156. [PubMed]
  60. Kalsbeek A, Voorn P, Buijs RM, Pool CW, Uylings HB. Ontwikkeling van de dopaminerge innervatie in de prefrontale cortex van de rat. J Comp Neurol. 1988, 269: 58-72. [PubMed]
  61. Kang HC, Burgund ED, Lugar HM, Petersen SE, Schlagger BL. Vergelijking van functionele activering foci bij kinderen en volwassenen met behulp van een gemeenschappelijke stereotactische ruimte. NeuroImage. 2003, 19: 16-28. [PubMed]
  62. Keller TA, Carpenter PA, Just MA. De neurale basis van zinsbegrip: een fMRI-onderzoek naar syntactische en lexicale verwerking. Cereb Cortex. 2001, 11: 223-237. [PubMed]
  63. Klein C, Foerster F. Ontwikkeling van prosaccade en antisaccade taakprestaties bij deelnemers van 6 tot 26 jaar. Psychofysiologie. 2001, 38: 179-189. [PubMed]
  64. Knutson B, Adams CM, Fong GW, Hommer D. Anticiperen op het verhogen van de geldbeloning trekt selectief nucleus accumbens aan. J Neurosci. 2001, 21: RC159. [PubMed]
  65. Knutson B, Cooper JC. Functionele magnetische resonantie beeldvorming van beloningsvoorspelling. Curr Opin Neurol. 2005, 18: 411-417. [PubMed]
  66. Knutson B, Fong GW, Bennett SM, Adams CM, Hommer D. Een regio van mesiale prefrontale cortex volgt monetaire resultaten op: karakterisering met snelle gebeurtenis-gerelateerde fMRI. NeuroImage. 2003, 18: 263-272. [PubMed]
  67. Knutson B, Gibbs SE. Koppeling van nucleus accumbens dopamine en bloedoxygenatie. Psychopharmacology (Berl) 2007; 191: 813-822. [PubMed]
  68. Kringelbach ML, Rolls ET. De functionele neuroanatomie van de menselijke orbitofrontale cortex: evidentie van neuroimaging en neuropsychologie. Prog Neurobiol. 2004, 72: 341-372. [PubMed]
  69. Kwong KK, Belliveau JW, Chesler DA, Goldberg IE, Weisskoff RM, Poncelet BP, Kennedy DN, Hoppel BE, Cohen MS, Turner R, et al. Dynamische magnetische resonantie beeldvorming van menselijke hersenactiviteit tijdens primaire sensorische stimulatie. Proc Natl Acad Sci USA. 1992, 89: 5675-5679. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  70. Levin HS, Culhane KA, Hartmann J, Evankovich K, Mattson AJ. Ontwikkelingsveranderingen in prestaties bij testen van vermeende frontale kwab functionering. Dev Neuropsych. 1991, 7: 377-395.
  71. Liddle PF, Kiehl KA, Smith AM. Gebeurtenis-gerelateerde fMRI-studie van responsremming. Hum Brain Mapp. 2001, 12: 100-109. [PubMed]
  72. Liston C, Watts R, Tottenham N, Davidson MC, Niogi S, Ulug AM, Casey BJ. Frontostriatale microstructuur moduleert efficiënte rekrutering van cognitieve controle. Cereb Cortex. 2006, 16: 553-560. [PubMed]
  73. Luna B, Garver KE, Urban TA, Lazar NA, Sweeney JA. Rijping van cognitieve processen van de late kindertijd tot de volwassenheid. Kind Dev. 2004, 75: 1357-1372. [PubMed]
  74. Luna B, Sweeney JA. De opkomst van collaboratieve hersenfunctie: fMRI-onderzoeken naar de ontwikkeling van responsremming. Ann NY Acad Sci. 2004, 1021: 296-309. [PubMed]
  75. Luna B, Thulborn KR, Munoz DP, Merriam EP, Garver KE, Minshew NJ, Keshavan MS, Genovese CR, Eddy WF, Sweeney JA. Rijping van wijdverspreide hersenfuncties dient voor de cognitieve ontwikkeling. NeuroImage. 2001, 13: 786-793. [PubMed]
  76. Luna B, Thulborn KR, Strojwas MH, McCurtain BJ, Berman RA, Genovese CR, Sweeney JA. Dorsale corticale gebieden die visueel geleide saccades bij de mens onderscheiden: een fMRI-onderzoek. Cereb Cortex. 1998, 8: 40-47. [PubMed]
  77. Marsh R, Zhu H, Schultz RT, Quackenbush G, Royal J, Skudlarski P, Peterson BS. Een ontwikkelingsfMRI-onderzoek naar zelfregulerende controle. Hum Brain Mapp. 2006, 27: 848-863. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  78. May JC, Delgado MR, Dahl RE, Stenger VA, Ryan ND, Fiez JA, Carter CS. Gebeurtenis-gerelateerde functionele magnetische resonantie beeldvorming van beloningsgerelateerde hersencircuits bij kinderen en adolescenten. Biol Psychiatry. 2004, 55: 359-366. [PubMed]
  79. McClure SM, York MK, Montague PR. De neurale substraten van beloningsverwerking bij de mens: de moderne rol van FMRI. Neuroloog. 2004, 10: 260-268. [PubMed]
  80. Meng SZ, Ozawa Y, Itoh M, Takashima S. Ontwikkelings- en leeftijdsgebonden veranderingen van de dopaminetransporteur en dopamine D1- en D2-receptoren in menselijke basale ganglia. Brain Res. 1999, 843: 136-144. [PubMed]
  81. Munoz DP, Broughton JR, Goldring JE, Armstrong IT. Leeftijdsgerelateerde prestaties van menselijke proefpersonen bij saccadische oogbewegingen. Exp Brain Res. 1998, 121: 391-400. [PubMed]
  82. Munoz DP, Everling S. Wegkijken: de anti-saccade-taak en de vrijwillige controle van oogbewegingen. Nat Rev Neurosci. 2004, 5: 218-228. [PubMed]
  83. O'Doherty J, Dayan P, Schultz J, Deichmann R, Friston K, Dolan RJ. Dissocieerbare rollen van ventrale en dorsale striatum bij instrumentele conditionering. Wetenschap. 2004, 304: 452-454. [PubMed]
  84. O'Doherty J, Kringelbach ML, Rolls ET, Hornak J, Andrews C.Abstracte representaties van beloning en straf in de menselijke orbitofrontale cortex. Nature Neurosci. 2001; 4: 95-102. [PubMed]
  85. O'Doherty JP, Diechmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurale reacties tijdens het anticiperen op een primaire smaakbeloning. Neuron. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  86. Ogawa S, Tank DW, Menon R, Ellermann JM, Kim SG, Merkle H, Ugurbil K. Intrinsieke signaalveranderingen die gepaard gaan met sensorische stimulatie: functionele hersenkartering met magnetische resonantie beeldvorming. Proc Natl Acad Sci USA. 1992, 89: 5951-5955. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  87. Ollinger JM, Corbetta M, Shulman GL. Processen scheiden binnen een proef in gebeurtenis-gerelateerde functionele MRI: deel II. NeuroImage. 2001, 13: 218-229. [PubMed]
  88. Ollinger JM, Shulman GL, Corbetta M. Processen scheiden binnen een proef in gebeurtenis-gerelateerde functionele MRI: deel I. NeuroImage. 2001, 13: 210-217. [PubMed]
  89. Ono M, Kubik S, Abernathy CD. Atlas van de cerebrale sulci. New York: Thieme Medical Publishers, Inc; 1990.
  90. Paus T. Locatie en functie van het menselijke frontaal oogveld: een selectieve beoordeling. Neuropsychologia. 1996, 34: 475-483. [PubMed]
  91. Paus T, Babenko V, Radil T. Ontwikkeling van een vermogen om verbaal geïnstrueerde centrale blikfixatie te behouden die is bestudeerd in 8- tot 10-jarige kinderen. Int J Psychophysiol. 1990, 10: 53-61. [PubMed]
  92. Pierrot-Deseilligny CH, Muri RM, Nyffeler T, Milea D. De rol van de menselijke dorsolaterale prefrontale cortex in oculair motorisch gedrag. Ann NY Acad Sci. 2005, 1039: 239-251. [PubMed]
  93. Ridderinkhof KR, Band GPH, Logan GD. Een onderzoek naar adaptief gedrag: effecten van leeftijd en irrelevante informatie over het vermogen om iemands acties te remmen. Acta Psychol. 1999; 101: 315-337.
  94. Ridderinkhof KR, Ullsperger M, Crone EA, Nieuwenhuis S. De rol van de mediale frontale cortex bij cognitieve controle. Wetenschap. 2004, 306: 443-447. [PubMed]
  95. Ridderinkhof KR, van der Molen MW. Mentale bronnen, verwerkingssnelheid en remmende controle: een ontwikkelingsperspectief. Biol Psychol. 1997, 45: 241-261. [PubMed]
  96. Ridderinkhof KR, van den Wildenberg WP, Segalowitz SJ, Carter CS. Neurocognitieve mechanismen van cognitieve controle: de rol van prefrontale cortex in actieselectie, responsinhibitie, prestatiebewaking en op beloning gebaseerd leren. Brain Cogn. 2004, 56: 129-140. [PubMed]
  97. Roesch MR, Olson CR. Impact van verwachte beloning op neuronale activiteit in prefrontale cortex, frontale en aanvullende oogvelden en premotorische cortex. J Neurophysiol. 2003, 90: 1766-1789. [PubMed]
  98. Roesch MR, Olson CR. Neuronale activiteit gerelateerd aan beloningswaarde en motivatie in de frontale cortex van de primaat. Wetenschap. 2004, 304: 307-310. [PubMed]
  99. Rolt ET. De orbitofrontale cortex en beloning. Cereb Cortex. 2000, 10: 284-294. [PubMed]
  100. Rosenberg DR, Lewis DA. Veranderingen in de dopaminerge innervatie van de prefrontale cortex van de aap tijdens de late postnatale ontwikkeling: een tyrosine hydroxylase immunohistochemisch onderzoek. Biol Psychiatry. 1994, 36: 272-277. [PubMed]
  101. Rosenberg DR, Lewis DA. Postnatale rijping van de dopaminerge innervatie van prefrontale en motorische cortex van de aap: een tyrosine hydroxylase immunohistochemische analyse. J Comp Neurol. 1995, 358: 383-400. [PubMed]
  102. Rubia K, Overmeyer S, Taylor E, Brammer M, Williams SC, Simmons A, Andrew C, Bullmore ET. Functionele frontalisatie met leeftijd: mapping van neurologische ontwikkelingsbanen met fMRI. Neurosci Biobehav Rev. 2000; 24: 13-19. [PubMed]
  103. Rubia K, Smith AB, Taylor E, Brammer M. Lineaire leeftijdsgecorreleerde functionele ontwikkeling van rechts inferieure fronto-striato-cerebellaire netwerken tijdens responsinhibitie en anterieure cingulate tijdens foutgerelateerde processen. Hum Brain Mapp. 2007, 28: 1163-1177. [PubMed]
  104. Rubia K, Smith AB, Woolley J, Nosarti C, Heyman I, Taylor E, Brammer M. Progressieve toename van frontostriatale hersenactivatie van kindertijd tot volwassenheid tijdens aan gebeurtenissen gerelateerde taken van cognitieve controle. Hum Brain Mapp. 2006, 27: 973-993. [PubMed]
  105. Schall JD, Stuphorn V, Brown JW. Monitoring en controle van de actie door de frontaalkwabben. Neuron. 2002, 36: 309-322. [PubMed]
  106. Scherf KS, Sweeney JA, Luna B. Hersenen basis van ontwikkelingsverandering in visueel-ruimtelijk werkgeheugen. J Cog Neurosci. 2006, 18: 1045-1058. [PubMed]
  107. Schultz W. Voorspellend beloningssignaal van dopamine-neuronen. J Neurophysiol. 1998, 80: 1-27. [PubMed]
  108. Schultz W. Meerdere beloningssignalen in de hersenen. Nat Rev Neurosci. 2000, 1: 199-207. [PubMed]
  109. Schultz W. Formeel worden met dopamine en belonen. Neuron. 2002, 36: 241-263. [PubMed]
  110. Schultz W, Apicella P, Ljungberg T. Antwoorden van aap-dopaminneuronen om beloning en geconditioneerde stimuli te belonen tijdens opeenvolgende stappen van het leren van een vertraagde responstaak. J Neurosci. 1993, 13: 900-913. [PubMed]
  111. Schultz W, Tremblay L, Hollerman JR. Beloningsverwerking in primitieve orbitofrontale cortex en basale ganglia. Cereb Cortex. 2000, 10: 272-284. [PubMed]
  112. Seeman P, Bzowj NH, Fuan HC, Bergeron C, Becker LE, Reynolds GP, Bird ED, Riederer P, Jellinger K, Watanabe S, et al. Derminereceptoren van menselijke hersenen bij kinderen en ouder wordende volwassenen. Synapse. 1987, 1: 399-404. [PubMed]
  113. Shulman GL, Ollinger JM, Akbudak E, Conturo TE, Snyder AZ, Petersen SE, Corbetta M. Gebieden die betrokken zijn bij het coderen en toepassen van richtingsverwachtingen op bewegende objecten. J Neurosci. 1999, 19: 9480-9496. [PubMed]
  114. Smith SM. Snelle robuuste geautomatiseerde hersenextractie. Hum Brain Mapp. 2002, 17: 143-155. [PubMed]
  115. Smith SM, Jenkinson M, Woolrich MW, Beckmann CF, Behrens TE, Johansen-Berg H, Banister PR, De Luca M, Drobnjak I, Flitney DE, et al. Vooruitgang in functionele en structurele MR-beeldanalyse en -implementatie als FSL. NeuroImage. 2004, 23: S208-S219. [PubMed]
  116. Sowell ER, Thompson PM, Holmes CJ, Jernigan TL, Toga AW. In vivo bewijs voor post-adolescente hersenrijping in frontale en striatale regio's. Nat Neurosci. 1999, 2: 859-861. [PubMed]
  117. Speer LP. De adolescente hersenen en aan leeftijd gerelateerde gedragsuitingen. Neurosci-gedrag 2000; 24: 417-463. [PubMed]
  118. Steinberg L. Risicobereidheid in de adolescentie: wat verandert en waarom? Ann NY Acad Sci. 2004, 1021: 51-58. [PubMed]
  119. Steinberg L, Graham S, O'Brien L, Woolard J, Cauffman E, Banich M.Leeftijdsverschillen in toekomstige oriëntatie en discontering van vertragingen. Child Dev. 2009; 80: 28-44. [PubMed]
  120. Sweeney JA, Mintun MA, Kwee S, Wiseman MB, Brown DL, Rosenberg DR, Carl JR. Positronemissietomografie-onderzoek van vrijwillige saccade oogbewegingen en ruimtelijk werkgeheugen. J Neurophysiol. 1996, 75: 454-468. [PubMed]
  121. Talairach J, Tournoux P. Co-planaire stereotaxische atlas van het menselijk brein. New York: Thieme Medical Publishers; 1988.
  122. Tamm L, Menon V, Reiss AL. Rijping van de hersenfunctie geassocieerd met responsremming. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry. 2002, 41: 1231-1238. [PubMed]
  123. Toga AW, Thompson PM, Sowell ER. Hersenrijping in kaart brengen. Trends Neurosci. 2006, 29: 148-159. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  124. Van Essen DC. Windows in de hersenen: de opkomende rol van atlassen en databases in de neurowetenschappen. Curr Opin Neurobiol. 2002, 12: 574-579. [PubMed]
  125. Van Essen DC, Drury HA, Dickson J, Harwell J, Hanlon D, Anderson CH. Een geïntegreerde softwaresuite voor oppervlakte-gebaseerde analyses van hersenschors. J Am Med Inform Assoc. 2001, 8: 443-459. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  126. van Leijenhorst L, Crone EA, Bunge SA. Neurale correlaten van ontwikkelingsverschillen in risicoschatting en feedbackverwerking. Neuropsychologia. 2006, 44: 2158-2170. [PubMed]
  127. van Leijenhorst L, Zanolie K, Van Meel CS, Westenberg PM, Rombouts SA, Crone EA. Wat motiveert de adolescent? Hersenregio's bemiddelen beloningsgevoeligheid gedurende de adolescentie. Cereb Cortex. 2009 Epub voor de afdruk. [PubMed]
  128. Velanova K, Wheeler ME, Luna B. Maturatieveranderingen in anterieure cingulate en frontopariëtale rekrutering ondersteunen de ontwikkeling van foutverwerking en remmende controle. Cereb Cortex. 2008, 18: 2505-2522. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  129. Voorn P, Vanderschuren LJ, Groenewegen HJ, Robbins TW, Pennartz CM. Een spin op de dorsale-ventrale verdeling van het striatum. Trends Neurosci. 2004, 27: 468-474. [PubMed]
  130. Ward BD. 2002. Deconvolutieanalyse van fMRI-tijdreeksgegevens: documentatie voor het AFNI-softwarepakket. Beschikbaar via: http://afni.nimh.nih.gov/pub/dist/doc/manual/3dDeconvolve.pdf.
  131. Wenger KK, Visscher KM, Miezin FM, Petersen SE, Schlaggar BL. Vergelijking van aanhoudende en voorbijgaande activiteit bij kinderen en volwassenen met behulp van een gemengd geblokkeerd / gebeurtenis-gerelateerd fMRI-ontwerp. NeuroImage. 2004, 22: 975-985. [PubMed]
  132. Wheeler ME, Shulman GL, Buckner RL, Miezin FM, Velanova K, Petersen SE. Bewijs voor afzonderlijke perceptuele reactivatie en zoekprocessen tijdens herinneren. Cereb Cortex. 2005, 16: 949-959. [PubMed]
  133. Williams BR, Ponesse JS, Schachar RJ, Logan GD, Tannock R. Ontwikkeling van remmende controle over de levensduur. Dev Psychol. 1999, 35: 205-213. [PubMed]
  134. Yakovlev PI, Lecours AR. De myelogenetische cycli van regionale rijping van de hersenen. In: Minkowski A, redacteur. Regionale ontwikkeling van de hersenen in het vroege leven. Oxford: Blackwell Scientific; 1967. pp. 3-70.