De rol van de puberteit in de ontwikkelende adolescente hersenen (2010)

Hum Brain Mapp. 2010 juni; 31(6): 926-933.

Gepubliceerd online 2010 mei 3. doi: 10.1002 / hbm.21052

PMCID: PMC3410522

Sarah-Jayne Blakemore,^1,^* Stephanie Burnett,^1,² en Ronald E Dahl³

Abstract

Adolescentie verwijst naar de periode van fysieke en psychologische ontwikkeling tussen kindertijd en volwassenheid. Het begin van de adolescentie is losjes verankerd aan het begin van de puberteit, wat dramatische veranderingen in hormoonniveaus en een aantal consequente fysieke veranderingen met zich meebrengt. Begin van de puberteit wordt ook geassocieerd met ingrijpende veranderingen in driften, motivaties, psychologie en het sociale leven; deze veranderingen blijven gedurende de adolescentie. Er is een toenemend aantal neuroimaging-onderzoeken die kijken naar de ontwikkeling van de hersenen, zowel structureel als functioneel, tijdens de adolescentie. Bijna al deze onderzoeken hebben de ontwikkeling bepaald volgens de chronologische leeftijd, die een sterke, maar geen unitaire correlatie vertoont met het puberale stadium. Zeer weinig neuroimaging-onderzoeken hebben geassocieerd met de ontwikkeling van de hersenen met het puberale stadium, en toch is er voorlopig bewijs dat suggereert dat de puberteit een belangrijke rol zou kunnen spelen in sommige aspecten van de hersenen en cognitieve ontwikkeling. In dit artikel beschrijven we dit onderzoek, en we stellen voor dat in de toekomst ontwikkelingsonderzoek naar neuroimaging van adolescentie de rol van de puberteit zou moeten overwegen. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

sleutelwoorden: puberteit, adolescentie, ontwikkeling, hormonen, prefrontale cortex

INLEIDING

Adolescentie is de periode van fysieke, cognitieve en sociale rijping tussen kinderjaren en volwassenheid [Lerner en Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴]. Het begin van de adolescentie vindt plaats rond het begin van de puberteit en wordt daarom gekenmerkt door dramatische veranderingen in hormoonspiegels en in fysieke verschijning (waaronder snelle fysieke groei, veranderingen in gezichtsstructuur en het uiterlijk van secundaire geslachtskenmerken). In dezelfde periode ervaren adolescenten talrijke veranderingen in sociale, academische en andere omgevingsinvloeden en treden zij typisch in een stadium van diepgaande psychologische overgang. Het einde van de adolescentie zou optreden wanneer een individu een stabiele volwassen rol heeft bereikt, tegen die tijd dat de meerderheid van de puberale overgangen zijn voltooid, althans in geïndustrialiseerde landen [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner en Steinberg, ²⁰⁰⁴]. Gedurende de adolescentie zijn er veranderingen in de structuur en functie van de hersenen. Seksuele dimorfismen in veel van deze veranderingen suggereren mogelijke relaties met de puberteit.

Over de relatie tussen puberteit en neurale ontwikkeling bij de mens is relatief weinig bekend. Een schat aan bewijs uit niet-menselijke dierstudies geeft echter aan dat de hormonale gebeurtenissen in de puberteit diepgaande effecten hebben op hersenveroudering en -gedrag [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴; Speer, ²⁰⁰⁰]. Deze veranderingen schimmelen de percepties, motivaties en gedragsrepertoire van een individu, wat reproductief gedrag en onafhankelijkheid mogelijk maakt [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. In de afgelopen jaren heeft een klein maar groeiend aantal menselijke gedrags- en neuroimaging-onderzoeken, waaronder in populaties met hormoonontregeling, voorlopig bewijs opgeleverd dat puberale hormonen de structuur en functie van de zich ontwikkelende menselijke hersenen zouden kunnen beïnvloeden.

PUBERTY: HET BEGIN VAN ADOLESCENTIE

Vroege adolescentie wordt gekenmerkt door veranderingen in het lichaam als gevolg van de puberteit, die drie endocriene gebeurtenissen omvat: adrenarche, gonadarche en activering van de groeias [Dorn, ²⁰⁰⁶; Speer, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, dat vaak als de puberteit op zich wordt beschouwd, is een biologisch proces dat begint met de activatie van de hypothalamus-hypofyse-gonadale as en eindigt met het bereiken van reproductieve competentie. Dit proces begint meestal tussen leeftijden 8 en 14 jaar bij vrouwen (gemiddelde leeftijd 11), en tussen leeftijden 9 en 15 bij mannen (gemiddelde leeftijd 12), als reactie op pulserende afgifte van gonadotropine-releasing hormoon (GnRH) uit de hypothalamus, die stimuleert de hypofyseproductie van luteïniserend hormoon (LH) en follikelstimulerend hormoon (FSH). LH en FSH activeren rijpingsveranderingen in de geslachtsklieren (eierstokken of teelballen), die reageren door reproductievermogen te bereiken (gameten produceren). De rijpende eierstokken en teelballen scheiden ook de gonadale steroïden oestrogeen en testosteron uit. Deze toenames van gonadale steroïden veroorzaken op hun beurt aanvullende veranderingen in de voortplantingsorganen en het optreden van secundaire geslachtskenmerken [Susman en Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache of activering van de hypothalamus-hypofyse-bijnieras begint vaak eerder dan gonadarche, meestal tussen de zes en negen jaar bij vrouwen en een jaar later bij mannen [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach en Styne, 2003]. Bijnier androgenen (zwakkere vormen van gonadale testosteron) beginnen te stijgen aan het begin van adrenarche en blijven toenemen tot ze een piek bereiken in de vroege 20s [Worthman en Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Deze toename van bijnierandrogenen draagt bij aan de ontwikkeling van secundaire geslachtskenmerken zoals oksel en schaamhaar en veranderingen in zweetklieren / lichaamsgeur. Het is mogelijk dat adrenarche ook maturatieve effecten veroorzaakt die beginnen vóór de periode die gewoonlijk als adolescentie wordt beschouwd; deze effecten worden echter niet goed begrepen [Dorn, ²⁰⁰⁶].

De derde hormonale gebeurtenis die optreedt tijdens de puberteit is de activering van de groeiperi, resulterend in een lineaire groeispurt rond 12 bij meisjes en 14 bij jongens, evenals veranderingen in lichaamsgrootte en samenstelling [Marshall en Tanner, ¹⁹⁶⁹^,¹⁹⁷⁰].

HORMONALE EFFECTEN OP HERSENEN EN GEDRAG

De gonadale steroïde hormonen oestrogeen en testosteron, evenals hun zwakkere bijniertegenhangers, beïnvloeden het fysieke uiterlijk van het lichaam. Ze beïnvloeden ook de hersenen en het gedrag. Er wordt verondersteld dat deze effecten plaatsvinden via twee relatief verschillende processen: organisatie en activering [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴]. Organisatorische effecten treden pre- en perinataal op, met golven van testosteron die de neurale circuits bij mannen mannelijk maken en defeminiseren, en de afwezigheid van testosteron resulterend in een vrouwelijk neuraal fenotype. Activationele effecten treden op tijdens de puberteit, aangezien gonadale steroïde hormonen op sluimerende neurale circuits werken om volwassen reproductief gedrag in context te lokaliseren; een recente modernisering van deze dichotomie suggereert dat de hormonale gebeurtenissen in de puberteit ook neurale circuits organiseren voor volwassen sociaal en reproductief gedrag [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴]. Inderdaad, op basis van bevindingen uit niet-menselijke dierstudies, wordt gesuggereerd dat de hormonale gebeurtenissen in de puberteit een tweede periode van structurele reorganisatie en plasticiteit in de hersenen veroorzaken [Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴]. Bij de mens is er echter heel weinig begrip van de specifieke relaties tussen de puberteit en de ontwikkeling van adolescente hersenen.

Dierstudies geven aan dat geslachtshormoonhormonen drie belangrijke effecten hebben op gedrag in de puberteit, via specifieke hersenstructuren. Het eerste effect is het faciliteren van direct reproductief gedrag, dat voornamelijk via de hypothalamus plaatsvindt. Het tweede effect is via de reorganisatie van sensorische en associatiegebieden van de hersenen, waaronder de visuele cortex [Nunez et al., ²⁰⁰²], amygdala en hippocampus [Hebbard et al., ²⁰⁰³; Romeo en Sisk, ²⁰⁰¹; zie ook Shen et al., 2010]. Dit resulteert in gewijzigde sensorische associaties, bijv. De geur of het zicht van potentiële seksuele partners of concurrenten [Sisk en Foster, ²⁰⁰⁴], wat enkele aandachts- en motiverende veranderingen in de puberteit kan vergemakkelijken. Het derde effect van puberteitshormonen vindt plaats via beloningsgerelateerde hersenstructuren zoals de nucleus accumbens en dopaminerge routes naar de prefrontale cortex. Deze effecten zijn nodig voor het vestigen van een sterke motivatie om te zoeken naar mogelijkheden voor reproductie. In de nucleus accumbens van knaagdieren bijvoorbeeld, neemt de puberteitsstijging van testosteron de neurale circuits die de motivatie beïnvloeden in de richting van gedrag waarbij beloning wordt gezocht, inclusief seksueel gedrag, [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. Het is mogelijk dat adrenarchale hormonen (DHEA en DHEAS) vergelijkbare effecten beginnen uit te oefenen op hersenen en gedrag voorafgaand aan het ontstaan van gonadarche, maar deze effecten worden slecht begrepen. Er is duidelijk behoefte aan meer onderzoek gericht op de vroegste stadia van de puberteit / adrenarche om inzicht te krijgen in deze aspecten van de puberteit en de ontwikkeling en het gedrag van adolescente hersenen [zie Dorn, ²⁰⁰⁶; ter discussie].

METEN VAN PUBERTY IN STUDIES OF ADOLESCENT BRAIN DEVELOPMENT

Er is betrekkelijk weinig bekend over de puberteitsspecifieke veranderingen in de ontwikkeling van de menselijke hersenen. Het bevorderen van begrip op deze gebieden vereist zorgvuldige aandacht op twee niveaus: conceptueel en methodologisch. Conceptueel vereist dit de ontwikkeling en verfijning van modellen voor de ontwikkeling van adolescente hersenen die specifieke aspecten van puberale rijping (bijv. Specifieke hormonen) aanpakken die causaal verbonden zijn met specifieke aspecten van veranderingen in de hersenen en gedrag. Methodologisch zal het studies vereisen die zijn ontworpen met de selectie van monsters en metingen van de puberteit die het testen van deze specifieke hypothesen mogelijk maken. Omdat leeftijd en puberale rijping vaak gecorreleerd zijn (en leeftijd eenvoudig met grote precisie en validiteit kan worden gemeten, terwijl de puberteit vaak wordt geschat met ruwe categorische maatregelen die niet gemakkelijk gevalideerd kunnen worden), is er behoefte aan onderzoeken met ontwerpen die de puberteit en leeftijd expliciet ontwarren effecten (bijv. het rekruteren van monsters die dezelfde leeftijd en graadniveau hebben, maar verschillen bij de puberale rijping, en dan in de lengterichting restudying).

Deze doelen roepen een aantal vragen op met betrekking tot het meten van specifieke aspecten van puberale rijping in studies bij mensen. Om te beginnen is de puberteit noch een korte gebeurtenis, noch een eenheidsverschijnsel, maar in plaats daarvan bestaan er verschillende, maar tijdelijk overlappende processen die zich over meerdere jaren uitstrekken [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Zoals eerder beschreven, omvatten deze processen activering van adrenale, gonadale en groeihormoonsystemen, en daarnaast een verscheidenheid aan directe en indirecte effecten, van groeispurts tot veranderend zelfbeeld. De meest geschikte mate van puberteit zal daarom gedeeltelijk afhangen van de specifieke onderzoeksvraag in elk onderzoek.

Een veelgebruikte maat voor de puberteit is Tanner Stage. Tanner-enscenering categoriseert personen langs een ordinale puberteitsschaal van 1 tot 5, op basis van schaamhaar en borstontwikkeling bij vrouwen, en schaamhaar en genitale ontwikkeling bij mannen [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner en Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Tanner-enscenering door fysiek onderzoek moet worden uitgevoerd door een getrainde clinicus. Er zijn verschillende beperkingen aan Tanner-enscenering. De schaal is ontwikkeld met verwijzing naar een enkele etnische groep (er zijn mogelijk etnische verschillen) en in een relatief kleine steekproef van 200-kinderen. Meisjes met overgewicht hebben de neiging om onnauwkeurig geënsceneerd te worden, vanwege de afhankelijkheid van de enscenering van borstontwikkeling, die ten onrechte kan worden overschat in een puur visueel onderzoek. Ondanks deze beperkingen wordt Tanner-stadiëring historisch gezien beschouwd als de gouden standaard voor de meting van de puberteit [Dorn, ²⁰⁰⁶].

In het licht van de bovengenoemde bezorgdheid kan worden verwacht dat Tanner-stadiëring door lichamelijk onderzoek nuttig kan worden aangevuld met hormonale testen, aangezien deze hormonen bijnier en gonadaal (of bijnier / gonadaal vrijgevend) stroomopwaarts van hun externe fysieke effecten meten. Hormoonbepalingen kunnen in toenemende mate bruikbaar zijn voor het meten van de puberteit in de toekomst; het is op dit moment echter onduidelijk hoe hormoonmetingen moeten worden gecombineerd met (of in combinatie met) andere maatregelen zoals Tanner-stadia [zie Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹]. Er zijn ook andere praktische zaken met betrekking tot hormonale maatregelen, waaronder kosten, de belasting van het onderwerp en het feit dat niveaus van verschillende puberteitshormonen fluctueren in maandelijkse en circadiane cycli. Er is weinig onderzoek gedaan naar het vergelijken van hormoonniveaus in verschillende biologische monsters (speeksel, bloed, urine) met clinicus-beoordeelde Tanner-stadia [zie Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹], dus het is onduidelijk hoeveel gewicht moet worden gegeven aan hormoonspiegels. Op een conceptueel niveau, bijvoorbeeld, kunnen sommige neurologische gedragsveranderingen tijdens de puberteit het directe gevolg zijn van de toename van hormoonniveaus op specifieke neurale systemen tijdens de ontwikkeling van adolescente hersenen (en dus het best gekwantificeerd door hormoonmetingen), terwijl andere neuro-gedragsveranderingen meer complexe invloeden kunnen weerspiegelen (bijv. veranderingen in sociale ervaring die meer direct verbonden zijn met de fysieke veranderingen en sociale rollen, en beter gelinkt zijn aan Tanner-stadia dan enige specifieke hormoonverandering).

Tanner-enscenering door fysiek onderzoek door een gekwalificeerde clinicus kan praktische vragen oproepen met betrekking tot geschiktheid en gemak. Vaak wordt dit het beste bereikt in de context van het doen van een kort "gezondheids" -examen. Dat wil zeggen dat Tanner-enscenering deel kan uitmaken van een normaal lichamelijk gezondheidsexamen en daarom niet gepaard mag gaan met stigma of ethische problemen (buiten een normale fysieke gezondheidscontrole). De kosten (clinicustijd, speciale ruimte en apparatuur voor een lichamelijk onderzoek en uitleg over de procedures voor de adolescent en het gezin) kunnen dit echter onpraktisch maken voor veel onderzoeksstudies. Daarom is het waardevol om alternatieve manieren te overwegen om de puberale rijping te kwantificeren, zoals beoordelingen door zelfrapportage vragenlijst. Een relatief groot aantal onderzoeken hebben de zelfbeoordeling van de Tanner-fase (of ouder-geclassificeerde) beoordeeld met behulp van de Petersen Development Scale [PDS; Petersen et al., ¹⁹⁸⁸]. Dit is een vragenlijst met items die de haargroei, huidveranderingen en groeispurt beoordelen, met geslachtsspecifieke items, zoals menarche en borstontwikkeling bij vrouwen, en genitale groei en gezichtsbeharing bij mannen. Als zodanig meet de PDS een samengestelde puberteitsscore met de effecten van bijnier- en groeihormonen, evenals gonadale hormonen. Correlaties met de door een clinicus beoordeelde Tanner-fase zijn niet bijzonder hoog: in een onderzoek werden correlaties gevonden tussen 0.61 en 0.67 in 11- tot 13-jarige meisjes voor de zelfrapportage PDS [Brooks-Gunn et al., ¹⁹⁸⁷; correlaties zijn zelfs lager voor PDS van het ouderrapport; zie Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹]. De mate waarin deze relatief lage correlaties te wijten zijn aan onnauwkeurige zelfwaardering, of aan verschillende constructen, zoals de verschillende effecten van bijnier / groei versus gonadale hormonen, moet worden geëvalueerd. De PDS kan met de nodige voorzichtigheid worden gebruikt om het Tanner-stadium in te schatten wanneer een lichamelijk onderzoek niet mogelijk is. Als de onderzoeksvraag echter geen betrekking heeft op hormoonspiegels en het stadium van de Tanner, maar in plaats daarvan betrekking heeft op zelfbeeld en zelfbewustzijn, of in de puberteitfase ten opzichte van leeftijdsgenoten, kan worden beargumenteerd dat de PDS de meest relevante maat is [zie Dorn , ²⁰⁰⁶ ter discussie]. Samenvattend moeten onderzoekers ruimschoots nadenken over welk aspect van de puberteit het meest relevant is voor hun onderzoeksvraag en hun metingen van de puberteit (en de algehele opzet van het onderzoek) dienovereenkomstig selecteren.

PUBERTY EN STRUCTURELE HERSENENONTWIKKELING ZOALS GEMETEN DOOR MRI

De komst van niet-invasieve hersenafbeeldingsmethoden, met name magnetische resonantie beeldvorming (MRI), heeft onderzoek naar de ontwikkeling van het levende menselijke brein mogelijk gemaakt. Ontwikkelingsveranderingen die zijn afgebakend met MRI omvatten veranderingen in de hoeveelheid grijze en witte stof en veranderingen in de microstructuur van de witte stof.

Adolescent Gray Matter Development

De hoeveelheid corticale grijze materie (dichtheid, volume en dikte) verandert tijdens de kindertijd en adolescentie op een regiospecifieke en overwegend niet-lineaire manier [Giedd et al., ¹⁹⁹⁹; Shaw et al., ²⁰⁰⁸; Sowell et al., ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹; zie bijvoorbeeld Blakemore, ²⁰⁰⁸ ter beoordeling]. Over een groot deel van het corticale oppervlak komt de ontwikkeling van grijze materie overeen met een omgekeerd U-vormig ontwikkelingspad, aanvankelijk in volume toenemend in de kindertijd, een piek bereikend in de adolescentie en gestaag afnemend tot in de volwassenheid. Grijze materie bestaat uit de cellichamen, dendrieten en niet-gemyeliniseerde axonen van neuronen, evenals gliacellen en capillairen. Daarom en op basis van bewijs uit histologische monsters [bijv. Huttenlocher, ¹⁹⁷⁹], is gesuggereerd dat het omgekeerde U-vormige ontwikkelingstraject van grijze stofvolume dat wordt gezien in menselijke MR-scans toe te schrijven is aan dendritische uitgroei en synaptogenese, gevolgd door synaptische snoei [bijv. Giedd et al., ¹⁹⁹⁹]. Een vroege publicatie van Giedd et al. [¹⁹⁹⁹] vertoonde dit omgekeerde U-vormige patroon van ontwikkeling van grijze materie over de frontale, temporale en pariëtale corticale lobben, hoewel niet alle daaropvolgende onderzoeken een duidelijke replicatie van dit patroon hebben verschaft (bijv. Shaw et al., ²⁰⁰⁸; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹). In Giedd et al. Bereikten de frontale en pariëtale lobben het hoogste grijze materievolume op 11-leeftijd bij meisjes en 12 bij jongens, voordat ze een verlengde reeks van verdunnenden in volwassenheid ondergingen. De leeftijden waarop deze pieken in grijs stofvolume werden waargenomen corresponderen met de seksueel dimorfe leeftijden van de gonadarche aanvang, wat mogelijke interacties suggereert tussen puberteitshormonen en ontwikkeling van grijze materie. Andere MRI-onderzoeken hebben geleid tot de geleidelijke opkomst van seksuele dimorfismen in de puberteit, met toename van het amygdala-volume tijdens de puberteit bij mannen alleen en toename van het volume van de hippocampus bij alleen vrouwen [Lenroot et al., ²⁰⁰⁷; Neufang et al., ²⁰⁰⁹]. Het is dus mogelijk dat de neuroanatomische ontwikkeling in bepaalde hersenregio's nauwer verbonden is met de puberteit dan in andere hersenregio's. Er zijn echter geen directe metingen van de puberteit verkregen in deze onderzoeken.

De rol van de puberteit bij Gray Matter Development

In de afgelopen jaren hebben een aantal adolescente MRI-onderzoeken de relaties tussen structurele hersenontwikkeling, geslacht en puberteit in meer detail onderzocht. Een adolescente structurele MRI-studie door Peper et al. [^2009b] toonde bewijs voor een positieve associatie tussen testosteronspiegels en globale grijze materiedichtheid bij mannen (en niet bij vrouwen), terwijl vrouwen een negatieve associatie vertoonden tussen oestradiolgehalten en zowel mondiale als regionale dichtheid van grijze materie. Of deze sekseverschillen kunnen worden gerepliceerd en of ze inderdaad regiospecifiek zijn, valt nog te bezien. Elders is er bewijs getoond voor regionale en genderspecifieke effecten van puberale maatregelen op structurele hersenmetingen. Neufang et al. [²⁰⁰⁹] onderzocht de relaties tussen volume van grijze massa, geslacht en puberteit in deelnemers van 8-15. De puberale maten waren door de arts beoordeeld stadium van de Tanner en plasmaconcentraties van gonadotrope (LH, FSH) en gonadale (testosteron, oestrogeen) hormonen. Ongeacht het geslacht was er een positieve relatie tussen puberale maten (Tanner-stadium en testosteron) en het grijze-stofvolume in de amygdala, en een negatieve relatie tussen deze metingen en het volume van de hippocampus. Daarnaast waren er genderspecifieke effecten: vrouwen lieten een positieve relatie zien tussen oestrogeenniveaus en limbisch grijs materiaal en mannen vertoonden een negatief verband tussen testosteron en grijze pariëtale cortex. Al deze bevindingen zijn voorlopig en vereisen replicatie, maar vormen een belangrijke eerste stap in dit nieuwe onderzoeksgebied.

Adolescent White Matter Development

Veel MRI-onderzoeken tonen een gestage lineaire toename van het mondiaal witvolume tussen de kindertijd en de adolescentie, waarbij deze toename afneemt en stabiliseert naar volwassenheid [Giedd et al., ¹⁹⁹⁹; Tamnes et al., ²⁰⁰⁹]. Deze toename verschilt tussen de geslachten in de adolescentie, waarbij mannen aanzienlijk steiler ouderdomsgerelateerde verhogingen in witte stofvolume vertonen dan vrouwen [bijv. Perrin et al., ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. De toename in volume witte stof is toegeschreven aan progressieve leeftijdsgerelateerde axonale myelinatie waargenomen in histologische monsters [Benes et al., ¹⁹⁹⁴; Yakovlev en Lecours, ¹⁹⁶⁷], of als alternatief voor het vergroten van het axonale kaliber [Paus et al., ²⁰⁰⁸].

Naast veranderingen in het volume van de witte stof, hebben onderzoeken geleid tot gelijktijdige veranderingen in de microstructuur van de witte stof. Fractionele anisotropie (FA) is een MRI-meting die de mate beschrijft waarin de diffusie van watermoleculen in de hersenen anisotroop is (niet in alle richtingen gelijk). Hoge FA-waarden die worden weergegeven in diffusie tensor imaging (DTI) -MRI-onderzoeken worden geacht de toenemende organisatie van witte stofkanalen te weerspiegelen als gevolg van processen waaronder myelinisatie. Studies tonen consistent een toename van FA tijdens de adolescentie aan, bijvoorbeeld in de voorhoofdskwabben [Barnea-Goraly et al., ²⁰⁰⁵]. Tot op heden hebben studies geen bewijs getoond voor seksueel dimorfe ontwikkelingsroutes van FA.

Een andere MRI-meting die in de ontwikkeling is gebruikt, is de myeline-overdrachtsratio [MTR: Perrin et al., ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. MTR biedt informatie over de macromoleculaire inhoud (bijv. Myeline-inhoud) van witteweefsel. In tegenstelling tot FA is er bewijs voor seksueel-dimorfe ontwikkelingsroutes van MTR. Specifiek is aangetoond dat MTR met de leeftijd afneemt in de adolescentie bij mannen alleen [Perrin et al., ²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹]. Er is gesuggereerd dat deze afname in MTR een toenemend axonaal kaliber weerspiegelt, omdat hoe groter het kaliber, hoe minder axons in dezelfde eenheid van afgebeelde volume zullen passen en dit zal resulteren in een relatieve afname van de hoeveelheid myeline [Paus et al. , ²⁰⁰⁸]. Er blijven vragen over deze intrigerende bevindingen met behulp van MTR: bijvoorbeeld of deze sekseverschillen naar voren komen of exclusief tijdens de adolescentie.

De rol van de puberteit in de ontwikkeling van witte materie

Ontwikkelingsbanen van witte stof verschillen als een functie van puberale maatregelen. Eén studie rapporteerde een positieve relatie tussen de LH-concentratie en de dichtheid van de witte stof op negenjarige leeftijd; deze relatie verschilde niet tussen de geslachten [Peper et al., ²⁰⁰⁹]. Er is echter aangetoond dat tijdens de adolescentie de ontwikkelingstrajecten van het witte stofvolume, evenals de MTR, verschillen tussen de geslachten. Recente studies door Perrin et al. [²⁰⁰⁸^,²⁰⁰⁹] hebben onderzocht of dit verschil te wijten kan zijn aan puberteitshormonen stroomafwaarts van LH. Perrin et al. [²⁰⁰⁸] onderzocht de relatie tussen expressieniveaus van een gen dat codeert voor de androgeen (testosteron) receptor, en ontwikkeling van witte materie, bij mannen. De resultaten toonden aan dat variantie in de ontwikkeling van witte stof bij mannetjes inderdaad verband hield met genexpressieniveaus, wat suggereert dat de effecten van testosteron verantwoordelijk kunnen zijn voor de seksueel dimorfe relatie tussen leeftijd en volume van de witte stof. In Perrin et al. [²⁰⁰⁹], werd bewijs gepresenteerd voor seksueel dimorfisme in het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de toename van het witte-stofvolume in adolescenten.

Samenvattend hebben een aantal studies aangetoond dat gonadotrope en gonadale puberteitshormonen de structurele hersenontwikkeling beïnvloeden. Verder onderzoek is nodig om mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan regiospecificiteit en seksueel dimorfisme in de relatie tussen puberteitshormonen en hersenontwikkeling. Ten slotte hebben studies tot nu toe geen onderzoek gedaan naar mogelijke interacties tussen de timing van puberale gebeurtenissen en structurele hersenontwikkeling; dit is een gebied voor toekomstig onderzoek.

DE ROL VAN PUBERTY IN COGNITIEVE ONTWIKKELING

Slechts een klein aantal empirische gedragsstudies heeft zich gericht op het effect van de puberteit op een bepaald cognitief proces. Sommige van de vroegste onderzoeken waren gericht op gezichtsbehandeling. Een onderzoek door Carey et al. [¹⁹⁸⁰] toonde aan dat, terwijl de prestaties bij een gezichtsherkenningstoetsing tijdens het eerste decennium van het leven gestaag verbeterden, dit werd gevolgd door een afname in prestaties op ongeveer 12-leeftijd. Deze afname kan het gevolg zijn van de puberteit, eerder dan van de leeftijd als zodanig, omdat uit een later onderzoek bleek dat vrouwen halverwege de puberteit slechter presteerden dan de vrouwen in de pre- of postpuberteit, toen deze groepen werden vergeleken voor de leeftijd. Meer recent werd bewijs voor een puberale "dip" in gezichtsemotionverwerking getoond [McGivern et al., ²⁰⁰²]. In deze studie voerden mannelijke en vrouwelijke deelnemers in de leeftijd van 10-17 een match-to-sample-taak uit waarbij gezichten met emotionele expressies gepaard gingen met emotiewoorden. Een toename in reactietijd van ongeveer 10-20% werd getoond op een leeftijd die ongeveer overeenkwam met het begin van de puberteit (leeftijd 10-11 jaar bij vrouwen, 11-12 bij mannen), die vervolgens tijdens de adolescentie daalde om prepuberteitniveaus te bereiken op 16- 17. In dit onderzoek werd het stadium van de puberteit echter niet beoordeeld. Deze resultaten moeten nu worden gerepliceerd, bijvoorbeeld met meer accurate hormonale metingen van de puberteit en het gebruik van longitudinaal beoordeelde cohorten. Verder onderzoek zou ook moeten onderzoeken of deze resultaten specifiek zijn voor gezichtsbehandeling of een meer domein-algemeen effect zijn van cognitieve ontwikkeling van adolescenten.

Het effect van geslachtshormonen op de cognitieve functie

Er zijn aanwijzingen dat hormonen verschillende invloeden kunnen hebben op gedrag tijdens de puberteit dan op volwassen leeftijd. Het uitdagingsmodel van testosteron-agressiegroepen suggereert bijvoorbeeld dat terwijl de testosteronspiegel tijdens de puberteit toeneemt, agressief gedrag geen eenvoudige relatie met testosteron vertoont tijdens de adolescentie [Archer, ²⁰⁰⁶]. Integendeel, er is nieuw bewijsmateriaal uit zowel menselijke als niet-menselijke primaatstudies dat testosteron de motivatie verhoogt om een hogere status te bereiken, maar de specifieke effecten op gedrag zijn afhankelijk van de sociale en ontwikkelingscontext. Het is belangrijk om de complexiteit van deze kwesties te benadrukken - dat wil zeggen, we bevinden ons in een zeer vroeg stadium in het integreren van dieronderzoek (waar experimenten kunnen worden ontworpen om specifieke hormonale effecten op specifieke neurale systemen op te helderen) en menselijke studies, om de belangrijke maar complexe kwesties met betrekking tot cognitieve, emotionele en motivationele veranderingen die direct verband houden met de puberteit [zie Dahl en Gunnar, ²⁰⁰⁹, voor verdere bespreking van enkele van de klinische en publieke gezondheidsimplicaties].

Er zijn echter een paar convergerende gebieden die voortkomen uit onderzoek op dit gebied dat veelbelovende gebieden van vooruitgang belicht. Er is bijvoorbeeld toenemend bewijs dat adolescentieveranderingen in sensatiezoekende enkele puberteitsspecifieke veranderingen kunnen omvatten en mogelijk nieuwe inzichten in het nemen van risico's voor adolescenten opleveren. Sensatie zoeken is een van de ontwikkelingsbijdragen voor risicogedrag en zal eerder optreden tijdens de adolescentie dan enige andere periode [bijv. Arnett en Balle-Jensen, ¹⁹⁹³]. Sensatiezuchtige neigingen lijken sterker verband te houden met de puberteit dan met de leeftijd [Spear, ²⁰⁰⁰]. Een van de eerste onderzoeken om het specifieke verband aan te tonen tussen sensatiezoekende en puberteit, gericht op adolescenten in de beperkte leeftijdscategorie van 11-14-jaren. Jongens en meisjes met meer gevorderde puberteit ontwikkelden hogere waarderingen van sensatie en meer drugsgebruik [Martin et al., ²⁰⁰²]. Meer recent, Steinberg en Monahan [²⁰⁰⁷] hebben bewijs gevonden dat het ontleden van sensatie-zoeken vanuit het bredere construct van impulsiviteit (dat soms experimenteel wordt vertroebeld met sensatiezoekend) een omgekeerd U-vormig ontwikkelingspad vertoont, piekerend ten tijde van puberale rijping, en significant gerelateerd aan metingen van de puberteit bij jongens. Dahl en Gunnar [²⁰⁰⁹, voor verdere discussie] hebben een breder scala aan affectieve veranderingen gerapporteerd die verband houden met de puberteit, bijvoorbeeld emoties als reactie op sociale situaties.

Kort samengevat hebben slechts weinig studies de link tussen puberteit en cognitieve ontwikkeling onderzocht en dit gebied zal een interessante focus zijn voor toekomstig onderzoek.

DE ROL VAN PUBERTY IN FUNCTIONELE HERSENENONTWIKKELING ZOALS GEMETEN DOOR fMRI

Een zeer klein aantal van de functionele neuroimaging-onderzoeken die tot dusver zijn uitgevoerd, hebben ook metingen van de puberteit omvat. Een aantal volwassen en adolescente functionele MRI (fMRI) -studies tonen echter geslachtsverschillen in neurale activiteit in een reeks cognitieve paradigma's (een volledige herziening van deze bevindingen valt buiten het bestek van dit artikel). Sommige sekseverschillen kunnen te wijten zijn aan prenatale effecten op het geslachtshormoon, aan puberteit-onafhankelijke effecten van genen die zijn gecodeerd op de geslachtschromosomen, of aan genderspecifieke milieueffecten gedurende de levensduur. Sommige van deze effecten kunnen echter worden toegeschreven aan de puberteit. Deze effecten kunnen worden gemedieerd door effecten op neurale / hemodynamische koppeling, via organisatorische of activerende effecten op neurale reactiviteit, invloeden op cognitieve verwerking, of via indirecte invloeden van puberale overgangen op cognitieve verwerking via stereotypen en identiteit. Verdere studies zijn nodig om deze mogelijke relaties te verhelderen.

Verschillende fMRI-onderzoeken zijn uitgevoerd in populaties met endocriene verstoringen. Hoewel de resultaten moeilijk te interpreteren zijn met betrekking tot typische puberteit en adolescentie (deze populaties zijn hormonaal abnormaal voorafgaand aan het begin van de puberteit), bieden ze convergerend bewijs dat determinanten of correlaten van puberteit de functionele hersenactiviteit beïnvloeden. Een fMRI-onderzoek door Mueller et al. [²⁰⁰⁹] vergeleken hersenactiviteit tijdens een gezichtsemotionverwerkende taak tussen adolescente mannen met familiaal hyperandrogenisme (die al op vroege leeftijd overmatig testosteron veroorzaakte). Ten opzichte van de controles vertoonde de groep met overmatig testosteron verhoogde hippocampale activiteit tijdens de behandeling van angst, evenals snellere gedragsreacties op gezichten met angstwekkende expressies. In een fMRI-onderzoek door Ernst et al. [²⁰⁰⁷], zeven mannelijke en zeven vrouwelijke adolescenten met congenitale bijnierhyperplasie (resulterend in een teveel aan testosteron in utero) werden vergeleken met op leeftijd en geslacht afgestemde controles in een soortgelijke gezichtsemotionverwerkende taak. In tegenstelling tot de studie van Mueller et al., Werden er geen groepsverschillen gemeld in de hippocampus. In de vrouwelijke klinische groep was er echter verbeterde amygdala-activiteit tijdens angst- en woedebewerking, in vergelijking met vrouwelijke controles. De verhoogde amygdala-activiteit in de vrouwelijke klinische groep was vergelijkbaar met die bij mannelijke controles, wat wijst op een mediërend effect van testosteron.

CONCLUSIE

De puberteit vertegenwoordigt een periode van diepe overgang in termen van driften, emoties, motivaties, psychologie en sociaal leven. Recent voorlopig bewijs van ontwikkelings-MRI-onderzoeken heeft gesuggereerd dat stadium van de puberteit een belangrijke rol zou kunnen spelen bij de ontwikkeling van adolescente hersenen, misschien meer dan de chronologische leeftijd. Verdere gedrags- en neuroimaging-onderzoeken zijn nodig waarin nauwkeurige en betrouwbare metingen van de puberteit worden gedaan om licht te werpen op de invloed van hormonale hormonen op de ontwikkeling van de hersenstructuur en -functie. Het is duidelijk dat het van grote waarde is om een beter begrip te krijgen van de relaties tussen de hersenen, cognitie, gedrag en puberteit. Deze doelen zullen echter conceptuele en methodologische vooruitgang vereisen, gericht op de beste integratie van verschillende puberale maatregelen in ontwikkelingsstudies van adolescente hersenen en rijping van gedrag.

Dankwoord

SJB is een Royal Society University Research Fellow. SB werd gefinancierd door het Wellcome Trust 4-jaar PhD-programma in de neurowetenschappen aan de UCL.

REFERENTIES

Archer J. Testosteron en menselijke agressie: een evaluatie van de uitdaginghypothese. Neurosci Biobehav Rev. 2006;30: 319-345. [PubMed]
Arnett J, Balle-Jensen L. Culturele basis van risicogedrag: Deense adolescenten. Kind Dev. 1993;64: 1842-1855. [PubMed]
Barnea-Goraly N, Menon V, Eckert M, Tamm L, Bammer R, Karchemskiy A, Dant CC, Reiss AL. Ontwikkeling van witte stof tijdens de kindertijd en adolescentie: een cross-sectionele diffusie tensor imaging-onderzoek. Cereb Cortex. 2005;15: 1848-1854. [PubMed]
Benes FM, Turtle M, Khan Y, Farol P. Myelinisatie van een sleutelrelaiszone in de hippocampusformatie vindt plaats in het menselijk brein tijdens de kindertijd, adolescentie en volwassenheid. Arch Gen Psychiatry. 1994;51: 477-484. [PubMed]
Blakemore SJ. Het sociale brein in de adolescentie. Nature Rev Neurosci. 2008;9: 267-277. [PubMed]
Brooks-Gunn J, Warren MP, Rosso J, Gargiulo J. Geldigheid van zelfrapportage maatregelen van de puberale status van meisjes. Kind Dev. 1987;58: 829-841. [PubMed]
Cahill L. Waarom seks belangrijk is voor de neurowetenschappen. Nat Rev Neurosci. 2006;7: 477-484. [PubMed]
Carey S, Diamond R, Woods B. De ontwikkeling van gezichtsherkenning - een rijpingscomponent. Dev Psychol. 1980;16: 257-269.
Choudhury S. Het brein van de adolescent kweken: wat kan neurowetenschap leren van antropologie? Soc Cogn Affect Neurosci. 2010 [E-publicatie voorafgaand aan druk]
Dahl RE, Gunnar MR. Verhoogde stressresponsiviteit en emotionele reactiviteit tijdens puberale rijping: implicaties voor psychopathologie. Dev Psychopathol. 2009;21: 1-6. [PubMed]
Dorn LD. Het meten van de puberteit. J Adolesc Health. 2006;39: 625-626. [PubMed]
Ernst M, Maheu FS, Schroth E, Hardin J, Golan LG, Cameron J, Allen R, Holzer S, Nelson E, Pine DS, Merke DP. Amygdala-functie bij adolescenten met aangeboren adrenale hyperplasie: een model voor de studie van vroege steroïde-afwijkingen. Neuropsychologia. 2007;45: 2104-2113. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Giedd JN, Blumenthal J, Jeffries NO, Castellanos FX, Liu H, Zijdenbos A, Paus T, Evans AC, Rapoport JL. Hersenontwikkeling tijdens de kindertijd en adolescentie: een longitudinale MRI-studie. Nat Neurosci. 1999;2: 861-863. [PubMed]
Grumbach MM, Styne DM. Puberteit: ontogenese, neuro-endocrinologie, fysiologie en aandoeningen. In: Wilson JD, Foster DW, Kronenberg HM, Larsen PR, redacteuren. Williams Textbook of Endocrinology. 9th ed. Philadelphia, PA: WB Saunders; 1998. pp. 1509-1625.
Hebbard PC, King RR, Malsbury CW, Harley CW. Twee organisatorische effecten van pubertal testosteron bij mannelijke ratten: tijdelijk sociaal geheugen en een verschuiving van LTP na een tetanus in CA1 in de hippocampus. Exp Neurol. 2003;182: 470-475. [PubMed]
Huttenlocher PR. Synaptische dichtheid in menselijke frontale cortex-Ontwikkelingsveranderingen en effecten van veroudering. Brain Res. 1979;163: 195-205. [PubMed]
Lenroot RK, Gogtay N, Greenstein DK, Wells EM, Wallace GL, Clasen LS, Blumenthal JD, Lerch J, Zijdenbos AP, Evans AC, Thompson PM, Giedd JN. Seksueel dimorfisme van ontwikkelingstrajecten van de hersenen tijdens de kindertijd en adolescentie. NeuroImage. 2007;36: 1065-1073. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Lerner RM, Steinberg L, redacteuren. Handbook of Adolescent Psychology. 2nd ed. RM Hoboken, NJ: Wiley; 2004.
Marshall WA, Tanner JM. Variaties in patroon van puberale veranderingen bij meisjes. Arch Dis Child. 1969;44: 291-303. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Marshall WA, Tanner JM. Variaties in het patroon van puberale veranderingen bij jongens. Arch Dis Child. 1970;45: 13-23. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Martin CA, Kelly TH, Rayens MK, Brogli BR, Brenzel A, Smith WJ, et al. Sensation seeking, puberteit en nicotine, alcohol en marihuanagebruik tijdens de adolescentie. J Am Acad Child Adoles Psychiatr. 2002;41: 1495-1502.
McGivern RF, Andersen J, Byrd D, Mutter KL, Reilly J. Cognitieve efficiëntie bij een match om taken te testen neemt af bij het begin van de puberteit bij kinderen. Brain Cogn. 2002;50: 73-89. [PubMed]
Mueller SC, Mandell D, Leschek EW, Pine DS, Merke DP, Ernst M. Vroeg hyperandrogenisme beïnvloedt de ontwikkeling van hippocampusfunctie: voorlopig bewijs van een functioneel onderzoek naar magnetische resonantiebeeldvorming bij jongens met familiale mannelijke vroegrijpe puberteit. J Child Adolesc Psychopharmacol. 2009;19: 41-50. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Neufang S, Specht K, Hausmann M, Güntürkün O, Herpertz-Dahlmann B, Fink GR, Konrad K. Geslachtsverschillen en de invloed van steroïde hormonen op het zich ontwikkelende menselijke brein. Cerebrale cortex. 2009;19: 464-473. [PubMed]
Nunez JL, Huppenbauer CB, McAbee MD, Jurasaka JM, DonCarlos LL. Androgeenreceptor-expressie in de zich ontwikkelende visuele en prefrontale cortex van de mannelijke en vrouwelijke rat. J Neurobiol. 2003;56: 293-302. [PubMed]
Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Waarom ontstaan er veel psychiatrische stoornissen tijdens de adolescentie? Nat Rev Neurosci. 2008;9: 947-957. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Perrin JS, Leonard G, Perron M, Pike GB, Pitiot A, Richer L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Groei van witte stof in het brein van de adolescent: rol van testosteron en androgeenreceptor. J Neurosci. 2008;28: 9519-9524. [PubMed]
Peper JS, Brouwer RM, Schnack HG, van Baal GC, van Leeuwen M, van den Berg SM, Delemarre-Van de Waal HA, Boomsma DI, Kahn RS, Hulshoff Pol HE. Geslachtssteroïden en hersenstructuur bij puberale jongens en meisjes. Psychoneuroendocrinology. 2009a;34: 332-342. [PubMed]
Peper JS, Schnack HG, Brouwer RM, Van Baal GC, Pjetri E, Székely E, van Leeuwen M, van den Berg SM, Collins DL, Evans AC, Boomsma DI, Kahn RS, Hulshoff Pol HE. Overgevoeligheid van regionale en globale hersenstructuur bij het begin van de puberteit: een onderzoek naar magnetische resonantie bij 9-jarige tweelingparen. Hum Brain Mapp. 2009b;30: 2184-2196. [PubMed]
Perrin JS, Leonard G, Perron M, Pike GB, Pitiot A, Richer L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Geslachtsverschillen in de groei van witte stof tijdens de adolescentie. NeuroImage. 2009;45: 1055-1066. [PubMed]
Petersen AC, Crockett L, Richards M, Boxer A. Zelfrapportage maat van puberteitstoestand: betrouwbaarheid, validiteit en aanvankelijke normen. J Youth Adolesc. 1988;17: 117-133.
Romeo RD, Sisk CL. Pubertal en seizoensgebonden plasticiteit in de amygdala. Brain Res. 2001;889: 71-77. [PubMed]
Sato SM, Schulz KM, Sisk CL, Wood RI. Adolescenten en androgenen, receptoren en beloningen. Horm Behav. 2008;53: 647-658. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Schulz KM, Molenda-Figueira HA, Sisk CL. Terug naar de toekomst: de organisatorische-activeringshypothese aangepast aan de puberteit en adolescentie. Horm Behav. 2009;55: 597-604. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Shaw P, Kabani NJ, Lerch JP, Eckstrand K, Lenroot R, Gogtay N, Greenstein D, Clasen L, Evans A, Rapoport JL, Giedd JN, Wise SP. Neurodevelopmentale trajecten van de menselijke hersenschors. J Neurosci. 2008;28: 3586-3594. [PubMed]
Shirtcliff EA, Dahl RE, Pollak SD. Pubertal ontwikkeling: Correspondentie tussen hormonale en fysieke ontwikkeling. Kind Dev. 2009;80: 327-337. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Sisk CL, Foster DL. De neurale basis van puberteit en adolescentie. Nat Neurosci. 2004;7: 1040-1047. [PubMed]
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]
Speer LP. De adolescente hersenen en aan leeftijd gerelateerde gedragsuitingen. Neurosci Biobehav Rev. 2000;24: 417-463. [PubMed]
Steinberg L, Monahan K. Leeftijdsverschillen in weerstand tegen invloed van gelijken. Dev Psychol. 2007;43: 1531-1543. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Susman EJ, Rogol A. Puberteit en psychologische ontwikkeling. In: Lerner RM, Steinberg L, redacteuren. Handbook of Adolescent Psychology. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley; 2004. pp. 15-44.
Tamnes CK, Ostby Y, Fjell AM, Westlye LT, Due-Tønnessen P, Walhovd KB. Hersenen rijping in adolescentie en jonge volwassenheid: regionale leeftijdsgebonden veranderingen in corticale dikte en volume witte stof en microstructuur. Cereb Cortex. 2010;20: 534-548. [PubMed]
Tanner JM. Volgorde, tempo en individuele variatie in de groei en ontwikkeling van jongens en meisjes van twaalf tot zestien jaar. Daedalus. 1971;100: 907-930.
Tanner JM, Whitehouse RH. Klinische normen in de lengterichting voor lengte, gewicht, lengtesnelheid, gewichtssnelheid en stadia van de puberteit. Arch Disease Childhood. 1976;51: 170-179. [PMC gratis artikel] [PubMed]
Worthman CM, Stallings JF. Hormoonmetingen in steekproeven voor bloedmonsters: nieuwe veldmethoden voor reproductieve endocrinologie. Am J Phys Anthropol. 1997;104: 1-21. [PubMed]
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.