Neurobiologi av ungdomshjernen og oppførselen: implikasjoner for rusmiddelforstyrrelser (2010)

Introduksjon

Ungdom er en overgangsperiode for utvikling når det oppstår mange endringer som oppstår samtidig, inkludert fysisk modning, kjøre for uavhengighet, økt sosialitet i sosial og peer-interaksjon og hjernens utvikling ^1-3. Denne utviklingsperioden er også en tid preget av en bøyning i risikofylte atferd, blant annet eksperimentering med narkotika og alkohol, kriminell aktivitet og ubeskyttet sex. Forståelse av det neurale grunnlaget for disse risikable atferdene er nøkkelen til å identifisere hvilke tenåringer som kan være i fare for dårlige utfall, for eksempel rusavhengighet og misbruk.

En rekke hypoteser er blitt postulert for hvorfor ungdom kan engasjere seg i impulsiv og risikabel oppførsel. Tradisjonelle årsaker til ungdomsår tyder på at det er en utviklingsperiode som er forbundet med gradvis større effektivitet av kognitiv kontrollkapasitet. Denne effektiviteten i kognitiv kontroll er beskrevet som avhengig av modning av prefrontal cortex som vist ved avbildning ^4-7 og post mortem studier^8-10 viser fortsatt strukturell og funksjonell utvikling av denne regionen godt inn i ung voksenliv.

Forbedret kognitiv kontroll med utvikling av prefrontal cortex er i samsvar med en lineær økning i denne evnen fra barndom til voksenliv. Likevel suboptimale valg og handlinger observert under ungdomsårene representerer en bøyning i utviklingen ¹¹ som er unikt fra barndommen eller voksenlivet, som det fremgår av Nasjonalt senter for helsestatistikk om ungdomsadferd og dødelighet ¹². Hvis kognitiv kontroll og en umoden prefrontal cortex var grunnlaget for suboptimal valgadferd alene, bør barn se merkelig lik eller antagelig verre enn ungdom, gitt deres mindre utviklede prefrontale cortex og kognitive evner ². Denne anmeldelsen tar opp det primære spørsmålet om hvordan hjernen endrer seg i ungdomsårene som kan forklare bøyninger i risikofylt og impulsiv oppførsel. I tillegg gir vi eksempler på hvordan alkohol og narkotikabruk i denne utviklingsperioden kan forverre disse forandringene ytterligere og kan føre til senere misbruk og avhengighet.

For å nøyaktig fange kognitive og neurobiologiske endringer i ungdomsårene, må denne perioden behandles som en overgangsperiode i stedet for et enkelt øyeblikksbilde i tide ³. Med andre ord, for å forstå denne utviklingsperioden, er overganger inn i og ut av ungdomsår nødvendig for å skille forskjellige karakteristika av denne perioden i forhold til andre tidspunkter i utviklingen. Derfor er empiriske data som etablerer utviklingsbaner fra barndommen til voksenlivet for kognitive og neurale prosesser, avgjørende for å karakterisere disse overgangene, og enda viktigere for å begrense eventuelle fortolkninger om endringer i hjerne eller adferd i ungdomsårene.

For det andre, nøyaktige avbildninger av ungdomsår krever en forfining i fenotypisk karakterisering av denne perioden. For eksempel på adferdsnivå karakteriseres ungdommer ofte som impulsive og større risikofaktorer med disse konstruksjonene som brukes nesten synonymt. Likevel er disse konstruksjonene forskjellige og verdsette dette skillet er viktig for å beskrive deres utviklingsmessige baner og nevrale underlag. Vi gir atferdsmessige, kliniske og neurobiologiske bevis som tyder på at risikotaking er mer tett kombinert med følsomhet for miljømessige insentiver (sensasjonssøkende), mens impulsivitet er forbundet med dårlig toppkognitiv kontroll.

For å teoretisk måle de empiriske funnene, gir vi en plausibel neurobiologisk modell for ungdomsår og foreslår hvordan utviklingen i løpet av denne tiden kan føre til en forbedring i sårbarheter for alkohol og narkotikamisbruk. Hensikten med denne anmeldelsen er ikke å psykopatologisere ungdomsårene, men heller å forklare hvorfor noen tenåringer, men ikke andre, er sårbare for rusmisbruk. Som sådan forsøker vi å identifisere potensielle biologiske og atferdsmarkører for tidlig identifikasjon og utfallsevalueringer av inngrep.

Neurobiologisk modell for adolescens

En nevrologisk modell for ungdomsutvikling ² som bygger på gnagermodeller ^{13, 14} og nyere bildebehandling av ungdomsårene ^{6, 7, 15-20} er avbildet Figur 1. Denne modellen illustrerer hvordan subcortical og prefrontal top-down kontrollområder må vurderes sammen som en krets. Tegneserien viser forskjellige utviklingsmessige baner for signalering av disse regionene, med limbiske fremskrivninger som utvikler seg tidligere enn prefrontale kontrollregioner. Ifølge modellen er ungdommen forspent av funksjonelt moden subkortikal i forhold til mindre moden kortikalkrets under ungdomsårene (dvs. ubalanse i tillit til systemer), sammenlignet med barn, for hvem denne frontolimbiske kretsen fortsatt utvikler seg; og sammenlignet med voksne, for hvem disse systemene er fullt modne. Med utvikling og erfaring styrkes funksjonell tilkobling mellom disse områdene og gir en mekanisme for topp ned modulering av de subkortiske systemene ⁷. Dermed er det frontostriatalkretsene, sammen med funksjonell styrking av forbindelser i denne kretsen, som kan gi en mekanisme for å forklare endringer i både impulsivitet og risikotaking observert over utvikling.

Figur 1

Tegneserie modell av ventral striatal og prefrontal cortex (PFC) interaksjoner på tvers av utviklingen. Dybere farger indikerer større regional signalering. Linjen representerer funksjonell tilkobling, med solid linje som indikerer moden tilkobling og stiplede linjeskift ...

Denne modellen er i tråd med tidligere ^21-24 ved at den gir grunnlag for ikke-lineære bøyninger observert i oppførsel fra barndommen til voksenlivet, på grunn av tidligere modning av subkortiske fremspring i forhold til mindre modne topp ned prefrontale. Spesielt den triadiske modellen ²¹ foreslår at motivert atferd har tre forskjellige nevrale kretser (tilnærming, unngåelse og regulering). Tilnærmelsessystemet styres i stor grad av ventral striatum, unngåsystemet ved amygdala og til slutt reguleringssystemet ved prefrontale cortex ²⁵. Den nåværende modellen er i stor grad forskjellig fra andre fordi den er grunnet i empirisk bevis for hjernens endringer, ikke bare i overgangen fra ungdom til voksenalder, men snarere overgangen inn ungdom fra barndommen og senere ut av ungdom i voksen alder. Dessuten foreslår modellen ikke at striatum og amygdala er spesifikke for tilnærming og unngåad atferd gitt nylige studier som viser valens uavhengighet av disse strukturene ²⁶, men snarere er systemer som er viktige for å oppdage motiverende og følelsesmessig relevante signaler i miljøet som kan forstyrre atferd. I denne vurderingen beskriver vi de nyeste bevisene fra adferdsstudier og adferdsstudier i sammenheng med vår modell som illustrerer overgangen fra barndommen til voksenlivet.

Fenotypisk karakterisering av adolescens

Evnen til å motstå fristelser til fordel for langsiktige mål er en form for kognitiv kontroll. Forløp i denne evnen har blitt foreslått å være selve kjernen i ungdomsrisikoen ²⁷. Kognitiv kontroll, som inkluderer motstand fra fristelse eller forsinkelse av umiddelbar tilfredsstillelse, har blitt studert i sammenheng med sosial, utviklingsmessig og kognitiv psykologi. Utviklingsmessig har denne evnen blitt målt ved å vurdere hvor lenge en pjokk kan motstå en umiddelbar belønning (f.eks. En kake) til fordel for en større belønning senere (f.eks. To kaker) ²⁸. Selv om individer varierer i denne evnen, selv som voksne, foreslår utviklingsstudier utviklingsvinduer når et individ kan være spesielt utsatt for fristelser. Denne evnen har blitt beskrevet som en form for impulskontroll ²⁹ og den er mangesidig ^{30, 31}, men kan operativt defineres som evnen til å oppnå målrettet oppførsel i lys av fremtredende konkurrerende innganger og handlinger ³².

Historisk har utviklingsstudier vist en jevn forbedring i kognitiv kontrollkapasitet fra barndom til voksen alder ³³. Denne observasjonen støttes av et vell av atferdsbevis fra eksperimentelle paradigmer i kontrollerte laboratorieinnstillinger, inkludert paradigmer som Go-NoGo-oppgave, Simon-oppgave og oppgavevekslingsparadigmer som krever at deltakerne tilsidesetter et prepotent svar for å oppnå en riktig ^{32, 34}. Men når det er fordelaktig å undertrykke et svar på incentivrelaterte tegn, lider kognitiv kontroll ²⁰. Denne reduserte kontrollen er spesielt tydelig i ungdomsperioden, når suboptimale valg i seksuell og narkotikarelatert atferd topp ^{3, 11, 12, 14}. Disse observasjonene innebærer at utviklingsbaner i kognitiv kontroll er komplekse og kan moduleres av følelsesladede eller forsterkende sammenhenger (f.eks. Sosiale og seksuelle interaksjoner), der kognitive kontrollkrav interagerer med motiverende stasjoner eller prosesser.

Motivasjon kan modulere kognitiv kontroll på minst to måter. For det første å bli belønnet for ytelse på en gitt oppgave, kan folk gjøre arbeidet hardere og til slutt utføre bedre enn når de ikke belønnes ¹⁷. For det andre kan kapasiteten til å utøve kontroll utfordres når det kreves for å undertrykke tanker og handlinger mot appetitive signaler ²⁰. Nylige studier av ungdomsutvikling har begynt å sammenligne kognitiv kontrollkapasitet i relativt nøytrale mot motiverende sammenhenger. Disse studiene antyder en endring i følsomhet for miljøsignaler, spesielt belønningsbaserte på ulike punkter i utviklingen, og foreslår en unik påvirkning av motivasjon på kognisjon i ungdomsårene.

I det følgende avsnittet fremhever vi noen av de nyeste studiene av hvordan ungdomsadferd er differensielt partisk i følelsesmessig belastede sammenhenger i forhold til voksne.

For eksempel, Ernst og kolleger ^{35, 36} undersøkt ytelse på en antisakadeoppgave med et løfte om økonomisk belønning for nøyaktig ytelse på enkelte forsøk, men ikke andre. Resultatene viste at løftet om en belønning, forenklet ungdomskognitiv kontrolladferd mer enn for voksne, et resultat som har blitt replisert ¹⁷ og nylig blitt utvidet til sosiale belønninger (f. eks. glade ansikter ²⁰).

Mens de foregående eksemplene gir eksempler på forbedret ytelse i tenåringer med incentiver, kan belønninger også redusere ytelse når de undertrykker responser på belønninger som fører til høy gevinst. For eksempel, ved hjelp av en gamblingoppgave der belønning tilbakemelding ble gitt umiddelbart under beslutningstaking ("hot" -prosedyrer som økte oppgavekreftende affektiv opphisselse) eller holdt tilbake til etter avgjørelsen ("kald" bevisst beslutningstaking), Figner og kollegaer ³⁷ viste at ungdommer gjorde uforholdsmessig mer risikable gambler sammenlignet med voksne, men bare i "hot" tilstanden. Ved hjelp av en lignende oppgave, Iowa Gambling Task, Cauffman og kolleger ³⁸ har vist at denne følsomheten for belønninger og insentiver faktisk toppes i ungdomsårene, med jevn økning fra sen barndom til ungdom i en tendens til å spille med mer fordelaktige kortdekk og deretter en etterfølgende nedgang fra sen ungdom til voksenliv. Disse funnene illustrerer en krøllete funksjon, som toppes omtrent mellom 13 og 17, og deretter avtar ²⁷. Mens tidligere funn med Iowa Gambling oppgaven har vist en lineær økning i ytelse med alder ³⁹, disse studiene ser ikke på alderen kontinuerlig, heller ikke undersøkte de bare forsøk med fordelaktige kortdekk.

Nylige studier har antydet at sosiale sammenhenger, spesielt jevnaldrende, også kan fungere som en motiverende kur og kan redusere kognitiv kontroll i ungdomsårene. Det har vist seg at graden til hvilken en ungdoms jevnaldrende bruker stoffer er direkte proporsjonal med mengden alkohol eller ulovlige stoffer som ungdommen selv skal bruke ⁴⁰. Ved hjelp av simulert kjøreoppgave, Gardner og kolleger ⁴¹ har vist at ungdommer tar risikere beslutninger i nærvær av jevnaldrende enn når de er alene, og at disse risikable beslutninger reduseres lineært med alderen ^{23, 40}.

Samlet sett tyder disse studiene på at under motivasjon er motiverende tegn på potensiell belønning spesielt viktig og kan føre til forbedret ytelse når det blir gitt som forsterker eller belønnet utfall, men til risikofylte valg eller suboptimale valg når det blir gitt som en cue. I sistnevnte tilfelle kan den motiverende køen redusere effektiv målrettet oppførsel. Videre tyder disse studiene på at sensitivitet for belønninger og sensasjonssøkende adferd er forskjellig fra impulsivitet med svært forskjellige utviklingsmønstre (krøllet funksjon mot henholdsvis en lineær funksjon). Dette skillet er tydeligere i en nylig studie av Steinberg et al. ⁴² ved hjelp av selvrapporterende tiltak av sensasjonssøkende og impulsivitet. De testet om de ofte sammenflettede konstruksjonene av sensasjonssøkende og impulsivitet utvikler seg langs forskjellige tidsplaner i nesten 1000 individer mellom 10 og 30. Resultatene viste at forskjeller i sensasjonssøkende med alder fulgte et krøllete mønster, med toppene i sensasjonssøkende økende mellom 10 og 15 år og avtagende eller gjenværende stabile deretter. I motsetning hevde aldersforskjellene i impulsiviteten et lineært mønster, med redusert impulsivitet med alder på lineær måte (se Figur 2 panel A). Disse funnene sammen med laboratoriebaserte funn tyder på økt sårbarhet for risikotaking i ungdomsårene "kan skyldes kombinasjonen av relativt høyere tilbøyeligheter for å søke spenning og relativt umodne kapasiteter for selvkontroll som er typiske for denne utviklingsperioden" ⁴².

Figur 2

Illustrasjon av ulike utviklingsskoler for sensasjonssøkende og impulsivitet. Panel A. Plott av sensasjonssøkende og impulsivitet som en funksjon av alder (tilpasset fra ⁴²). Panel B. Plot av aktivitetsmønstre i hjernegrupper følsomme for belønning ...

Neurobiologi av adolescens

Som angitt i vår ungdomsmodell er to nøkkelregioner som er involvert i kognitiv og motiverende atferd den prefrontale cortex, kjent for å være viktig for kognitiv kontroll ⁴³ og striatum kritisk i å oppdage og lære om nye og givende tegn i miljøet ⁴⁴. Vi fremhever nylig dyre- og menneskelig bildearbeid på nevrobiologiske endringer som støtter disse motiverende og kognitive systemene på tvers av utviklingen i sammenheng med de tidligere atferdsfunnene på utviklingen av sensasjonssøkende og impulsivitet. Vi benytter den tidligere beskrevne ubalansemodellen for lineær utvikling av topp-ned-prefrontale regioner i forhold til en krøllinær funksjon for utvikling av bunn-opp-striatale regioner som er involvert i å detektere fremtredende signaler i miljøet for å begrense funnene. Betydningen av å undersøke kretsløp i stedet for spesifikke regionale endringer, spesielt innen frontostriatalkretsene som ligger til grunn for ulike former for målrettet oppførsel, er nøkkelen. Dette perspektivet flytter feltet bort fra undersøkelsen av hvordan hver region modnes i isolasjon til hvordan de kan samhandle i sammenheng med sammenkoblede kretser.

Seminal dyr og menneskelig arbeid har vist hvordan striatal og prefrontale kortikale regioner danner målrettet oppførsel ^{7, 27, 37, 38, 44}. Bruker opptak av enkeltenheter i aper, Pasupathy & Miller ⁴⁵ demonstrerte at når det er fleksibelt å lære et sett av belønningsforutsetninger, gir svært tidlig aktivitet i striatum grunnlaget for belønningsbaserte foreninger, mens senere mer overordnede prefrontale mekanismer er engasjert for å opprettholde atferdsmessige utganger som kan optimalisere de største gevinsten, disse funnene har blitt replikert i lesjonstudier ^46-48. En rolle for striatumet i tidlig temporal koding av belønningsforutsetninger før starten av aktivering i prefrontale regioner har også blitt utvidet til mennesker ⁴⁹. Disse funnene antyder at forstå samspillet mellom regioner (sammen med deres komponentfunksjoner); innen frontostriatalkretsene er avgjørende for å utvikle en modell for kognitiv og motiverende kontroll i ungdomsårene.

Frontostriatale kretser gjennomgår betydelig utarbeidelse i ungdomsårene ^50-53 som er spesielt dramatiske i dopaminsystemet. Topper i tettheten av dopaminreseptorer, forekommer D1 og D2 i striatum tidlig i ungdomsårene, etterfulgt av tap av disse reseptorene ved ung voksenliv ^54-56. I kontrast viser ikke prefrontale cortex topper i D1 og D2 reseptor tetthet til sen ungdom og ung voksenliv ^{57, 58}. Lignende utviklingsendringer har blitt vist i andre belønningssystemer, inkludert cannabinoidreseptorer ⁵⁹. Det er fortsatt uklart hvordan endringer i dopamin-systemene kan forholde seg til motivert atferd som kontrovers forblir om hvorvidt belønningsfølsomhet er modulert av dopaminsystemer (f.eks. ^{60, 61}) og om det er et resultat av mindre aktive eller overfølsomme dopamin-systemer (f.eks. ^{62, 63}). Imidlertid, gitt de dramatiske endringene i dopaminrik kretsløp under ungdomsårene, er det sannsynlig å være relatert til endringer i følsomhet for belønninger forskjellig fra barndommen eller voksenlivet ^{50, 64}. Utover de betydelige endringene i dopaminreseptorer, er det også dramatiske hormonelle endringer som oppstår under ungdomsårene som fører til seksuell modenhet, og påvirker funksjonell aktivitet i frontostriatale kretser ⁶⁵, men en detaljert diskusjon er utenfor omfanget av dette papiret, se ^{66, 67} for detaljerte vurderinger om emnet.

Human imaging studier har begynt å gi støtte for å styrke forbindelsene til dopamin rik frontostriatalkretser, på tvers av utviklingen. Ved hjelp av diffusjonstensoravbildning og funksjonell magnetisk resonans (fMRI), Casey og kolleger ^{68, 69} og andre ⁷⁰ har vist større styrke i distale forbindelser i disse kretsene over utvikling og har koblet tilkoblingsstyrke mellom prefrontale og striatalregioner med kapasitet til effektivt å engasjere kognitiv kontroll hos typisk og atypisk utviklende individer ^{68, 69}. Disse studiene illustrerer betydningen av signalering innen kortikostriatalkretser som støtter kapasiteten til effektivt å engasjere seg i kognitiv kontroll.

På samme måte er det voksende bevis fra menneskelige funksjonelle neuroimaging studier på hvordan subkortiske systemer som striatum og prefrontale cortex interagerer for å gi opphav til risikabel oppførsel observert hos ungdom ⁷¹. De fleste avbildningsstudier har fokusert på en eller de andre regionene som viser at prefrontal cortex, syntes å undersøke aldersrelatert forbedring i kognitiv kontroll ^72-78 gjennomgår forsinket modning ^{4, 79, 80} mens striatal regioner følsomme for nyhet og belønning manipulasjoner utvikle tidligere ^{74, 81}. Flere grupper har vist at ungdommer viser økt aktivering av ventralstriatum i forventning og / eller mottak av belønninger i forhold til voksne ^{6, 15, 17, 18}, men andre rapporterer en hypo-responsivitet ⁸².

En av de første studiene for å undersøke lønnsrelaterte prosesser over hele spekteret av utvikling fra barndom til voksenliv ble fullført av Galvan og kolleger ⁶ i 6 til 29 åringer. De viste at ventral striatal aktivering var følsom for varierende størrelser av monetær belønning ⁴⁹ og at dette svaret var overdrevet under ungdomsårene, i forhold til barn og ungdom ⁶ (Se Figur 3), indikativ for signal øker ⁶ eller mer vedvarende aktivering ⁸³. I kontrast til mønsteret i ventrale striatum, orbital prefrontal regioner, viste langvarig utvikling i disse årene (Figur 2b).

Figur 3

Ventral Striatal aktivitet til belønning og tilknytning til risikotaking. Lokalisering av ventralstriatum i aksialplan (venstre panel), som aktiveres med belønning (midtpanel) og korrelert med risikotaking (høyre panel) (tilpasset fra ^{6, 16})

Men, hvordan er denne forbedringen av signalering i ventral striatum relatert til atferd? I en oppfølgingsstudie, Galvan og kolleger ¹⁶ undersøkte sammenhengen mellom aktivitet i ventral striatum til stor monetær belønning med personlighetstrekk tiltak for risikotaking og impulsivitet. Anonyme selvrapporteringsverdier av risikabel oppførsel, risikobesiktelse og impulsivitet ble ervervet i hennes utvalg av 7 til 29-åringer. Galvan et al. viste en positiv sammenheng mellom ventral striatal aktivitet til stor belønning og sannsynligheten for å engasjere seg i risikabel oppførsel (se Figur 3) Disse funnene er konsistente med voksne bildebehandlingstudier som viser ventral striatalaktivitet med risikable valg ^{84, 85}.

For å ytterligere støtte en sammenheng mellom ungdoms risikable oppførsel og følsomhet for belønning som indeksert av en overdrevet ventral striatal respons, van Leijenhorst og kolleger ¹⁸ testet denne foreningen ved hjelp av en gamblingoppgave. Oppgaven inkluderte Low-Risk-gambler med høy sannsynlighet for å skaffe seg en liten pengepremie og High-Risk-gambler med mindre sannsynlighet for å oppnå en større pengepremie. FMRI-resultatene bekreftet at høyrisiko-valgene var assosiert med ventral striatalrekruttering mens lavrisiko-valg var assosiert med aktivering i ventral medial prefrontal cortex. Disse funnene er i tråd med hypotesen om at risikofylt atferd i ungdomsårene er forbundet med ubalanse forårsaket av ulike utviklingsmessige baner av subkortisk belønning og prefrontale regulerende hjernegrupper som er i samsvar med vår neurobiologiske modell for ungdomsår.

Mens det ser ut til å være en sammenheng mellom risikotaking og ventral striatalaktivering, i Galvan-studien ¹⁶ Ingen korrelasjon ble rapportert mellom ventral striatal aktivitet med impulsivitet. I stedet var impulsivitetsverdiene korrelert med alderen, i samsvar med mange imagingstudier som viste lineær utvikling med alderen i prefrontal cortical rekruttering under impulskontrolloppgaver ^{7, 75, 77} (og se vurderinger av ^{34, 86}). Videre har nyere studier vist at impulsivitetsgrader reverserer korrelerer med volum av ventral medial prefrontal cortex i en prøve av friske gutter (7-17yrs) ⁸⁷. Endelig viser studier av kliniske populasjoner preget av impulsivitetsproblemer som ADHD, redusert impulskontroll og redusert aktivitet i prefrontale regioner sammenlignet med kontroller, ^{88, 89} men ikke vise økt respons på insentiver ⁹⁰.

Disse funnene gir nevobiologisk empirisk støtte for en dissosiasjon av konstruksjonene knyttet til risikotaking og belønning av følsomhet fra impulsiviteten med den førstnevnte som viser et krøllete mønster og sistnevnte et lineært mønster (se Figur 2 B). Dermed kan unges valg og oppførsel ikke forklares av impulsivitet eller langvarig utvikling av den prefrontale cortex alene. I stedet må motiverende subkortiske regioner betraktes som å belyse hvorfor ungdomsadferd ikke bare er forskjellig fra voksne, men også fra barn. Dermed synes ventral striatum å spille en rolle i spenningsnivåer ^{82, 91} og positiv påvirkning ¹⁵ når du mottar belønninger, så vel som tilbøyelighet til sensasjonssøk og risikotaking ^{16, 91}. Enda viktigere er at disse funnene tyder på at enkelte personer kan være mer tilbøyelige til å engasjere seg i risikofylte atferd på grunn av utviklingsendringer i samspill med variabilitet i et bestemt individs predisponering for å engasjere seg i risikofylt atferd, i stedet for enkle endringer i impulsivitet.

Et vitenskapsområde som har fått mindre oppmerksomhet, er å bestemme hvordan kognitiv kontroll og motivasjonssystemer samhandler i løpet av utviklingen. Som nevnt tidligere, Ernst og kolleger ^{35, 36} viste at løftet om en monetær belønning forenklet ungdoms kognitiv kontroll atferd mer enn for voksne. Geier et al. ¹⁷ nylig identifisert de nevrale substratene i denne kognitive oppreguleringen ved hjelp av en variant av en antisakadeoppgave under funksjonell hjernedimensjonering. Hos ungdom og voksne var det forsøk på hvilke penger som var på spill, raskere ytelse og lette nøyaktighet, men denne effekten var større hos ungdom. Etter en kue om at neste forsøk ville bli belønnet, viste ungdommer overdrevet aktivering i ventral striatum mens du forberedte på og deretter utførte antisakken. En overdrevet respons ble observert hos ungdom i prefrontale regioner langs precentral sulcus, viktig for å kontrollere øyebevegelser, noe som tyder på en belønningsrelatert oppregulering i kontrollregioner også.

Belønninger, som foreslått ovenfor, kan forbedre og redusere målrettet oppførsel. Observasjonen at ungdom tar flere farer når appetitive signaler er tilstede mot fraværende under gamblingoppgaver, gjør dette poenget (f.eks. ³⁷). I en nylig avbildningsstudie ²⁰, Somerville et al. identifiserte de neural substrater av nedregulering av kontrollområder med appetitive signaler. Somerville et al. testet barn, unge og voksne deltakere mens de utførte en god jobb med appetitive sosiale tegn (lykkelige ansikter) og nøytrale tegn. Oppgaveprestasjon til nøytrale signaler viste jevn forbedring med alderen på denne impulskontrolloppgaven. Men på forsøk som personen måtte motstå nærmer seg appetitive signaler, unnlatt ungdom å vise den forventede aldersavhengige forbedringen. Denne ytelsesdekningen under ungdomsårene ble parallelt med økt aktivitet i striatumet. Omvendt var aktivering i den nedre frontale gyrus forbundet med total nøyaktighet og viste et lineært mønster for endring med alder for nogo versus gåforsøk. Samlet sett impliserer disse funnene overdrevet ventral striatal representasjon av appetitive signaler hos ungdom i fravær av et modent kognitivt kontrollrespons.

Samlet tyder disse dataene på at selv om ungdommer som en gruppe betraktes som risikotakere ⁴¹, noen ungdommer vil være mer tilbøyelige enn andre til å engasjere seg i risikofylte atferd, og sette dem i potensielt større risiko for negative resultater. Disse funnene understreker viktigheten av å vurdere individuell variabilitet ved å undersøke komplekse hjernegangsrelasjoner knyttet til risikotaking og impulsivitet i utviklingspopulasjoner. Videre kan disse individuelle og utviklingsmessige forskjellene bidra til å forklare sårbarhet hos enkelte individer til risikotaking som er forbundet med stoffbruk, og i siste instans avhengighet ⁶⁴.

Stoffbruk og misbruk hos ungdom

Ungdom markerer en periode med økt eksperimentering med narkotika og alkohol ⁹², med alkohol som mest misbrukt av ulovlige stoffer ved tenåringer ^{11, 93, 94}. Tidlig bruk av disse stoffene, som for eksempel alkohol, er en pålitelig forutsetning for senere avhengighet og misbruk ⁹⁵. Gitt økningen i alkoholavhengighet mellom ungdomsår og voksenliv som er uovertruffen på noe annet utviklingsstadium ⁹⁶, fokuserer vi overveiende på en utvalgt gjennomgang her av bruk og misbruk hos ungdom og motiverende egenskaper.

Alkohol og andre stoffer av misbruk, inkludert kokain og cannabinoider, har vist seg å ha forsterkende egenskaper. Disse stoffene påvirker mesolimbisk dopamintransmisjon med akutte aktiveringer av nevroner i frontolimbiske kretser rik på dopamin, inkludert ventralstriatum ^97-99. Som foreslått av Hardin og Ernst (2009) ⁹², kan bruken av disse stoffene forverre en allerede forbedret ventralstriatumrespons som resulterer i økt eller forsterkning av forsterkningsegenskaper for legemidlet. Robinson og Berridge ^{61, 63, 100} har antydet at disse stoffene av misbruk kan "kapre" systemene assosiert med narkotika-insentiver som ventral striatum, og dermed ned regulere topp ned prefrontal kontrollregioner.

Flertallet av empirisk arbeid på ungdomsbruk av alkohol har blitt gjort hos dyr, gitt etiske begrensninger ved utførelse av slike studier hos unge mennesker. Dyremodeller av etanol gir også mest mulig bevis for differensielle effekter av alkohol hos ungdom i forhold til voksne og er i samsvar med menneskelige funn av ungdom som har relativ usensitivitet mot etanolvirkninger. Spyd og kollegaer har vist at ungdomsrotter i forhold til voksne, er mindre følsomme for sosial, motorisk, sedering, akutt tilbaketrekning og "bakruseffekter" av etanol ^101-103. Disse funnene er signifikante fordi mange av disse effektene tjener som signaler for å begrense inntak hos voksne ¹¹. På samme tid, når ungdom er ufølsom for tegn som kan bidra til å begrense alkoholinntaket, kan positive påvirkninger av alkohol som sosial tilrettelegging ytterligere stimulere alkoholbruk ¹⁰⁴. Mest risikable atferd hos mennesker - inkludert alkoholmisbruk - forekommer i sosiale situasjoner ²³, potensielt skyve ungdom mot større bruk av alkohol og narkotika når denne oppførselen er verdsatt av sine jevnaldrende.

Hvordan er hjernen endret med alkoholbruk og misbruk i ungdomsårene i forhold til voksne? Mens ungdom kan være mindre følsom overfor noen av alkoholens adferdseffekter, ser de ut til å være mer følsomme for noen av de nevrotoksiske virkninger ⁹⁴. For eksempel, fysiologiske studier (f.eks. ¹⁰⁵) viser større etanolinducert inhibering av NMDA-medierte synaptiske potensialer og langsiktig potensiering i hippocampale skiver hos ungdommer enn hos voksne. Gjentatt eksponering av berusende doser etanol gir også større hippocampale avhengige minnesmangler ^{106, 107} og langvarig etanoleksponering har vært assosiert med økt dendritisk ryggradsstørrelse ¹⁰⁸. Disse sistnevnte funnene av endringer i dendritisk ryggraden tyder på endring av hjernekretser som kan stabilisere vanedannende oppførsel ⁹⁴.

Data fra hjernedimensjonsstudier gir parallelle bevis på mennesker av nevrotoksiske effekter av alkohol på hjernen. En rekke studier har rapportert endret hjernestruktur og funksjon hos alkoholavhengige eller -abusing ungdommer og unge voksne sammenlignet med friske personer. Disse studiene viser mindre frontale og hippocampale volumer, endret hvit materie mikrostruktur og dårligere minne ^109-113. Videre viser disse studiene positive sammenhenger mellom hippocampale volumer og alder for første gangs bruk ¹⁰⁹ noe som tyder på at tidlig ungdomsår kan være en periode med økt risiko for alkoholens nevrotoksiske effekter. Varighet, som var negativt korrelert med hippocampalvolum, kan forene denne effekten.

Foreløpig har bare noen få studier undersøkt funksjonell hjerneaktivitet til narkotika- eller alkoholrelaterte stimuli (dvs. bilder av alkohol) hos ungdom ¹¹⁴, selv om dette er et område for fremtidig forskning (se ¹¹⁵). Studier av høyrisikopopulasjoner (f. Eks. Familiær belastning av alkoholavhengighet) tyder på at funksjonsnedsettelser i fronten er tydelige før eksponering for narkotikabruk (f.eks. ^{116, 117}) og kan forutsi senere stoffbruk ^{118, 119}. Imidlertid, i en tidlig atferdsstudie av effekten av alkohol i 8 til 15 årlige gutter med lav og høy familiær risiko ¹²⁰, var det mest betydningsfulle funnet lite om noen atferdsendring eller -problemer ved testing av beruselse - selv etter at gitt doser som hadde vært berusende hos en voksen befolkning ble observert. Disse nevrotoksiske effekter sammen med økt følsomhet overfor de motiverende effektene av alkohol og bevis på dårligere pre-downal kontroll overfor, selv før eksponering for narkotikabruk ¹¹⁶ kan sette opp et langsiktig forløb av alkohol- og narkotikamisbruk langt utover ungdomsårene ^{118, 119}.

Konklusjoner

Sammen gir de beskrevne studiene et syn på ungdomshjerneutvikling som preget av en spenning mellom tidlig oppvoksende "bottom-up" -systemer som uttrykker overdrevet reaktivitet mot motiverende stimuli og senere modning av "top-down" kognitive kontrollområder. Dette bottom-up-systemet som er forbundet med sensasjonssøkende og risikotagende adferd, mister sin konkurransefortrinn gradvis med den progressive oppkomsten av "top-down" -regulering (f.eks. ^{2, 7, 15, 23, 64, 121-123}). Denne ubalansen mellom disse utviklingssystemene i ungdomsårene kan føre til økt sårbarhet for risikotakende atferd og økt følsomhet mot motivasjonsegenskapene til substanser av misbruk.

Denne vurderingen gir atferdsmessige, kliniske og neurobiologiske bevis for dissociating disse subcortico-cortico systemene utviklingsmessig. Adferdsdata fra laboratorieoppgaver og selvrapporteringsgrader administrert til barn, ungdom og voksne (f.eks. ^{18, 20, 37, 42}) tyder på krøllete utvikling av sensasjonssøkende med en toppbøyning omtrent mellom 13 og 17 år, mens impulsiviteten minker over utvikling på lineær måte fra barndom til ung voksenliv. Human imaging studier viser aktivitetsmønstre i subkortiske hjerneområder følsomme for belønning (ventral striatum) som parallell adferdsdataene. Spesielt viser de et krøllete utviklingsmønster i disse områdene, og størrelsen på deres respons er forbundet med risikotakende atferd. I motsetning til dette viser prefrontale regioner, som er viktige for nedadregulering av atferd, et lineært utviklingsmønster som er parallelt med de som er observert i adferdsstudier av impulsivitet. Videre viser kliniske forstyrrelser med impulskontrollproblemer mindre prefrontal aktivitet, som videre forbinder neurobiologiske substrater med fenotypisk konstruksjon av impulsivitet.

Spenningen mellom subkortiske regioner i forhold til prefrontale kortikale regioner i denne perioden kan fungere som en mulig mekanisme for den observerte økt risikotaking, inkludert bruk og misbruk av alkohol og narkotika. De fleste ungdommer har prøvd alkohol ⁹³, men dette fører ikke nødvendigvis til misbruk. Personer med mindre top-down regulering kan være spesielt utsatt for alkohol og rusmisbruk som foreslått av studier av høyrisikopopulasjoner som viser nedsatt funksjon i fronten før alkohol og legemiddeleksponering (f.eks. ^{116, 117}). I sammenheng med vår nevrologiske modell for ungdomsårene ville disse individene ha en enda større ubalanse i kortikortisk subkortisk kontroll. Disse funnene er også i samsvar med kliniske funn i ADHD-populasjoner som viser redusert prefrontal aktivitet og er fire ganger så sannsynlig å utvikle en stoffforstyrrelsesforstyrrelse sammenlignet med friske kontroller ¹²⁴. Denne ubalansen i cortico-subkortisk kontroll vil bli ytterligere forsterket av ufølsomheten av ungdomsårene til motoren og beroligende virkninger av alkohol som ellers kan bidra til å begrense inntaket og den positive innflytelsen av alkohol i sosial tilrettelegging som ytterligere kan stimulere alkoholbruk ¹⁰⁴. Som vist av Steinberg og kolleger ^{23, 41}, mest risikable oppføringer - inkludert alkohol og rusmisbruk - forekommer i sosiale situasjoner. Dermed kan bruk av alkohol og narkotika oppmuntres og vedlikeholdes av jevnaldrende når denne oppførselen er verdsatt.

En av utfordringene i avhengighetsrelatert arbeid er utviklingen av biobehavioral markører for tidlig identifisering av risiko for rusmisbruk og / eller utfallsevalueringer for intervensjoner / behandlinger. Våre funn tyder på at atferdsmessige utfordringer som krever både kognitiv kontroll i nærvær av fristende appetitive signaler, kan være nyttige potensielle markører. Eksempel på slike atferdsanalyser inkluderer gamblingoppgaver med høye og lave risiko eller "varme" og "kalde" forhold som er beskrevet i denne anmeldelsen ^{18, 37} eller enkle impulskontrolloppgaver som krever å undertrykke et svar på en appetitiv / fristende kø ²⁰. Disse oppgavene minner om forsinkelsen av tilfredstillingsoppgave utviklet av Mischel ¹²⁵. Faktisk har ytelse på enkle impulskontrolloppgaver som disse hos ungdom og voksne blitt forbundet med deres prestasjoner som småbarn på forsinkelsen av tilfredstillingsoppgaven ^{28, 29}. Mischel og kolleger har vist det høye nivået av stabilitet og prediktiv verdi av denne oppgaven i senere liv. Relevant for rusmisbruk, viste de at evnen til å forsinke tilfredsstillelse som småbarn, forutslo mindre rusmisbruk (f.eks. Kokain) senere i livet ¹²⁶. I vårt nåværende arbeid begynner vi å bruke en kombinasjon av disse oppgavene for å identifisere nevrale substratene i denne evnen til å forstå ytterligere potensielle risikofaktorer for rusmisbruk.

Samlet tyder disse dataene på at selv om ungdommer som en gruppe betraktes som risikotakere ⁴¹, noen ungdommer vil være mer tilbøyelige enn andre til å engasjere seg i risikofylte atferd, og sette dem i potensielt større risiko for negative resultater. Men risikotaking kan være ganske adaptiv i de rette miljøene. Så heller enn å prøve å eliminere ungdoms risikotakning som ikke har vært en vellykket bedrift hittil ²³En mer konstruktiv strategi kan være å gi tilgang til risikofylte og spennende aktiviteter (f.eks. etter skoleprogrammer med veggkledning i dørene) under kontrollerte innstillinger og begrense skadelige risikofaktorer. Som ungdomshjerne er en refleksjon av erfaringer, med disse sikre mulighetene for risikoopptak, kan tenåringen forme langsiktig oppførsel ved å finjustere forbindelsene mellom topp-ned-kontrollregioner og bunn-opp-stasjoner med modenhet på denne kretsen. Andre vellykkede strategier er kognitive atferdsterapier som fokuserer på nekte ferdigheter, eller kognitiv kontroll, for å redusere risikofylte atferd ¹²⁷. Resultatene understreker betydningen av å vurdere individuell variabilitet ved å undersøke komplekse hjernegangsrelasjoner knyttet til risikotaking og impulsivitet i utviklingspopulasjoner. Videre kan disse individuelle og utviklingsmessige forskjellene bidra til å forklare sårbarhet hos enkelte individer til risikotaking forbundet med stoffbruk, og i siste instans avhengighet.

Takk til

Referanser