Pubertets rolle i den utviklende ungdomshjerne (2010)

Abstrakt

INNLEDNING

Ungdom er perioden med fysisk, kognitiv og samfunnsmodning mellom barndommen og voksenlivet [Lerner og Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴]. Begynnelsen av ungdomsår forekommer rundt puberteten og er derfor preget av dramatiske endringer i hormonnivå og fysisk utseende (inkludert rask fysisk vekst, endringer i ansiktsstruktur og utseende av sekundære seksuelle egenskaper). Over det samme intervallet opplever ungdommer mange endringer i sosiale, akademiske og andre miljøpåvirkninger, og går vanligvis inn i et stadium av dyp psykologisk overgang. Slutten av ungdomsårene sies å skje når en person har oppnådd en stabil voksenrolle, da vil de fleste pubertetoverganger ha nådd fullførelse, i hvert fall i industrialiserte nasjoner [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner og Steinberg, ²⁰⁰⁴]. Gjennom ungdomsårene er det endringer i hjernens struktur og funksjon. Seksuelle dimorphisms i mange av disse endringene foreslår mulige relasjoner til puberteten.

Relativt lite er kjent om forholdet mellom puberteten og nevrale utviklingen hos mennesker. Et vell av bevis fra ikke-menneskelige dyreforsøk indikerer imidlertid at hormonelle hendelser i puberteten utøver dype effekter på hjernens modning og oppførsel [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴; Spyd, ²⁰⁰⁰]. Disse forandringene støtter individets oppfatninger, motivasjoner og adferdsrepertoar, noe som muliggjør reproduktiv oppførsel og uavhengighet [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. I de senere år har et lite, men økende antall menneskelige atferds- og neuroimaging-studier, inkludert i populasjoner med hormonforstyrrelser, gitt foreløpige tegn på at pubertalhormoner kan påvirke strukturen og funksjonen til den utviklende menneskelige hjerne.

PUBERTY: Begynnelsen av uenighet

Tidlig ungdomsår preges av endringer i kroppen som følge av puberteten, som omfatter tre endokrine hendelser: adrenarche, gonadarche og aktivering av vekstaksen [Dorn, ²⁰⁰⁶; Spyd, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, som ofte tas til å utgjøre puberteten i seg selv, er en biologisk prosess som begynner med aktivering av hypotalamus-hypofysen-gonadalaksen og slutter med oppnådd reproduktiv kompetanse. Denne prosessen starter vanligvis mellom alder 8 og 14 år hos kvinner (middelalder 11) og mellom alder 9 og 15 hos hanner (middelalder 12) som respons på pulsatil frigjøring av gonadotropin-frigjørende hormon (GnRH) fra hypothalamus, som stimulerer hypofyseproduksjon av luteiniserende hormon (LH) og follikkelstimulerende hormon (FSH). LH og FSH aktiverer modningsforandringer i gonadene (eggstokkene eller testene) som reagerer ved å oppnå reproduktiv kapasitet (produserer gameter). De modne eggstokkene og testene secreterer også henholdsvis gonadalsteroiderne østrogen og testosteron. Disse økningen i gonadale steroider utløser igjen endringer i reproduktive organer, og utseendet på sekundære seksuelle egenskaper [Susman og Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache, eller aktivering av hypothalamus-hypofysen-adrenal-akse, begynner ofte tidligere enn gonadarche, typisk mellom seks og ni i kvinner, og et år senere hos menn [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach og Styne, 2003]. Adrenal androgener (svakere former for gonadal testosteron) begynner å stige i begynnelsen av adrenarche og fortsetter å øke til de når en topp i de tidlige 20s [Worthman and Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Disse økninger i binyrene ogrogener bidrar til utvikling av sekundære seksuelle egenskaper som oksel og pubic hår og endringer i svettekjertler / kropps lukt. Det er mulig at adrenarche også gir opphav til modningsvirkninger som begynner før perioden vanligvis betraktet som ungdomsår; Imidlertid er disse effektene ikke godt forstått [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Den tredje hormonelle hendelsen som oppstår under puberteten er aktivering av vekstaksen, noe som resulterer i en lineær vekstspurt ved rundt alder 12 hos jenter og alder 14 hos gutter, samt endringer i kroppsstørrelse og sammensetning [Marshall og Tanner, ^{1969, 1970}].

Hormonale virkninger på hjernen og helsen

De gonadale steroidhormonene østrogen og testosteron, samt deres svakere adrenale kolleger, påvirker kroppens fysiske utseende. De påvirker også hjernen og oppførselen. Disse effektene er hypoteset å forekomme via to relativt forskjellige prosesser: organisering og aktivering [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴]. Organisasjonseffekter forekommer pre- og perinatalt, med bølger av testosteronmaskulinisering og defeminering av nevrale kretser hos hanner, og fravær av testosteron som resulterer i en kvinnelig nevrale fenotype. Aktivitetseffekter opptrer ved pubertet, da gonadale steroidhormoner virker på sovende nevrale kretser for å fremkalle voksen reproduktiv adferd i kontekst; en nylig modernisering av denne dikotomi antyder at hormonelle hendelser i puberteten også organiserer nevrale kretser for voksent sosial og reproduktiv oppførsel [Schulz et al., ²⁰⁰⁹; Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴]. På grunnlag av funn fra ikke-menneskelige dyreforsøk, foreslås det at hormonelle hendelser i puberteten utløser en annen periode med strukturell omorganisering og plastisitet i hjernen [Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴]. Hos mennesker er det imidlertid svært lite forståelse av de spesifikke forholdene mellom puberteten og ungdomshjerneutviklingen.

Dyrestudier indikerer at sex steroidhormoner utøver tre hovedvirkninger på adferd i puberteten via bestemte hjernestrukturer. Den første effekten er tilrettelegging av direkte reproduksjonsadferd, som hovedsakelig skjer via hypothalamus. Den andre effekten er via omorganisering av sensoriske og tilknyttede regioner i hjernen, inkludert visuell cortex [Nunez et al., ²⁰⁰²], amygdala og hippocampus [Hebbard et al., ²⁰⁰³; Romeo og Sisk, ²⁰⁰¹; se også Shen et al., 2010]. Dette resulterer i endrede sensoriske foreninger, for eksempel for lukt eller syn av potensielle seksuelle partnere eller konkurrenter [Sisk og Foster, ²⁰⁰⁴], noe som kan lette noen oppmerksomhets- og motivasjonsendringer i puberteten. Den tredje effekten av pubertetenhormoner skjer via belønningsrelaterte hjernestrukturer som kjernefysiske og dopaminerge veier til prefrontale cortex. Disse effektene er nødvendige for å etablere sterk motivasjon for å oppsøke reproduktive muligheter. For eksempel, i gnagekjernen accumbens øker pubertet i testosteron remodel nevrale kretser som påvirker motivasjon mot belønningsøkende atferd, inkludert seksuell oppførsel [Sato et al., ²⁰⁰⁸]. Det er mulig at adrenarkellhormoner (DHEA og DHEAS) begynner å utøve lignende effekter på hjernen og oppførselen før gonadarkets utbrudd, men disse effektene er dårlig forstått. Det er tydelig behov for mer forskning med fokus på de tidligste stadier av puberteten / adrenarche for å fremme forståelse av disse aspektene av puberteten og ungdomsutviklingen og utviklingen av hjernen [se Dorn, ²⁰⁰⁶; for diskusjon].

MÅLPRODUKT I STUDIER AV ADOLESCENT BRAIN DEVELOPMENT

Relativt lite er kjent om pubertetspesifikke endringer i utvikling av menneskelig hjerne. Forstå forståelse på disse områdene vil kreve omhyggelig oppmerksomhet på to nivåer: konseptuelt og metodologisk. Konseptuelt vil dette kreve utvikling og forfining av modeller av ungdomshjerneutvikling som adresserer spesifikke aspekter ved pubertetmognad (f.eks. Spesifikke hormoner) som er årsakssammenhengende knyttet til spesifikke aspekter ved hjernen og atferdsendringer. Metodologisk vil det kreve studier som er utformet med utvalg av prøver og pubertetmål som tillater testing av disse spesifikke hypotesene. Fordi alder og pubertet modning ofte er korrelert (og alder blir lett målt med stor presisjon og gyldighet, mens puberteten ofte blir estimert med grove kategoriske tiltak som ikke er lettvaliderte), er det behov for studier med design som tydeligvis utrydder puberteten og alderen effekter (f. eks. rekruttering av prøver som er like i alderen og i nivået, men forskjellig fra pubertet modning, og deretter restudying i lengderetningen).

Disse målene løser en rekke spørsmål om hvordan man måler spesifikke aspekter ved pubertetmognad i menneskelige studier. For en begynnelse er puberteten hverken en kort begivenhet eller et enhetlig fenomen, men i stedet består det av flere tydelige, men temporært overlappende prosesser som strekker seg over flere år [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Som tidligere beskrevet, inkluderer disse prosessene aktivering av adrenal-, gonadal- og veksthormonsystemer, og i tillegg sprer en rekke direkte og indirekte effekter fra vekst til å endre selvbilde. Det mest hensiktsmessige mål for puberteten vil derfor delvis avhenge av det spesifikke spørsmålet i hvert studie.

Et vanlig bruk av puberteten er Tanner Stage. Tanner staging kategoriserer individer langs en ordinær pubertet skala fra 1 til 5, på grunnlag av kjønnshår og brystutvikling hos kvinner, og kjønnshår og kjønnsutvikling hos menn [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner og Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Tannestilling ved fysisk eksamen skal utføres av en utdannet kliniker. Det er flere begrensninger for Tanner-staging. Skalaen ble utviklet med henvisning til en enkelt etnisk gruppe (det kan være forskjeller mellom etniske grupper) og i en relativt liten utvalg av 200-barn. Overvektige jenter vil ha en tendens til å være unøyaktig opptatt, på grunn av tilstedeværelsen av staging på brystutvikling, som feilaktig kan estimeres i en ren visuell undersøkelse. Til tross for disse begrensningene har Tanner-staging historisk blitt vurdert som gullstandarden for pubertetsmåling [Dorn, ²⁰⁰⁶].

I lys av de ovennevnte bekymringene, kan det forventes at Tanner-staging ved fysisk undersøkelse kunne suppleres hensiktsmessig ved hormonanalyser, da disse måler adrenal og gonadal (eller binyre / gonadal-frigjørende) hormoner oppstrøms fra deres eksterne fysiske effekter. Hormonanalyser kan i økende grad være nyttige for måling av pubertetstadiet i fremtiden; For tiden er det imidlertid uklart hvordan hormonmålinger bør kombineres med (eller brukes i forbindelse med) andre tiltak som Tanner-stadier [se Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹]. Det er også andre praktiske problemer knyttet til hormonelle tiltak, inkludert kostnader, fagbelastning og det faktum at nivåer av forskjellige pubertetshormoner varierer i månedlige og sirkadiske sykluser. Det er gjort lite forskning med å sammenligne hormonnivåer i forskjellige biologiske prøver (spytt, blod, urin) med klinisk vurderte Tanner-stadier [se Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe et al., ²⁰⁰⁹], så det er uklart hvor mye vekt bør gis til hormonnivå. På et konseptnivå, for eksempel, kan noen neurobehavioral endringer i puberteten være det direkte resultatet av økende hormonnivåer på bestemte nevrale systemer under ungdomshjerneutvikling (og dermed best kvantifisert ved hormontiltak), mens andre nevropatale endringer kan reflektere mer komplekse påvirkninger (f.eks. endringer i sosial erfaring som er mer direkte knyttet til de fysiske endringene og sosiale roller, og bedre knyttet til Tanner-stadier enn noen spesifikk hormonforandring).

Tanneropplæring ved fysisk undersøkelse av en kvalifisert kliniker kan løfte praktiske problemer med hensyn til hensiktsmessighet og bekvemmelighet. Ofte er dette best oppnådd i sammenheng med å gjøre en kort "helse" eksamen. Det vil si at Tanner-staging kan være en del av en vanlig fysisk helseeksamen, og derfor bør ikke være forbundet med noen stigmatiske eller etiske bekymringer (utover en normal fysisk helsekontroll). Imidlertid kan kostnaden (klinikk tid, spesialrom og utstyr for fysisk eksamen, og forklare prosedyrene for ungdom og familie) gjøre dette upraktisk for mange forskningsstudier. Derfor er det verdifullt å vurdere alternative måter å kvantifisere pubertetmodning, for eksempel vurderinger ved hjelp av spørreskjema. Et relativt stort antall studier har vurdert selvbetjente (eller foreldre-vurdert) Tanner-scenen ved hjelp av Petersen Development Scale [PDS; Petersen et al., ¹⁹⁸⁸]. Dette er et spørreskjema som inneholder elementer som vurderer hårvekst, hudendringer og vekstspurt, med kjønspesifikke elementer, dvs. menarche og brystutvikling hos kvinner, og kjønnsvekst og ansiktshår hos menn. Som sådan måler PDS en sammensatt pubertetspoengsum som inkluderer effektene av binyrene og veksthormonene, samt gonadale hormoner. Korrelasjoner med klinisk vurderte Tanner-stadier er ikke særlig høye: en studie fant sammenhenger mellom 0.61 og 0.67 i 11-til 13-årige jenter for selvrapporteringen PDS [Brooks-Gunn et al., ¹⁹⁸⁷; Korrelasjoner er enda lavere for foreldre-rapport PDS; se Shirtcliffe et al. ²⁰⁰⁹]. I hvilken grad disse forholdsvis lave korrelasjonene skyldes unøyaktig selvbedømmelse, eller til forskjellige konstruksjoner, som de forskjellige virkninger av binyrene / veksten i forhold til gonadale hormoner, må vurderes. PDS kan brukes med forsiktighet til å estimere Tanner-scenen når en fysisk undersøkelse ikke er mulig. Men hvis forskningsspørsmålet ikke vedrører hormonnivåer og Tanner-scenen, men i stedet er knyttet til selvbilde og selvbevissthet, eller til pubertetsstadiet i forhold til jevnaldrende, kan det hevdes at PDS er det mest relevante tiltaket [se Dorn , ²⁰⁰⁶ for diskusjon]. I sammendraget bør forskere gi rikelig hensyn til hvilket aspekt av puberteten som er mest relevant for deres forskningsspørsmål, og velg deres pubertetmål (og den generelle utformingen av studien) i samsvar med dette.

PUBERTY OG STRUKTURAL BRAIN DEVELOPMENT AS MEASURED BY MR

Tilkomsten av ikke-invasiv hjernedekningsteknikk, spesielt magnetisk resonans imaging (MRI), har gjort det mulig å undersøke utviklingen av den levende menneskelige hjerne. Utviklingsendringer som har blitt avgrenset ved hjelp av MR, inkluderer endringer i mengden grå og hvitt materiale, og endringer i hvit materiell mikrostruktur.

ROLEN AV PUBERTY I KOGNITIV UTVIKLING

Bare et lite antall empiriske atferdsstudier har fokusert på pubertetenes effekt på en bestemt kognitiv prosess. Noen av de tidligste studiene fokuserte på ansiktsbehandling. En studie av Carey et al. [¹⁹⁸⁰] viste at mens resultatene i en ansiktsidentifikasjonsgjenkjenningsoppgave ble forbedret jevnt i løpet av det første tiåret av livet, ble dette etterfulgt av en nedgang i ytelsen ved omtrent alder 12. Denne tilbakegangen kan skyldes puberteten, i stedet for å alder i seg selv, da en senere studie viste at kvinner i midten av puberteten utførte de verre pre- eller postpubertiet, da disse gruppene var tilpasset alderen. Mer nylig ble det vist bevis for pubertal "dip" i ansiktsemessig behandling [McGivern et al., ²⁰⁰²]. I denne studien utførte mannlige og kvinnelige deltakere i alderen 10-17 en kamp-til-prøve-oppgave hvor ansikter som viste følelsesmessige uttrykk, ble matchet med følelsesord. En økning i reaksjonstiden på rundt 10-20% ble vist i en alder som tilsvarte omtrent pubertetenes start (alder 10-11 år hos kvinner, 11-12 hos menn), som deretter gikk ned i ungdomsårene for å nå prepuberty-nivåer ved alder 16- 17. Imidlertid vurderte denne studien ikke pubertetstadiet. Disse resultatene skal nå replikeres, for eksempel med mer nøyaktige hormonelle tiltak for puberteten, og ved bruk av longitudinelt vurderte kohorter. Videre studier bør også undersøke hvorvidt disse resultatene er spesifikke for ansiktsbehandling, eller er en mer domene-generell effekt av ungdomskognitiv utvikling.

ROLEN AV PUBERTY I FUNKSJONSBRAINUTVIKLINGEN, MÅLET AV FMRI

Et svært lite antall funksjonelle neuroimaging-studier som er utført hittil, har tatt med puberteten. Imidlertid viser en rekke voksne og ungdomsfunksjonelle MR-studier (fMRI) kjønnsforskjeller i nevrologisk aktivitet i en rekke kognitive paradigmer (en fullstendig gjennomgang av disse funnene ligger utenfor rammen av denne artikkelen). Noen kjønnsforskjeller kan skyldes prenatale kjønnshormoneffekter, pubertetenavhengige effekter av gener kodet på sexkromosomene, eller kjønnspesifikke miljøeffekter over hele levetiden. Imidlertid kan visse av disse effektene skyldes puberteten. Disse effektene kan formidles av effekter på nevral-til-hemodynamisk kopling, via organisatoriske eller aktivitetseffekter på nevralresponsivitet, påvirkning av kognitiv behandling, eller via indirekte påvirkninger av pubertetoverganger på kognitiv behandling via stereotyper og identitet. Videre studier er nødvendig for å belyse disse mulige forhold.

Flere fMRI-studier har blitt utført i populasjoner med hormonforstyrrelser. Selv om resultatene er vanskelige å tolke med hensyn til typisk pubertet og ungdomsår (disse populasjonene er hormonelle unormale før puberteten begynner), gir de konvergerende bevis på at determinanter eller korrelerer med puberteten påvirker funksjonell hjerneaktivitet. For eksempel er en fMRI-studie av Mueller et al. [²⁰⁰⁹] sammenlignet hjerneaktivitet under en ansikts-følelsesprosess mellom ungdoms menn med familiær hyperandrogenisme (forårsaker overskytende testosteron fra tidlig alder). I forhold til kontroller viste gruppen med overskytende testosteron forhøyet hippocampal aktivitet under fryktbehandling, samt raskere atferdsresponser mot ansikter som viser fryktelige uttrykk. I en fMRI-studie av Ernst et al. [²⁰⁰⁷], syv mannlige og syv kvinnelige ungdommer med medfødt adrenal hyperplasi (resulterende i overskytende testosteron in utero) ble sammenlignet med alders- og kjønnsregulert kontroll i en lignende ansiktsmessig behandlingsoppgave. I motsetning til studien av Mueller et al., Ble det ikke rapportert noen gruppeforskjeller i hippocampus. Imidlertid var det i den kvinnelige kliniske gruppen forbedret amygdalaaktivitet under frykt og sinnebehandling, i forhold til kvinnelige kontroller. Den forbedrede amygdala-aktiviteten i den kvinnelige kliniske gruppen var lik den i mannlige kontroller, noe som tyder på en formidlende effekt av testosteron.

KONKLUSJON

Pubertet representerer en periode med dyp overgang når det gjelder stasjoner, følelser, motivasjoner, psykologi og samfunnsliv. Nylige foreløpige bevis fra MRI-studier har antydet at pubertetsstadiet kan spille en viktig rolle i ungdomshjerneutvikling, kanskje mer enn kronologisk alder. Videre er det behov for atferdsmessige og neuroimagingstudier der nøyaktige og pålitelige pubertetsløsninger tas, for å kaste lys over hvordan pubertetshormoner påvirker utviklingen av hjernestruktur og funksjon. Det er klart at det er stor verdi for å få bedre forståelse av forholdet mellom hjernen, kognisjon, oppførsel og puberteten. Imidlertid vil disse målene kreve konseptuelle og metodologiske fremskritt som fokuserer på hvordan man best kan integrere ulike pubertalte tiltak innen utviklingsstudier av ungdomshjerne og atferdsmessig modning.

Erkjennelsene

REFERANSER