Źródło
Sackler Institute for Developmental Psychobiology, Weill Cornell Medical College, Nowy Jork, NY 10065, USA. [email chroniony]
Abstrakcyjny
CEL:
Okres dojrzewania jest okresem rozwojowym, który pociąga za sobą znaczne zmiany w zachowaniach ryzykownych i eksperymentach z alkoholem i narkotykami. Zrozumienie, w jaki sposób mózg zmienia się w tym okresie w stosunku do dzieciństwa i dorosłości oraz jak te zmiany różnią się w zależności od osoby, ma kluczowe znaczenie w przewidywaniu ryzyka późniejszego nadużywania i uzależnienia.
METODA:
W niniejszym przeglądzie omówiono najnowsze obrazowanie ludzi i prace na zwierzętach w kontekście wyłaniającego się poglądu na okres dojrzewania charakteryzujący się napięciem między wcześnie pojawiającymi się systemami „oddolnymi”, które wyrażają przesadną reaktywność na bodźce motywacyjne, a później dojrzewającymi „odgórnymi” regionami kontroli poznawczej . Zgłaszano behawioralne, kliniczne i neurobiologiczne dowody na dysocjację tych dwóch systemów w rozwoju. W kontekście tych dwóch systemów dyskutowana jest literatura dotycząca wpływu alkoholu i jego nagradzających właściwości w mózgu.
WYNIKI:
Podsumowując, badania te wykazują krzywoliniowy rozwój zachowań motywacyjnych i leżących u ich podstaw podkorowych obszarów mózgu, z szczytową fleksją od 13 do 17 lat. Natomiast regiony przedczołowe, ważne w odgórnej regulacji zachowania, wykazują liniowy wzorzec rozwoju w bardzo młodym wieku dorosłym, który jest podobny do obserwowanego w badaniach behawioralnych impulsywności.
WNIOSKI:
Napięcie lub brak równowagi między tymi rozwijającymi się systemami w okresie dojrzewania może prowadzić do tego, że procesy kontroli poznawczej są bardziej podatne na modulację opartą na zachętach i zwiększoną podatność na motywacyjne właściwości alkoholu i narkotyków. Jako takie, wyzwania związane z zachowaniem, które wymagają kontroli poznawczej w obliczu apetycznych sygnałów, mogą służyć jako przydatne markery biobehawioralne do przewidywania, które nastolatki mogą być bardziej narażone na uzależnienie od alkoholu i substancji.
Copyright © 2010 Amerykańska Akademia Psychiatrii Dzieci i Młodzieży. Opublikowane przez Elsevier Inc. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Wprowadzenie
Okres dojrzewania jest przejściowym okresem rozwoju, w którym jednocześnie występuje wiele zmian, w tym dojrzewanie fizyczne, dążenie do niezależności, zwiększenie znaczenia interakcji społecznych i rówieśniczych oraz rozwój mózgu 1-3. Ten okres rozwojowy to także czas charakteryzujący się fleksją w ryzykownych zachowaniach, w tym eksperymentowanie z narkotykami i alkoholem, działalność przestępcza i seks bez zabezpieczenia. Zrozumienie neuronalnych podstaw tych ryzykownych zachowań ma kluczowe znaczenie w identyfikacji, które nastolatki mogą być narażone na złe wyniki, takie jak uzależnienie od substancji i nadużywanie.
Postulowano wiele hipotez, dlaczego młodzież może angażować się w zachowania impulsywne i ryzykowne. Tradycyjne opisy okresu dojrzewania sugerują, że jest to okres rozwoju związany z coraz większą wydajnością zdolności kontroli poznawczej. Ta skuteczność w kontroli poznawczej jest opisana jako zależna od dojrzewania kory przedczołowej, o czym świadczy obrazowanie 4-7 i studia pośmiertne8-10 pokazujący ciągły rozwój strukturalny i funkcjonalny tego regionu aż do wczesnej dorosłości.
Ulepszona kontrola poznawcza wraz z rozwojem kory przedczołowej jest zgodna z liniowym wzrostem tej zdolności od dzieciństwa do dorosłości. Jednak suboptymalne wybory i działania obserwowane w okresie dojrzewania stanowią odmianę rozwoju 11 jest to unikalne zarówno z dzieciństwa, jak i dorosłości, o czym świadczy Narodowe Centrum Statystyki Zdrowia dotyczące zachowań i śmiertelności wśród młodzieży 12. Jeśli kontrola poznawcza i niedojrzała kora przedczołowa były podstawą samego zachowania suboptymalnego wyboru, to dzieci powinny wyglądać niezwykle podobnie lub przypuszczalnie gorzej niż młodzież, biorąc pod uwagę ich mniej rozwiniętą korę przedczołową i zdolności poznawcze 2. Przegląd ten odnosi się do podstawowego pytania o to, jak mózg zmienia się w okresie dojrzewania, co może wyjaśniać zmiany w ryzykownych i impulsywnych zachowaniach. Ponadto podajemy przykłady tego, jak spożywanie alkoholu i narkotyków w tym okresie rozwoju może jeszcze bardziej zaostrzyć te zmiany i może prowadzić do nadużyć i uzależnień.
Aby dokładnie uchwycić zmiany poznawcze i neurobiologiczne w okresie dojrzewania, ten okres należy traktować raczej jako przejściowy niż pojedynczy migawkowy w czasie 3. Innymi słowy, aby zrozumieć ten okres rozwoju, przejścia do i poza okresem dojrzewania są konieczne, aby odróżnić odrębne atrybuty tego okresu w stosunku do innych punktów czasowych w rozwoju. Dlatego dane empiryczne, które ustalają trajektorie rozwojowe od dzieciństwa do dorosłości dla procesów poznawczych i neuronalnych, są niezbędne do scharakteryzowania tych przejść, a co ważniejsze, do ograniczenia wszelkich interpretacji dotyczących zmian w mózgu lub zachowaniu w okresie dojrzewania.
Po drugie, dokładne przedstawienie okresu dojrzewania wymaga udoskonalenia charakterystyki fenotypowej tego okresu. Na przykład, na poziomie behawioralnym, nastolatki często określane są jako impulsywni i bardziej ryzykowni, z tymi konstrukcjami używanymi niemal synonimicznie. Jednak konstrukty te są różne i docenianie tego rozróżnienia jest ważne dla opisania ich trajektorii rozwojowych i neuronalnych podstaw. Zapewniamy behawioralne, kliniczne i neurobiologiczne dowody, które sugerują, że podejmowanie ryzyka jest ściślej powiązane z wrażliwością na bodźce środowiskowe (poszukiwanie wrażeń), podczas gdy impulsywność jest związana ze słabą kontrolą kognitywną od góry do dołu.
Aby teoretycznie ugruntować wyniki empiryczne, dostarczamy wiarygodnego modelu neurobiologicznego dla okresu dojrzewania i sugerujemy, jak rozwój w tym czasie może prowadzić do zwiększenia podatności na nadużywanie alkoholu i narkotyków. Intencją tego przeglądu nie jest psychopatologia w okresie dojrzewania, ale raczej wyjaśnienie, dlaczego niektóre nastolatki, ale nie inne, są podatne na nadużywanie substancji. W związku z tym staramy się zidentyfikować potencjalne markery biologiczne i behawioralne do wczesnej identyfikacji i oceny wyników interwencji.
Neurobiologiczny model dojrzewania
Neurobiologiczny model rozwoju młodzieży 2 który opiera się na modelach gryzoni 13, 14 i ostatnie badania obrazowe okresu dojrzewania 6, 7, 15-20 jest przedstawiony Rysunek 1. Model ten ilustruje, w jaki sposób podkorowe i przedczołowe obszary kontrolne odgórne muszą być rozpatrywane razem jako obwód. Rysunek pokazuje różne trajektorie rozwojowe do sygnalizacji tych regionów, z projekcjami limbicznymi rozwijającymi się wcześniej niż przedczołowe obszary kontrolne. Zgodnie z modelem, nastolatek jest stronniczy przez funkcjonalnie dojrzałe podkorowe w stosunku do mniej dojrzałych obwodów korowych w okresie dojrzewania (tj. Brak równowagi w zależności od systemów), w porównaniu z dziećmi, dla których ten obwód przedniego koła zębatego wciąż się rozwija; iw porównaniu do dorosłych, dla których te systemy są w pełni dojrzałe. Wraz z rozwojem i doświadczeniem funkcjonalna łączność między tymi regionami jest wzmocniona i zapewnia mechanizm modulacji zstępującej systemów podkorowych 7. Jest to więc obwód frontostriatalny, wraz z funkcjonalnym wzmocnieniem połączeń wewnątrz tego obwodu, który może zapewnić mechanizm wyjaśniający zmiany zarówno impulsywności, jak i podejmowania ryzyka obserwowane w rozwoju.
Ten model jest zgodny z poprzednimi 21-24 stanowi podstawę dla nieliniowych fleksji obserwowanych w zachowaniu od dzieciństwa do dorosłości, z powodu wcześniejszego dojrzewania projekcji podkorowych w stosunku do mniej dojrzałych od góry do dołu. W szczególności model triady 21 proponuje, aby zmotywowane zachowanie miało trzy odrębne obwody neuronowe (podejście, unikanie i regulacja). System podejścia jest w dużej mierze kontrolowany przez prążkowia brzuszne, układ unikania przez ciało migdałowate i wreszcie system regulacyjny przez korę przedczołową 25. Obecny model różni się znacznie od innych tym, że opiera się na empirycznych dowodach na zmiany mózgu nie tylko w okresie przejścia z okresu dojrzewania do dorosłości, ale raczej przejścia najnowszych dorastanie od dzieciństwa i później na dorastanie do dorosłości. Co więcej, model nie sugeruje, że prążkowie i ciało migdałowate są specyficzne dla zachowania podejścia i unikania, biorąc pod uwagę ostatnie badania wykazujące niezależność tych struktur od wartościowości 26, ale raczej są to systemy, które są ważne w wykrywaniu istotnych motywacyjnie i emocjonalnie sygnałów w środowisku, które mogą wpływać na zachowanie. W tym przeglądzie opisujemy najnowsze dowody z badań behawioralnych i badań obrazowych u ludzi w okresie dojrzewania w kontekście naszego modelu, który ilustruje przejście od dzieciństwa do dorosłości.
Fenotypowa charakterystyka okresu dojrzewania
Zdolność do przeciwstawiania się pokusie na rzecz długoterminowych celów jest formą kontroli poznawczej. Sugeruje się, że przerwy w tej zdolności stanowią rdzeń ryzykownych zachowań młodzieży 27. Kontrola poznawcza, która obejmuje opór przed pokusą lub opóźnieniem natychmiastowej gratyfikacji, została zbadana w kontekście psychologii społecznej, rozwojowej i poznawczej. Rozwojowo zdolność ta została zmierzona poprzez ocenę, jak długo maluch może oprzeć się natychmiastowej nagrodzie (np. Ciasteczku) na rzecz większej nagrody później (np. Dwa pliki cookie) 28. Chociaż jednostki różnią się tą zdolnością nawet jako dorośli, badania rozwojowe sugerują okna rozwoju, gdy jednostka może być szczególnie podatna na pokusy. Zdolność ta została opisana jako forma kontroli impulsów 29 i jest wieloaspektowy 30, 31, ale można go operacyjnie zdefiniować jako zdolność do osiągnięcia ukierunkowanego na cel zachowania w obliczu najistotniejszych, konkurujących czynników i działań 32.
Historycznie, badania rozwojowe wykazały stałą poprawę zdolności kontroli poznawczej od niemowlęctwa do dorosłości 33. Obserwacja ta jest poparta bogactwem dowodów behawioralnych pochodzących z paradygmatów eksperymentalnych w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, w tym paradygmatów, takich jak zadanie Go-NoGo, zadanie Simona i paradygmaty przełączania zadań, które wymagają od uczestników zastąpienia wcześniejszej odpowiedzi w celu osiągnięcia prawidłowej 32, 34. Jednakże, gdy korzystne jest tłumienie odpowiedzi na sygnały związane z zachętami, cierpi na to kontrola poznawcza 20. Ta zmniejszona kontrola jest szczególnie widoczna w okresie dojrzewania, gdy szczytowe są suboptymalne wybory w zachowaniach seksualnych i związanych z narkotykami 3, 11, 12, 14. Obserwacje te sugerują, że trajektorie rozwojowe w kontroli poznawczej są złożone i mogą być modulowane przez naładowane emocjonalnie lub wzmacniające konteksty (np. Interakcje społeczne i seksualne), w których wymagania kontroli poznawczej współdziałają z napędami motywacyjnymi lub procesami.
Motywacja może modulować kontrolę poznawczą na co najmniej dwa sposoby. Po pierwsze, wynagrodzenie za wykonanie danego zadania może sprawić, że ludzie będą pracować ciężej i ostatecznie osiągać lepsze wyniki, niż gdy nie zostaną nagrodzeni 17. Po drugie, zdolność do wywierania kontroli może być kwestionowana, gdy jest to konieczne, aby stłumić myśli i działania w kierunku apetycznych wskazówek 20. Niedawne badania nad rozwojem młodzieży zaczęły porównywać możliwości kontroli poznawczej w relatywnie neutralnych i motywacyjnych kontekstach. Badania te sugerują zmianę wrażliwości na sygnały środowiskowe, zwłaszcza te oparte na nagrodzie w różnych punktach rozwoju, i sugerują unikalny wpływ motywacji na poznanie w latach młodzieńczych.
W poniższej sekcji podkreślamy niektóre z najnowszych badań nad tym, w jaki sposób zachowania młodzieży są zróżnicowane w kontekstach naładowanych emocjonalnie w stosunku do dorosłych.
Na przykład Ernst i współpracownicy 35, 36 przeanalizował wydajność w ramach zadania antykryzysowego z obietnicą nagrody finansowej za dokładne wykonanie niektórych prób, ale nie innych. Wyniki pokazały, że obietnica nagrody, ułatwiła zachowanie kontroli poznawczej u młodzieży bardziej niż w przypadku dorosłych, co zostało powtórzone 17 a ostatnio został rozszerzony na nagrody społeczne (np. szczęśliwe twarze 20).
Podczas gdy poprzednie przykłady dostarczają przykładów zwiększonej wydajności nastolatków z zachętami, nagrody mogą również zmniejszać wydajność podczas tłumienia reakcji na nagrody, które prowadzą do wysokiego zysku. Na przykład, za pomocą zadania hazardowego, w którym nagroda została przekazana natychmiast podczas podejmowania decyzji („gorące” próby, które zwiększyły pobudzone afektywnie pobudzenie czynnościowe) lub wstrzymały się do czasu po podjęciu decyzji („zimne” świadome próby podejmowania decyzji), Figner i współpracownicy 37 wykazali, że młodzież robi nieproporcjonalnie bardziej ryzykowne hazardy niż dorośli, ale tylko w stanie „gorącym”. Używając podobnego zadania, Iowa Gambling Task, Cauffman i współpracownicy 38 wykazali, że ta wrażliwość na nagrody i zachęty faktycznie osiąga szczyt w okresie dojrzewania, ze stałym wzrostem od późnego dzieciństwa do okresu dojrzewania w tendencji do gry z korzystniejszymi taliami kart, a następnie późniejszym spadkiem od późnej młodości do dorosłości. Odkrycia te ilustrują funkcję krzywoliniową, osiągającą z grubsza poziom 13 i 17, a następnie malejącą 27. Podczas gdy wcześniejsze ustalenia z zadaniem Iowa Gambling wykazały liniowy wzrost wydajności z wiekiem 39badania te nie patrzyły na wiek w sposób ciągły ani nie badały tylko prób z korzystnymi pokładami kart.
Ostatnie badania sugerują, że konteksty społeczne, szczególnie rówieśnicy, mogą również służyć jako motywacyjny sygnał i mogą zmniejszać kontrolę poznawczą w okresie dojrzewania. Wykazano, że stopień, w jakim rówieśnicy nastolatków używają substancji, jest wprost proporcjonalny do ilości alkoholu lub nielegalnych substancji, których sam nastolatek użyje 40. Korzystanie z symulowanego zadania jazdy, Gardner i współpracownicy 41 pokazali, że nastolatki podejmują bardziej ryzykowne decyzje w obecności rówieśników niż kiedy są sami i że te ryzykowne decyzje zmniejszają się liniowo wraz z wiekiem 23, 40.
Podsumowując, badania te sugerują, że w okresie dojrzewania motywacyjne sygnały potencjalnej nagrody są szczególnie istotne i mogą prowadzić do poprawy wydajności, gdy są dostarczane jako wzmocnienie lub nagradzany wynik, ale do bardziej ryzykownych wyborów lub suboptymalnych wyborów, gdy są dostarczane jako sygnał. W tym drugim przypadku motywacyjny sygnał może zmniejszyć skuteczne zachowanie ukierunkowane na cel. Co więcej, badania te sugerują, że wrażliwość na nagrody i zachowanie poszukujące doznań różni się od impulsywności o bardzo różnych wzorcach rozwojowych (odpowiednio funkcja krzywoliniowa a funkcja liniowa). To rozróżnienie jest dodatkowo widoczne w niedawnym badaniu Steinberga i in. 42 przy użyciu samoopisowych miar poszukiwania sensacji i impulsywności. Sprawdzili, czy często spotykane konstrukcje poszukiwania i impulsywności wrażeń rozwijają się według różnych harmonogramów u osób 1000 w wieku 10 i 30. Wyniki pokazały, że różnice w poszukiwaniu doznań z wiekiem były zgodne z wzorem krzywoliniowym, a szczyty w poszukiwaniu odczuć wzrastały między 10 a 15 latami, a następnie spadały lub pozostawały stabilne. Natomiast różnice wieku w impulsywności były zgodne z liniowym wzorcem, z malejącą impulsywnością z wiekiem w sposób liniowy (patrz Rysunek 2 panel A). Odkrycia te, wraz z wynikami laboratoryjnymi, sugerują zwiększoną podatność na podejmowanie ryzyka w okresie dojrzewania „może być wynikiem połączenia stosunkowo wyższych skłonności do poszukiwania emocji i stosunkowo niedojrzałych zdolności do samokontroli, które są typowe dla tego okresu rozwoju” 42.
Neurobiologia okresu dojrzewania
Jak wskazano w naszym modelu dorastania, dwa kluczowe regiony zaangażowane w zachowania poznawcze i motywacyjne to kora przedczołowa, o której wiadomo, że jest ważna dla kontroli poznawczej 43 i prążkowia krytyczne w wykrywaniu i poznawaniu nowatorskich i satysfakcjonujących sygnałów w środowisku 44. Podkreślamy najnowsze badania obrazowania zwierząt i ludzi na temat zmian neurobiologicznych wspierających te systemy motywacyjne i poznawcze w rozwoju w kontekście wcześniejszych odkryć behawioralnych dotyczących rozwoju poszukiwań i impulsywności. Używamy wcześniej opisanego modelu nierównowagi liniowego rozwoju górnych obszarów przedczołowych w stosunku do funkcji krzywoliniowej dla rozwoju oddolnych regionów prążkowia biorących udział w wykrywaniu istotnych sygnałów w środowisku w celu ugruntowania wyników. Kluczowe znaczenie ma badanie obwodów, a nie konkretna zmiana regionalna, zwłaszcza w obwodach frontostriatalnych, które leżą u podstaw różnych form zachowania ukierunkowanego na cel. Ta perspektywa odsuwa pole od badania, w jaki sposób każdy region dojrzewa w izolacji, w jaki sposób mogą oddziaływać w kontekście wzajemnie połączonych obwodów.
Seminalna praca na zwierzętach i ludziach pokazała, jak regiony korowe prążkowia i przedczołowego kształtują zachowanie ukierunkowane na cel 7, 27, 37, 38, 44. Korzystanie z nagrań pojedynczych jednostek u małp, Pasupathy & Miller 45 wykazali, że przy elastycznym uczeniu się zestawu warunkowych nagród, bardzo wczesna aktywność w prążkowiu stanowi podstawę dla stowarzyszeń opartych na nagrodzie, podczas gdy później, angażuje się więcej deliberatywnych mechanizmów przedczołowych, aby utrzymać wyniki behawioralne, które mogą zoptymalizować największe zyski, wyniki te został powtórzony w badaniach uszkodzeń 46-48. Rola prążkowia we wczesnym kodowaniu czasowym nagłych przypadków przed rozpoczęciem aktywacji w regionach przedczołowych została również rozszerzona na ludzi 49. Wyniki te sugerują, że rozumiemy interakcje między regionami (wraz z ich funkcjami składowymi); w obwodzie frontostriatalnym ma kluczowe znaczenie dla opracowania modelu kontroli poznawczej i motywacyjnej w okresie dojrzewania.
W okresie dojrzewania obwody frontostriatalne podlegają znacznemu opracowaniu 50-53 które są szczególnie dramatyczne w układzie dopaminowym. Piki gęstości receptorów dopaminowych D1 i D2 w prążkowiu występują na początku okresu dojrzewania, po czym następuje utrata tych receptorów przez młodą dorosłość 54-56. W przeciwieństwie do tego, kora przedczołowa nie wykazuje pików w gęstości D1 i D2 do późnej młodości i młodości dorosłości 57, 58. Podobne zmiany rozwojowe wykazano w innych systemach związanych z nagrodami, w tym receptorami kanabinoidowymi 59. Nie jest jasne, w jaki sposób zmiany w układach dopaminowych mogą odnosić się do zmotywowanych zachowań, ponieważ kontrowersje dotyczą tego, czy wrażliwość na nagrody jest modulowana przez układy dopaminowe (np. 60, 61) i czy jest to wynik mniej aktywnych lub nadwrażliwych układów dopaminowych (np. 62, 63). Biorąc jednak pod uwagę dramatyczne zmiany w obwodach bogatych w dopaminę w okresie dojrzewania, prawdopodobnie wiąże się to ze zmianami wrażliwości na nagrody odmienne od dzieciństwa lub dorosłości 50, 64. Poza znaczącymi zmianami w receptorach dopaminy, występują również dramatyczne zmiany hormonalne, które zachodzą w okresie dojrzewania, które prowadzą do dojrzałości płciowej i wpływają na aktywność funkcjonalną w obwodach czołowo-czołowych 65jednak szczegółowa dyskusja wykracza poza zakres tego artykułu, patrz 66, 67 szczegółowe recenzje na ten temat.
Badania obrazowania u ludzi zaczęły zapewniać wsparcie dla wzmocnienia połączeń obwodów frontostriatalnych bogatych w dopaminę, poprzez rozwój. Wykorzystanie obrazowania tensora dyfuzji i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), Casey i współpracownicy 68, 69 i inni 70 wykazali większą siłę w połączeniach dystalnych w obrębie tych obwodów poprzez rozwój i powiązali siłę połączenia między regionami przedczołowymi i prążkowia ze zdolnością do skutecznego angażowania kontroli poznawczej u typowo i nietypowo rozwijających się osób 68, 69. Badania te ilustrują znaczenie sygnalizacji w obwodach kortykostriatalnych, które wspierają zdolność skutecznego angażowania się w kontrolę poznawczą.
Podobnie, istnieją dowody z ludzkich badań neuroobrazowania czynnościowego na to, jak układy podkorowe, takie jak prążkowie i kora przedczołowa, współdziałają ze sobą, powodując ryzykowne zachowania obserwowane u młodzieży 71. Większość badań obrazowych koncentrowała się na jednym lub innych regionach, w których stwierdzono, że kora przedczołowa ma wpływ na poprawę kontroli poznawczej związaną z wiekiem 72-78 ulega opóźnionemu dojrzewaniu 4, 79, 80 podczas gdy regiony prążkowia wrażliwe na manipulacje nowością i nagrodą rozwijają się wcześniej 74, 81. Kilka grup wykazało, że młodzież wykazuje zwiększoną aktywację prążkowia brzusznego w oczekiwaniu i / lub otrzymaniu nagród w porównaniu z dorosłymi 6, 15, 17, 18, ale inni zgłaszają brak reakcji 82.
Jedno z pierwszych badań mających na celu zbadanie procesów związanych z nagrodami w całym spektrum rozwoju od dzieciństwa do dorosłości zostało ukończone przez Galvan i współpracowników 6 w 6 na 29 latków. Wykazali, że aktywacja brzusznej prążkowia była wrażliwa na różne wielkości nagrody pieniężnej 49 i że ta odpowiedź była przesadzona w okresie dojrzewania, w stosunku do dzieci i młodzieży 6 (Patrz Rysunek 3), wskazanie na wzrost sygnału 6 lub bardziej trwała aktywacja 83. W przeciwieństwie do wzoru w prążkowiu brzusznym, orbitalnych obszarach przedczołowych, wykazywał przewlekły rozwój w tych wiekach (Rysunek 2b).
Ale w jaki sposób to wzmocnienie sygnalizacji w prążkowiu brzusznym ma związek z zachowaniem? W badaniu uzupełniającym Galvan i współpracownicy 16 zbadał związek między aktywnością w prążkowiu brzusznym a dużą nagrodą pieniężną z cechami osobowości podejmującymi ryzyko i impulsywnością. Anonimowe skale ratingów ryzykownych zachowań, percepcji ryzyka i impulsywności uzyskano w jej próbce 7 dla 29-latków. Galvan i in. wykazał pozytywny związek między brzuszną aktywnością prążkowia a dużą nagrodą i prawdopodobieństwem podejmowania ryzykownych zachowań (patrz Rysunek 3) Odkrycia te są zgodne z badaniami obrazowania dorosłych pokazującymi brzuszną aktywność prążkowia z ryzykownymi wyborami 84, 85.
Aby jeszcze bardziej wspierać związek między ryzykownym zachowaniem nastolatków a wrażliwością na nagrodę indeksowaną przez przesadną odpowiedź prążkowia brzusznego, Van Leijenhorst i współpracownicy 18 przetestowałem to skojarzenie za pomocą zadania hazardowego. Zadanie obejmowało hazard o niskim ryzyku z dużym prawdopodobieństwem uzyskania niewielkiej nagrody pieniężnej i hazardu wysokiego ryzyka z mniejszym prawdopodobieństwem uzyskania większej nagrody pieniężnej. Wyniki fMRI potwierdziły, że wybory wysokiego ryzyka były związane z brzuszną rekrutacją prążkowia, podczas gdy wybory niskiego ryzyka były związane z aktywacją w brzusznej środkowej korze przedczołowej. Odkrycia te są zgodne z hipotezą, że ryzykowne zachowania w okresie dojrzewania są związane z brakiem równowagi spowodowanym przez różne trajektorie rozwojowe podkorowych regionów nagradzających i przedczołowych regulacyjnych regionów mózgu, zgodne z naszym neurobiologicznym modelem dorastania.
W badaniu Galvan wydaje się, że istnieje związek między zachowaniem ryzykującym a brzuszną aktywacją prążkowia 16 nie stwierdzono korelacji między brzuszną aktywnością prążkowia a impulsywnością. Ocena impulsywności była raczej skorelowana z wiekiem, zgodnie z licznymi badaniami obrazowymi wykazującymi liniowy rozwój wraz z wiekiem w rekrutacji kory przedczołowej podczas zadań kontroli impulsów 7, 75, 77 (i zobacz opinie wg 34, 86). Ponadto ostatnie badania wykazały, że ocena impulsywności odwrotnie koreluje z objętością brzusznej środkowej kory przedczołowej w próbce zdrowych chłopców (7 – 17yrs) 87. Wreszcie, badania populacji klinicznych charakteryzujących się problemami z impulsywnością, takimi jak ADHD, wykazują upośledzoną kontrolę impulsów i zmniejszoną aktywność w regionach przedczołowych w porównaniu z grupą kontrolną, 88, 89 ale nie pokazujcie zwiększonych odpowiedzi na zachęty 90.
Odkrycia te dostarczają neurobiologicznego wsparcia empirycznego dla dysocjacji konstruktów związanych z podejmowaniem ryzyka i wrażliwością na nagrody od impulsywności z pierwszym wykazującym wzór krzywoliniowy, a drugi z liniowym wzorem (patrz Rysunek 2 B). Tak więc wyborów i zachowań młodzieży nie można wytłumaczyć impulsywnością ani przedłużającym się rozwojem samej kory przedczołowej. Raczej należy rozważyć motywacyjne podkorowe regiony, aby wyjaśnić, dlaczego zachowania nastolatków różnią się nie tylko od dorosłych, ale także od dzieci. W ten sposób prążkowie brzuszne wydaje się odgrywać rolę w poziomach podniecenia 82, 91 i pozytywny wpływ 15 podczas otrzymywania nagród, a także skłonność do poszukiwania wrażeń i podejmowania ryzyka 16, 91. Co ważniejsze, odkrycia te sugerują, że w okresie dojrzewania niektóre osoby mogą być bardziej skłonne do podejmowania ryzykownych zachowań z powodu zmian rozwojowych w połączeniu ze zmiennością predyspozycji danej osoby do angażowania się w ryzykowne zachowania niż do prostych zmian w impulsywności.
Dziedziną naukową, na którą zwracano mniej uwagi, jest określenie, w jaki sposób kontrola poznawcza i systemy motywacyjne współdziałają w trakcie rozwoju. Jak wspomniano wcześniej, Ernst i współpracownicy 35, 36 pokazał, że obietnica nagrody pieniężnej ułatwiła zachowanie kontroli poznawczej młodzieży bardziej niż dorosłym. Geier i in. 17 niedawno zidentyfikowali substraty neuronowe tej regulacji poznawczej w górę, wykorzystując wariant zadania antykonkurencyjnego podczas czynnościowego obrazowania mózgu. U młodzieży i dorosłych próby, w których stawką były pieniądze, przyspieszyły działanie i ułatwiły dokładność, ale efekt ten był większy u nastolatków. Po sygnale, że kolejna próba zostanie nagrodzona, młodzież wykazała przesadną aktywację prążkowia brzusznego, przygotowując się, a następnie wykonując antysakadę. Przesadną reakcję obserwowano u młodzieży w obszarach przedczołowych wzdłuż bruzdy przedtrzonowej, istotną dla kontrolowania ruchów oczu, co sugeruje zależną od nagrody regulację w górę również w regionach kontrolnych.
Nagrody, jak zasugerowano powyżej, mogą zwiększać, jak również zmniejszać zachowania ukierunkowane na cel. Spostrzeżenie, że nastolatki podejmują większe ryzyko, gdy obecne są sygnały apetyczne, a nieobecne podczas zadań hazardowych, stanowi ten punkt (np. 37). W ostatnim badaniu obrazowym 20, Somerville i in. zidentyfikowali neuronalne substraty regulacji w dół regionów kontrolnych z sygnałami apetycznymi. Somerville i in. testowali dzieci, młodzież i dorosłych, podczas gdy wykonywali zadanie go nogo z apetycznymi wskazówkami społecznymi (szczęśliwe twarze) i neutralnymi sygnałami. Wykonywanie zadań do sygnałów neutralnych wykazywało stałą poprawę wraz z wiekiem w tym zadaniu kontroli impulsów. Jednak w badaniach, w których osobnik musiał opierać się zbliżającym się sygnałom apetycznym, młodzież nie wykazywała oczekiwanej poprawy zależnej od wieku. Ten spadek wydajności w okresie dojrzewania był równoległy do zwiększonej aktywności w prążkowiu. Odwrotnie, aktywacja w dolnym zakręcie czołowym była związana z ogólną dokładnością i wykazywała liniowy wzorzec zmian z wiekiem dla prób nogo versus go. Podsumowując, odkrycia te sugerują przesadną brzuszną reprezentację prążkowia sygnałów apetycznych u nastolatków przy braku dojrzałej odpowiedzi kontroli poznawczej.
Łącznie dane te sugerują, że chociaż nastolatki jako grupa są uważane za osoby podejmujące ryzyko 41, niektórzy nastolatkowie będą bardziej skłonni niż inni do angażowania się w ryzykowne zachowania, narażając ich na potencjalnie większe ryzyko negatywnych wyników. Odkrycia te podkreślają znaczenie uwzględnienia zmienności indywidualnej podczas badania złożonych relacji zachowania mózgu związanych z podejmowaniem ryzyka i impulsywnością w populacjach rozwojowych. Ponadto te różnice indywidualne i rozwojowe mogą pomóc w wyjaśnieniu podatności niektórych osób na podejmowanie ryzyka, co wiąże się z używaniem substancji, a ostatecznie uzależnieniem 64.
Stosowanie i nadużywanie substancji w młodzieży
Okres dojrzewania to okres wzmożonych eksperymentów z narkotykami i alkoholem 92, przy czym alkohol jest najczęściej nadużywany przez nastolatki z nielegalnych substancji 11, 93, 94. Wczesne stosowanie tych substancji, takich jak alkohol, jest wiarygodnym predyktorem późniejszej zależności i nadużywania 95. Biorąc pod uwagę gwałtowny wzrost uzależnienia od alkoholu między okresem dojrzewania a dorosłością, nie ma sobie równych na żadnym innym etapie rozwoju 96, koncentrujemy się głównie na wybranym przeglądzie tutaj jego wykorzystania i nadużywania u młodzieży i właściwości motywacyjnych.
Wykazano, że zarówno alkohol, jak i inne substancje uzależniające, w tym kokaina i kannabinoidy, mają właściwości wzmacniające. Substancje te wpływają na mezolimbiczną transmisję dopaminy z ostrymi aktywacjami neuronów w obwodach frontolimbicznych bogatych w dopaminę, w tym prążkowia brzusznego 97-99. Jak sugerują Hardin i Ernst (2009) 92, użycie tych substancji może zaostrzyć już zwiększoną odpowiedź brzusznego prążkowia, skutkując zwiększeniem lub wzmocnieniem właściwości wzmacniających lek. Robinson i Berridge 61, 63, 100 zasugerowali, że te narkotyki mogą „porwać” systemy związane z zachętami narkotykowymi, takimi jak prążkowia brzuszne, zmniejszając w ten sposób regulację górnych obszarów przedczołowych.
Większość badań empirycznych dotyczących spożywania alkoholu przez młodzież została przeprowadzona na zwierzętach, biorąc pod uwagę ograniczenia etyczne w przeprowadzaniu takich badań u młodzieży. Modele zwierzęce etanolu dostarczają również najwięcej dowodów na zróżnicowany wpływ alkoholu u młodzieży w porównaniu z dorosłymi i są zgodne z wynikami badań na ludziach dotyczących młodzieży o względnej niewrażliwości na działanie etanolu. Spear i współpracownicy wykazali, że dorastające szczury w stosunku do dorosłych są mniej wrażliwe na skutki społeczne, ruchowe, uspokojenie, ostre wycofanie i „kac” etanolu 101-103. Odkrycia te są znaczące, ponieważ wiele z tych efektów służy jako wskazówki do ograniczenia spożycia u dorosłych 11. Podobnie, gdy młodzież jest niewrażliwa na sygnały, które mogą pomóc ograniczyć spożycie alkoholu, pozytywne wpływy alkoholu, takie jak ułatwienia społeczne, mogą dodatkowo zachęcać do spożywania alkoholu 104. Najbardziej ryzykowne zachowania u ludzi - w tym nadużywanie alkoholu - występują w sytuacjach społecznych 23, potencjalnie popychając młodzież do większego używania alkoholu i narkotyków, gdy takie zachowanie jest cenione przez ich rówieśników.
W jaki sposób mózg zmienia się wraz z nadużywaniem alkoholu i nadużywaniem w okresie dojrzewania w stosunku do dorosłych? Podczas gdy młodzież może być mniej wrażliwa na niektóre behawioralne skutki alkoholu, wydają się być bardziej wrażliwe na niektóre efekty neurotoksyczne 94. Na przykład badania fizjologiczne (np. 105) wykazują większe indukowane etanolem hamowanie potencjałów synaptycznych za pośrednictwem NMDA i długotrwałe wzmocnienie w skrawkach hipokampa u młodzieży niż u dorosłych. Powtarzające się narażenie na odurzające dawki etanolu powoduje również większe niedobory pamięci zależne od hipokampa 106, 107 a przedłużona ekspozycja na etanol była związana ze zwiększonym rozmiarem kręgosłupa dendrytycznego 108. Te ostatnie odkrycia zmian w kręgosłupie dendrytycznym sugerują modyfikację obwodów mózgu, która może stabilizować zachowania uzależniające 94.
Dane z badań obrazowania mózgu dostarczają ludziom równoległych dowodów neurotoksycznego wpływu alkoholu na mózg. Szereg badań wykazało zmianę struktury i funkcji mózgu u nastolatków i młodych dorosłych uzależnionych od alkoholu i młodych dorosłych w porównaniu z osobami zdrowymi. Badania te pokazują mniejsze objętości czołowe i hipokampowe, zmienioną mikrostrukturę istoty białej i gorszą pamięć 109-113. Ponadto badania te wykazują pozytywne powiązania między objętościami hipokampa a wiekiem pierwszego użycia 109 sugerując, że wczesna adolescencja może być okresem podwyższonego ryzyka neurotoksycznych efektów alkoholu. Czas trwania, który był ujemnie skorelowany z objętością hipokampa, może zwiększać ten efekt.
Obecnie tylko kilka badań badało funkcjonalną aktywność mózgu na bodźce związane z narkotykami lub alkoholem (np. Zdjęcia alkoholu) u młodzieży 114, chociaż jest to obszar przyszłych badań (patrz 115). Badania populacji wysokiego ryzyka (np. Obciążenie rodzinne uzależnieniem od alkoholu) sugerują, że zaburzenia w funkcjonowaniu czołowym są widoczne przed narażeniem na zażywanie narkotyków (np. 116, 117) i może przewidzieć późniejsze użycie substancji 118, 119. Jednak we wczesnym badaniu behawioralnym wpływu alkoholu u 8 na chłopców w wieku 15 o niskim i wysokim ryzyku rodzinnym 120, najbardziej znaczące odkrycie było niewielkie, jeśli jakakolwiek zmiana zachowania lub problem z testami zatrucia - nawet po podaniu dawek, które były odurzające w dorosłej populacji - obserwowano. Te neurotoksyczne efekty wraz ze zwiększoną wrażliwością na motywacyjne działanie alkoholu i dowody na gorszą kontrolę od czoła przedczołowego widoczne nawet przed ekspozycją na narkotyki 116 może ustanowić długoterminowy kurs nadużywania alkoholu i narkotyków po okresie dojrzewania 118, 119.
wnioski
Razem opisane badania potwierdzają pogląd na rozwój mózgu nastolatka, który charakteryzuje się napięciem między wczesnymi wyłaniającymi się systemami „oddolnymi”, które wyrażają przesadną reaktywność na bodźce motywacyjne, a później dojrzewające „odgórne” regiony kontroli poznawczej. Ten oddolny system, który wiąże się z poszukiwaniem wrażeń i zachowaniem podejmującym ryzyko, stopniowo traci swoją przewagę konkurencyjną dzięki stopniowemu pojawianiu się regulacji „odgórnej” (np. 2, 7, 15, 23, 64, 121-123). Ta nierównowaga między tymi rozwijającymi się systemami w okresie dojrzewania może prowadzić do zwiększonej podatności na zachowania związane z podejmowaniem ryzyka i zwiększoną podatnością na motywacyjne właściwości substancji nadużywających.
Przegląd ten dostarcza behawioralnych, klinicznych i neurobiologicznych dowodów na dysocjację tych układów podkorowo-korowych. Dane dotyczące zachowań z zadań laboratoryjnych i samoopisowych ocen podawanych dzieciom, młodzieży i dorosłym (np. 18, 20, 37, 42) sugerują krzywoliniowy rozwój poszukiwania sensacji z szczytową fleksją z grubsza między 13 a 17 lat, podczas gdy impulsywność zmniejsza się w trakcie rozwoju w sposób liniowy od dzieciństwa do młodości. Badania obrazowania na ludziach wykazują wzorce aktywności w podkorowych obszarach mózgu wrażliwych na nagrodę (prążkowie brzuszne), które są równoległe do danych behawioralnych. W szczególności pokazują one krzywoliniowy wzór rozwoju w tych regionach, a wielkość ich reakcji wiąże się z zachowaniami podejmowania ryzyka. Natomiast regiony przedczołowe, ważne przy odgórnej regulacji zachowania, wykazują liniowy wzorzec rozwoju, podobny do obserwowanego w badaniach behawioralnych impulsywności. Co więcej, zaburzenia kliniczne z problemami kontroli impulsów wykazują mniejszą aktywność przedczołową, co dodatkowo łączy substraty neurobiologiczne z fenotypową konstrukcją impulsywności.
Napięcie między obszarami podkorowymi w stosunku do przedczołowych obszarów korowych w tym okresie może służyć jako możliwy mechanizm obserwowanego wzmożonego podejmowania ryzyka, w tym używania i nadużywania alkoholu i narkotyków. Większość nastolatków próbowała alkoholu 93, ale niekoniecznie prowadzi to do nadużyć. Osoby z mniejszą regulacją odgórną mogą być szczególnie podatne na nadużywanie alkoholu i substancji, jak sugerują badania nad populacjami wysokiego ryzyka wykazujące upośledzenie funkcjonowania czołowego przed narażeniem na alkohol i narkotyki (np. 116, 117). W kontekście naszego neurobiologicznego modelu dorastania osoby te miałyby jeszcze większą nierównowagę w kontroli korowo-podkorowej. Wyniki te są również zgodne z wynikami klinicznymi w populacjach ADHD, które wykazują zmniejszoną aktywność przedczołową i są czterokrotnie bardziej narażone na rozwój zaburzeń związanych z używaniem substancji w porównaniu ze zdrowymi kontrolami 124. Ta nierównowaga w kontroli korowo-podkorowej byłaby dodatkowo pogłębiona przez niewrażliwość wieku dojrzewania na motor i uspokajające działanie alkoholu, które w przeciwnym razie mogłyby pomóc w ograniczeniu spożycia i pozytywnym wpływie alkoholu w ułatwieniach społecznych, co może dodatkowo zachęcać do spożywania alkoholu 104. Jak pokazuje Steinberg i współpracownicy 23, 41, najbardziej ryzykowne zachowania - w tym alkohol i nadużywanie substancji - występują w sytuacjach społecznych. W ten sposób rówieśnicy mogą zachęcać i utrzymywać używanie alkoholu i narkotyków, gdy takie zachowanie jest cenione.
Jednym z wyzwań związanych z pracą związaną z uzależnieniem jest opracowanie markerów biobehawioralnych do wczesnej identyfikacji ryzyka nadużywania substancji i / lub do oceny wyników interwencji / zabiegów. Nasze odkrycia sugerują, że wyzwania behawioralne, które wymagają zarówno kontroli poznawczej w obecności kuszących sygnałów apetycznych, mogą być przydatnymi potencjalnymi markerami. Przykłady takich testów behawioralnych obejmują zadania hazardowe o wysokim i niskim ryzyku lub „gorącym” i „zimnym” warunkach opisanych w tej recenzji 18, 37 lub proste zadania kontroli impulsów, które wymagają tłumienia odpowiedzi na apetyczną / kuszącą wskazówkę 20. Zadania te przypominają zadanie opóźnienia gratyfikacji opracowane przez Mischel 125. W rzeczywistości wydajność prostych zadań kontroli impulsów, takich jak te u nastolatków i dorosłych, była związana z ich wydajnością jako małych dzieci w zadaniu opóźnienia gratyfikacji 28, 29. Mischel i współpracownicy pokazali wysoki poziom stabilności i wartości predykcyjnej tego zadania w późniejszym życiu. Odnosząc się do nadużywania substancji, wykazali, że możliwość opóźnienia gratyfikacji jako malucha, przewidywała mniej nadużywania substancji (np. Kokainy) w późniejszym życiu 126. W naszej obecnej pracy zaczynamy stosować kombinację tych zadań, aby zidentyfikować substraty neuronowe tej zdolności do dalszego zrozumienia potencjalnych czynników ryzyka nadużywania substancji.
Łącznie dane te sugerują, że chociaż młodzież jako grupa uważana jest za ryzykowną 41, niektórzy nastolatkowie będą bardziej skłonni niż inni do angażowania się w ryzykowne zachowania, narażając ich na potencjalnie większe ryzyko negatywnych wyników. Jednak podejmowanie ryzyka może być dość adaptacyjne w odpowiednich środowiskach. Zamiast próbować wyeliminować zachowania podejmujące ryzyko dla młodzieży, które do tej pory nie były udanym przedsięwzięciem 23bardziej konstruktywną strategią może być zapewnienie dostępu do ryzykownych i ekscytujących zajęć (np. po szkolnych programach z wspinaniem się po ścianach) w kontrolowanych warunkach i ograniczenie szkodliwych możliwości podejmowania ryzyka. Ponieważ mózg nastolatka jest odbiciem doświadczeń, dzięki tym bezpiecznym możliwościom podejmowania ryzyka nastolatek może kształtować długoterminowe zachowanie poprzez dostrojenie połączeń między odgórnymi regionami kontrolnymi a oddolnymi napędami z dojrzałością tego układu. Inne udane strategie to terapie poznawczo-behawioralne, które koncentrują się na umiejętnościach odmowy lub kontroli poznawczej w celu ograniczenia ryzykownych zachowań 127. Odkrycia podkreślają znaczenie rozważania zmienności indywidualnej podczas badania złożonych relacji mózg-zachowanie związanych z podejmowaniem ryzyka i impulsywnością w populacjach rozwojowych. Co więcej, te różnice indywidualne i rozwojowe mogą pomóc wyjaśnić podatność niektórych osób na podejmowanie ryzyka związanego z używaniem substancji, a ostatecznie uzależnienie.
Podziękowania
Praca ta była częściowo wspierana przez NIDA R01 DA018879, grant dla doktorantów NIDA DA007274, rodzinę Mortimera D. Sacklera, fundusz Dewitt-Wallace oraz przez Citigroup Biomedical Imaging Center i Imaging Core Weill Cornell Medical College.