Rola dojrzewania w rozwoju mózgu dorastającego (2010)

Abstrakcyjny

WPROWADZENIE

Okres dojrzewania to okres dojrzewania fizycznego, poznawczego i społecznego między dzieciństwem a dorosłością [Lerner i Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴]. Początek okresu dojrzewania przypada na początek okresu dojrzewania, a zatem charakteryzuje się dramatycznymi zmianami poziomu hormonów i wyglądu fizycznego (w tym szybki wzrost fizyczny, zmiany struktury twarzy i pojawienie się wtórnych cech płciowych). W tym samym odstępie czasu nastolatki doświadczają licznych zmian społecznych, akademickich i innych wpływów środowiskowych i zazwyczaj wchodzą w etap głębokiej przemiany psychicznej. Mówi się, że koniec okresu dojrzewania ma miejsce, gdy jednostka osiągnęła stabilną rolę dorosłego, do tego czasu większość dojrzewania dojdzie do końca, przynajmniej w krajach uprzemysłowionych [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner i Steinberg, ²⁰⁰⁴]. W okresie dojrzewania występują zmiany w strukturze i funkcji mózgu. Dymorfizmy seksualne w wielu z tych zmian sugerują możliwe związki z okresem dojrzewania.

Stosunkowo mało wiadomo na temat związku między dojrzewaniem a rozwojem neuronów u ludzi. Jednak wiele dowodów z badań na zwierzętach innych niż ludzkie wskazuje, że zdarzenia hormonalne w okresie dojrzewania wywierają głęboki wpływ na dojrzewanie i zachowanie mózgu [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴; Włócznia, ²⁰⁰⁰]. Zmiany te kształtują percepcję, motywacje i repertuar behawioralny jednostki, umożliwiając zachowanie reprodukcyjne i niezależność [Sato i in., ²⁰⁰⁸]. W ostatnich latach niewielka, ale rosnąca liczba badań behawioralnych i neuroobrazowania u ludzi, w tym w populacjach z zaburzeniami hormonalnymi, dostarczyła wstępnych dowodów na to, że hormony dojrzewania mogą wpływać na strukturę i funkcję rozwijającego się mózgu człowieka.

PUBERTY: POCZĄTEK MŁODZIEŻY

Wczesna adolescencja charakteryzuje się zmianami ciała w wyniku dojrzewania, które obejmują trzy zdarzenia endokrynologiczne: adrenarche, gonadarche i aktywację osi wzrostu [Dorn, ²⁰⁰⁶; Włócznia, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, które często uważa się za dojrzewanie per se, jest procesem biologicznym rozpoczynającym się od aktywacji osi podwzgórze-przysadka-gonad i kończącym się osiągnięciem kompetencji reprodukcyjnych. Proces ten zwykle rozpoczyna się między wiekiem 8 i 14 lat u kobiet (średni wiek 11) oraz pomiędzy wiekami 9 i 15 u mężczyzn (średni wiek 12), w odpowiedzi na pulsacyjne uwalnianie hormonu uwalniającego gonadotropinę (GnRH) z podwzgórza, które stymuluje przysadkową produkcję hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH). LH i FSH aktywują zmiany dojrzewania w gonadach (jajnikach lub jądrach), które reagują przez osiągnięcie zdolności reprodukcyjnej (wytwarzanie gamet). Dojrzewające jajniki i jądra wydzielają również steroidy gonadowe, odpowiednio estrogen i testosteron. Te wzrosty sterydów gonadowych z kolei wywołują dodatkowe zmiany w narządach rozrodczych i pojawienie się wtórnych cech płciowych [Susman i Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache, czyli aktywacja osi podwzgórze-przysadka-nadnercza, często zaczyna się wcześniej niż gonadarche, zwykle pomiędzy wiekiem 6 a 9 lat u kobiet, a rok później u samców [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach i Styne, 2003]. Androgeny nadnerczy (słabsze formy testosteronu gonadowego) zaczynają rosnąć na początku adrenarche i nadal rosną, aż osiągną szczyt we wczesnych 20 [Worthman and Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Te wzrosty androgenów nadnerczy przyczyniają się do rozwoju drugorzędnych cech płciowych, takich jak włosy pachowe i łonowe oraz zmiany w gruczołach potowych / zapachu ciała. Możliwe, że adrenarche wywołuje również efekty dojrzałości, które zaczynają się przed okresem zwykle uważanym za okres dojrzewania; jednak te efekty nie są dobrze rozumiane [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Trzecim zdarzeniem hormonalnym, które występuje w okresie dojrzewania, jest aktywacja osi wzrostu, skutkująca liniowym wzrostem wzrostu w okolicach wieku 12 u dziewcząt i wieku 14 u chłopców, a także zmianami wielkości ciała i składu [Marshall i Tanner, ^{1969, 1970}].

HORMONALNE SKUTKI NA MÓZGU I ZACHOWANIA

Gonadowe hormony steroidowe, estrogen i testosteron, jak również ich słabsze odpowiedniki nadnerczowe, wpływają na fizyczny wygląd ciała. Wpływają również na mózg i zachowanie. Przypuszcza się, że efekty te zachodzą za pośrednictwem dwóch stosunkowo różnych procesów: organizacji i aktywacji [Schulz i in., ²⁰⁰⁹; Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴]. Efekty organizacyjne występują przed i okołoporodowo, z falami maskulinizującymi testosteronu i defeminizującymi obwodami nerwowymi u mężczyzn oraz brakiem testosteronu powodującym żeński fenotyp neuronowy. Efekty aktywacyjne pojawiają się w okresie dojrzewania, ponieważ hormony steroidowe gonad działają na uśpione obwody nerwowe, aby wywołać zachowania reprodukcyjne dorosłych w kontekście; niedawna modernizacja tej dychotomii sugeruje, że hormonalne wydarzenia dojrzewania organizują również obwody nerwowe dla dorosłych zachowań społecznych i reprodukcyjnych [Schulz i in., ²⁰⁰⁹; Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴]. Rzeczywiście, w oparciu o wyniki badań na zwierzętach innych niż ludzie, sugeruje się, że hormonalne wydarzenia dojrzewania wywołują drugi okres reorganizacji strukturalnej i plastyczności w mózgu [Sisk and Foster, ²⁰⁰⁴]. Jednak u ludzi niewiele wiadomo o specyficznych związkach między dojrzewaniem a rozwojem mózgu nastolatków.

Badania na zwierzętach wskazują, że hormony steroidowe płciowe wywierają trzy główne działania na zachowanie w okresie dojrzewania, poprzez specyficzne struktury mózgu. Pierwszym efektem jest ułatwienie bezpośrednich zachowań reprodukcyjnych, które występują głównie za pośrednictwem podwzgórza. Drugim efektem jest reorganizacja czuciowych i asocjacyjnych obszarów mózgu, w tym kory wzrokowej [Nunez i in., ²⁰⁰²], ciało migdałowate i hipokamp [Hebbard i in., ²⁰⁰³; Romeo i Sisk, ²⁰⁰¹; patrz także Shen i in., 2010]. Powoduje to zmianę skojarzeń sensorycznych, np. Zapachu lub wzroku potencjalnych partnerów seksualnych lub konkurentów [Sisk i Foster, ²⁰⁰⁴], co może ułatwić pewne zmiany uwagi i motywacji w okresie dojrzewania. Trzeci efekt hormonów dojrzewania występuje poprzez związane z nagrodami struktury mózgu, takie jak jądro półleżące, oraz szlaki dopaminergiczne do kory przedczołowej. Efekty te są niezbędne do stworzenia silnej motywacji do poszukiwania możliwości reprodukcyjnych. Na przykład w jądrze półleżącym gryzonia wzrost dojrzewania testosteronu w przemianach obwodów nerwowych wpływa na motywację do zachowań poszukujących nagrody, w tym zachowań seksualnych [Sato i in. ²⁰⁰⁸]. Możliwe jest, że hormony adrenarchelowe (DHEA i DHEAS) zaczynają wywierać podobny wpływ na mózg i zachowanie przed wystąpieniem gonadarche, ale efekty te są słabo poznane. Istnieje wyraźne zapotrzebowanie na więcej badań skupiających się na najwcześniejszych etapach dojrzewania / adrenarche, aby lepiej zrozumieć te aspekty dojrzewania i rozwoju i zachowania mózgu nastolatków [patrz Dorn, ²⁰⁰⁶; do dyskusji].

POMIAR PUBERTY W BADANIACH ROZWOJU MÓZGU MŁODZIEŻOWEGO

Stosunkowo niewiele wiadomo na temat zmian w rozwoju mózgu u osób dorosłych. Postępujące zrozumienie w tych obszarach będzie wymagało starannej uwagi na dwóch poziomach: koncepcyjnie i metodologicznie. Pojęciowo będzie to wymagać opracowania i udoskonalenia modeli rozwoju mózgu nastolatków, które dotyczą specyficznych aspektów dojrzewania płciowego (np. Specyficznych hormonów), które są przyczynowo powiązane ze specyficznymi aspektami zmian w mózgu i zachowaniach. Metodologicznie będzie wymagać badań zaprojektowanych z doborem próbek i miar dojrzewania, które pozwolą na przetestowanie tych konkretnych hipotez. Ponieważ wiek i dojrzewanie płciowe są często skorelowane (a wiek jest łatwo mierzony z wielką precyzją i trafnością, podczas gdy dojrzewanie jest często szacowane za pomocą surowych miar kategorycznych, które nie są łatwe do zweryfikowania), istnieje potrzeba badań z projektami, które wyraźnie odróżniają dojrzewanie i wiek efekty (np. rekrutacja próbek, które są w tym samym wieku i na takim samym poziomie, ale różnią się dojrzewaniem płciowym, a następnie ponownym badaniem podłużnym).

Cele te poruszają szereg kwestii dotyczących sposobu mierzenia określonych aspektów dojrzewania płciowego w badaniach na ludziach. Początkowo okres dojrzewania nie jest ani krótkim wydarzeniem, ani jednolitym zjawiskiem, ale obejmuje kilka odrębnych, ale czasowo nakładających się procesów, które rozciągają się na kilka lat [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Jak opisano wcześniej, procesy te obejmują aktywację układów nadnerczowego, gonadowego i hormonu wzrostu, a ponadto szereg bezpośrednich i pośrednich efektów, od wzrostu pobudza do zmiany obrazu siebie. Najbardziej odpowiednia miara dojrzewania zależy zatem częściowo od konkretnego pytania badawczego w każdym badaniu.

Powszechnie stosowaną miarą dojrzewania jest Tanner Stage. Inscenizacja Tannera kategoryzuje osoby według porządkowej skali dojrzewania od 1 do 5, na podstawie włosów łonowych i rozwoju piersi u kobiet oraz włosów łonowych i rozwoju narządów płciowych u mężczyzn [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner and Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Inscenizację tannera za pomocą badania fizycznego powinien przeprowadzić przeszkolony klinicysta. Istnieje kilka ograniczeń dotyczących inscenizacji Tannera. Skala została opracowana w odniesieniu do pojedynczej grupy etnicznej (mogą występować różnice między grupami etnicznymi) oraz w stosunkowo małej próbce dzieci 200. Dziewczęta z nadwagą mają tendencję do niedokładnego wystawiania, ze względu na zależność od inscenizacji rozwoju piersi, co można błędnie oszacować w czysto wizualnym badaniu. Pomimo tych ograniczeń inscenizacja Tannera była historycznie uważana za złoty standard pomiaru dojrzewania [Dorn, ²⁰⁰⁶].

W świetle wyżej wymienionych obaw można oczekiwać, że stopniowanie Tannera przez badanie fizykalne może być użytecznie uzupełnione testami hormonalnymi, ponieważ mierzą one hormony nadnerczowe i gonadalne (lub uwalniające nadnercza / gonadal) przed ich zewnętrznymi efektami fizycznymi. Testy hormonalne mogą być coraz bardziej przydatne do pomiaru stadium dojrzewania płciowego w przyszłości; jednakże w chwili obecnej nie jest jasne, w jaki sposób pomiary hormonów powinny być łączone z (lub stosowane w połączeniu) z innymi środkami, takimi jak etapy Tannera [patrz Shirtcliffe i in., ²⁰⁰⁹]. Istnieją również inne praktyczne problemy dotyczące środków hormonalnych, w tym koszty, obciążenie przedmiotowe oraz fakt, że poziomy różnych hormonów dojrzewania zmieniają się w cyklach miesięcznych i dobowych. Przeprowadzono niewiele badań porównujących poziomy hormonów w różnych próbkach biologicznych (ślina, krew, mocz) z ocenionymi przez klinicystę etapami Tannera [patrz Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe i in., ²⁰⁰⁹], więc nie jest jasne, jak dużą wagę należy przyznać poziomom hormonów. Na poziomie koncepcyjnym, na przykład, niektóre zmiany neurobehawioralne w okresie dojrzewania mogą być bezpośrednim wynikiem wzrostu poziomu hormonów w określonych układach nerwowych podczas rozwoju mózgu nastolatka (a zatem najlepiej mierzalne za pomocą pomiarów hormonalnych), podczas gdy inne zmiany neurobehawioralne mogą odzwierciedlać bardziej złożone wpływy (np. zmiany w doświadczeniu społecznym, które są bardziej bezpośrednio związane ze zmianami fizycznymi i rolami społecznymi, i lepiej powiązane z etapami Tannera niż jakakolwiek konkretna zmiana hormonalna).

Inscenizacja poprzez badanie fizykalne przez wykwalifikowanego lekarza może poruszyć praktyczne problemy dotyczące stosowności i wygody. Często najlepiej jest to zrobić w kontekście krótkiego egzaminu „zdrowotnego”. Oznacza to, że inscenizacja Tannera może być częścią normalnego badania zdrowia fizycznego, a zatem nie powinna być związana z jakimikolwiek napiętnowaniami lub problemami etycznymi (poza normalnymi kontrolami zdrowia fizycznego). Jednak koszt (czas lekarza, specjalne pomieszczenie i sprzęt do badania fizycznego oraz wyjaśnienie procedur nastolatkowi i rodzinie) może uczynić to niepraktycznym dla wielu badań. Dlatego cenne jest rozważenie alternatywnych sposobów ilościowego określenia dojrzewania płciowego, takich jak ocena za pomocą kwestionariusza samoopisowego. Stosunkowo duża liczba badań oceniła samoocenę (lub ocenianą przez rodziców) fazę Tannera za pomocą skali rozwoju Petersena [PDS; Petersen i in., ¹⁹⁸⁸]. Jest to kwestionariusz, który zawiera elementy oceniające wzrost włosów, zmiany skórne i zryw wzrostu, z elementami specyficznymi dla płci, tj. Menarche i rozwój piersi u kobiet oraz wzrost narządów płciowych i zarost na twarzy u mężczyzn. Jako taki, PDS mierzy złożony wynik dojrzewania obejmujący wpływ hormonów nadnerczy i hormonów wzrostu, a także hormonów gonadalnych. Korelacje z ocenionym przez klinicystę stadium Tannera nie są szczególnie wysokie: w jednym badaniu stwierdzono korelacje między 0.61 i 0.67 u 11-a u dziewcząt w wieku 13 w przypadku samoopisu PDS [Brooks-Gunn i in., ¹⁹⁸⁷; korelacje są jeszcze niższe dla PDS raportu macierzystego; patrz Shirtcliffe i in. ²⁰⁰⁹]. Stopień, w jakim te stosunkowo niskie korelacje wynikają z niedokładnej samooceny lub odmiennych konstruktów, takich jak wyraźny wpływ nadnerczy / wzrostu w stosunku do hormonów gonadalnych, wymaga oceny. PDS można stosować ostrożnie w celu oszacowania stadium Tannera, gdy badanie fizyczne nie jest możliwe. Jeśli jednak pytanie badawcze nie dotyczy poziomu hormonów i stadium Tannera, lecz odnosi się do obrazu siebie i samoświadomości lub do etapu dojrzewania w stosunku do rówieśników, można twierdzić, że PDS jest najbardziej odpowiednim środkiem [patrz Dorn , ²⁰⁰⁶ do dyskusji]. Podsumowując, naukowcy powinni dokładnie rozważyć, który aspekt dojrzewania jest najbardziej odpowiedni dla ich pytania badawczego, i odpowiednio wybrać ich miary dojrzewania (i ogólny projekt badania).

PUBERTYWA I STRUKTURALNY ROZWÓJ MÓZGU JAKO MIERZONY PRZEZ MRI

Pojawienie się nieinwazyjnych technik obrazowania mózgu, w szczególności rezonansu magnetycznego (MRI), umożliwiło badanie rozwoju żywego ludzkiego mózgu. Zmiany rozwojowe, które zostały określone za pomocą MRI, obejmują zmiany ilości istoty szarej i białej oraz zmiany mikrostruktury istoty białej.

ROLA PUBERTY W ROZWOJU POZYTYWNYM

Tylko niewielka liczba empirycznych badań behawioralnych koncentrowała się na wpływie dojrzewania na określony proces poznawczy. Niektóre z najwcześniejszych badań dotyczyły przetwarzania twarzy. Badanie przeprowadzone przez Carey i in. [¹⁹⁸⁰] pokazał, że podczas gdy wydajność w zadaniu rozpoznawania twarzy poprawiała się stopniowo w pierwszej dekadzie życia, nastąpił spadek wydajności w wieku około 12. Spadek ten może wynikać z dojrzewania, a nie z powodu wieku jako takiego, ponieważ późniejsze badanie wykazało, że kobiety w połowie dojrzewania osiągały gorsze wyniki w okresie przed lub po urodzeniu, gdy grupy te były dobrane pod względem wieku. Niedawno pokazano dowody na okresowy „spadek” przetwarzania emocji twarzy [McGivern i in., ²⁰⁰²]. W tym badaniu uczestnicy płci męskiej i żeńskiej w wieku 10 – 17 wykonali zadanie „dopasuj do próbki”, w którym twarze pokazujące emocje były dopasowane do słów emocji. Wzrost czasu reakcji około 10 – 20% wykazano w wieku odpowiadającym w przybliżeniu początkowi dojrzewania (wiek 10 – 11 lat u kobiet, 11 – 12 u mężczyzn), który następnie zmniejszył się w okresie dojrzewania, aby osiągnąć poziom przedpłat w wieku 16– 17. Jednak to badanie nie oceniało stadium dojrzewania. Wyniki te powinny być teraz powtórzone, na przykład z bardziej dokładnymi hormonalnymi pomiarami dojrzewania płciowego i przy użyciu ocenianych podłużnie kohort. Dalsze badania powinny również zbadać, czy wyniki te są specyficzne dla przetwarzania twarzy, czy też są bardziej ogólnym skutkiem rozwoju poznawczego młodzieży.

ROLA PUBERTY W FUNKCJONALNYM ROZWOJU MÓZGU JAKO POMIAR FMRI

Niewielka liczba przeprowadzonych dotychczas funkcjonalnych badań neuroobrazowych obejmowała pomiary dojrzewania płciowego. Jednak szereg badań funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) dorosłych i nastolatków pokazuje różnice płci w aktywności neuronalnej w szeregu paradygmatów poznawczych (pełny przegląd tych wyników wykracza poza zakres tego artykułu). Niektóre różnice płci mogą wynikać z prenatalnych efektów hormonów płciowych, z niezależnego od dojrzałości wpływu genów kodowanych na chromosomy płciowe lub z wpływu na środowisko związanego z płcią przez całe życie. Jednak niektóre z tych efektów można przypisać dojrzewaniu. Efekty te mogą być pośredniczone przez wpływ na sprzężenie neuronalne z hemodynamicznym, poprzez wpływ organizacyjny lub aktywacyjny na odpowiedź nerwową, wpływ na przetwarzanie poznawcze lub poprzez pośrednie wpływy przemian dojrzewania na przetwarzanie poznawcze poprzez stereotypy i tożsamość. Potrzebne są dalsze badania, aby wyjaśnić te możliwe związki.

Przeprowadzono kilka badań fMRI w populacjach z zaburzeniami hormonalnymi. Chociaż wyniki są trudne do interpretacji w odniesieniu do typowego dojrzewania i dojrzewania (populacje te są hormonalnie nieprawidłowe przed początkiem dojrzewania), dostarczają zbieżnych dowodów, że determinanty lub korelaty dojrzewania wpływają na funkcjonalną aktywność mózgu. Na przykład badanie fMRI przeprowadzone przez Muellera i in. [²⁰⁰⁹] porównało aktywność mózgu podczas zadania przetwarzania emocji na twarz u dorastających mężczyzn z rodzinnym hiperandrogenizmem (powodując nadmiar testosteronu od wczesnego wieku). W stosunku do kontroli grupa z nadmiarem testosteronu wykazywała podwyższoną aktywność hipokampa podczas przetwarzania strachu, jak również szybsze reakcje behawioralne na twarze wykazujące strach. W badaniu fMRI przeprowadzonym przez Ernsta i in. [²⁰⁰⁷], siedem mężczyzn i siedem nastolatków z wrodzonym przerostem nadnerczy (co powoduje nadmiar testosteronu) w macicy) porównywano z grupą kontrolną dobraną pod względem wieku i płci w podobnym zadaniu przetwarzania emocji twarzy. W przeciwieństwie do badania Muellera i wsp. Nie odnotowano żadnych różnic grupowych w hipokampie. Jednak w grupie klinicznej kobiet zwiększono aktywność ciała migdałowatego w trakcie lęku i przetwarzania gniewu w stosunku do kontroli kobiet. Zwiększona aktywność ciała migdałowatego w żeńskiej grupie klinicznej była podobna do tej u mężczyzn, co sugeruje pośrednie działanie testosteronu.

WNIOSEK

Dojrzewanie stanowi okres głębokich przemian pod względem popędów, emocji, motywacji, psychologii i życia społecznego. Ostatnie wstępne dane z badań MRI dotyczących rozwoju sugerują, że etap dojrzewania może odgrywać ważną rolę w rozwoju mózgu nastolatków, być może bardziej niż wiek chronologiczny. Potrzebne są dalsze badania behawioralne i neuroobrazowe, w których podejmowane są dokładne i wiarygodne pomiary dojrzewania, aby rzucić światło na wpływ hormonów dojrzewania na rozwój struktury i funkcji mózgu. Jest rzeczą oczywistą, że osiągnięcie lepszego zrozumienia relacji między mózgiem, poznaniem, zachowaniem i dojrzewaniem jest bardzo cenne. Cele te będą jednak wymagały postępu koncepcyjnego i metodologicznego, koncentrując się na tym, jak najlepiej zintegrować różne pomiary dojrzewania płciowego w badaniach rozwojowych mózgu nastolatka i dojrzewania behawioralnego.

Podziękowanie

LITERATURA