Desenvolvimento Adolescente do Sistema de Recompensa (2010)

Neurociência Frontal Hum. 2010; 4: 6.

Publicado on-line 2010 fevereiro 12. Publicado antecipadamente on-line 2009 setembro 3. doi:  10.3389 / neuro.09.006.2010
PMCID: PMC2826184
Este artigo foi citado por outros artigos no PMC.

Sumário

A adolescência é um período de desenvolvimento caracterizado pelo aumento do comportamento de busca de recompensa. EuPesquisadores usaram imagens de ressonância magnética funcional (fMRI) em conjunto com paradigmas de recompensa para testar duas hipóteses opostas sobre mudanças no desenvolvimento do adolescente no estriado, uma região implicada no processamento de recompensas. Uma hipótese postula que o corpo estriado é relativamente hipo-responsivo a recompensas durante a adolescência, de tal forma que um elevado comportamento de busca de recompensa é necessário para alcançar a mesma ativação que os adultos. Outra visão sugere que, durante a adolescência, o sistema de recompensa estriatal é hiper-responsivo, o que subseqüentemente resulta em maior busca por recompensa.. Embora a evidência para ambas as hipóteses tenha sido relatada, o campo geralmente convergiu nesta última hipótese baseada em evidências convincentes.. Nesta revisão, descrevo as evidências que apóiam essa noção, especulo sobre as descobertas discrepantes de fMRI e concluo com futuras áreas de investigação para essa questão fascinante.

Palavras-chave: adolescência, desenvolvimento do cérebro, striatum, recompensa

Introdução

A adolescência é um período de desenvolvimento caracterizado pelo aumento do comportamento de busca de recompensa. Essa observação empírica e anedótica motivou o campo da neurociência cognitiva do desenvolvimento a identificar os substratos neurais desse fenômeno. Como extensos trabalhos em animais e humanos identificaram o estriado rico em dopamina como o local da sensibilidade à recompensa no cérebro (por exemplo, Schultz, 1998; Montague et al. 2004), esta região tem sido foco de intenso estudo na literatura de recompensa de adolescentes e é o foco desta revisão. Achados em outras regiões (por exemplo, o córtex orbitofrontal) que também recebem inervação rica em dopamina e que estão implicados na sensibilidade à recompensa não são discutidos aqui. Enquanto os estudos até o momento concordam que o corpo estriado é a região neural mais responsiva à recompensa ao longo do desenvolvimento, desde crianças até adultos, o envolvimento relativo desse sistema neural durante a adolescência é um tópico de debate. Nesta revisão, começo por revisar brevemente os insights da literatura animal sobre o desenvolvimento do estriado relacionado à recompensa. Uma seção subseqüente revisa os achados de neuroimagem do desenvolvimento e descreve explicações e especulações plausíveis para as discrepâncias entre os estudos. Por fim, concluo com ressalvas e direções futuras dessa cativante área de pesquisa.

Teorias do comportamento impulsionado pela recompensa na adolescência

Afirmar que mudanças comportamentais dramáticas ocorrem durante a adolescência é um eufemismo (Dahl, 2004; Steinberg, 2005; Somerville et al. 2009). O campo tem geralmente assumido e concordado com a noção de que essas mudanças comportamentais são em grande parte impulsionadas por recompensas, incluindo recompensas monetárias, novas e sociais e, por extensão, o sistema de dopamina sensível à recompensa. Menos entendido é como o sistema de recompensa muda ao longo do desenvolvimento para encorajar os comportamentos conduzidos por recompensa que os adolescentes exibem frequentemente.

Existem duas teorias primárias sobre o comportamento da recompensa adolescente que se centram em torno de duas possibilidades opostas: o sistema estriado está hiperativo ou hiper-responsivo a recompensas durante a adolescência? Alguns teóricos propuseram que a busca de recompensa por adolescentes e a tomada de risco podem resultar de um déficit relativo na atividade de circuitos motivacionais (Blum et al., 1996, 2000; Bjork et al. 2004) tais que estímulos recompensadores mais intensos ou mais freqüentes são necessários para alcançar a mesma ativação que os adultos. Esta visão é provavelmente uma extensão de uma teoria da anedonia adolescente, que é a incapacidade de sentir prazer (Larson e Asmussen, 1991). O apoio a essa teoria vem de dados que mostram diferenças entre adolescentes e outras idades na percepção do prazer. Por exemplo, adolescentes humanos exibem um aumento no afeto negativo e humor deprimido em relação a adultos mais velhos e mais jovens (Rutter et al., 1976; Larson e Asmussen, 1991) e também parecem experimentar as mesmas situações positivas que menos prazerosas do que os adultos (como baseado em auto-relatos) (Watson e Clark, 1984). Os adolescentes também acham a doçura (açúcar) menos agradável que as crianças (DeGraff e Zandstra, 1999). Com base nesses dados, alguns especulam que os adolescentes geralmente conseguem sentimentos menos positivos de estímulos recompensadores, o que os leva a comprar novos reforços apetitivos por meio de aumentos na busca de recompensas que aumentam a atividade em circuitos relacionados à dopamina (Spear, 2000). Uma teoria oposta postula que a ativação desproporcionalmente aumentada do circuito de dopamina do corpo estriado ventral (isto é, o aumento da liberação dopaminérgica em resposta a eventos de recompensa durante a adolescência) subjaz ao comportamento relacionado à recompensa adolescente. (Chambers et al., 2003). Esta visão surge do extenso trabalho sobre a dopamina e seu papel principal na tradução de impulsos motivacionais codificados em ação (Panksepp, 1998). Esta teoria postula que o comportamento do adolescente é impulsionado por sistemas apetitivos relacionados à recompensa. Baseado na maioria do trabalho revisado abaixo, o campo geralmente convergiu nesta última teoria; isto é, que os adolescentes são, em parte, motivados a se envolver em comportamentos de alta recompensa por causa das mudanças no desenvolvimento do estriado que conferem hipersensibilidade à recompensa. (por exemplo, Ernst et al., 2009). No entanto, os dados em apoio à hipótese de hiporreatividade são também revistos.

Desenvolvimento de dopamina no estriado

Investigações em humanos só podem examinar in vivo desenvolvimento estriatizado em nível de sistemas usando métodos de neuroimagem. Essa limitação metodológica impede a identificação precisa de como o sistema de dopamina se modifica no nível neural. Em vez disso, a ligação entre a resposta estriatal à recompensa é apenas um índice da presumida atividade da dopamina. Essas suposições são baseadas em insights obtidos a partir de modelos animais de circuitos estriados e do sistema de dopamina (por exemplo, Berridge e Robinson, 1998). Como tal, eles são revisados ​​brevemente aqui.

Evidências disponíveis sugerem que existem alterações significativas no sistema de dopamina ao longo do desenvolvimento e, em particular, durante a adolescência. Níveis de dopamina aumentam no estriado durante a adolescência (Teicher et al., 1993; Andersen et al. 1997). No entanto, outros relatos mostraram que os ratos jovens adolescentes também apresentam estimativas mais baixas de síntese de dopamina no nucleus accumbens (NAcc) em relação aos adolescentes mais velhos e menores taxas de turnover de dopamina NAcc em relação aos adultos. Stamford (1989) trabalho mostrou uma resolução aparente para estes resultados diferentes, relatando uma taxa basal reduzida de liberação de dopamina, mas um pool maior de armazenamento de dopamina em ratos periadolescentes, em relação aos adultos, (Stamford, 1989). EuNa verdade, os neurônios dopaminérgicos no adolescente, apesar da redução da liberação de dopamina em condições basais (Stamford, 1989; Andersen e Gazzara, 1993), são realmente capazes de liberar mais dopamina, se estimulados por desafios ambientais e / ou farmacológicos (Laviola et al. 2001). Bolanos et al. (1998) mostraram que fatias de estriado de ratos adolescentes foram mais sensíveis aos inibidores de captação de dopamina cocaína e nomifensina do que adultos, o que está em contraste com a resposta comportamental diminuída a esses agonistas da dopamina durante a adolescência que o mesmo grupo relatou. Juntos, esses dados sugerem que, durante a adolescência, eventos de recompensa podem resultar em maior liberação de dopamina, quando comparados aos adultos (Laviola et al. 2003). Então, se é verdade que os animais adolescentes têm taxas basais mais baixas de liberação de dopamina, então talvez os adolescentes inicialmente procurem mais estímulos (recompensas) que aumentem a liberação de dopamina; uma vez estimulado, no entanto, o adolescente mostrará uma maior liberação de dopamina que subseqüentemente contribui para um ciclo de feedback de reforço que motiva um comportamento adicional de busca de recompensa..

Mudança de desenvolvimento em receptores de dopamina

Vários relatos notaram que há superprodução de receptor de dopamina seguida de poda durante a adolescência (Teicher et al., 1995). Striatal e ligação do receptor de dopamina NAcc de D1 e D2 picos de receptores na adolescência (P40) em níveis que são cerca de 30-45% maiores do que os observados na idade adulta (Teicher et al., 1995; Tarazi et al. 1998, 1999). Utilizando autoradiografia em ratos machos e fêmeas, Andersen et al. (1997) mostrou um dimorfismo sexual deste efeito, de tal forma que os adolescentes do sexo masculino tiveram maior superprodução (aproximadamente 4.6-fold) e eliminação do estriado D1 e D2 receptores estriatais do que as adolescentes. Curiosamente, esses efeitos não são mediados por surtos hormonais gonadais (Andersen et al., 2002), mas parecem ter consequências funcionais (Andersen e Teicher, 1999) que pode corresponder ao comportamento. Um padrão semelhante é observado no córtex pré-frontal, embora com um período de eliminação mais prolongado (Andersen e Teicher, 2000). Microscopia confocal revelou que os neurônios de saída cortical retrogradamente localizados no córtex pré-frontal expressam níveis mais elevados de D1 receptores na adolescência do que roedores mais velhos ou mais jovens (Brenhouse et al., 2008). Estas descobertas de roedores coincidem com o trabalho humano pós-morte. Seeman et al. (1987) relataram mudanças notáveis ​​nas populações de receptores de dopamina no estriado humano durante o período juvenil-adulto, com um terço a metade ou mais da dopamina D1como e D2Receptores semelhantes ao estriado de juvenis sendo perdidos na idade adulta. Declínios desenvolvimentais em D1 receptores desde a infância até a idade adulta em humanos também foram relatados por outros (Palacios et al., 1988; Montague et al. 1999). Juntos, esses achados em animais e post-mortem sugerem que o sistema de dopamina na adolescência pode predispor os indivíduos nessa faixa etária a uma maior sensibilidade à recompensa. Nas seções subseqüentes, descrevo os dados de neuroimagem que se baseou nessas descobertas para mostrar padrões de mudança de desenvolvimento semelhantes no nível dos sistemas.

Insights de Neuroimagem

Os métodos de ressonância magnética (MRI) introduziram um novo conjunto de ferramentas não invasivas para capturar o desenvolvimento do cérebro em humanos. A ressonância magnética é particularmente útil no estudo de crianças e adolescentes, pois fornece imagens anatômicas precisas e de alta resolução sem o uso de radiação ionizante (Kennedy et al., 2003). Embora o tamanho total do cérebro seja aproximadamente 90% de seu tamanho adulto por idade 6 (Casey et al., 2005), os subcomponentes da substância cinzenta e branca continuam a sofrer alterações ao longo da adolescência (Giedd et al., 1999; Sowell et al. 2003; Gogtay et al. 2004). Especificamente, há uma diminuição significativa na massa cinzenta cortical em 12 anos (Giedd et al., 1999) parand um aumento na matéria branca cerebral ao longo da infância e na idade adulta jovem (Caviness et al. 1996). Dados recentes sugerem que o volume de substância cinzenta apresenta um padrão em U invertido, com maior variação regional do que a substância branca (Sowell et al., 1999, 2003; Gogtay et al. 2004). Particularmente relevante para uma revisão sobre o desenvolvimento do sistema de dopamina é evidência mostrando que as regiões frontal e estriada ricas em dopamina sofrem mudanças maturacionais significativas durante a adolescência (Giedd et al., 1996; Sowell et al. 1999), com diminuição volumétrica das regiões dos gânglios da base (Giedd et al., 1996, 1999). Semelhante aos achados de roedores, as regiões cerebrais mostram dimorfismo sexual entre as regiões. O volume de substâncias caudadas diminui durante a adolescência e é relativamente maior no sexo feminino (Giedd, 2004). Em contraste com os lobos parietal, temporal e occipital, grandes diferenças anatômicas emergem entre adolescentes e adultos nos lobos frontais e no estriado (Sowell et al., 1999), sugerindo que essas duas regiões são relativamente imaturas na adolescência em comparação com a idade adulta. Além disso, esses achados sugerem uma plasticidade contínua nessas regiões que pode mediar comportamentos e aprendizado relacionados à dopamina.

A ressonância magnética funcional (fMRI) fornece uma medida da ativação cerebral que capta mudanças na oxigenação do sangue no cérebro, que supostamente refletem mudanças na atividade neural (Bandettini e Ungerleider, 2001; Logothetis et al. 2001). Para estudar o desenvolvimento do sistema dopaminérgico em humanos, os pesquisadores examinaram o neurodesenvolvimento em regiões neurais conhecidas por serem ricas em corpos celulares e projeções de dopamina, principalmente regiões mesencéfalo, estriado e pré-frontal (Koob e Swerdlow, 1988). Como fMRI é simplesmente um índice presumido de atividade neuronal, estudos que utilizam esta ferramenta não podem definitivamente concluir mudanças na expressão e / ou atividade da dopamina. No entanto, usando métodos convergentes e insights de modelos animais, o trabalho em humanos pode começar a investigar o desenvolvimento de circuitos ricos em dopamina. Para fazer isso, estudos iniciais usaram paradigmas de recompensa como uma maneira de explorar esse circuito, dados os relatos em humanos adultos mostrando o efeito robusto da recompensa em induzir a atividade do estriatal (por exemplo, Knutson et al., 2001; Montague e Berns, 2002). Estudos de desenvolvimento mostraram que, de fato, crianças e adolescentes recrutam o mesmo circuito neural que os adultos fazem quando recebem recompensas monetárias e não-monetárias (por exemplo, Bjork et al., 2004; Ernst et al. 2005; Galván et al. 2006; van Leijenhorst et al. 2009). Contudo, como adolescentes diferem dos adultos no recrutamento neural tem sido objeto de debate na literatura de neurociência do desenvolvimento cognitivo.

Disparate fMRI achados de sensibilidade recompensa em adolescentes

Estudos de recompensa de fMRI de desenvolvimento produziram duas descobertas principais que mapeiam diretamente as duas hipóteses descritas acima. A primeira sugere que os adolescentes, em relação aos adultos, mostram menos envolvimento do estriado ventral em antecipação à recompensa. (Bjork et al. 2004). Bjork e colegas compararam adolescentes precoces e intermediários a um grupo de adultos na tarefa de atraso de incentivo monetário (MID), que foi planejada para e tem sido amplamente utilizada em amostras de adultos (por exemplo, Knutson et al., 2001). Na tarefa MID, os participantes foram apresentados a um dos sete sinais. Depois de um atraso, eles foram solicitados a pressionar o alvo e, finalmente, o feedback foi apresentado para notificar os participantes se eles haviam ganho ou perdido dinheiro durante o julgamento. Apesar do desempenho comportamental semelhante, os autores encontraram diferenças neurais significativas entre os grupos etários, de modo que os adolescentes mostraram menos ativação ventricular estriatal em antecipação da recompensa em comparação aos adultos. Não houve diferenças entre os grupos em resposta ao feedback. Bjork e seus colegas interpretaram esses dados como suporte para a hipótese de que os adolescentes têm um déficit ventricular de ativação estriatal. Isto é, que os adolescentes se envolvem em incentivos extremos (por exemplo, comportamentos de risco) como forma de compensar a baixa atividade ventricular do estriado (Lança, 2000; Bjork et al. 2004) '.

Embora Bjork e seus colegas tenham replicado mais recentemente esses achados em um tamanho de amostra duplicado e usando um coifa melhorado (Bjork et al., Em preparação, comunicação pessoal), numerosos trabalhos relataram os resultados opostos (May et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galván et al. 2006; van Leijenhorst et al. 2009). Esses estudos mostraram que, em relação a outras faixas etárias, os adolescentes apresentam maior ativação no estriado ventral em resposta à recompensa. Por exemplo, a Em nosso trabalho, crianças, adolescentes e adultos foram solicitados a realizar uma tarefa simples e amigável aos jovens. no scanner em que diferentes valores de recompensa foram entregues após respostas corretas (Galván et al., 2006). Em relação a crianças e adultos, o grupo de adolescentes mostrou ativação ventricular estriada elevada em antecipação à recompensa. Em outro exemplo, Ernst et al. (2005) usaram uma tarefa de recompensa monetária probabilística para mostrar que os adolescentes recrutaram significativamente maior atividade de NAcc do que os adultos durante os testes vencedores. Esses achados contrastam diretamente o artigo de Bjork e dão suporte à hipótese de que a ativação desproporcionalmente aumentada do circuito motivacional do estriado ventral caracteriza o neurodesenvolvimento e o comportamento do adolescente. (Chambers et al., 2003). Um artigo recente de van Leijenhorst et al. (2009) suporta também a visão hiper-responsiva. Em contraste com a maioria dos trabalhos semelhantes, eles usaram um paradigma de fMRI que não dependia de comportamento. Isto é, os participantes passivamente viram estímulos que certamente ou de forma incerta previram recompensa subsequente. Essa abordagem é particularmente importante porque estudos anteriores podem ter sido confundidos pelo componente comportamental das tarefas. Seu principal achado é que os adolescentes apresentam maior ativação estriatal do que crianças ou adultos em resposta ao recebimento de recompensa (van Leijenhorst et al., 2009), sugerindo que, mesmo quando a recompensa não depende do comportamento e, portanto, não há diferenças na motivação, os adolescentes mostram uma resposta estriada hiperativa à recompensa.

Essas descobertas opostas alimentam ainda mais o debate sobre como o sistema de dopamina é alterado durante a adolescência e espelham os achados aparentemente contrastantes de liberação de dopamina basal versus estimulada em roedores. Dado que há relativamente mais evidências em apoio a este último ponto de vista, revisões recentes sobre este tópico sugerem que o campo convergiu para a noção de que, durante a adolescência, o sistema estriatal é hiper-responsivo a recompensas e incentivos. (Ernst et al. 2009; Somerville et al. 2009). No entanto, é importante considerar algumas explicações plausíveis para os resultados díspares.

Possíveis explicações para as discrepâncias

Existem várias explicações possíveis para as diferenças marcantes entre os estudos. Mesa Table11 resume as principais áreas de divergência nos trabalhos mais citados sobre este tópico. Esta tabela não pretende ser exaustiva e inclui apenas o trabalho realizado em jovens em desenvolvimento típico; os dados das populações clínicas não são discutidos. Primeiro, os estudos diferem grandemente nos estágios de desenvolvimento e nas idades dos participantes. Em segundo lugar, os estudos diferem nos grupos de comparação. Por fim, as diferenças no projeto de tarefas, na análise e nas condições de linha de base podem levar a diferenças significativas na interpretação. Quando apropriado, sugestões e possíveis estratégias para minimizar essas diferenças metodológicas em trabalhos futuros são descritas.

tabela 1    

Estudos de recompensa de fMRI de desenvolvimento.

O que é adolescência?

Uma questão importante que é subestimada entre os estudos é o problema de definir a adolescência em humanos. A adolescência pode e é definida por uma infinidade de formas, incluindo idade, maturação sexual, puberdade, grau educacional, a lei e / ou independência financeira, por uma infinidade de especialistas, incluindo educadores, cientistas, políticos e pais. Dadas as aparentemente infinitas definições possíveis, os pesquisadores adolescentes enfrentam uma tarefa assustadora ao decidir quais indivíduos incluir em sua amostra “adolescente”. Alguns cientistas identificaram a adolescência como “o período gradual de transição da infância para a idade adulta”. 2000; Dahl 2004) '. Embora essa definição ampla seja útil ao descrever corpos de trabalho heterogêneos, como nas revisões de literatura, não é a maneira mais adequada de definir amostras de participantes a serem incluídas em estudos de desenvolvimento. A razão pela qual isso é inadequado para o trabalho empírico é por causa da vasta heterogeneidade que caracteriza a adolescência biologicamente e socialmente.

Enquanto alguns grupos restringiram a inclusão da amostra de adolescentes a estudantes do ensino médio (Galván et al., 2006; Geier et al. 2009) e um grupo incluiu um grupo de adolescentes com restrição de idade que capturou indiscutivelmente a adolescência (van Leijenhorst et al., 2009), a faixa etária do grupo adolescente nos demais estudos listados na Tabela Table11 varia muito. Por exemplo, o Bjork et al. (2004), May et al. (2004) e Ernst et al. (2005) estudos incluíram crianças com 12 anos de idade (os últimos estudos incluíram até crianças mais novas, com 9 anos de idade) na sua amostra “adolescente”. Embora um adolescente com 12 anos de idade possa ser considerado um dos primeiros adolescentes em alguns círculos acadêmicos, seria difícil fazer a mesma afirmação para um adolescente com 9 anos de idade. Além disso, mesmo que uma criança com 12 anos de idade possa ser considerada prematura ou pré-adolescente, esse indivíduo é um adolescente muito diferente do que, digamos, um adolescente de 17, que presumivelmente tem mais independência, tem maior probabilidade de ter em comportamentos de risco e de recompensa, e tem uma apreciação diferente do dinheiro (a recompensa mais usada nesses estudos). Como tal, é hora de o campo definir padrões sobre como os adolescentes são classificados; isso é particularmente crucial agora que temos evidências de que mudanças no desenvolvimento seguem um padrão não-linear em muitas regiões do cérebro que atingem o pico em meados da adolescência (Shaw et al., 2008). No mínimo, os investigadores devem fazer um esforço mais concentrado para relatar como as faixas etárias foram definidas. Essas definições podem incluir uma idade, puberdade ou ano específico na escola (por exemplo, apenas alunos do ensino médio). Embora a obtenção de uma ampla faixa etária seja tipicamente o padrão ideal no trabalho de mudança de desenvolvimento, esta abordagem só é útil se as análises forem conduzidas de forma a apreciar a idade e o desenvolvimento contínuo. Ou seja, uma faixa etária ampla que inclui a adolescência precoce, intermediária e tardia é apenas informativa para o desenvolvimento se a idade for incluída como um regressor para examinar a variabilidade individual ao longo do desenvolvimento. Em vez disso, todos os estudos descritos acima agrupam a amostra “adolescente” e a comparam com o grupo de comparação, sem tirar vantagem da distribuição de desenvolvimento. No momento em que o estudo é reduzido a um resumo, a mensagem generalizada deixa de ressaltar a significativa variação na idade.

Grupos de comparação

Identificar o grupo de comparação adequado para adolescentes é quase tão difícil quanto definir a adolescência. Essa identificação é desafiadora porque as fronteiras entre criança e adolescente e adolescente e adulto são frequentemente obscuras. Enquanto alguns investigadores classificariam um 12-ano de idade como uma criança (van Leijenhorst et al., 2009), outros incluiriam a mesma criança no grupo adolescente (Bjork et al., 2004; May et al. 2004; Ernst et al. 2005). Da mesma forma, a maioria dos estudos de neuroimagem, incluindo estudos sobre desenvolvimento e adultos, inclui o grupo de adultos com 18 e 19. Esta prática provavelmente surgiu por duas razões principais: (1) nos Estados Unidos, os jovens de 18 anos são definidos por lei como adultos e os estudantes universitários (2) são um grupo de assuntos fácil para fins de recrutamento. Esta inclusão persiste apesar do fato de que numerosos estudos documentaram o desenvolvimento prolongado do cérebro através de meados de vinte anos (Giedd, 1995). 2004) e a disposição questionavelmente madura dos indivíduos nessa faixa etária adolescente tardia. Como tal, é bem possível que os indivíduos com apenas alguns meses de diferença de idade (por exemplo, um ano com 17 e um ano com 18) sejam classificados como adolescentes e adultos, respectivamente (Geier et al., 2009) que levanta a questão de saber se o grupo de comparação para adultos é realmente um grupo de comparação preciso.

Projeto de tarefa

Apesar de perguntar basicamente a mesma questão (qual é a trajetória de desenvolvimento dos circuitos estriados ricos em dopamina em resposta à recompensa?), Não há dois paradigmas experimentais aqui descritos semelhantes. Enquanto alguns se concentraram na magnitude da recompensa (Bjork et al., 2004; Galván et al. 2006), outros manipularam a probabilidade de recompensa (May et al., 2004; van Leijenhorst et al. 2009) ou ambos (Ernst et al., 2005; Eshel et al. 2007). Além disso, em todos, exceto um estudo (van Leijenhorst et al., 2009), as recompensas foram dependentes da resposta comportamental dos participantes, incluindo o tempo de reação (por exemplo, Bjork et al., 2004) e precisão de resposta (Ernst et al., 2005; Galván et al. 2006; Eshel et al. 2007). Dadas as diferenças de desenvolvimento conhecidas na velocidade do tempo de reação e capacidade de precisão, a dificuldade da tarefa poderia ter tido grande influência nos padrões de ativação neural.

Outra diferença óbvia entre os estudos listados na Tabela Table11 é a ampla gama de tarefas usadas e o grau em que elas foram apropriadas ao desenvolvimento. A escolha de tarefas não é uma questão trivial, pois as diferenças no envolvimento e compreensão das tarefas podem ter efeitos significativos na ativação neural. Enquanto alguns estudos projetaram as tarefas para maximizar a probabilidade de que as populações desenvolvimentais os achassem envolvidos (Galván et al. 2006; van Leijenhorst et al. 2009), como através do uso de estímulos semelhantes a desenhos animados e descrevendo a tarefa como um videogame (por exemplo, “seu objetivo é ajudar o pirata neste videogame a ganhar tanto dinheiro quanto possível”), outros simplesmente implementaram tarefas que foram projetadas para adultos (por exemplo, Bjork et al., 2004; May et al. 2004). Esta última abordagem é problemática por várias razões. Primeiro, o uso de tarefas de fMRI projetadas para adultos é feito sob a suposição de que os jovens acharão as tarefas apropriadas para adultos tão envolventes quanto os adultos. Em segundo lugar, isso também pressupõe que crianças e adolescentes compreenderão as tarefas, assim como os adultos. Em terceiro lugar, essa abordagem pode ser uma infeliz ilustração de uma negligência mais ampla de se fazer considerações especiais ao se estudar crianças e adolescentes. Por exemplo, se os pesquisadores se sentirem à vontade para usar tarefas que provavelmente não interessam a crianças e adolescentes, pode-se perguntar se os pesquisadores também negligenciaram a implementação de práticas de escaneamento especiais para crianças (por exemplo, garantir que a criança está confortável e que a experiência é tão redução da ansiedade quanto possível). Para garantir que as tarefas sejam o mais amigáveis ​​possível para as crianças, algumas sugestões incluem o uso de estímulos animados ou animados, garantindo tempo de resposta adequado para as crianças (uma série de estudos mostrou que as crianças têm tempos de reação mais longos que os adultos) e fazendo a tarefa tão simples quanto possível sem várias condições e regras que a criança precisa manter on-line. Por exemplo, enquanto sete dicas preditivas podem ser razoáveis ​​para um adulto ter em mente na tarefa MID (Knutson et al., 2001), os adolescentes podem achar essa tarefa mais difícil (Bjork et al., 2004) e, posteriormente, tornar-se menos envolvido na tarefa. Isso poderia levar a menos ativação neural, em comparação com os adultos relativamente mais envolvidos.

Análise de tarefas

Uma consideração adicional que quase certamente contribuiu para as diferenças nos resultados é o estágio do processamento de recompensas que foi analisado. Todas essas tarefas de fMRI incluíram três estágios básicos: apresentação da sugestão, antecipação da recompensa após resposta comportamental e feedback. Dos estudos revisados ​​aqui, três estudos examinaram a antecipação da recompensa (Bjork et al., 2004; Galván et al. 2006; Eshel et al. 2007), três estudos analisaram as respostas ao feedback (Bjork et al., 2004; Ernst et al. 2005; van Leijenhorst et al. 2009) e um estudo não distinguiu os estágios e, em vez disso, analisou todo o estudo (May et al., 2004). A dificuldade em analisar esses diferentes estágios do processamento de recompensa é que os eventos temporalmente proximais (por exemplo, a fase de sinalização e antecipação) são difíceis de analisar em análises de fMRI. Na prática, isso significa que, enquanto apenas uma fase era de interesse, o sinal de RM dos outros estágios pode ter sangria na ativação. Em outras palavras, embora os pesquisadores possam ter pretendido examinar um aspecto da tarefa, eles podem ter medido (e relatado) outro aspecto da tarefa. Sem os dados brutos, é impossível recolher os documentos, se este for o caso. Essa possibilidade pode explicar os diferentes resultados relatados, mesmo quando o foco da análise era o mesmo. Por exemplo, enquanto Bjork et al. (2004) e Galván et al. (2006ambos examinaram a fase de antecipação, seus dados são completamente opostos. Além disso, enquanto Ernst et al. (2005) e van Leijenhorst et al. (2009) relatam maior ativação ventricular do estriado em adolescentes em comparação aos adultos durante o feedback, Bjork et al. (2004) não detectou quaisquer diferenças de ativação entre grupos em nenhum dos contrastes de feedback.

Um estudo recente de Geier et al. (2009) ilustra como os adolescentes podem ter perfis de ativação distintos durante os diferentes estágios da tarefa. Esses autores inteligentemente projetaram a tarefa precisamente para poderem deconvolver os estágios distintos da tarefa. Durante o componente de sinalização, os adolescentes mostraram uma resposta atenuada no estriado ventral em comparação aos adultos. No entanto, durante a antecipação da recompensa, os mesmos adolescentes mostraram atividade aumentada na mesma região, em comparação aos adultos. Coletivamente, esses dados sugerem que os aspectos temporalmente distintos das tarefas de recompensa podem produzir resultados significativamente diferentes e devem ser cuidadosamente considerados ao se fazer generalizações abrangentes sobre o estriado adolescente e a sensibilidade à recompensa.

Problemas de linha de base

A interpretação dos estudos de imagem funcional do desenvolvimento depende da sensibilidade e precisão dos métodos de imagem usados ​​para detectar essas alterações (Kotsoni et al., 2006). Como o sinal dependente de oxigênio no sangue (BOLD) é usado como uma medida da atividade cerebral na maioria dos estudos de fMRI, uma variedade de variáveis, incluindo frequência cardíaca, variabilidade da frequência cardíaca e respiração, pode influenciar a resposta hemodinâmica. Por exemplo, a frequência cardíaca e a frequência respiratória em crianças são quase duas vezes maiores que em adultos (Kotsoni et al., 2006). Essas diferenças fisiológicas ao longo do desenvolvimento são uma preocupação significativa nos estudos de neuroimagem do desenvolvimento, pois podem introduzir um ruído maior nas imagens ecocardiográficas e espirais devido ao movimento dos pulmões e do diafragma (van de Moortele et al., 2002). Como tal, essas diferenças de desenvolvimento devem ser levadas em consideração ao identificar uma linha de base apropriada. Thomason et al. (2005) examinaram como as diferenças de desenvolvimento na respiração influenciaram o sinal de fMRI enquanto os participantes respiravam normalmente no scanner sem se envolver em uma tarefa. Eles descobriram que, além de maior ruído nos dados das crianças, esse ruído contribuiu para o aumento da ativação de "linha de base" nas crianças em relação à mudança percentual do sinal do adulto. Como o repouso passivo no scanner (semelhante às instruções que os participantes de Thomason receberam) é comumente usado como a condição básica pela qual todas as condições de tarefas cognitivas são comparadas, essas diferenças podem ter influência significativa e deletéria nos resultados e interpretações de fMRI. Esta discussão mais ampla de questões de linha de base não é nova, pois Schlaggar et al. (2002) levantaram o problema de tarefas de comparação apropriadas anteriormente. Se as crianças (e adolescentes) apresentam estados basais em repouso aumentados ou diminuídos influenciarão o resultado final e as interpretações dos resultados quando seus dados forem comparados aos dados dos adultos se o problema de base não for levado em consideração e controlado durante o projeto da tarefa e análise dos dados.

Pelo menos três tipos de linhas de base foram utilizados nos estudos descritos aqui. Bjork et al. (2004) definiu a linha de base como o valor médio do sinal medido em toda a série temporal. No Ernst et al. (2005), os ensaios 18 (da 129) foram ensaios de fixação que serviram como linha de base. Ou seja, todos os contrastes de interesse foram comparados com ensaios em que se presumia que o participante não estava fazendo nada além de olhar para uma cruz de fixação (ver Thomason et al., 2005 acima para observar como isso pode ser problemático). Da mesma forma, Galván et al. (2006) utilizou o intervalo intertrial como linha de base relativa, durante a qual o participante foi apresentado com uma cruz de fixação. Finalmente, van Leijenhorst et al. (2009) e Geier et al. (2009) não definiu uma linha de base implícita e, em vez disso, gerou imagens de contraste entre os diferentes tipos de teste (por exemplo, tipos de teste de recompensa certos versus incertos). Todos os autores presumivelmente tinham boas razões para escolher a linha de base que fizeram e não há linha de base padrão no campo, mas, claramente, pequenas diferenças na linha de base podem ter efeitos dramáticos nos resultados finais. Por exemplo, se os adolescentes têm uma linha de base de repouso maior (ou menor) que os adultos, o método de subtração (por exemplo, comparação de contrastes de imagem) usado nas análises de fMRI pode levar a interpretações incorretas.

Embora concordar com uma linha de base padrão não seja viável nem ideal, já que as nuances nas questões e tarefas experimentais garantem os requisitos básicos individuais, existem maneiras de garantir que a linha de base escolhida em estudos individuais seja comparável entre os grupos. Uma maneira de contornar essas diferenças inerentes de desenvolvimento no sinal fMRI em repouso é estabelecer linhas de base separadas para cada grupo e, então, comparar as condições da tarefa dentro do grupo. Vários pacotes de software de neuroimagem, como o FSL, permitem esse tipo de análise sem comprometer as comparações com grupos estatísticos. Uma segunda maneira é primeiro confirmar que as diferenças na ativação do sinal para a condição de linha de base não diferem significativamente entre grupos etários antes das comparações subsequentes de tarefas cognitivas. Finalmente, uma abordagem diferente seria comparar apenas jovens e adultos que apresentassem padrões de ativação de linha de base semelhantes. Essa abordagem seria semelhante a post hoc correspondência de desempenho descrita anteriormente para dados comportamentais (Schlaggar et al., 2002).

Diferenças Individuais na Sensibilidade à Recompensa

Embora o trabalho apresentado até agora sugira que a adolescência é um período elevado de sensibilidade à recompensa, nem todos os adolescentes são buscadores de recompensa. A importância de examinar diferenças individuais no comportamento e na atividade neural foi apreciada em amostras adultas (por exemplo, Tom et al., 2007) mas menos trabalho foi realizado em populações de desenvolvimento. A busca por recompensa e os comportamentos de risco (por exemplo, o jogo e o uso de drogas ilícitas) são mais frequentes em indivíduos com uma característica comportamental particular, como novidade elevada e busca de sensação (Willis et al., 1994). Relevante para esta revisão é que a ativação antecipatória do estriado ventral prevê riscos relacionados à recompensa em um nível de diferenças individuais (Montague e Berns, 2002; Matthews et al. 2004; Kuhnen e Knutson, 2005). Por exemplo, indivíduos que demonstram maior ativação no estriado ventral antes de uma escolha de jogo são mais propensos a fazer uma escolha arriscada, ao invés de segura (Kuhnen e Knutson, 2005). Mais geralmente, estudos anteriores documentaram diferenças individuais marcantes na eficiência do controle cognitivo (Fan et al., 2002), que é necessário para a auto-regulação em situações recompensadoras. Na verdade, a capacidade de desviar a atenção dos estímulos recompensadores durante uma tarefa de atraso de gratificação em crianças prediz o controle cognitivo mais tarde na vida (Eigsti et al., 2006). Juntos, esses estudos ressaltam a importância de levar em consideração diferenças individuais na experiência, no comportamento e na ativação neural ao examinar operações complexas do cérebro-comportamento, como processamento de recompensa em populações de desenvolvimento. Em um estudo recente (Galván et al., 2007), examinamos as diferenças individuais para ajudar a desemaranhar as complexidades que estão por trás do aumento da vulnerabilidade em alguns indivíduos a comportamentos orientados por recompensas e resultados negativos, como o vício. Nossa abordagem foi examinar a associação entre a atividade em circuitos neurais relacionados à recompensa em antecipação a uma grande recompensa monetária com medidas de traços de personalidade de assumir riscos e impulsividade na adolescência. Varreduras de fMRI e escalas de avaliação de autorrelato anônimas de comportamento de risco, percepção de risco e impulsividade foram adquiridas em indivíduos com idades entre 7 e 29 anos. A principal descoberta foi que havia uma associação positiva entre a atividade da NAcc e a probabilidade de se envolver em comportamento de risco durante o desenvolvimento; ou seja, os indivíduos com maior probabilidade de relatar maior frequência de comportamento de risco na "vida real" recrutaram o corpo estriado ventral mais no laboratório. Esses achados sugerem que durante a adolescência, alguns indivíduos podem estar mais propensos a se envolver em comportamentos de risco devido a mudanças no desenvolvimento de regiões ricas em dopamina em conjunto com a variabilidade na predisposição de um determinado indivíduo para se envolver em comportamento de risco. Esses estudos são um bom ponto de partida para investigar o papel das diferenças individuais na sensibilidade à recompensa. No entanto, trabalhos futuros também precisam examinar os correlatos neurais da recompensa que incorpora sexo, idade, estágio puberal e diferenças étnicas.

O que é gratificante para um adolescente humano?

A maioria dos estudos revisados ​​acima usou o dinheiro como uma recompensa, pois é uma recompensa fácil de manipular, elicia o recrutamento robusto de circuitos ricos em dopamina e tem sido amplamente utilizado em modelos adultos de recompensa. No entanto, os adolescentes são motivados por mais do que meras recompensas monetárias, e estudos que tiram proveito das recompensas sociais, inovadoras e de reforço primário que também motivam os adolescentes podem lançar uma nova luz sobre o sistema de recompensas. O que é gratificante mudanças com o desenvolvimento, então o que os adolescentes consideram excepcionalmente gratificante, em relação a crianças e adultos, pode informar o campo sobre o sistema de dopamina subjacente. Por exemplo, enquanto as crianças são mais recompensadas pelos reforços primários, como o açúcar, os adolescentes consideram as interações entre pares mais recompensadoras do que as crianças e os adultos (Csikszentmihalyi et al., 1977). Um estudo mostrou aumento do recrutamento do estriado ventral para a visualização passiva de imagens de pares socialmente desejáveis, mas não indesejáveis ​​(Guyer et al., 2009). Sem uma manipulação apropriada dos pares socialmente desejáveis ​​como estímulos recompensadores, é impossível saber se, de fato, os adolescentes consideram os pares socialmente desejáveis ​​mais recompensadores do que outros, mas este estudo implica circuitos ricos em dopamina na sensibilidade do adolescente às interações sociais. Assim sendo, o que é gratificante e o contexto no qual as recompensas são apresentadas são fatores importantes a serem considerados quando se compara a motivação, o comportamento e os circuitos subjacentes de recompensa em adolescentes em relação a outros grupos. Isto é particularmente relevante para o comportamento de risco bem caracterizado em adolescentes (Steinberg, 1998). 2004). Em relação a adultos ou crianças, os adolescentes são mais propensos a categorizar a tomada de risco como “divertida” ou recompensadora (Maggs et al., 1995); isso sugere que, em resposta a uma oportunidade arriscada, os adolescentes podem ter maior probabilidade de envolver o sistema de dopamina do que outros grupos etários, o que pode contribuir para suas tendências de risco aumentadas. Esse fenômeno foi revisado extensivamente em outros lugares (por exemplo, Steinberg, 2004; Ernst e Mueller, 2008; Somerville et al. 2009).

Áreas Futuras de Inquérito

Esta revisão não incluiu a extensa literatura sobre o desenvolvimento hormonal, uma vez que eles se relacionam com mudanças comportamentais durante a adolescência, como foi revisado várias vezes em outros lugares (Spear, 2000). 2000). No entanto, interações complexas entre o sistema de dopamina e mudanças nos hormônios durante a adolescência provavelmente contribuem para os comportamentos expressos relacionados à recompensa. Em trabalhos futuros, projetar experimentos que possam avaliar como a função de circuitos ricos em dopamina é mediada por mudanças nos hormônios pode fornecer informações úteis sobre essa associação complexa.

Além disso, um exame mais aprofundado de como as mudanças nos padrões de sono influenciam a função neural durante a adolescência será uma área útil de investigação. Evidências crescentes sugerem que o sono é crítico para o funcionamento e desenvolvimento do cérebro (Benca, 1998). 2004; Hagenauer et al. 2009). Um exame recente dessa questão crítica fornece informações valiosas sobre como as mudanças que ocorrem normalmente nos padrões de sono podem exacerbar comportamentos típicos de adolescentes prejudiciais (Dahl e Lewin, 2002; Holm et al. 2009). Holm et al. (2009) mostram que a má qualidade do sono e menos minutos de sono foram associados com a atividade estriada embotada durante a antecipação e o resultado da recompensa (Holm et al., 2009). Esses dados destacam a importância de considerar os efeitos contextuais na sensibilidade neural relacionada à recompensa ao longo do desenvolvimento.

Vários relatos notaram o dimorfismo sexual no desenvolvimento do sistema de dopamina em modelos animais (Andersen et al., 1997) e trabalho de RM estrutural (Giedd et al., 2004). No entanto, esta área de pesquisa tem sido relativamente pouco estudada em estudos de ressonância magnética funcional, provavelmente devido a restrições práticas impostas por tamanhos de amostra relativamente limitados nesses estudos. Este efeito é uma área crítica de estudo, pois há diferenças sexuais proeminentes no início e na manutenção de vários distúrbios mentais que podem estar relacionados ao funcionamento aberrante da dopamina (Paus et al., 2008).

Conclusões

Esta revisão começou com a seguinte questão: o sistema de dopamina é hipo ou hiper-responsivo a recompensas durante a adolescência? As investigações descritas nesta revisão fornecem evidências inequívocas de que o sistema de recompensa sofre grandes mudanças durante a adolescência. Além disso, eles mostram forte apoio à hipótese de que o sistema de dopamina é hiper-responsivo, ou excessivamente comprometido, em resposta a recompensas durante a adolescência. Enquanto trabalho inicial de neuroimagem (Bjork et al., 2004) parece fornecer apoio para a hipótese do sistema de recompensa com resposta a hipóteses, numerosos estudos, desde então, forneceram dados que fornecem suporte para um sistema de recompensa hiperativa durante a adolescência. Como tal, o campo parece estar convergindo para esta última conclusão (Casey et al., 2008; Steinberg, 2008; Ernst et al. 2009; Somerville et al. 2009). No entanto, nuances sutis na manipulação experimental, interpretação e contexto ambiental têm efeitos significativos sobre essa generalização. Como melhor ilustrado em trabalhos recentes de Geier et al. (2009), diferentes aspectos da recompensa são acompanhados por sensibilidade neural distinta na adolescência, tal que a apresentação inicial de uma sugestão de previsão de recompensa não leva a uma hiperatividade semelhante à antecipação da recompensa vindoura. Em nosso próprio trabalho, adolescentes humanos mostraram ativação aumentada, em relação a crianças e adultos, no NAcc rico em dopamina em resposta à alta recompensa, mas mostraram diminuído ativação nesta mesma região em resposta à baixa recompensa (Galván et al., 2006). Portanto, o que É recompensador para um adolescente influenciar circuitos implicados em recompensa e assumir riscos e, presumivelmente, comportamento subsequente. O valor da recompensa não é absoluto e as recompensas são apreciadas no contexto de outras recompensas disponíveis. Os adolescentes podem ser particularmente sensíveis a esses contextos mutáveis.

Em suma, enquanto não há dúvida de que o sistema de recompensa sofre mudanças dramáticas de desenvolvimento durante a adolescência,As características precisas desses eventos maturacionais não podem ser facilmente determinadas e exigirão maior exploração, tanto na literatura animal quanto na humana. Enraizando a pesquisa sobre o sistema dopaminérgico nos achados em animais, podemos começar a restringir as interpretações de dados do trabalho humano, para entender melhor o que está mudando precisamente no sistema de dopamina estriado que predispõe os adolescentes a se envolverem em comportamentos de alta recompensa.

Declaração de conflito de interesse

O autor declara que a pesquisa foi conduzida na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

Agradecimentos

O autor reconhece os comentários úteis dos membros do Laboratório Galván, dois revisores anônimos e discussões anteriores com Brad Schlaggar sobre questões de linha de base.

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