Cereb. Córtex (2010) 20 (1) 61-69. doi: 10.1093 / cercor / bhp078
+ Afiliações de autor
Endereço correspondência para Linda Van Leijenhorst. Departamento de Psicologia, Universidade de Leiden, Instituto de Pesquisa Psicológica, Wassenaarseweg 52, 2300 RB Leiden, Holanda. O email: [email protected].
Sumário
A relação entre o desenvolvimento do cérebro na adolescência e o comportamento de risco do adolescente tem atraído interesse crescente nos últimos anos. Tem sido proposto que os adolescentes são hipersensíveis à recompensa devido a um desequilíbrio no padrão de desenvolvimento seguido pelo estriado e córtex pré-frontal. Até o momento, não está claro se os adolescentes se envolvem em comportamentos de risco porque superestimam recompensas potenciais ou respondem mais a recompensas recebidas e se esses efeitos ocorrem na ausência de decisões. Neste estudo, usamos um paradigma de ressonância magnética funcional que nos permitiu dissociar os efeitos da antecipação, recebimento e omissão de recompensa em 10 para 12 anos de idade, 14 para 15 anos de idade, e 18-year-old para participantes de 23 anos.
Mostramos que, em antecipação a resultados incertos, a ínsula anterior é mais ativa em adolescentes em comparação com adultos jovens e que o estriado ventral mostra um pico relacionado à recompensa na adolescência média, enquanto adultos jovens mostram ativação do córtex orbitofrontal a uma recompensa omitida. Estas regiões mostram trajetórias de desenvolvimento distintas.
Este estudo suporta a hipótese de que os adolescentes são hipersensíveis à recompensa e acrescenta à literatura atual, demonstrando que a ativação neural difere em adolescentes, mesmo para pequenas recompensas na ausência de escolha. Esses achados podem ter implicações importantes para a compreensão do comportamento de assumir riscos do adolescente.
Introdução
Muitas vezes, as decisões são tomadas em situações de incerteza, nas quais nem todas as informações necessárias para tomar uma decisão racional são conhecidas. Quando escolhas em situações de incerteza estão associadas a possíveis resultados negativos, elas são consideradas arriscadas. Um aumento no comportamento de risco é uma das características mais salientes da adolescência (Arnett 1999; Steinberg 2004; Boyer 2006). Essa mudança de comportamento sugere uma diferença nos processos de tomada de decisão dos adolescentes em comparação aos adultos. Ou seja, os adolescentes podem escolher diferentemente entre cursos de ação concorrentes em uma situação incerta, porque eles pesam os possíveis resultados e as probabilidades com as quais eles ocorrem de forma diferente em comparação com os adultos. Estudos anteriores sugeriram que os adolescentes são inclinados a assumir riscos por causa das diferenças na forma como experimentam recompensas (Bjork et al. 2004; May et al. 2004; Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006).
Estudos de ressonância magnética funcional (fMRI) identificaram regiões cerebrais relacionadas à antecipação e processamento de resultados. Muitos estudos mostraram que o estriado ventral responde à antecipação de potenciais recompensas (Breiter et al. 2001; Knutson et al. 2001; Dagher 2007; Tom et al. 2007), o que foi confirmado por uma recente meta-análise (Knutson e Greer 2008). EuAlém disso, a ínsula anterior tem sido implicada na antecipação dos resultados e a ativação nessa região também é freqüentemente associada à incerteza associada à antecipação.n (Critchley et al. 2001; Volz et al. 2003). Finalmente, vários estudos em adultos mostraram que o córtex pré-frontal medial (PFC), o córtex orbitofrontal e o córtex cingulado anterior estão envolvidos no processamento de recompensas (Rolos 2000; Bechara 2001; Knutson et al. 2001; O'Doherty et al. 2001, 2002).
O desenvolvimento funcional dessas regiões não é bem compreendido. Os poucos estudos de desenvolvimento até o momento mostram um padrão aparentemente inconsistente de resultados. A tomada de risco do adolescente, por um lado, tem sido associada a uma sensibilidade “diminuída” do corpo estriado ventral para recompensar em adolescentes em comparação com adultos. Esta resposta neural tem sido sugerida para levar os adolescentes a buscar experiências mais estimulantes, a fim de compensar os baixos níveis de ativação no estriado ventral (Lança 2000; Bjork et al. 2004). OPor outro lado, a tomada de risco do adolescente tem sido associada a uma capacidade de resposta “aumentada” do corpo estriado ventral para reprovar.d (Galvan et al. 2006). Nesses estudos, foi sugerido que esse aumento na resposta a possíveis recompensas em combinação com habilidades de controle cognitivo imaturo (resultantes do desenvolvimento prolongado do CPF) direciona os adolescentes para riscos (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Jones et al. 2008).
A interpretação desses achados de desenvolvimento é complicada por razões 2. Primeiro, há uma grande variação nas idades dos participantes que foram incluídos nesses estudos no processamento de recompensa para adolescentes. Isso é problemático porque os adolescentes formam um grupo muito heterogêneo, por exemplo, no início da adolescência, mudanças no desenvolvimento podem ser influenciadas por alterações puberais. Em estudos anteriores, adolescentes de uma ampla faixa etária foram incluídos. Por exemplo, no estudo de Bjork et al. (2004), o grupo de adolescentes consistiu em participantes com idade entre 12 e 17 anos, o que pode dificultar a nossa interpretação do padrão de mudança de desenvolvimento. Estudos estruturais de imagens cerebrais demonstraram que o desenvolvimento da estrutura cerebral em termos de proporção de substância cinzenta e branca continua durante toda a adolescência (Giedd et al. 1999; Gogtay et al. 2004), e um estudo recente mostrou que essas mudanças no desenvolvimento seguem um padrão não linear em muitas regiões do cérebro (Shaw et al. 2008). Uma segunda dificuldade é que diferentes paradigmas experimentais foram utilizados em relatórios anteriores, dificultando a comparação dos resultados. Por exemplo, em estudos anteriores, as recompensas eram dependentes do desempenho das tarefas dos participantes e os requisitos para obter recompensas variavam. Recompensas podem depender de tempos de reação (por exemplo, Bjork et al. 2004) ou na precisão da resposta / correspondência de probabilidades (por exemplo, Ernst et al. 2005; Galvan et al. 2006; Van Leijenhorst et al. 2006; Eshel et al. 2007). Além disso, a magnitude da recompensa (Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006), probabilidade de recompensa (May et al. 2004; Van Leijenhorst et al. 2006), ou magnitude e probabilidade (Ernst et al. 2005; Eshel et al. 2007) foram manipulados. Portanto, é difícil relacionar as diferenças de desenvolvimento na ativação do estriado ventral com o risco de receber ou recompensar o processamento de forma mais geral. Recentemente, estudos sobre tomada de decisão em adultos tentaram prever o comportamento com base nas alterações precedentes na ativação do estriado ventral (Knutson e Greer 2008). Esses estudos mostraram que a ativação aumentada do estriado ventral está associada a uma maior disposição para assumir riscos em adultos. Em um estudo anterior, incluindo adultos, Knutson et al. (2008) usou uma tarefa de tomada de decisão e apresentou imagens recompensadoras que não estavam relacionadas à tarefa. A apresentação dessas imagens foi relacionada ao aumento da ativação do estriado ventral e ao aumento da disposição em assumir riscos (Knutson et al. 2008). Assim, se um pico na ativação do estriado ventral em adolescentes leva-los a assumir riscos, é importante entender até que ponto essa região é independente das exigências comportamentais. Além disso, é importante entender em que fase, durante a antecipação ou processamento das recompensas, as diferenças entre adolescentes e adultos são observadas. Uma melhor compreensão das causas do processamento de recompensa adolescente pode ajudar a interpretar o comportamento potencialmente perigoso que muitos adolescentes praticam. É importante entender se os adolescentes têm maior probabilidade de se envolver em comportamentos de risco em comparação aos adultos porque superestimam as recompensas potenciais. fase inicial do processo de tomada de decisão) ou porque a sua resposta às recompensas recebidas difere da dos adultos (numa fase posterior). O conhecimento dessas possíveis diferenças na sensibilidade à recompensa na adolescência nos informa sobre os processos subjacentes ao comportamento de risco do mundo real adolescente. Além disso, esse conhecimento poderia ajudar as tentativas de intervir e proteger os adolescentes contra os problemas que enfrentam. Diferenças básicas em regiões cerebrais relacionadas à recompensa entre participantes de diferentes idades podem complicar a interpretação das mudanças no comportamento do desenvolvimento. Uma maneira de contornar essa dificuldade é estudar o processamento de recompensas usando uma tarefa experimental, na qual a recompensa e o risco não estão relacionados ao comportamento dos participantes (para uma abordagem semelhante, ver Tobler et al. 2008). Portanto, o objetivo deste estudo foi examinar as diferenças de desenvolvimento na ativação neural relacionadas a diferentes fases do processamento de recompensa na ausência de comportamento.
Nós comparamos os substratos neurais de antecipação de resultados e processamento de resultados no início e meio da adolescência e na idade adulta jovem usando fMRI. A fim de identificar o padrão de desenvolvimento das regiões cerebrais implicadas no processamento da recompensa, incluímos grupos etários homogéneos 3 (10-12, 14-15, e 18-23, anos de idade). Esses participantes realizaram uma Tarefa de Slot Machine (Donkers et al. 2005), um paradigma simples em que pequenas recompensas monetárias são imprevisíveis e não relacionadas ao comportamento. Nesta tarefa, os participantes visualizam os caça-níqueis 3 nos quais fotos de frutas são apresentadas consecutivamente. Somente quando essas fotos 3 são iguais, os participantes ganham dinheiro. A tarefa envolve a apresentação de 3 condições diferentes: 1) todas as imagens 3 são diferentes (referidas como a condição XYZ), 2) as primeiras imagens 2 são as mesmas, mas a terceira é diferente (referida como a condição XXY), e 3) todas as imagens 3 são as mesmas (referidas como condições XXX). Desta forma, o paradigma nos permitiu dissociar a ativação cerebral associada à antecipação do resultado (quando as primeiras imagens 2 3 são as mesmas e todas as imagens 3 são diferentes; XXY vs. XYZ), processamento de recompensa (quando todas as imagens 3 são o mesmo em relação ao primeiro 2 de três imagens são as mesmas: XXX vs. XXY) e omissão de recompensa (XXY vs. XXX).
Nossas análises se concentraram na identificação de regiões do cérebro implicadas no processamento de recompensas e na incerteza, incluindo o estriado, a ínsula e o córtex orbitofrontal (OFC). Nossa primeira hipótese foi que essas regiões apresentam desenvolvimento funcional, o que se reflete em um padrão diferente de ativação nas diferentes faixas etárias. Nós testamos para padrões de desenvolvimento lineares e não-lineares. Nossa segunda hipótese foi que, se o risco do adolescente se associar ao aumento da sensibilidade à recompensa, isso deve se refletir em um pico de ativação no estriado ventral nessa faixa etária. Examinamos em que estágio, durante a antecipação ou processamento dos resultados, o estriado ventral mostraria respostas diferentes na ausência de requisitos comportamentais e se a resposta a recompensas nessa região aumentaria ou diminuiria em adolescentes em comparação com adultos. Espera-se que os resultados forneçam insights sobre o desenvolvimento de regiões cerebrais relacionadas à recompensa durante a adolescência e contribuam para a interpretação das diferenças nas respostas neurais entre adolescentes e adultos em tarefas mais complexas de recompensa e de risco.
Materiais e Métodos
Participantes
Um total de 53 voluntários saudáveis, destros participaram no estudo, quinze anos 18-23 (mulheres 7; idade média = 20.2, desvio padrão [SD] = 1.6), dezoito anos 14-15 (fêmeas 10; média de idade = 15.0, SD = 0.7), e dezessete anos 10-12 (8 fêmeas; idade média 11.6, SD = 0.8). O consentimento informado foi obtido de todos os participantes e de um cuidador principal, caso os participantes tivessem menos de 18 anos de idade. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Médica do Centro Médico da Universidade de Leiden (LUMC). Dados de 3 participantes adultos adicionais foram excluídos por causa de dificuldades técnicas. Os dados para os participantes que se deslocaram mais de 3 mm em qualquer direção foram excluídos das análises. Por este motivo, os dados dos participantes 3 (14, 15 e 10 anos de idade) foram excluídos. O movimento médio foi de 0.52 mm para os aniversariantes 18 – 23, 0.68 mm para os aniversariantes 14 – 15 e 0.62 mm para os aniversariantes 10 – 12. A diferença no movimento médio entre os grupos etários não foi significativa (P > 0.1).
Avaliação Comportamental
Antes da digitalização, todos os participantes estavam preparados para a sessão de escaneamento em um laboratório silencioso no qual um escâner simulado estava presente. Este escâner simulado, que simulava o ambiente e os sons de um scanner de ressonância magnética (RM) real, dava aos menores a oportunidade de se acostumarem ao ambiente do scanner e era usado para explicar o procedimento de escaneamento a todos os participantes. Para obter uma estimativa do QI, versões apropriadas para a idade dos subtestes 2 da Wechsler Adult Intelligence Scale (Wechsler 1981) ou as Escalas de Inteligência Wechsler para Crianças (Wechsler 1991) —Similaridades e Block Design — foram administradas a todos os participantes. Para os aniversariantes 10 – 12, 14 – 15 e 18 – 23, os QIs estimados foram 119.7 (SD = 9.7), 106.0 (SD = 9.0) e 108.7 (SD = 9.4), respectivamente. O QI médio dos 10-12 anos de idade foi significativamente superior em relação aos outros grupos etários 2 (F2,49 = 11.62, P = 0.001), mas o QI geral dos participantes caiu no intervalo médio. As análises relatadas abaixo foram todas corrigidas quanto a diferenças no QI, adicionando o QI como um fator covariável às análises. No entanto, nenhum dos efeitos foi influenciado pelas diferenças de QI. Portanto, as diferenças de QI não são descritas mais adiante.
Todos os participantes foram selecionados para condições psiquiátricas, uso de drogas, lesões na cabeça e contra-indicações para ressonância magnética usando uma lista de verificação. Nenhum participante relatou nenhum problema. Além disso, os participantes das faixas etárias mais jovens da 2 foram selecionados para verificar problemas comportamentais usando as avaliações dos pais na Lista de Verificação do Comportamento Infantil (Child Behavior Checklist).Achenbach 1991). As pontuações para todos os participantes ficaram dentro do intervalo não clínico.
Projeto Experimental
Os participantes realizaram a Tarefa Slot Machine, uma versão amiga da criança de um paradigma usado anteriormente por Donkers et al. (2005). Cada teste começou com a apresentação das máquinas de slots vazias 3. Depois de 500 ms, uma moeda foi apresentada na parte inferior da tela para 1000 ms, que serviu como uma sugestão. A fim de manter os participantes envolvidos na tarefa (de outra forma passiva), eles foram instruídos a iniciar as máquinas pressionando um botão pré-especificado com o dedo indicador direito na apresentação da sugestão. A resposta tinha que ser dada dentro de uma janela de tempo 1000-ms. Seguindo a janela de resposta 1000-ms, imagens 3, cada 1 de 3 possíveis tipos de frutas - um kiwi, uma pêra ou um par de cerejas - foram apresentados consecutivamente, da esquerda para a direita nas máquinas caça-níqueis, a cada 1500 ms FIG. 1).
Exemplo de (a) um ensaio e (b) possíveis resultados exibidos para a Tarefa Slot Machine. Após uma janela de tempo 1000-ms em que os participantes puderam responder à sugestão, as imagens 3 apareceram consecutivamente a cada 1500 ms, resultando em tipos de avaliação 3: XXX, XXY ou XYZ. Os participantes ganharam € 0.05 em cada teste do XXX e não ganharam nas outras condições.
Foram apresentadas imagens em 3 possíveis encomendas: 1) 3 imagens diferentes (por exemplo, kiwi-pear-cherries, referidas como ensaios XYZ), 2) 2 idênticas e 1 imagem diferente (por exemplo, kiwi-kiwi-cerejas, referidas como XXY ensaios), ou 3) 3 imagens idênticas (por exemplo, kiwi-kiwi-kiwi, referidos como ensaios XXX). Esses tipos de teste do 3 representam condições experimentais do 3. A ordem em que os ensaios foram apresentados foi randomizada, e os participantes foram apresentados a uma nova combinação das figuras 3 em cada tentativa.
Os participantes foram instruídos com antecedência que ganhariam € 0.05 em cada teste XXX e que não ganhariam dinheiro com os outros tipos de testes. Quando os participantes não responderam durante a apresentação da sugestão 1000-ms, o teste terminou e eles receberam uma penalização de € 0.10. Isso ocorreu em menos de 5% dos testes. No final da experiência, o total de ganhos (€ 1.50) foi adicionado ao valor que os participantes receberam como reembolso pela participação no estudo.
Aquisição de dados de ressonância magnética
Testes foram apresentados durante o curso de varreduras relacionadas ao evento 2 que duraram aproximadamente 7 min. Os estímulos visuais foram projetados em uma tela que os participantes puderam ver através de um espelho acoplado à bobina da cabeça. Durante a varredura, os participantes foram apresentados com um total de testes 120, nos quais os ensaios XXX, XXY e XYZ foram misturados, de modo que os ensaios 60 XYZ, 30 XXY e 30 XXX foram apresentados no total, com ensaios 60 em cada execução. As diferenças relacionadas à idade em resposta a recompensas podem ser influenciadas pela maturação lenta da capacidade de aprender probabilidades e prever o risco. Nós controlamos essa possibilidade apresentando os estímulos 3 consecutivos em ordem pseudo-aleatória para maximizar a incerteza. Em todos os ensaios após a apresentação da primeira imagem, a probabilidade de a próxima imagem na série de 3 ser a mesma sempre foi 50%. Da mesma forma, depois que 2 imagens idênticas foram apresentadas, a probabilidade de que a terceira imagem fosse a mesma foi de 50% (50% XYZ, 25% XXY e 25% XXX Donkers et al. 2005). Períodos de fixação que duraram entre 1 e 3 s, jittered em incrementos de 500 ms, foram adicionados entre os ensaios experimentais.
A digitalização foi realizada utilizando uma bobina de cabeça inteira padrão em um scanner 3-T Philips no LUMC. Os dados funcionais foram adquiridos usando um T2* sequência de pulsos eco-planos gradiente-eco ponderada (38 fatias axiais oblíquas 2.75-mm contíguas, utilizando aquisição intercalada, repetição temporal = 2.211 s, eco temporal = 30 ms, 2.75 × 2.75 mm resolução no plano, 230 volumes por execução ). Os primeiros volumes 2 de cada scan foram descartados para permitir T1efeitos de equilíbrio. Alta resolução T2* imagens ponderadas e alta resolução T1As imagens anatômicas foram coletadas no final da sessão de varredura. O movimento da cabeça foi restringido usando um travesseiro e inserções de espuma que circundavam a cabeça.
Pré-processamento de fMRI e análise estatística
O pré-processamento e a análise dos dados foram realizados utilizando o SPM2 (Departamento de Neurologia Cognitiva Wellcome). As imagens foram corrigidas quanto às diferenças no tempo de aquisição das fatias, seguidas pela correção do movimento do corpo rígido. Volumes estruturais e funcionais foram normalizados espacialmente para T1 e modelos de imagens de eco-planar, respectivamente. O algoritmo de normalização utilizou uma transformação afim do parâmetro 12 juntamente com uma transformação não linear envolvendo funções de base de cosseno. Durante a normalização, os dados foram reamostrados para voxels cúbicos 3-mm. Os modelos foram baseados no espaço estereotáxico MNI305 (Cocosco et al. 1997). Os volumes funcionais foram alisados com uma largura total de 8-mm a meia semente máxima do núcleo Gaussiano isotrópico. As análises estatísticas foram realizadas em dados de indivíduos individuais usando o modelo linear geral (GLM) em SPM2.
As séries temporais de fMRI foram modeladas como uma série de eventos convolvidos com uma função de resposta hemodinâmica canônica (HRF) em modelos separados de 2. Nós modelamos cada tentativa nas diferentes condições do 3 (XXX, XXY e XYZ) como um evento de duração zero em torno dos tempos de início do segundo estímulo em um primeiro modelo e em torno dos tempos de início do terceiro estímulo em um segundo modelo. Os ensaios de erro, definidos como aqueles ensaios em que o participante não respondeu na janela de indicação 1000-ms, foram modelados separadamente e foram excluídos das análises de fMRI.
Para cada participante, as estimativas de parâmetros de altura do HRF canônico de melhor ajuste para cada condição foram usadas em contrastes pareados. Para o primeiro modelo, calculamos imagens de contraste para a comparação de XXY e XYZ (ou seja, comparando a situação em que os participantes viram pela primeira vez fotos 2 que eram as mesmas imagens [XX] vs. 2 que eram diferentes [XY]), que revelaram padrões de ativação cerebral relacionados à “antecipação” do resultado dos ensaios, com base na hipótese de que os adolescentes são mais sensíveis a recompensas potenciais do que os adultos. Para o segundo modelo, calculamos as imagens de contraste para a comparação das condições XXX e XXY, comparando os padrões de ativação cerebral relacionados ao processamento do resultado dos ensaios. As imagens de contraste resultantes computadas para cada participante foram submetidas a análises de grupo de segundo nível. No nível do grupo, os contrastes de todo o cérebro entre as condições foram calculados através da realização de uma única cauda t-teste sobre essas imagens, tratando os participantes como efeito aleatório. Mapas estatísticos de todo o cérebro foram limitados em P <0.001, com um limite de extensão de 5 voxels contíguos.
Análises estatísticas: diferenças relacionadas à idade
Como estávamos especialmente interessados no padrão de ativação relacionado à antecipação de resultados e ao processamento de resultados nas diferentes faixas etárias do 3, realizamos análises de variância (ANOVAs) voxelwise para identificar regiões que apresentavam diferenças relacionadas à idade na ativação. Testamos para efeitos lineares (−1 0 1), quadráticos (− 0.5 1 − 0.5) e curvilíneos (1 − 0.5 − 0.5), (− 0.5 − 0.5 1) nos contrastes de XXY-XYZ para o primeiro modelo ( antecipação de resultados) e XXX-XXY para o segundo modelo (processamento de resultados). As ANOVAs foram consideradas significativas em um limiar estatístico de 0.001 não corrigido para comparações múltiplas, com um limiar de extensão de voxels contíguos 5.
Resultados de imagem: análise de região de interesse
Usamos a caixa de ferramentas MARSBAR para uso com SPM2 (Brett et al. 2002) realizar análises de região de interesse (ROI) para caracterizar ainda mais os padrões de ativação. Criamos ROIs esféricos de 6-mm centrados no pico de atividade voxel nas regiões que foram identificadas no teste ANOVAs para diferenças relacionadas à idade. Além disso, utilizamos o MARSBAR para extrair séries de tempo de atividades dependentes do nível de oxigênio no sangue nesses ROIs, calculando a média dos cursos de tempo para as diferentes condições experimentais, começando no início de cada tentativa. Esses cursos de tempo são exibidos para fins ilustrativos Figuras 2 e 3.
Os resultados do cérebro inteiro para os participantes de 0 a 12 anos, 14 a 15 anos e 18 a 23 anos de idade relacionados à antecipação de possível recompensa pelo contraste de XXY> XYZ em um P <0.001 limite não corrigido (painel superior); ROIs esféricos de 6 mm e cursos de tempo médio para os 3 grupos de idade para a ínsula anterior e estriado (painel inferior).
Os resultados do cérebro inteiro para os participantes de 10 a 12 anos, 14 a 15 anos e 18 a 23 anos de idade relacionados à antecipação de uma possível recompensa pelo contraste de XXX> XXY em um P <0.001 limite não corrigido (painel superior) e XXY> XXX (em azul); ROIs esféricos de 6 mm e cursos de tempo médio para os 3 grupos de idade para o estriado e OFC (painel inferior).
Consistentes
Antecipação de Resultados
Realizamos uma análise GLM nos dados funcionais modelados no início do segundo estímulo e calculamos o contraste voxelwise de XXY> XYZ para crianças de 10 a 12 anos, de 14 a 15 anos e de 18 a 23 anos separadamente. Essas análises resultaram em áreas de ativação amplamente sobrepostas para os 3 grupos de idade. Em todas as faixas etárias, a antecipação do resultado foi consistentemente associada à ativação na ínsula anterior direita (ver FIG. 2, Painel superior). Para as crianças com idade entre 10-12 e 14-15, a ativação da ínsula anterior foi encontrada em ambos os hemisférios. Além disso, os grupos etários adolescentes apresentaram aglomerados de ativação no estriado ventral e no córtex cingulado dorsal. Aglomerados significativos e coordenadas correspondentes da MNI são relatados em Tabela suplementar 1.
O teste ANOVA do voxelwise para mudanças relacionadas à idade para o contraste XXY-XYZ não resultou em nenhum agrupamento significativo em um limiar de P <0.001. Em um limite mais liberal (P <0.005), o teste ANOVA para o contraste −1 0 1 revelou uma mudança linear na ativação com a idade na ínsula anterior direita (pico em 42, 12, −3, z = 2.95), F1,47 = 11.24, P = 0.002. Criamos uma ROI esférica de 6-mm centrada neste voxel e realizamos uma ANOVA (3) de condição etária (2) nos dados extraídos dessa ROI para caracterizar ainda mais os padrões de ativação nessa região. Séries temporais médias para este ROI são plotadas no painel inferior Figura 2. A ANOVA para esse ROI resultou em uma interação entre faixa etária × condição F2,47 = 7.00, P = 0.002. Comparações de acompanhamento confirmaram que esta região era mais ativa no XXY em comparação com a condição XYZ nos anos 10-12, F1,16 = 11.26, P = 0.004 e 14 – 15 anos de idade, F1,17 = 3.62, P = 0.005. Para os aniversariantes 18 – 23, a diferença entre as condições não foi significativa (P = 0.19).
Nenhuma alteração relacionada à idade para o contraste XXY-XYZ foi encontrada no estriado. Uma ANOVA revelou que essa região era ativa em todas as faixas etárias (pico em −9, 9, 0, z = 4.57) em antecipação dos resultados, F3,47 = 13.11, P <0.001. Conforme antecipado, ANOVAs nos dados extraídos do ROI esférico de 6 mm para esta região resultou em um efeito principal da condição, F1,47 = 23.73, P <0.001 e nenhuma interação significativa com a faixa etária (P = 0.1). Estes resultados demonstram que o corpo estriado era mais ativo na antecipação de recompensa potencial na mesma medida em todas as faixas etárias. No entanto, as comparações para as faixas etárias sugerem separadamente uma maior resposta do estriado ventral nos grupos adolescentes. Ou seja, nos anos 10-12 e 14-15, a condição XXY resultou em significativamente mais ativação em comparação com a condição XYZ (P = 0.001 para o efeito principal da condição), enquanto nos adultos esta diferença apenas mostrou uma tendência para significância (P = 0.09).
Processamento de Resultados
Para examinar os padrões de ativação do cérebro relacionados ao processamento de resultados, uma análise GLM semelhante foi realizada nos dados funcionais modelados no início do terceiro estímulo. Novamente, calculamos os contrastes de interesse para crianças de 10 a 12 anos, de 14 a 15 anos e de 18 a 23 anos separadamente. Para o contraste de XXX> XXY (processamento de recompensa), encontramos ativação no estriado e córtex cingulado dorsal para crianças de 10 a 12 anos e de 14 a 15 anos (ver FIG. 3, Painel superior). Não foram encontrados aglomerados significativos para os anos 18-23, nem mesmo para um limiar não P <0.005. Os jovens de 14-15 anos também mostraram ativação no PFC lateral esquerdo.
Um GLM para o contraste reverso de XXY> XXX (processamento de recompensa omitida) não revelou nenhum agrupamento significativo para crianças de 10 a 12 anos e de 14 a 15 anos. Em contraste, uma região na OFC esquerda foi considerada mais responsiva a recompensas omitidas em jovens de 18 a 23 anos em um limite não corrigido de P <0.001. Uma visão geral de aglomerados significativos e coordenadas MNI correspondentes são relatados em Tabela suplementar 2.
O teste de ANOVAs voxelwise para alterações relacionadas à idade para o contraste XXX-XXY confirmou os achados do cérebro inteiro para o contraste XXX> XXY, mostrando que a ativação no estriado diferia entre adolescentes e adultos jovens. Em um limite não corrigido de P <0.001, o teste ANOVA para o contraste −0.5 1 −0.5 revelou um agrupamento no estriado ventral (pico em 12, 9, −15, z = 3.68) que mostrou um padrão de desenvolvimento quadrático, F1,47 = 17.64, P <0.001. A ANOVA de grupo de idade (3) × condição (2) nos dados extraídos do ROI esférico de 6 mm centrado neste voxel revelou que esta região era mais ativa no XXX em comparação com a condição XXY em 14-15 anos de idade F1,17 = 22.84, P <0.001, mas não diferiu entre as condições nas crianças de 10-12 anos (P = 0.41) e 18-23 anos de idade (P = 0.12) (ver FIG. 3, painel inferior).
Os contrastes do cérebro inteiro para as faixas etárias separadas revelaram uma região na OFC lateral, que foi responsiva a recompensas omitidas no grupo adulto. Este achado foi confirmado com um teste ANOVA para uma tendência de desenvolvimento curvilínea com o contraste 0.5-0.5 1 que resultou em uma região em OFC lateral (pico em −27, 48, −3, z = 3.05), F1,47 = 11.99, P = 0.001 (ver FIG. 3, painel inferior). ANOVAs no ROI esférico de 6-mm para esta região resultou em uma interação de condição × idade F2,47 = 8.67, P = 0.001. As comparações de acompanhamento confirmaram que esta região só mostrou uma resposta aumentada à omissão de recompensas em comparação com as recompensas recebidas nos anos 18-23. F1,14 = 7.38, P = 0.02.
Discussão
Este estudo foi motivado pela questão de como os adolescentes diferem dos adultos em sua sensibilidade à recompensa incerta. Examinamos a trajetória de desenvolvimento da ativação cerebral relacionada ao processamento da recompensa incerta durante as fases de antecipação e de desfecho. Estudos anteriores relataram resultados inconsistentes no processamento de recompensa de adolescentes, mostrando ambos “hiperativos” (Galvan et al. 2006) e “subactiva” (Bjork et al. 2004neurocircuitos relacionados ao incentivo na adolescência. O presente estudo diferenciou-se desses estudos anteriores, em que usamos um paradigma, que resultou em recompensa probabilística que não dependia de comportamento. Essa abordagem nos permitiu examinar diferenças básicas na sensibilidade à recompensa sob incerteza. Além disso, examinamos as diferenças neurais nos grupos etários distintos 3: 10 – 12, 14 – 15 e 18 – 23, o que nos permitiu testar diferentes padrões de mudança relacionada à idade.
O estudo rendeu resultados principais 2: 1) ao antecipar recompensas incertas, todas as faixas etárias mostraram aumento da ativação no estriado, mas um cluster na ínsula anterior mostrou uma diminuição linear na ativação do início da adolescência para a idade adulta e 2) ao processar o resultado Nos ensaios, os adolescentes do meio responderam melhor às recompensas recebidas, conforme indicado pelo aumento da ativação no estriado ventral, enquanto os adultos jovens responderam mais à omissão de recompensas, conforme indicado pelo aumento da ativação no OFC. Em geral, nossos achados apoiam a hipótese de que a adolescência média é caracterizada por neurocircuitos hiperativos relacionados ao incentivo, mas mostramos que esse efeito é mais pronunciado durante a fase de recebimento da recompensa. À luz dos resultados de estudos anteriores, esses resultados favorecem a hipótese de que circuitos hiperativos relacionados à recompensa e circuitos imaturos do CPF possam predispor os adolescentes a assumir riscos (ver também Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
Mudanças de Desenvolvimento na Antecipação de Resultados
A antecipação dos desfechos foi associada à ativação no estriado e ínsula anterior quando os primeiros estímulos 2 eram idênticos e indicavam a possibilidade de vencer. A ativação na ínsula mostrou uma diminuição linear com a idade; esta região era mais ativa nos ani- mais de 10 – 12, menos ativa nos ani- mais de 14 – 15 e menos ativa nos ani- mais de 18 – 23 quando antecipava a recompensa. No paradigma que usamos, a antecipação da recompensa potencial foi associada à incerteza máxima. Após a apresentação do 2 das mesmas imagens, a probabilidade de a terceira imagem ser igual ou diferente era igual. Em contraste, quando a segunda imagem era diferente da primeira, uma recompensa não era mais possível e, como consequência, não havia incerteza associada à antecipação do resultado. A mudança relacionada à idade na ativação da ínsula anterior poderia, portanto, refletir as diferenças em pelo menos os processos 2: excitação positiva associada à antecipação de receber uma recompensa ou a incerteza ao antecipar um resultado desconhecido.
Nossos resultados são consistentes com os resultados de estudos recentes, que implicaram a ínsula anterior em situações em que as decisões estão associadas à incerteza (Paulus et al. 2003; Volz et al. 2003; Huettel et al. 2005; Huettel 2006; Volz e von Cramon 2006). A ínsula anterior tem sido frequentemente implicada na experiência da excitação psicofisiológica. Tem sido sugerido que a tomada de decisão da ajuda de isolamento reflete as respostas do sistema nervoso autônomo ao risco associado a uma decisão (Bechara 2001; Critchley et al. 2001; Paulus et al. 2003). Grandes sinais autonômicos precedendo uma decisão desvantajosa foram sugeridos para servir como um sinal de alerta que protege contra a tomada de risco (Bechara et al. 1997). À luz dessa hipótese, o aumento da resposta insular em adolescentes mais jovens parece contraditório. No entanto, outros estudos sugeriram que esse sinal autonômico reflete a relevância da decisão a ser tomada (Tomb et al. 2002), e estudos prévios de desenvolvimento mostraram que as crianças experimentam sinais autonômicos ao antecipar decisões arriscadas, mas não conseguem usar esses sinais para otimizar suas decisões (Crone e van der Molen 2004, 2007; Crone et al. 2005). No presente estudo, o aumento da ativação da insula em jovens adolescentes pode refletir a imaturidade dessa região. Os participantes mais jovens poderiam ter experimentado o aumento da excitação psicofisiológica relacionada à incerteza associada à antecipação de uma possível recompensa. Embora não tenhamos coletado classificações subjetivas de afeto, estudos anteriores tentaram correlacionar afeto e padrões experimentais de ativação cerebral. Um estudo recente descobriu que, embora a ativação no estriado ventral esteja correlacionada com o efeito positivo relatado, a ativação na ínsula anterior correlacionou-se com o efeito relatado positivo e negativo (Samanez-Larkin et al. 2007). Os resultados deste estudo sugerem que a ínsula anterior pode contribuir para a tomada de decisão, refletindo a excitação geral em situações de incerteza.
Huettel (2006) incerteza dissociada relacionada à quantidade de recompensa potencial que poderia ser obtida (risco de recompensa) e incerteza em relação à resposta ótima (risco comportamental). Ele mostrou que a ativação na ínsula anterior foi seletivamente influenciada pela incerteza relacionada à seleção da resposta. Nossos resultados se somam a esse achado, mostrando que a ínsula anterior está envolvida em situações de incerteza na ausência de seleção de resposta, sugerindo que essa região pode ter um papel mais geral na representação da incerteza dos resultados. Um estudo recente (Preuschoff et al. 2008) mostrou que a ínsula anterior reflete o grau de incerteza de forma semelhante àquela em que o corpo estriado é sensível à magnitude da recompensa. Os autores sugerem que a ínsula anterior poderia suportar processos semelhantes aos erros de previsão de recompensa no estriado. A diminuição linear da ativação nessa região mostra que a função da ínsula anterior é imatura na adolescência e pode ser considerada como sugerindo uma maior dificuldade dos adolescentes em estimar o risco envolvido em uma situação de incerteza. Possivelmente, os adolescentes esperavam recompensa mais frequentemente em comparação com adultos no presente estudo, porque eles não aprenderam que a ocorrência de recompensas era imprevisível. Tomados em conjunto, a resposta aumentada na ínsula anterior na antecipação de uma recompensa incerta pode influenciar os adolescentes em direção a um comportamento de risco aumentado.
Uma explicação que deve ser considerada é que o aumento da ativação na ínsula anterior reflete um efeito negativo. Não ganhar pode estar associado a excitação negativa mais experiente quando ocorre no final do ensaio (XXY), quando comparado com o momento em que ocorre na apresentação do segundo quadro (XYZ). Embora tenhamos estimado o HRF no início do segundo estímulo, o terceiro estímulo seguiu o 1.5 mais tarde. Portanto, é possível que a resposta neural observada seja influenciada pelo terceiro estímulo. Em estudos futuros, será importante examinar melhor o efeito do grau de risco / incerteza e da quantidade de recompensa na tomada de decisão do adolescente. Dado o possível foco do grupo adolescente na recompensa, seria interessante testar se os sistemas neurais que respondem à incerteza respondem de maneira semelhante quando a valência do resultado é negativa, isto é, quando a condição XXX refletiria uma perda em vez de ganho.
Mudanças de desenvolvimento no processamento de resultados
Como esperado, ganhar dinheiro resultou em aumento da ativação no estriado ventral. Esta descoberta replica estudos anteriores que mostraram que esta região é responsiva a recompensas (Knutson et al. 2001; McClure et al. 2003; Huettel 2006). Curiosamente, a ativação do estriado após uma vitória atingiu o pico em 14-15 anos de idade e foi menos pronunciada em 10-12 anos e 18-23 anos de idade, consistente com a hipótese de que esta região é mais sensível em adolescentes (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006; Casey, Getz, et al. 2008).
No presente estudo, encontramos o pico de responsividade do corpo estriado ventral na adolescência média apenas para processamento de recompensa e não para antecipação de recompensa. Esse achado é inconsistente com estudos anteriores, que relataram um aumento na ativação nesta região antes da entrega efetiva das recompensas. Estes resultados anteriores foram tomados para sugerir um papel para o estriado ventral na predição e antecipação de resultados (Knutson et al. 2001; Bjork et al. 2004; Galvan et al. 2006; Huettel 2006). Nossos achados, no entanto, sugerem que o pico na resposta do estriado ventral em adolescentes só é encontrado para o recebimento de recompensas. Em experimentos anteriores, as pistas sinalizavam potenciais recompensas e permitiam a previsão de recompensas, portanto a ativação no corpo estriado ventral nesses estudos poderia refletir uma resposta inicial ao “saber” que a recompensa seguirá em vez de antecipar a “possibilidade” de uma recompensa. Esses dados também podem ser usados para sugerir que os adolescentes superestimam suas chances de obter uma recompensa ou capacidade de obter uma recompensa. Sugerimos que no presente estudo, um pico de ativação no estriado ventral não foi observado até a entrega real da recompensa porque o design da tarefa maximizou a incerteza e não permitiu a previsão de recompensa. Embora os resultados de antecipação não tenham mostrado um pico estatisticamente significativo na ativação e nenhuma interação idade x condição no estriado ventral, as análises de acompanhamento sugeriram que a resposta antecipatória do estriado era maior para adolescentes jovens e médios em relação aos adultos. Estudos futuros devem estudar os resultados de antecipação versus resultado em mais detalhes.
Finalmente, adultos jovens, mas não adolescentes precoces e intermediários, mostraram aumento da ativação na OFC lateral esquerda após a omissão de recompensas. O OFC lateral foi anteriormente implicado no processamento de punições (O'Doherty et al. 2001). O OFC está altamente conectado tanto a circuitos apetitivos quanto a outras regiões do PFC e, recentemente, tem sido sugerido que o OFC tem uma função integradora ao orientar a resposta dos cérebros à informação afetiva e orientar a tomada de decisão afetiva mantendo e atualizando uma representação de expectativas relacionadas a incentivos on-line (para revisões, ver O'Doherty 2007 e Wallis 2007). A resposta do OFC lateral em adultos jovens pode, portanto, sinalizar a necessidade de maior atenção e ajuste de comportamento após resultados negativos. Deve-se notar que o OFC é uma região heterogênea e muitas questões sobre seu papel no comportamento direcionado por objetivos e na tomada de decisões e mudanças associadas ao desenvolvimento precisam ser testadas em estudos futuros. A constatação de que esta região está envolvida no processamento de desfechos desfavoráveis em adultos, mas não em adolescentes iniciais e intermediários, é consistente com a hipótese de que redes no cérebro relacionadas a funções de processamento de alta ordem e controle cognitivo não amadurecem até o final da adolescência (Galvan et al. 2006; Ernst et al. 2006).
Conclusões
As descobertas atuais podem ser interpretadas à luz de relatos recentes que buscam uma explicação neuropsicológica para o comportamento do adolescente. Tanto a Rede de Processamento de Informações Sociais (SIPN)Nelson et al. 2005) e o Modelo Triadico (Ernst et al. 2006) contêm um componente apetitivo e um componente cognitivo / regulador. Nestes modelos, o comportamento do adolescente é caracterizado por um sistema apetitivo forte e um sistema de controle relativamente fraco. O modelo SIPN (Nelson et al. 2005) sugere que as estruturas cerebrais subjacentes ao componente apetitivo são responsivas aos hormônios gonadais e são desencadeadas no início da puberdade, em contraste com as estruturas cognitivas que seguem um desenvolvimento mais lento.
O paradigma passivo utilizado no presente estudo não nos permitiu resolver questões sobre a maneira pela qual diferenças no substrato neural do processamento de recompensa e na percepção de risco entre adolescentes e adultos contribuem para o comportamento motivado em adolescentes e adultos. É importante elucidar essa relação e sua trajetória de desenvolvimento, pois o comportamento de risco do adolescente pode ter sérias conseqüências (Steinberg 2004; Fareri et al. 2008). A descoberta de que as regiões cerebrais relacionadas à recompensa são mais responsivas na adolescência, mesmo quando as recompensas não estão relacionadas ao comportamento e às pequenas, sugere diferenças fundamentais na forma como as recompensas incertas são processadas em diferentes idades. A fim de avaliar a validade ecológica desses achados, estudos futuros devem levar em consideração diferenças individuais, por exemplo, busca de sensações, temperamento e gênero, e examinar essas regiões usando tarefas mais complexas. Uma segunda limitação deste estudo é que não obtivemos medidas diretas do estado puberal, o que limita nossa capacidade de interpretar a contribuição das mudanças puberais para as diferenças entre os anos de idade 10-12 e 14-15. Estudos futuros devem tentar relacionar mais de perto as mudanças relacionadas à idade com as mudanças associadas ao desenvolvimento puberal.
Em resumo, nossos achados demonstram que os padrões de ativação cerebral relacionados à antecipação de resultados na ausência de comportamento são distinguíveis daqueles relacionados ao processamento de desfechos. A antecipação da recompensa incerta está associada à ativação na ínsula anterior e estriado. Em particular, a ativação na ínsula anterior mostra uma tendência de desenvolvimento linear e diminui desde a adolescência precoce até a idade adulta jovem. Em contraste, o processamento da recompensa está associado a um pico de ativação no corpo estriado ventral em crianças com 14-15 e 10-12 em menor grau. Curiosamente, os aniversariantes 18 – 23 são mais responsivos a recompensas omitidas, mostrando ativação em regiões OFC laterais. Estes achados suportam a hipótese de que a adolescência é caracterizada por um desequilíbrio na maturação dos circuitos cerebrais afetivos e regulatórios (May et al. 2004; Ernst et al. 2006; Galvan et al. 2006). Os dados atuais mostram que, em um nível básico de processamento, os adolescentes são mais responsivos à recompensa antecipada e recebida e ao risco associado à incerteza em comparação aos adultos.
Material suplementar
Material suplementar Pode ser encontrado em: http://www.cercor.oxfordjournals.org/.
Financiamento
A pesquisa por autores (EAC e SARBR) é possível graças a subvenções NWO VENI / VIDI.
Referências