Neurobiologia adolescenței: modificări ale arhitecturii creierului, dinamicii funcționale și tendințelor comportamentale (2011)

1. Introducere

Adolescența este o perioadă în care indivizii observă schimbări fizice în corpul lor, experimentează noi interese și dorințe și se găsesc cu o mai mare libertate, independență și responsabilitate. Deși definită în mod variabil, adolescența este în general considerată a începe cu debutul pubertății și se termină pe măsură ce se ia rolurile sociale adulte (Dahl, 2004; Spear, 2000). Spanul pubertății - care implică creștere crescută, modificări ale compoziției corporale, dezvoltarea gonadelor și a organelor și caracteristicilor sexuale secundare și modificări cardiovasculare și respiratorii - de obicei are loc de la vârsta de la 10 la 17 la fete și de la 12 la 18 la băiețiFalkner și Tanner, 1986). Pe măsură ce se întâmplă acest lucru, adolescentul suferă o varietate de tranziții cognitive, comportamentale și psihosociale. Diferitele schimbări ale adolescenței nu încep toate și se încheie împreună, iar puzzle-ul de a schimba modificările creierului adolescent cu comportamentul este o provocare. Studierea adolescenței este ca și cum ați trage la o țintă în mișcare, cercetătorii desemnând grupuri "adolescente" de diferite vârste și niveluri de dezvoltare. În plus, de la mijlocul 19^th prin 20^th secolul, o medie de vârstă medie a menarului sa observat în lumea occidentală (Falkner și Tanner, 1986; Tanner, 1990). Procesul educațional este mult mai prelungit, iar indivizii tind să aștepte mai mult înainte de a-și începe cariera, de a se căsători și de a avea copii (Dahl, 2004). Astfel, lungimea adolescenței nu este fixată (și sa prelungit) și în timp ce perioada se corelează cu multe procese biologice de dezvoltare, ea este definită parțial în funcție de criteriile psihosociale și comportamentale. Având în vedere aceste obiecții, literatura revizuită aici a definit în primul rând adolescența la oameni ca al doilea deceniu al vieții, la maimuțe cu vârsta cuprinsă între doi și patru ani și la rozătoare în săptămâna patru până la săptămâna a șasea sau a șaptea.

În ciuda ambiguităților definitorii, este bine de știut că în această perioadă au loc tranziții majore, incluzând o varietate de schimbări comportamentale caracteristice observate la nivelul speciilor. Există un comportament social crescut (Csikszentmihalyi și colab., 1977), noutate și căutarea senzației (Adriani și colab., 1998; Stansfield și Kirstein, 2006; Stansfield și colab., 2004), tendințele de asumare a riscurilor (Spear, 2000; Steinberg, 2008), instabilitatea emoțională (Steinberg, 2005) și impulsivitate (Adriani și Laviola, 2003; Chambers și colab., 2003; Fairbanks și colab., 2001; Vaidya și colab., 2004). Relațiile dintre colegi devin dominante și există înclinații mai mari de a căuta experiențe distractive și interesante (Nelson și colab., 2005). Creșterea noutății și a căutării senzațiilor poate fi adaptiv evolutiv, deoarece aceste comportamente ar putea îmbunătăți șansele adolescenților din ce în ce mai independente de a găsi alimente și un partener (Spear, 2010). În societatea modernă, totuși, aceste trăsături pot fi asociate cu riscurile inutile. Prin urmare, adolescența este considerată o perioadă de vulnerabilitate comportamentală: adolescenții au mai multe șanse să experimenteze cu tutun și droguri ilegale și alcool; conduceți imprudenți; să se angajeze în sex neprotejat; și au conflicte interpersonale (Arnett, 1992; Arnett, 1999; Chambers și colab., 2003; Spear, 2000). Riscul la adolescenți este mai probabil să apară în grupuri (de exemplu, accidentele la vehicule), când anumite comportamente sunt percepute ca fiind acceptabile de către colegii lor (de exemplu sexul neprotejat, consumul de droguri) (Steinberg, 2008) și în situații încărcate emoțional (Figner și colab., 2009). Astfel, în timp ce adolescenții au supraviețuit potențialelor probleme de sănătate din copilăria timpurie, ratele lor de morbiditate și mortalitate sunt de două ori mai mari decât cele ale copiilor pre-pubescenți (Dahl, 2004).

În plus față de riscurile suplimentare normală. dezvoltare adolescentă, este, de asemenea, momentul în care se manifestă adesea simptome ale unei varietăți de boli psihice, incluzând tulburări de dispoziție, tulburări de alimentație și tulburări psihotice, cum ar fi schizofrenia (Paus și colab., 2008; Pin, 2002; Sisk și Zehr, 2005; Volkmar, 1996). În această perioadă există o gamă largă de modificări neurobiologice care conduc totul dintr-o cascadă de semnale hormonale care inițiază pubertatea (Sisk și Zehr, 2005), la creșterea capacității cognitive și la schimbări motivaționale (Doremus-Fitzwater și colab., 2009; Luna și colab., 2004). Înțelegerea exactă a modului în care se dezvoltă creierul prin adolescență și legarea acestor schimbări atât la tendințele comportamentale normale, cât și la cele patologice este extrem de importantă pentru sănătatea publică. Aici revedem câteva dintre schimbările comportamentale și neurodezvoltente ale adolescenței și discutăm câteva modele care le conectează, inclusiv propria ipoteză a eficienței reduse a procesării.

2. Comportamentul adolescent

Studiile la rozătoare și la oameni au arătat că adolescenții manifestă o mai mare "alegere impulsivă", definită ca preferința pentru recompense mai mici care apar mai devreme decât recompense mai mari întârziate, măsurate cu sarcini de întârziere și de reducere (Adriani și Laviola, 2003; Steinberg și colab., 2009). Este important faptul că în studiile la om doar adolescenții mai tineri manifestă această diferență; cu discount de întârziere ajungând la nivelurile adulților după vârstă 16-17 (Steinberg și colab., 2009). Adolescenții au, de asemenea, scoruri mai mari pe Scala Sensation-Seeking decât adulții, bărbații prezentând niveluri mai ridicate decât femelele (Zuckerman și colab., 1978). Căutarea senzației este "nevoia de senzații și experiențe variate, noi și complexe ..." (Zuckerman și colab., 1979, p. 10), care pot apărea în mod independent sau împreună cu impulsivitatea. Căutarea senzației este mai mare în perioada adolescenței timpurie până la jumătatea perioadei de adolescență și mai mică, în timp ce controlul impulsurilor pare să se îmbunătățească constant prin anii adolescenței, sugerând că acestea sunt subservate de diferite procese biologiceSteinberg și colab., 2008). În concordanță cu dovezile umane care caută senzația adolescentă sporită, rozătoarele adolescente preferă noutatea (Adriani și colab., 1998; Douglas și colab., 2003; Stansfield și colab., 2004), prezintă o mai mare locomoție indusă de noutate (Stansfield și Kirstein, 2006; Sturman și colab., 2010) și petrec mai mult timp explorând brațele deschise într-un labirint plus plus decât adulții (Adriani și colab., 2004; Macrì și colab., 2002).

Tendințele adolescenților de a căuta experiențe noi, chiar și cu riscul unor vătămări fizice sau sociale, ar putea fi așteptate dacă capacitatea lor de a evalua riscul sau de a calcula probabilitatea rezultatului este subdezvoltată. Abilitățile cognitive continuă să se dezvolte în acest moment (Luna și colab., 2004; Spear, 2000). Potrivit lui Piaget, perioada de funcționare formală, care este asociată cu raționamente mai abstracte, atinge maturitatea deplină în timpul adolescenței (Schuster și Ashburn, 1992) și poate fi mai puțin dezvoltat la unele persoane. De asemenea, persistența egocentrismului, în care adolescenții se confruntă cu o "audiență imaginară", împreună cu "fabula personală" a sentimentelor unice, le poate determina să creadă că sunt excepționale și le dau un sentiment de invulnerabilitateArnett, 1992; Elkind, 1967). Totuși, numai îmbunătățiri cognitive modeste apar din mijlocul adolescenței (Luna și colab., 2004; Spear, 2000) și chiar și copiii mici prezintă o înțelegere implicită precisă a probabilității (Acredolo și colab., 1989). Mai mult decât atât, există puține dovezi că adolescenții se percep, de fapt, drept risc invulnerabil sau subevaluat; de fapt, ele adesea supraestimează riscul, cum ar fi șansa de a deveni gravide în termen de un an, de a merge la închisoare sau de a muri tineri (de Bruin și colab., 2007). În cele din urmă, orice explicație cognitivă pentru asumarea riscului de adolescent trebuie să țină seama de faptul că copiii iau mai puține riscuri și totuși sunt mai puțin dezvoltați cognitiv decât adolescenții.

Alternativ, disparitățile comportamentale adolescente s-ar putea referi la diferențele dintre strategiile cognitive. O ipoteză, numită "teoria fuzzy", afirmă că, departe de a lipsi capacitatea cognitivă, adolescenții procesează detaliile risc / beneficiu ale alegerilor mai explicit decât adulții. În mod paradoxal, adolescenții se pot comporta mai rațional decât adulții prin calcularea mai explicită a valorilor așteptate ale diferitelor opțiuni, dar acest lucru ar putea conduce la un risc mai ridicat (Rivers și colab., 2008). Conform Râuri și colegi (2008), prin dezvoltare progresăm de la a face mai literal "verbatim" la un "fuzzy" euristic la nivel gist, care captează esența sau linia de jos fără detalii. Acest lucru presupune o îmbunătățire a eficienței procesului de luare a deciziilor și tinde să ne dezavantajeze de alegerile riscante, deoarece tendința este de a evita rezultatele potențiale negative fără a evalua probabilitățile reale implicate. De exemplu, spre deosebire de adolescenți, adulții preferă alegeri care garantează câștiguri sporite sau pierderi reduse față de alternativele probabiliste cu valori așteptate identice (Rivers și colab., 2008). În ansamblu, ideea că alegerile adolescenților ar putea reflecta diferențele în strategia cognitivă - dar nu și deficiențele în predicția rezultatelor - este interesantă. Studiile neuroimagistice și fiziologice viitoare privind luarea deciziilor adolescente ar putea beneficia de posibilitatea ca diferențele în modelul precis al activității neuronale, chiar și în aceleași regiuni ale creierului, împreună cu nivelul de integrare între diferitele regiuni, să faciliteze stiluri alternative de deliberare cognitivă.

Adesea, indignarea adolescenților se poate datora unor diferențe în ceea ce privește modul în care aceștia se confruntă cu riscuri și răsplată. O explicație este că adolescenții umani se confruntă cu un afecțiune mai negativă și starea depresivă și pot simți o mai mică plăcere din cauza stimulilor de valoare stimulativă scăzută sau moderată. Adolescenții ar căuta, prin urmare, stimuli de intensitate hedonică mai mare pentru a satisface o deficiență în experiența lor de recompensă (a se vedea Spear, 2000). Acest lucru este susținut de studii care arată diferențe în valoarea hedonică a soluțiilor de zaharoză la adulți față de adolescenți. Odată ce concentrațiile de zaharoză depășesc un punct critic, valoarea hedonică scade drastic; cu toate acestea, aceste scăderi sunt mai puțin pronunțate sau inexistente la copii și adolescenți (De Graaf și Zandstra, 1999; Vaidya și colab., 2004). O explicație alternativă este că adolescenții au o sensibilitate mai mare la proprietățile de întărire ale stimulilor plăcuți. Orice posibilitate este compatibilă cu modelele pe animale în care adolescenții consumă mai multă soluție de sucroză (Vaidya și colab., 2004), preferă camerele asociate anterior cu interacțiunea socială (Douglas și colab., 2004) și prezintă dovezi privind o valoare stimulativă mai mare pentru medicamente, cum ar fi nicotina, alcoolul, amfetamina și cocaina decât adulții (Badanich și colab., 2006; Brenhouse și Andersen, 2008; Shram și colab., 2006; Spear și Varlinskaya, 2010; Vastola și colab., 2002). Acest lucru nu este totuși întotdeauna văzut (Frantz și colab., 2007; Mathews și McCormick, 2007; Shram și colab., 2008) și creșterea preferințelor consumatorilor de adolescenți ar putea fi, de asemenea, legate de sensibilitatea redusă la efecte secundare aversibile și la retragere (Little et al., 1996; Moy și colab., 1998; Schramm-Sapyta și colab., 2007; Schramm-Sapyta și colab., 2009). În mod similar, adolescenții pot prezenta comportamente mai riscante dacă evaluarea posibilelor consecințe aversive este mai puțin motivantă sau mai puțin importantă (sau dacă excitarea riscului de a face astfel de comportamente este mai probabilă).

Un alt factor care ar putea explica unele diferențe de comportament adolescent este impactul emoțiilor (valență, sentimente, excitații și stări emoționale specifice) asupra comportamentului. Disparitățile comportamentale pot apărea dacă adolescenții simt emoții în mod diferit sau dacă emoțiile influențează în mod diferit procesul de luare a deciziilor în această perioadă de intensitate emoțională și volatilitate sporită (Arnett, 1999; Buchanan și colab., 1992). Emoția este adesea considerată a împiedica luarea deciziilor raționale. Deși acest lucru poate fi adevărat în unele cazuri (mai ales când conținutul emoțional nu are legătură sau este irelevant în contextul decizional), munca recentă a examinat modul în care emoțiile pot îmbunătăți anumite decizii. De exemplu, ipoteza markerului somatic afirmă că, în situații ambigue, procesele emoționale pot conduce în mod avantajos comportamentul (Damasio, 1994). Activitatea de jocuri de noroc de la Iowa a fost concepută pentru a testa procesul de luare a deciziilor în condiții de incertitudine (Bechara și colab., 1994). Persoanele cu leziuni ale PFC sau amigdalelor ventromediale au dificultăți în a favoriza strategia avantajoasă de evitare a riscurilor, sugerând că deficiențele în integrarea informațiilor emoționale pot duce la decizii proaste (Bechara și colab., 1999; Bechara și colab., 1996). Adolescenții și adulții pot diferi în modul în care integrează informațiile emoționale în deciziile: adolescenții pot fi mai puțin pricepuți la interpretarea sau integrarea conținutului emoțional relevant sau mai puțin eficienți la formarea unor astfel de asociații. Cauffman și colab. (2010) a testat recent copii, adolescenți și adulți pe o versiune modificată a sarcinii de jocuri de noroc de la Iowa; au observat că atât adolescenții cât și adulții și-au îmbunătățit procesul de luare a deciziilor în timp, adulții au făcut acest lucru mai rapid. Un alt studiu a demonstrat că numai adolescenții de la mijlocul până la sfârșitul vârstei au îmbunătățit performanța sarcinilor de joc și că această îmbunătățire a coincis cu apariția corelațiilor fiziologice de excitare (Crone și van der Molen, 2007). Aceste rezultate sugerează că adolescenții pot fi mai puțin eficienți în formarea sau interpretarea tipului de informații afective relevante necesare pentru a evita deciziile riscante.

În conformitate cu Râuri și colegi (2008) diferențele în ceea ce privește prelucrarea prin comprimare eficientă fac adolescenții mai sensibili la efectele potențial dăunătoare ale excitației la luarea deciziilor. În condiții de excitare sporită, o reducere a inhibiției comportamentale poate determina trecerea de la un mod "motivat" la un "reactiv" sau impulsiv. Ei susțin, de asemenea, că tendința adolescentului de a efectua mai multe procese verbatim analitice face ca acest lucru să fie mai probabil, în timp ce valorile și defectele procesării simple a "adulților" adulți sunt mai imperceptibile la starea de excitareRivers și colab., 2008). Alții au susținut, de asemenea, că comportamentul adolescentului poate fi deosebit de sensibil la condițiile de excitare emoțională ridicată (Dahl, 2001; Spear, 2010). Un studiu recent realizat de Figner și colegii săi (2009) a testat direct această ipoteză folosind o sarcină care a măsurat asumarea riscului în condiții afective diferite. Adolescenții și adulții au efectuat Task Cardul Columbia, în care nivelul de risc tolerat a fost examinat în condiții de excitare mai mare / mai mică și în timp ce diferiți factori care ar putea fi utilizați pentru a lua decizii mai informate (cum ar fi amploarea câștigurilor / pierderilor și probabilitatea lor ). Adolescenții au avut mai multe riscuri decât adulții numai în starea de excitare ridicată și în acest context adolescenții au fost mai puțin afectați de magnitudinea și probabilitatea de câștig / pierdere, sugerând utilizarea simplificată a informațiilor de către adolescenți în condiții de excitare crescutăFigner și colab., 2009).

În mod colectiv, aceste studii indică faptul că, deși adolescenții se raportează și se comportă adesea ca adulți, în anumite contexte există diferențe în strategia lor cognitivă și / sau în răspunsul lor la risc și recompensă, în special în condiții de excitare emoțională intensă. Aceste modificări comportamentale reflectă probabil dezvoltarea substanțială a rețelelor cerebrale, inclusiv a structurilor PFC, a ganglionilor bazali și a sistemelor neuromodulatoare (de exemplu dopamina), care sunt esențiale pentru comportamentul motivat (Tabelul 1).

  

Tabelul 1

Adolescente diferențe comportamentale și neurodevelopment structural

3. Neurodezvoltare structurală adolescentă

Creierul adolescent suferă schimbări dramatice în morfologia grosieră. Studiile de imagistică structurală umană au demonstrat că în timpul cortexului cerebral există o pierdere de materie cenușie în timpul adolescenței, cu reduceri de materie cenușie în porțiuni ale lobului temporal și PFC dorsolateral, care au apărut la adolescența târzie (Gogtay și colab., 2004; Sowell și colab., 2003; Sowell și colab., 2001; Sowell și colab., 2002). În cazul striatumului și al altor structuri subcortice (Sowell și colab., 1999; Sowell și colab., 2002). Aceste modificări pot fi legate de o tăiere masivă a sinapselor observate în această perioadă din studii pe animale (Rakic ​​și colab., 1986; Rakic ​​și colab., 1994), deși unii pun la îndoială această conexiune deoarece buteliile sinaptice reprezintă doar o mică parte din volumul cortical (Paus și colab., 2008). Imagistica umană a arătat, de asemenea, că materia albă crește prin adolescență în tracturile de fibre corticale și subcorticale (Asato și colab., 2010; Benes și colab., 1994; Paus și colab., 2001; Paus și colab., 1999), care rezultă din mielinizarea crescută, calibrul axonului sau ambele (Paus, 2010). Schimbările în modelele de conectivitate au loc și în timpul adolescenței. De exemplu, germinarea axonală și creșterea au fost observate în circuitele care leagă amigdala de țintele corticale (Cunningham și colab., 2002) și se observă creșterea numărului de substanțe albe între PFC și striatum și alte zone (Asato și colab., 2010; Giedd, 2004; Gogtay și colab., 2004; Liston și colab., 2006; Paus și colab., 2001; Sowell și colab., 1999).

La o scară mai fină, studiile efectuate la șobolani și primate au demonstrat numeroase diferențe în sistemele neurotransmițătoare adolescente. Adolescenții au tendința de a supraexprima receptorii dopaminergici, adrenergici, serotoninergici și endocannabinoizi în multe regiuni urmate de tăierea la nivelele adulților (Lidow și Rakic, 1992; Rodriguez de Fonseca și colab., 1993). Ei exprimă receptorii dopaminergici D1 și D2 la niveluri mai ridicate în țintele subcortice, cum ar fi striatum dorsal și nucleul accumbens, deși unii nu au descoperit o expresie redusă a adulților în această regiune din urmă (Gelbard și colab., 1989; Tarazi și Baldessarini, 2000; Tarazi și colab., 1999; Teicher și colab., 1995). În timpul adolescenței, există, de asemenea, modificări ale producției și turnoverului de dopamină, precum și dovezi ale modificărilor în efectele din aval ale legării receptor-ligand (Badanich și colab., 2006; Cao și colab., 2007; Coulter și colab., 1996; Laviola și colab., 2001; Tarazi și colab., 1998). Funcțional, există dovezi de la șobolani anesteziați că activitatea spontană a neuronilor dopaminei midbrain vârfuri în timpul adolescenței și apoi scade (McCutcheon și Marinelli, 2009). Schimbările de evoluție ale circuitelor și activității mezocorticolimbimice ale dopaminei pot submina, în general, unele diferențe în comportamentul motivat, precum și riscul de a avea o vulnerabilitate în dependență. Mai multe studii au observat efecte psihomotorii reduse ale medicamentelor stimulente la adolescenți dar efecte de întărire sau amplificare similare (Adriani și colab., 1998; Adriani și Laviola, 2000; Badanich și colab., 2006; Bolanos și colab., 1998; Frantz și colab., 2007; Laviola și colab., 1999; Mathews și McCormick, 2007; Spear și frână, 1983). În contrast, adolescenții sunt mai sensibili la efectele cataleptice ale neurolepticelor (de exemplu, haloperidol), care sunt antagoniști ai receptorilor dopaminergici (Spear și frână, 1983; Spear și colab., 1980; Teicher și colab., 1993). Unii au sugerat că acest model, împreună cu explorarea sporită și căutarea de noutăți, indică faptul că sistemul adolescent de dopamină se apropie de un "plafon funcțional" la momentul inițial (Chambers și colab., 2003).

Câteva linii de dovezi sugerează că echilibrul neurotransmisiei pe scară largă excitatorie și inhibitoare este foarte diferit la adolescenți în comparație cu adulții. Nivelurile de GABA, principalul neurotransmițător inhibitor din creier, cresc liniar prin adolescență în creierul pre-creier (Hedner și colab., 1984). Expresia receptorilor NMDA de activare a glutamatului la neuronii cu viteză rapidă (care se consideră a fi interneuronii inhibitori) se modifică dramatic în PFC a adolescenților. În acest moment, marea majoritate a interneuronilor cu viteză rapidă nu prezintă curenți sinaptici ai receptorilor NMDA (Wang și Gao, 2009). În plus, impactul modulator al legării receptorilor de dopamină-receptor se schimbă în timpul adolescenței (O'Donnell și Tseng, 2010). Doar prin această perioadă activarea receptorilor dopaminergici D2 crește activitatea interneuronului (Tseng și O'Donnell, 2007). Mai mult, interacțiunea sinergică între activarea receptorului de dopamină D1 și receptorul NMDA se schimbă în timpul adolescenței, permițând depolarizări de platou care pot facilita plasticitatea sinaptică dependentă de context (O'Donnell și Tseng, 2010; Wang și O'Donnell, 2001). Aceste modificări ale semnalizării adventive la dopamină, glutamat și GABA sugerează diferențe fundamentale de activitate neurală la nivelul creierului adolescent. Toate aceste sisteme sunt esențiale pentru procesele cognitive și emoționale. Disfuncția lor este implicată în numeroase boli psihiatrice, variind de la tulburările de dispoziție și dependența de schizofrenie.

4. Neurodezvoltare funcțională adolescentă

Studiile neuroimagistice au arătat diferențe în activitatea funcțională a adolescenților umane în mai multe regiuni ale creierului. Aceste diferențe sunt observate în primul rând în regiunile creierului care codifică semnificația emoțională (de exemplu, amigdala) integrarea informațiilor senzoriale și emoționale pentru calcularea așteptărilor de valoare (de ex. Cortexul orbitofrontal) și pentru a juca diverse roluri în motivație, selecție de acțiune și învățare asociată (de ex. striatum). În comparație cu adulții, adolescenții au un răspuns hemodinamic redus în cortexul orbitofrontal lateral și creșterea activității în striatum ventral la recompense (Ernst și colab., 2005; Galvan și colab., 2006). Alții au descoperit o activitate redusă în striatum ventral drept și amigdală dreaptă extinsă în timpul anticipării recompensei, fără diferențe de activitate legate de vârstă după rezultatele obținute (Bjork și colab., 2004). Într-o sarcină decizională, adolescenții au avut o reducere a activării cingulate anterioare cingulate și a orbitofrontal / ventrolateral stânga în comparație cu adulții în timpul alegerilor riscante (Eshel și colab., 2007). Adolescenții și-au activat, de asemenea, striatumul ventral și cortexul orbitofrontal mai puternic decât adulții, deoarece aceștia au avut riscuri mai mari în timpul unui joc de conducere Stoplight - efect influențat de presiunea implicită a colegilor (Chein și colab., 2011).

Mai multe studii au observat imaturitatea sistemelor de control cognitiv adolescent, împreună cu performanțele comportamentale mai slabe (Luna și colab., 2010). De exemplu, în timpul sarcinilor care necesită inhibarea unui răspuns prepotant (a cărui performanță se îmbunătățește odată cu vârsta), adolescenții au crescut activitatea PFC în unele subregiuni și au scăzut activitatea în altele (Bunge și colab., 2002; Rubia și colab., 2000; Tamm și colab., 2002). În timpul unei sarcini antisaccade de control cognitiv, activitatea adolescentului (dar nu și a adulților) a striatului ventral a fost redusă în timp ce se vede un indiciu care indica dacă recompensa a fost disponibilă în timpul unui studiu dat, dar a fost mai activă decât omologul său adult în timpul anticipării recompenseiGeier și colab., 2009). Astfel, adolescenții activează în general structuri cognitive și afective similare ca adulții, deși adesea cu magnitudine diferite sau cu modele spațiale și temporale sau niveluri de interconectivitate funcțională (Hwang și colab., 2010).

Maturarea conectivității intra-și inter-regionale și coordonarea neuronală poate juca un rol central în dezvoltarea comportamentului adolescent. Există o relație directă între măsurile de materie albă frontală, care cresc prin adolescență, și performanța de control inhibitor (Liston și colab., 2006). Dezvoltarea materiei albe este, de asemenea, în mod direct legată de integrarea funcțională îmbunătățită a regiunilor de materie cenușie, ceea ce sugerează o activitate de rețea mai distribuită prin dezvoltare (Stevens și colab., 2009). Acest lucru este coroborat de un studiu care, folosind RMN de conectivitate funcțională în stare de repaus, împreună cu analize grafice, a observat o trecere de la o conectivitate mai mare cu nodurile proximal anatomice la rețele care au fost mai mult integrate în toate nodurile la vârsta adultă, indiferent de distanțaFair et al., 2009). În mod similar, creșterile legate de vârstă în integrarea funcțională a regiunilor frontale și parietale susțin performanța controlului inhibitor de sus în jos într-o sarcină antisaccadă (Hwang și colab., 2010). Dezvoltarea materiei albe, tăierea rapidă a sinapselor (care sunt, în mare parte, legături excitatorii locale) și schimbările de dezvoltare în activitatea interneuronului local pot împreună să faciliteze o coordonare funcțională mai amplă între regiunile creierului prin dezvoltare. Activitatea puțin distribuită la adolescenți a fost, de asemenea, demonstrată într-o altă sarcină de control cognitiv (Velanova și colab., 2008). În același timp, semnalul funcțional difuz, necorelat cu performanța sarcinii, scade prin dezvoltare (Durston și colab., 2006). Astfel, modelul adulților care utilizează rețele mai distribuite coincide cu activitatea redusă a activității irelevante, indicând o mai mare eficiență în modelul și amploarea procesării corticale.

Studiile electrofiziologice au descoperit, de asemenea, dovezi ale dezvoltării ulterioare a răspunsurilor neuronale și o activitate coordonată la nivel local și pe termen lung prin adolescență. De exemplu, variația negativă contingente, care este un potențial negativ legat de evenimentul de tensiune în timpul pregătirii răspunsului, se dezvoltă doar la sfârșitul copilăriei și continuă să devină mai mare prin adolescență (Bender și colab., 2005; Segalowitz și Davies, 2004). Se crede că acest lucru reflectă diferențele legate de vârstă în distribuția procesării PFC a atenției și controlului motorului executiv (Segalowitz și colab., 2010). O altă modificare electrofiziologică legată de vârstă este dezvoltarea unui vârf pozitiv puternic (P300) de aproximativ 300 ms după ce a participat la un stimul. Un model matur P300 nu apare decât după vârsta de aproximativ 13 (Segalowitz și Davies, 2004). În cele din urmă, negativitatea asociată erorilor este o tensiune negativă centrat pe cortexul cingular anterior în timpul încercărilor de eroare ale diferitelor sarcini. Deși există vreo variabilitate în epoca apariției sale, se pare că sosesc în jurul adolescenței (Segalowitz și Davies, 2004). Aceste constatări furnizează dovezi suplimentare pentru maturarea continuă a procesării corticale prefrontale în timpul adolescenței. Segalowitz și colegii, de asemenea, au constatat că raportul semnal-zgomot al semnalelor electrice ale copiilor și adolescenților a fost adesea mai mic decât cel al adulților. Aceasta se poate datora imaturității funcționale sau instabilității intra-individuale a regiunilor cerebrale care produc aceste semnale (Segalowitz și colab., 2010). Ar putea de asemenea să reflecte o coordonare neurală adolescentă redusă în interiorul și între regiunile creierului. Această interpretare este în concordanță cu activitatea efectuată de Uhlhaas și colegii săi (2009b), în care au fost înregistrate electroencefalograme (EEG) la copii, adolescenți și adulți în timpul unei sarcini de recunoaștere facială. Ei au observat o reducere a puterii oscilatorii ata (4-7 Hz) și banda gamma (30-50 Hz) la adolescenți comparativ cu adulții. În plus, s-au înregistrat sincronizări mai mari cu fază lungă în spectrul teta, beta (13-30 Hz) și gamă, împreună cu performanța îmbunătățită a sarcinilor la adulți. Estimările EEG se datorează fluctuațiilor excitabilității neuronale și se crede că se ajustează în mod optim momentul de ieșire al vârfului (Prăjitură, 2005). Măsurile de sincronizare în benzile de frecvențe specifice facilitează comunicarea între grupurile neuronale și pot fi critice pentru numeroase procese perceptuale și cognitive (Uhlhaas și colab., 2009a). Astfel, aceste constatări demonstrează o îmbunătățire a procesării locale coordonate și o comunicare interregională îmbunătățită de la adolescență până la maturitate (Uhlhaas și colab., 2009b).

O altă abordare utilă pentru examinarea modificărilor activității neuronale prin adolescență este cu in vivo înregistrarea electrofiziologică din matricele de electrod implantate la animalele care se comportă treaz. Această tehnică permite înregistrarea activității neuronilor individuali, precum și a potențialelor de câmp mai mari. Recent, am realizat un astfel de studiu, în care șobolanii adolescenți și adulți au efectuat un simplu comportament orientat spre scop (Figura 1a), deoarece au fost înregistrate înregistrări din cortexul orbitofrontal. În timp ce adolescenții și adulții au efectuat același comportament, s-au observat diferențe semnificative de codificare a neuronului legate de vârstă, în special pentru a recompensa (Sturman și Moghaddam, 2011). Acest lucru indică faptul că, chiar și atunci când comportamentul poate să apară similar, cortexul prefrontal adolescent se află într-o stare diferită de cea a adulților. Mai precis, neuronii cortexului orbitofrontal adolescenți au devenit mult mai entuziasmați față de recompensă, în timp ce proporția neuronilor inhibiți adolescenți a fost substanțial mai mică în acel moment și în alte puncte ale sarcinii (Figura 1b). Deoarece inhibiția neurală este critică pentru controlul precis al temporizării spikelor și antrenării activității oscilatorii sincrone (Cardin și colab., 2009; Fries și colab., 2007; Sohal și colab., 2009), reducerea inhibiției neuronale a corticalei orbitofrontale a adolescentului asociată cu sarcina poate fi direct legată de diferențele de codificare neurală la scară largă observate în acest studiu și descrise de alții. În cele din urmă, pe parcursul multor sarcini, adolescenții au prezentat o variabilitate mai mare a timpului de încercare încrucișată, care ar putea indica semnal-zgomot mai mic în cortexul prefrontal adolescent. Prin urmare, pe măsură ce cortexul prefrontal se dezvoltă, inhibarea fazică crescută la nivelul unității unice ar putea susține o coordonare neurală și o eficiență mai mare intra-și inter-regională.

  

Figura 1

A) Schema sarcinii comportamentale. Șobolanii au efectuat un comportament instrumental în interiorul unei camere standard de operatori. Fiecare încercare a început odată cu apariția unei lumini de reper în interiorul unei gauri (Cue). Dacă șobolanul a intrat în acea gaură în timp ce lumina era aprinsă (Poke) ...

5. Ipoteze neuro-comportamentale

Cu toate schimbările neurodevelopmentale ale adolescenței, care sunt diferențele și vulnerabilitățile particulare ale acestei perioade? Secțiunile anterioare prezintă dovezi pentru o varietate de schimbări neurodezvoltatorii adolescente și diferențe și vulnerabilități comportamentale legate de vârstă. Aici prezentăm mai multe ipoteze sau modele care conectează explicit diferențele adolescenților în comportamentul motivat, dezvoltarea socială și inhibarea comportamentală cu maturitatea circuitelor neuronale specifice (Tabelul 2).

  

Tabelul 2

Ipoteze neuropompamentale care integrează schimbările comportamentale ale adolescenților cu dezvoltarea creierului

Rafinarea adolescenților unei rețele de procesare a informațiilor sociale este un model care leagă dezvoltarea socială a adolescenților cu modificări ale creierului (Nelson și colab., 2005). Acest cadru descrie trei noduri funcționale interconectate cu structuri structurale neuronale distincte: nodul de detecție (cortexul occipital inferior, cortexul temporal inferior și anterior, sulful intraparietal, girusul fusiform și sulcusul temporal superior), nodul afectiv (amigdala, striatum ventral, pat de nucleu al stria terminalis, hipotalamus și cortex orbitofrontal în unele condiții) și nodul cognitiv-regulator (porțiuni ale cortexului prefrontal). Nodul de detecție determină dacă stimulii conțin informații sociale, care sunt prelucrate ulterior de nodul afectiv care impune astfel de stimuli cu semnificație emoțională. Nodul cognitiv-regulator prelucrează în continuare această informație, efectuând operații mai complexe legate de perceperea stărilor mentale ale altora, inhibând răspunsurile prepotante și generând comportament orientat spre scop (Nelson și colab., 2005). Schimbările adolescentului în sensibilitatea și interacțiunea acestor noduri sunt presupuse a intensifica experiențele sociale și emoționale, influențează puternic procesul decizional al adolescenților și contribuie la apariția psihopatologiilor în această perioadă (Nelson și colab., 2005).

Modelul nodului triadic (Ernst și colab., 2006) consideră că traiectoria specifică de dezvoltare a regiunilor creierului care subordonează procesarea afectivă și controlul cognitiv, precum și echilibrul dintre ele, poate sublinia tendința de asumare a riscului de adolescență. Acest model se bazează, de asemenea, pe activitatea a trei noduri care corespund anumitor regiuni ale creierului. În acest caz, un nod responsabil de abordarea recompensării (striatum ventral) este în echilibru cu un nod de evitare a pedepselor (amygdala). Un nod de modulație (cortexul prefrontal) afectează influența relativă a acestor forțe compensatorii, iar comportamentul riscant va rezulta dintr-un calcul final care favorizează abordarea. Conform acestui model, în situații care implică un compromis probabilist între stimulii apetisanți și cei aversivi, nodul de abordare este mai dominant în adolescenți. Hiperactivitatea sau hipersensibilitatea unui sistem de abordare a recompenselor ar putea fi ajustate în funcție de activitate în porțiuni ale cortexului prefrontal, totuși subdezvoltarea acestuia la adolescenți nu permite auto-monitorizarea adecvată și controlul inhibitor (Ernst și Fudge, 2009).

Casey și colegii își exprimă ipoteza că diferențele în traiectoria de dezvoltare a cortexului prefrontal adolescent față de structurile subcortice (de exemplu striatum ventral și amigdală), împreună cu conexiunile dintre ele, ar putea explica tendințele comportamentale ale adolescențilorCasey și colab., 2008; Somerville și Casey, 2010; Somerville și colab., 2010). În timpul unei sarcini care implică obținerea unor valori diferite de recompensă, gradul de activitate al adolescentului în nucleul accumbens a fost similar cu cel al adulților (deși cu magnitudine mai mari), în timp ce modelul activității corticale orbitofrontale părea mai degrabă similar cu cel al copiilor decât adulțiiGalvan și colab., 2006). Maturitatea relativă a sistemelor subcortice și imaturitatea cortexului prefrontal, care este critică pentru controlul cognitiv, poate duce la o tendință mai mare a adolescenței față de căutarea senzației și asumarea de riscuri. Cheia aici, ca și în modelul nodului triadic, este conceptul unui dezechilibru interregional relativ în timpul adolescenței, spre deosebire de copilărie, când toate aceste regiuni sunt relativ imature și maturizate când toate sunt matureSomerville și colab., 2010). Acest model este, de asemenea, similar cu cel al lui Steinberg, în care scăderea relativă a riscului de la adolescență până la maturitate se datorează dezvoltării sistemelor de control cognitiv, a conexiunilor care facilitează integrarea cunoașterii și a afectării între regiunile corticale și subcortice și diferențele de semnificație a recompensei sau sensibilitate (Steinberg, 2008).

Tema centrală a acestor modele este că la adolescenți există diferențe în sensibilitatea, nivelul sau efectul activității în regiunile corticale și subcortice în cadrul rețelelor care susțin prelucrarea emoțională și controlul cognitiv. Pe baza datelor noastre și a altor dovezi, putem presupune că astfel de diferențe pot fi rezultatul unei coordonări neuronale reduse și al eficienței procesării la adolescenți, care se manifestă ca urmare a transferului de informații mai puțin eficient între regiuni și a dezechilibrelor în excitația și inhibarea neuronală în regiunile critice ale creierului , cum ar fi cortexul orbitofrontal și porțiuni ale ganglionilor bazali. După cum sa descris mai devreme, in vitro munca a demonstrat schimbări dramatice în modelele de expresie ale diferiților receptori și efectele activării receptorului, incluzând răspunsul inhibitorilor de internare pe cale rapidă de inhibare a stimulării dopaminei și a receptorului NMDA. Astfel de modificări ar fi de așteptat să afecteze atât echilibrul excitației și inhibiției, cât și coordonarea grupurilor neuronale. Dat fiind faptul că activitatea interneuron este rapidă pentru controlarea precisă a activității neuronale și antrenarea oscilațiilor, schimbările de dezvoltare în activitatea interneuronului adolescent și reacția acestora la neuromodulatori cum ar fi dopamina pot fi esențiale pentru unele dintre aceste diferențe de procesare legate de vârstă. Ca urmare a acestui fapt, activitatea neuronilor adolescenți poate fi mai puțin bine coordonată, mai zgomotoasă și mai locală și poate, de asemenea, mai sensibilă la efectele de activare comportamentală a recompensei, noutății sau a altor stimulente. Reducerea coordonării inter-regionale oscilatorii, în continuare împiedicată de mielinizarea incompletă, ar putea reprezenta împreună activitatea funcțională mai puțin distribuită observată în studiile de imagistică. Tendința menționată anterior pentru adolescenți de a favoriza alegeri riscante în contexte încărcate emoțional ar putea fi, de asemenea, legată de o combinație de comunicare redusă interregională (de exemplu, eșecul cortexului prefrontal pentru a atenua în mod eficient semnalele "go" subcorticală în ganglionii bazali) și exagerat activarea și / sau inhibarea redusă a indiciilor semnifi cative în contextul comportamentului motivat, așa cum am observat în timpul anticipării recompensării în cortexul orbitofrontal.

6. Rezumat

După cum am aflat mai multe despre schimbările specifice ale creierului și ale comportamentului adolescenței, au fost propuse mai multe modele neuro-comportamentale. Centrală pentru majoritatea acestor aspecte este ideea că prelucrarea neuronală imatură în cortexul prefrontal și în alte regiuni corticale și subcortice, împreună cu interacțiunea lor, conduce la comportament care este părtinitor față de risc, recompensă și reactivitate emoțională în perioada adolescentă. Lucrările recente privind dezvoltarea circuitelor interneuron inhibitoare și schimbarea interacțiunii lor cu sistemele neuromodulatoare în timpul adolescenței pot, de asemenea, să pună în lumină motivele pentru care bolile precum schizofrenia se manifestă în mod obișnuit în acest moment. Folosind tehnici precum fMRI la oameni și înregistrări electrofiziologice la animale de laborator, începem să identificăm mai precis modul în care adolescenții procesează recompensa și alte aspecte ale comportamentului motivat în mod diferit față de adulți. Făcând acest lucru este un pas critic pentru a stabili vulnerabilitățile creierului bazate pe comportamentul adolescentului normal și pentru a înțelege patofiziologia bolilor psihiatrice care se dezvoltă în această perioadă.

Note de subsol

Referinte