Нейробиология подросткового мозга и поведения: последствия для расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ (2010)

Введение

Подростковый возраст - это переходный период развития, когда одновременно происходят много изменений, в том числе физическое созревание, стремление к независимости, повышенная значимость социального и равного взаимодействия и развитие мозга ^1–3, Этот период развития также является временем, характеризующимся перегибом в рискованном поведении, включая эксперименты с наркотиками и алкоголем, преступную деятельность и незащищенный секс. Понимание нейронной основы этих рискованных действий является ключом к выявлению того, под каким подростком может быть риск для плохих результатов, таких как зависимость от наркозависимости и злоупотребление.

Был высказан ряд гипотез о том, почему подростки могут участвовать в импульсивном и рискованном поведении. Традиционные учеты подросткового возраста свидетельствуют о том, что это период развития, связанный с постепенной большей эффективностью возможностей когнитивного контроля. Эта эффективность в когнитивном контроле описывается как зависимая от созревания префронтальной коры, о чем свидетельствует изображение ^4–7 и последующие исследования^8–10 демонстрируя непрерывное структурное и функциональное развитие этого региона в молодости.

Улучшенный когнитивный контроль с развитием префронтальной коры согласуется с линейным увеличением этой способности с детства до взрослой жизни. Однако субоптимальные варианты и действия, наблюдаемые в подростковом возрасте, представляют собой перегиб в развитии ¹¹ что является уникальным ни от детства, ни от взрослой жизни, о чем свидетельствует Национальный центр статистики здравоохранения по поведению и смертности подростков ¹², Если когнитивный контроль и незрелая префронтальная кора были основой для субоптимального выбора поведения, то дети должны выглядеть удивительно похожими или предположительно хуже, чем подростки, учитывая их менее развитую префронтальную кору и когнитивные способности ², В этом обзоре рассматривается основной вопрос о том, как мозг меняется в подростковом возрасте, что может объяснить перегибы в рискованном и импульсивном поведении. Кроме того, мы приводим примеры того, как употребление алкоголя и наркотиков в течение этого периода развития может еще более усугубить эти изменения и может привести к последующему злоупотреблению и зависимости.

Чтобы точно зафиксировать когнитивные и нейробиологические изменения в подростковом возрасте, этот период следует рассматривать как переходный, а не один снимок во времени ³, Другими словами, чтобы понять этот период развития, переходы в подростковый период и из него необходимы для различения отдельных атрибутов этого периода относительно других временных моментов в развитии. Поэтому эмпирические данные, которые определяют траектории развития от детства до взрослой жизни для когнитивных и нейронных процессов, имеют важное значение для характеристики этих переходов и, что более важно, в ограничении любых интерпретаций об изменениях в мозге или поведении в подростковом возрасте.

Во-вторых, точные описания подросткового возраста требуют уточнения фенотипической характеристики этого периода. Например, на поведенческом уровне подростки часто характеризуются как импульсивные и больший риск, причем эти конструкции используются почти синонимично. Тем не менее, эти конструкции отличаются друг от друга и оценивают это различие, важно для описания их траекторий развития и нейронных основ. Мы предоставляем поведенческие, клинические и нейробиологические данные, свидетельствующие о том, что риск-риск более тесно связан с чувствительностью к экологическим стимулам (сенсацией), тогда как импульсивность связана с плохой когнитивным контролем сверху вниз.

Чтобы теоретически обосновать эмпирические данные, мы предоставляем правдоподобную нейробиологическую модель для подросткового возраста и предлагаем, как развитие в это время может привести к усилению уязвимости в отношении злоупотребления алкоголем и наркотиками. Целью этого обзора является не психопатологизация подросткового возраста, а скорее объяснение того, почему некоторые подростки, но не другие, уязвимы для злоупотребления психоактивными веществами. Таким образом, мы пытаемся выявить потенциальные биологические и поведенческие маркеры для раннего выявления и оценки результатов вмешательств.

Нейробиологическая модель подросткового возраста

Нейробиологическая модель развития подростков ² которая основывается на моделях грызунов ^{13, 14} и последние исследования изображений подросткового возраста ^{6, 7, 15–20} изображен Рисунок 1, Эта модель иллюстрирует, как подкорковые и префронтальные области управления сверху вниз должны рассматриваться вместе как схема. В мультфильме показаны различные траектории развития для сигнализации этих регионов, причем лимбические проекции развиваются раньше, чем области префронтального управления. Согласно модели, подросток предвзято функционально зрелым подкорковым относительно менее зрелой корковой схемы в подростковом возрасте (т. Е. Дисбаланс в зависимости от систем) по сравнению с детьми, для которых эта фронтомибрическая схема все еще развивается; и по сравнению со взрослыми, для которых эти системы полностью зрелые. С развитием и опытом функциональная связь между этими регионами усилена и обеспечивает механизм модуляции нижней части подкорковых систем ⁷, Таким образом, это фронтографическая схема наряду с функциональным усилением соединений внутри этой схемы, которая может обеспечить механизм для объяснения изменений как импульсивности, так и риска, наблюдаемых в процессе развития.

Рисунок 1

Мультяшная модель взаимодействия брюшного полосатого и префронтального коры (PFC) во всем развитии. Более глубокий цвет указывает на большую региональную сигнализацию. Линия представляет функциональную связность, с сплошной линией, указывающей зрелую связь, и пунктирной линией, указывающей ...

Эта модель согласуется с предыдущими ^21–24 в том, что он обеспечивает основу для нелинейных перегибов, наблюдаемых в поведении с детства до взрослой жизни, из-за более раннего созревания подкорковых проекций относительно менее зрелых верхних префронтальных. В частности, триадная модель ²¹ предлагает, чтобы мотивированное поведение состояло из трех различных нейронных схем (подход, избегание и регуляция). Система подхода в значительной степени контролируется вентральным стриатом, системой избегания миндалевидной системы и, наконец, регуляторной системой префронтальной коры ²⁵, Текущая модель в значительной степени отличается от других тем, что она основана на эмпирических свидетельствах изменений мозга не только при переходе от подросткового возраста к взрослой жизни, в отрочество с детства и позже из отрочество во взрослую жизнь. Более того, модель не предполагает, что стриатум и миндалина являются специфическими для подхода и избегания поведения, учитывая недавние исследования, свидетельствующие о валентной независимости этих структур ²⁶, а скорее являются системами, которые важны для выявления мотивационных и эмоционально релевантных сигналов в окружающей среде, которые могут приводить к смещению поведения. В этом обзоре мы описываем самые последние данные исследований поведенческих и человеческих изображений подросткового возраста в контексте нашей модели, которая иллюстрирует переход от детства к взрослой жизни.

Фенотипическая характеристика подросткового возраста

Способность противостоять искушению в пользу долгосрочных целей - это форма когнитивного контроля. Предполагалось, что упущения в этой способности лежат в основе развития рискованного поведения подростков ²⁷, Когнитивный контроль, включающий сопротивление искушению или задержку немедленного удовлетворения, изучался в контексте социальной, развивающей и когнитивной психологии. С точки зрения развития, эта способность была измерена путем оценки того, как долго малыш может противостоять немедленной награде (например, cookie) в пользу более крупной награды позже (например, два куки) ²⁸, Хотя индивидуумы различаются по этой способности, даже будучи взрослыми, исследования в области развития предлагают окна развития, когда человек может быть особенно восприимчив к соблазнам. Эта способность была описана как форма импульсного управления ²⁹ и он многогранен ^{30, 31}, но могут быть оперативно определены как способность осуществлять целенаправленное поведение перед лицом существенных, конкурирующих входов и действий ³².

Исторически, исследования в области развития показали постоянное улучшение потенциала когнитивного контроля от младенчества до взрослой жизни ³³, Это наблюдение подтверждается многочисленными поведенческими доказательствами экспериментальных парадигм в контролируемых лабораторных условиях, включая такие парадигмы, как задача Go-NoGo, задача Саймона и парадигмы переключения задач, которые требуют от участников переопределить препотентный ответ для достижения правильного ^{32, 34}, Однако, когда выгодно подавлять ответ на связанные с стимулом сигналы, когнитивный контроль страдает ²⁰, Этот сниженный контроль особенно заметен в период подросткового возраста, когда субоптимальный выбор в отношении поведения, связанного с сексуальным и лекарственным воздействием ^{3, 11, 12, 14}, Эти наблюдения предполагают, что траектории развития в когнитивном контроле сложны и могут модулироваться эмоционально заряженными или усиливающими контекстами (например, социальными и сексуальными взаимодействиями), в которых потребности в когнитивном контроле взаимодействуют с мотивационными дисками или процессами.

Мотивация может модулировать когнитивный контроль как минимум двумя способами. Во-первых, вознаграждение за выполнение по заданной задаче может заставить людей работать усерднее и в конечном итоге работать лучше, чем когда не вознаграждается ¹⁷, Во-вторых, способность осуществлять контроль может быть поставлена ​​под сомнение, когда это необходимо для подавления мыслей и действий в отношении аппетитных сигналов ²⁰, Недавние исследования развития подростков начали сравнивать способность когнитивного контроля в относительно нейтральных и мотивационных контекстах. Эти исследования показывают изменение чувствительности к экологическим сигналам, особенно вознаграждение в разных точках развития, и предлагают уникальное влияние мотивации на познание в подростковые годы.

В следующем разделе мы освещаем некоторые из последних исследований того, как поведение подростков по-разному смещается в эмоционально заряженных контекстах по отношению к взрослым.

Например, Эрнст и его коллеги ^{35, 36} исследовали производительность по антисаккадной задаче с обещанием финансового вознаграждения за точную работу над некоторыми испытаниями, но не с другими. Результаты показали, что обещание вознаграждения облегчило поведение подросткового когнитивного контроля больше, чем для взрослых, результат, который был воспроизведен ¹⁷ и недавно был распространен на социальные награды (например, счастливые лица ²⁰).

Хотя предыдущие примеры предоставляют примеры повышения производительности в подростковом возрасте с помощью стимулов, вознаграждение также может снизить производительность при подавлении ответов на награды, которые приводят к большому выигрышу. Например, используя задачу азартных игр, в которой обратная связь с вознаграждением была предоставлена ​​сразу же при принятии решений («горячие» испытания, которые усиливали вызванное заданием аффективное возбуждение) или удерживались до принятия решения («холодные» преднамеренные судебные процессы принятия решений), Figner и его коллеги ³⁷ показали, что подростки делают непропорционально более рискованные азартные игры по сравнению со взрослыми, но только в «горячем» состоянии. Используя аналогичную задачу, Задача Айова по азартным играм, Кауфман и ее коллеги ³⁸ показали, что эта чувствительность к вознаграждениям и стимулам на самом деле достигает пика в подростковом возрасте с постоянным увеличением от позднего детства до подросткового возраста тенденции играть с более выгодными колодами карт, а затем последующим снижением от позднего подросткового возраста до взрослой жизни. Эти данные иллюстрируют криволинейную функцию, ориентированную примерно между 13 и 17, а затем уменьшающуюся ²⁷, В то время как предыдущие результаты с задачей Айова-азартных игр показали линейное увеличение производительности с возрастом ³⁹, эти исследования не смотрели на возраст непрерывно и не рассматривали только испытания с выгодными колодами карт.

Недавние исследования показали, что социальные контексты, в частности сверстники, могут также служить мотивационным сигналом и могут уменьшать когнитивный контроль в подростковом возрасте. Было показано, что степень, в которой подростки-подростки используют вещества, прямо пропорциональна количеству алкоголя или незаконных веществ, которые сами подросток будет использовать ⁴⁰, Используя имитацию вождения, Гарднер и его коллеги ⁴¹ показали, что подростки принимают более рискованные решения в присутствии сверстников, чем в одиночку, и что эти рискованные решения линейно уменьшаются с возрастом ^{23, 40}.

В совокупности эти исследования показывают, что в подростковом возрасте мотивационные сигналы потенциальной награды особенно важны и могут привести к повышению эффективности, если они предоставляются в качестве усиления или вознаграждения, но к более рискованным выборам или субоптимальным вариантам, если они предоставляются в качестве кий. В последнем случае мотивационный сигнал может уменьшить эффективное целенаправленное поведение. Кроме того, эти исследования показывают, что чувствительность к вознаграждениям и восприятию чувствительности отличается от импульсивности с очень разными шаблонами развития (криволинейная функция по сравнению с линейной функцией, соответственно). Это различие еще более очевидно в недавнем исследовании, проведенном Steinberg et al. ⁴² используя самоотчетные меры по поиску ощущений и импульсивности. Они тестировали, развиваются ли часто сконструированные конструкции ощущения и импульсивности по разным расписаниям почти у людей 1000 в возрасте от 10 и 30. Результаты показали, что различия в ощущениях с возрастом следуют криволинейной схеме, причем пики в поисках ощущения возрастают между 10 и 15 годами и снижаются или остаются стабильными после этого. Напротив, возрастные различия в импульсивности следуют линейной схеме, с уменьшением импульсивности с возрастом линейным образом (см. Рисунок 2 панель А). Эти данные вместе с результатами лабораторных исследований свидетельствуют о повышенной уязвимости к риску в подростковом возрасте », возможно, объясняется сочетанием относительно более высоких склонностей для поиска волнения и относительно незрелых возможностей для самоконтроля, характерных для этого периода развития» ⁴².

Рисунок 2

Иллюстрация различных курсов развития для сенсации и импульсивности. Панель А. Сюжет сенсации и импульсивности в зависимости от возраста (адаптирован из ⁴²). Панельная панель B. Участок закономерностей активности в областях мозга, чувствительных к вознаграждению ...

Нейробиология подросткового возраста

Как показано в нашей модели подросткового возраста, двумя ключевыми регионами, вовлеченными в когнитивное и мотивационное поведение, являются префронтальная кора, которая, как известно, важна для когнитивного контроля ⁴³ и стриатум, критический для обнаружения и изучения новых и полезных сигналов в окружающей среде ⁴⁴, Мы освещаем недавнюю работу по визуализации животных и человека с нейробиологическими изменениями, поддерживающими эти мотивационные и когнитивные системы в процессе развития в контексте предыдущих поведенческих данных о развитии чувствительности и импульсивности. Мы используем ранее описанную модель дисбаланса линейного развития верхних вниз префронтальных областей относительно криволинейной функции для развития восходящих полосатых областей, участвующих в обнаружении значительных сигналов в окружающей среде, чтобы обосновать результаты. Важна важность изучения схем, а не конкретных региональных изменений, особенно в рамках фронтографических схем, которые лежат в основе различных форм целевого поведения. Эта перспектива отвлекает поле от изучения того, как каждый регион созревает в изоляции от того, как они могут взаимодействовать в контексте взаимосвязанных цепей.

Семенная животная и человеческая работа показала, как полосатые и префронтальные области коры формируют целенаправленное поведение ^{7, 27, 37, 38, 44}. Использование однокомпонентных записей у обезьян, Пасупати и Миллера ⁴⁵ продемонстрировало, что при гибком изучении набора непредвиденных расходов вознаграждения очень ранняя деятельность в полосатом теле является основой ассоциаций, основанных на вознаграждениях, тогда как более поздние более привлекательные префронтальные механизмы задействованы для поддержания поведенческих результатов, которые могут оптимизировать наибольшую прибыль, эти результаты имеют были воспроизведены в исследованиях поражения ^46–48, Роль полосатого тела в раннем временном кодировании непредвиденных обстоятельств вознаграждения до начала активации в префронтальных областях также была распространена на людей ⁴⁹, Эти данные свидетельствуют о том, что понимание взаимодействия между регионами (наряду с их компонентными функциями); в рамках фронтографической схемы имеет решающее значение для разработки модели когнитивного и мотивационного контроля в подростковом возрасте.

Фундаментальные схемы подвергаются значительной проработке в подростковом возрасте ^50–53 которые особенно драматичны в системе допамина. Пики плотности допаминовых рецепторов, D1 и D2 в полосатом полотне возникают в раннем возрасте в подростковом возрасте, за которыми следует потеря этих рецепторов молодым взрослым ^54–56, Напротив, префронтальная кора не показывает пиков в плотности D1 и D2 рецепторов до позднего подросткового возраста и молодости ^{57, 58}, Подобные изменения в развитии были показаны в других системах, связанных с наградами, включая каннабиноидные рецепторы ⁵⁹, Остается неясным, как изменения в дофаминовых системах могут относиться к мотивированному поведению, так как противоречия остаются в отношении того, модулирует ли чувствительность восприятия допаминными системами (например, ^{60, 61}) и является ли это результатом менее активных или гиперчувствительных систем допамина (например, ^{62, 63}). Однако, учитывая драматические изменения в богатых дофамином схемах в подростковом возрасте, это, вероятно, связано с изменениями чувствительности к вознаграждениям, отличным от детства или взрослой жизни ^{50, 64}, Помимо значительных изменений в дофаминовых рецепторах, также наблюдаются драматические гормональные изменения, которые происходят в подростковом возрасте, которые приводят к половой зрелости, и влияют на функциональную активность в фронтостриальных цепях ⁶⁵, однако подробное обсуждение выходит за рамки настоящего документа, см. ^{66, 67} для подробных обзоров по этому вопросу.

Исследования в области визуализации человека начали оказывать поддержку в укреплении связей между богатыми дофаминами фронтографическими схемами. Используя изображение тензора диффузии и функциональный магнитный резонанс (fMRI), Кейси и его коллеги ^{68, 69} и другие ⁷⁰ продемонстрировали большую прочность в дистальных соединениях внутри этих схем в процессе развития и соединили прочность между префронтальной и стриатальной областями с возможностью эффективно взаимодействовать с когнитивным контролем у типично и атипично развивающихся индивидуумов ^{68, 69}, Эти исследования иллюстрируют важность передачи сигналов внутри кортикостриальных схем, которые поддерживают способность эффективно заниматься когнитивным контролем.

Аналогичным образом, имеются данные о человеческих функциональных исследованиях нейровизуализации о том, как взаимодействуют подкорковые системы, такие как стриатум и префронтальная кора, для возникновения рискованного поведения, наблюдаемого у подростков ⁷¹, Большинство исследований изображений были сосредоточены на одном или других регионах, показывающих, что префронтальная кора, которая, как полагают, поддерживает возрастные улучшения в когнитивном контроле ^72–78 подвергается отсроченному созреванию ^{4, 79, 80} в то время как полосатые области, чувствительные к новизне и вознаграждениям, развиваются раньше ^{74, 81}, Несколько групп показали, что подростки демонстрируют повышенную активацию вентрального полосатого тела в ожидании и / или получении вознаграждений по сравнению со взрослыми ^{6, 15, 17, 18}, но другие сообщают о гипочувствительности ⁸².

Одним из первых исследований, посвященных изучению процессов, связанных с наградами, по всему спектру развития от детства до взрослой жизни был завершен Галван и его коллегами ⁶ в 6 до 29 летних. Они показали, что вентральная полосатая активация чувствительна к различным величинам денежного вознаграждения ⁴⁹ и что этот ответ был преувеличен в подростковом возрасте по отношению к детям и подросткам ⁶ (См. Рисунок 3), что указывает на увеличение сигнала ⁶ или более устойчивой активации ⁸³, В отличие от узоров в брюшном половом органе, в предральных областях орбитальной области, за последние годы наблюдалось затяжное развитие (Рисунок 2b).

Рисунок 3

Вентральная стриатальная активность для вознаграждения и ассоциации с риском. Локализация вентрального полосатого тела в осевой плоскости (левая панель), которая активируется с наградой (средняя панель) и коррелирует с риском (правая панель) (адаптирована из ^{6, 16})

Но как это усиление передачи сигналов в брюшном полосатом теле связано с поведением? В последующем исследовании Гальван и его коллеги ¹⁶ исследовали связь между активностью в брюшном полосатом теле с крупным денежным вознаграждением с мерами индивидуального восприятия риска и импульсивности. Анонимные рейтинговые шкалы самооценки рискованного поведения, восприятия риска и импульсивности были приобретены в ее образце от 7 до 29 летних. Galvan et al. показали положительную связь между вентральной стригальной активностью и большим вознаграждением и вероятностью участия в рискованном поведении (см. Рисунок 3) Эти данные согласуются с исследованиями взрослых, показывающими вентральную полосатую деятельность с рискованным выбором ^{84, 85}.

Ван Лейенхорст и его коллеги подтвердили связь между рискованным поведением подростков и их восприимчивостью к вознаграждению, определяемой повышенной реакцией вентрального полосатого тела. ¹⁸ протестировали эту ассоциацию, используя азартные игры. Задача включала азартные игры с низким уровнем риска с высокой вероятностью получения небольшого денежного вознаграждения и азартных игр с высоким риском с меньшей вероятностью получения большего денежного вознаграждения. Результаты fMRI подтвердили, что выбор высокого риска был связан с вентральной полосатой рекрутингом, тогда как выбор низкого риска был связан с активацией в вентральной медиальной префронтальной коре. Эти данные согласуются с гипотезой о том, что рискованное поведение в подростковом возрасте связано с дисбалансом, вызванным различными траекториями развития подкоркового вознаграждения и префронтальными зонами регуляции мозга, соответствующими нашей нейробиологической модели подросткового возраста.

Хотя, по-видимому, существует связь между рискованным поведением и вентральной полосатой активацией, в исследовании Гальвана ¹⁶ не сообщалось о корреляции между вентральной полосатой активностью с импульсивностью. Скорее, оценки импульсивности были сопоставлены с возрастом, что согласуется с многочисленными исследованиями визуализации, показывающими линейное развитие с возрастом при префронтальной рекрутинге коры в ходе задач управления импульсом ^{7, 75, 77} (и посмотреть отзывы ^{34, 86}). Более того, недавние исследования показали, что оценки импульсивности обратно коррелируют с объемом вентральной медиальной префронтальной коры в образце здоровых мальчиков (7-17yrs) ⁸⁷, Наконец, исследования клинических популяций, характеризующиеся проблемами импульсивности, такими как ADHD, демонстрируют нарушенный импульсный контроль и снижение активности в префронтальных областях по сравнению с контролем, ^{88, 89} но не показывают повышенных ответов на стимулы ⁹⁰.

Эти результаты обеспечивают нейробиологическую эмпирическую поддержку для диссоциации конструкций, связанных с чувствительностью к риску и повышенной чувствительности, от импульсивности, при которой первая показывает криволинейную структуру, а вторая - линейную (см. Рисунок 2 B). Таким образом, выбор и поведение подростков не могут быть объяснены импульсивностью или затяжным развитием префронтальной коры. Скорее, мотивационные подкорковые области должны быть рассмотрены, чтобы выяснить, почему поведение подростков отличается не только от взрослых, но и от детей. Таким образом, вентральный стриатум, по-видимому, играет роль в уровнях возбуждения ^{82, 91} и положительный аффект ¹⁵ при получении вознаграждений, а также склонности к поиску сенсаций и риску ^{16, 91}, Что еще более важно, эти данные показывают, что в подростковом возрасте некоторые люди могут быть более склонны к рискованному поведению из-за изменений в развитии в согласии с изменчивостью предрасположенности данного индивида к рискованному поведению, а не к простым изменениям в импульсивности.

Научная область, которая получила меньше внимания, определяет, как когнитивный контроль и мотивационные системы взаимодействуют в процессе развития. Как упоминалось ранее, Эрнст и его коллеги ^{35, 36} показали, что обещание денежного вознаграждения облегчает поведение подросткового когнитивного контроля больше, чем для взрослых. Geier et al. ¹⁷ недавно идентифицировали нейронные субстраты этой когнитивной регуляции с использованием варианта антисаккадной задачи при функциональной визуализации головного мозга. У подростков и взрослых испытания, для которых были поставлены деньги, ускорили работу и способствовали точности, но этот эффект был больше у подростков. После того, как следующий тест будет вознагражден, подростки проявили преувеличенную активацию в брюшном полосатом теле, готовясь к последующему выполнению антисаккаста. Преувеличенный ответ наблюдался у подростков в префронтальных областях вдоль предцентральной борозды, что важно для контроля движений глаз, что также указывает на повышательную регуляцию в контрольных областях.

Вознаграждения, как было предложено выше, могут усиливать, а также уменьшать целенаправленное поведение. Наблюдение за тем, что подростки подвергаются большему риску, когда появляются аппетитные реплики против отсутствующих во время азартных игр, делает это (например, ³⁷). В недавнем исследовании изображений ²⁰, Somerville et al. идентифицировали нейронные субстраты понижающей регуляции областей контроля с аппетитными сигналами. Somerville et al. испытуемых детей, подростков и взрослых, в то время как они выполняли задачу «голого» с аппетитными социальными подсказками (счастливые лица) и нейтральными репликами. Выполнение задачи на нейтральные сигналы постоянно улучшалось с возрастом по этой задаче импульсного контроля. Однако на испытаниях, для которых индивидууму пришлось противостоять приближающимся аппетитным сигналам, подростки не смогли показать ожидаемое возрастающее улучшение. Это снижение производительности в подростковом возрасте сопровождалось усилением активности в полосатом теле. И наоборот, активация в нижней лобной извилине была связана с общей точностью и показала линейную картину изменения с возрастом для испытаний nogo versus go. В совокупности эти данные предполагают преувеличенное вентральное полосатое представление аппетитных сигналов у подростков в отсутствие зрелого когнитивного контроля.

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что, хотя подростки как группы считаются участниками риска ⁴¹, некоторые подростки будут более склонны к другим, чтобы участвовать в рискованном поведении, ставя их в потенциально больший риск для отрицательных результатов. Эти данные подчеркивают важность рассмотрения индивидуальной изменчивости при изучении сложных отношений между мозгом и поведением, связанных с риском и импульсивностью в популяциях развития. Кроме того, эти индивидуальные различия и различия в развитии могут помочь объяснить уязвимость некоторых лиц к риску, связанным с употреблением психоактивных веществ, и, в конечном счете, зависимость ⁶⁴.

Использование и злоупотребление наркотиками у подростков

Подросток отмечает период повышенного эксперимента с наркотиками и алкоголем ⁹², причем алкоголь является наиболее злоупотребляемым незаконными веществами подростками ^{11, 93, 94}, Раннее использование этих веществ, таких как алкоголь, является надежным предиктором более поздней зависимости и злоупотребления ⁹⁵, Учитывая рост зависимости от алкоголя между подростковым и взрослым, что не имеет себе равных на любой другой стадии развития ⁹⁶, мы фокусируемся преимущественно на выборочном обзоре здесь о его использовании и злоупотреблениях у подростков и мотивационных свойствах.

Было показано, что алкоголь, а также другие виды злоупотребления, включая кокаин и каннабиноиды, обладают усиливающими свойствами. Эти вещества влияют на передачу мезолимбического дофамина с острой активацией нейронов в фронтальной лимбической цепи, богатой дофамином, включая вентральную полосатую полоску ^97–99, Как предложил Хардин и Эрнст (2009) ⁹², использование этих веществ может усугубить уже усиленный вентральный стриатум, приводящий к усилению или усилению арматурных свойств лекарственного средства. Робинсон и Берридж ^{61, 63, 100} предположили, что эти наркотики злоупотребления могут «захватить» системы, связанные с лекарственными стимулами, такими как вентральный стриатум, таким образом, регулируя верхние области префронтального контроля.

Большинство эмпирических работ по употреблению алкоголя подростками было проведено у животных с учетом этических ограничений при проведении таких исследований у подростков-подростков. Животные модели этанола также дают наибольшее доказательство дифференцированного воздействия алкоголя у подростков по сравнению со взрослыми и согласуются с данными, полученными от людей, имеющих относительную нечувствительность к эффектам этанола. Копье и его коллеги показали, что подростки-подростки по сравнению со взрослыми менее чувствительны к социальным, двигательным, седативным, острой абстиненции и «похмельным эффектам» этанола ^101–103, Эти результаты значительны в том смысле, что многие из этих эффектов служат сигналом для ограничения потребления у взрослых ¹¹, Аналогичным образом, в то же время, когда подростки нечувствительны к сигналам, которые могут помочь ограничить потребление алкоголя, положительное влияние алкоголя, такое как социальное облегчение, может дополнительно способствовать употреблению алкоголя ¹⁰⁴, Наиболее рискованное поведение людей, включая злоупотребление алкоголем, происходит в социальных ситуациях ²³, потенциально подталкивая подростков к более широкому использованию алкоголя и наркотиков, когда это поведение оценивается их сверстниками.

Как мозг изменен при употреблении алкоголя и злоупотреблениях в подростковом возрасте по сравнению со взрослыми? В то время как подростки могут быть менее чувствительными к некоторым поведенческим эффектам алкоголя, они, по-видимому, более чувствительны к некоторым нейротоксическим эффектам ⁹⁴, Например, физиологические исследования (например, ¹⁰⁵) показывают большее индуцированное этанолом ингибирование NMDA-опосредованных синаптических потенциалов и долгосрочное потенцирование в срезах гиппокампа у подростков, чем у взрослых. Повторное воздействие интоксикационных доз этанола также приводит к большему дефициту памяти, зависящему от гиппокампа ^{106, 107} и длительное воздействие этанола связано с увеличением размера дендритного позвоночника ¹⁰⁸, Эти последние данные о дендритных изменениях позвоночника свидетельствуют о модификации схем мозга, которые могут стабилизировать привыкание к поведению ⁹⁴.

Данные исследований изображений головного мозга предоставляют параллельные доказательства у людей о нейротоксическом воздействии алкоголя на мозг. В ряде исследований сообщается о измененной структуре и функционировании мозга у зависимых от алкоголя или подростков подростков и молодых людей по сравнению с здоровыми людьми. Эти исследования показывают меньшие лобные и гиппокампальные объемы, измененную микроструктуру белого вещества и более низкую память ^109–113, Более того, эти исследования показывают положительные ассоциации между объемами гиппокампа и возрастом первого употребления ¹⁰⁹ что ранний подростковый возраст может быть периодом повышенного риска для нейротоксических эффектов алкоголя. Длительность, которая отрицательно коррелировала с объемом гиппокампа, может усугубить этот эффект.

В настоящее время только в нескольких исследованиях изучена функциональная активность мозга для стимулов, связанных с лекарственными средствами или алкоголем (например, изображения алкоголя) у подростков ¹¹⁴, хотя это область будущих исследований (см. ¹¹⁵). Исследования групп высокого риска (например, семейная зависимость от алкогольной зависимости) свидетельствуют о том, что нарушения функции фронтального развития проявляются до воздействия на наркотики (например, ^{116, 117}) и может предсказать более позднее употребление психоактивных веществ ^{118, 119}, Однако в раннем поведенческом исследовании влияния алкоголя в 8 на 15 летних мальчиков с низким и высоким семейным риском ¹²⁰, наиболее значительным показанием было мало, если бы наблюдалось какое-либо поведенческое изменение или проблема при испытании интоксикации - даже после того, как дозы, опьяняющие во взрослой популяции, наблюдались. Эти нейротоксические эффекты вместе с повышенной чувствительностью к мотивационным эффектам алкоголя и доказательством более низкого префронтального контроля сверху вниз, даже до воздействия на наркотики ¹¹⁶ может установить долгосрочный курс злоупотребления алкоголем и наркотиками задолго до юности ^{118, 119}.

Выводы

Вместе описанные исследования подтверждают мнение о развитии подросткового мозга, которое характеризуется напряжением между ранними появляющимися системами «снизу вверх», которые выражают преувеличенную реактивность к мотивационным стимулам и более поздние созревающие области «коллаборации» сверху вниз. Эта система снизу вверх, которая связана с чувством и стремлением к риску, постепенно теряет свои конкурентные преимущества с постепенным появлением регулирования «сверху вниз» (например, ^{2, 7, 15, 23, 64, 121–123}). Этот дисбаланс между этими развивающимися системами в подростковом возрасте может привести к повышенной уязвимости к рискованным поведением и повышенной восприимчивости к мотивационным свойствам веществ, злоупотребляющих наркотиками.

В этом обзоре представлены поведенческие, клинические и нейробиологические данные для диссоциации этих подкортико-кортикоидных систем. Поведенческие данные из лабораторных заданий и рейтингов самореакции, которыми управляют дети, подростки и взрослые (например, ^{18, 20, 37, 42}) предполагают криволинейное развитие ощущения с максимальным перегибом примерно между 13 и 17 годами, тогда как импульсивность уменьшается через развитие линейным образом от детства до молодой взрослой жизни. Исследования изображений человека показывают образцы активности в подкорковых областях мозга, чувствительных к вознаграждению (вентральный стриатум), которые параллельны поведенческим данным. В частности, они показывают криволинейную структуру развития в этих регионах, а величина их ответа связана с рискованными поведением. Напротив, префронтальные области, важные в регуляции поведения сверху вниз, демонстрируют линейную закономерность развития, которая параллельна тем, которые наблюдаются в поведенческих исследованиях импульсивности. Более того, клинические расстройства с проблемами управления импульсом демонстрируют меньшую префронтальную активность, еще более увязывая нейробиологические субстраты с фенотипической конструкцией импульсивности.

Напряженность между подкорковыми областями относительно предфронтальных областей коры в течение этого периода может служить в качестве возможного механизма наблюдаемого повышенного риска, включая использование и злоупотребление алкоголем и наркотиками. Большинство подростков пробовали алкоголь ⁹³, но это не обязательно приводит к злоупотреблениям. Лица с меньшим регулированием сверху вниз могут быть особенно восприимчивы к алкоголю и злоупотреблению психоактивными веществами, как это предлагается в исследованиях групп высокого риска с ухудшением функции фронтального функционирования перед употреблением алкоголя и наркотиков (например, ^{116, 117}). В контексте нашей нейробиологической модели подросткового возраста у этих людей был бы еще больший дисбаланс в кортико-подкорковом контроле. Эти данные также согласуются с клиническими данными в популяциях СДВГ, которые проявляют сниженную префронтальную активность и в четыре раза чаще развивают расстройство употребления психоактивных веществ по сравнению со здоровыми средствами контроля ¹²⁴, Этот дисбаланс в кортико-подкорковом контроле будет еще более усугубляться нечувствительностью подросткового возраста к двигательному и седативному воздействию алкоголя, что в противном случае может помочь ограничить потребление, а положительное влияние алкоголя на социальное облегчение, которое может дополнительно способствовать употреблению алкоголя ¹⁰⁴, Как показал Стейнберг и его коллеги ^{23, 41}, наиболее рискованное поведение, в том числе злоупотребление алкоголем и наркотиками, происходит в социальных ситуациях. Таким образом, употребление алкоголя и наркотиков может поощряться и поддерживаться сверстниками, когда это поведение оценивается.

Одной из проблем в работе, связанной с зависимостью, является разработка биобезопасных маркеров для раннего выявления риска злоупотребления психоактивными веществами и / или оценки результатов вмешательств / лечения. Наши результаты показывают, что поведенческие проблемы, которые требуют как когнитивного контроля при наличии заманчивых аппетитных сигналов, могут быть полезными потенциальными маркерами. Пример таких поведенческих анализов включает задачи азартных игр с высоким и низким уровнем риска или «горячие» и «холодные» условия, описанные в этом обзоре ^{18, 37} или простые задачи управления импульсом, которые требуют подавления ответа на аппетитную / соблазнительную реплику ²⁰, Эти задачи напоминают о задаче задержки удовлетворения, разработанной Mischel ¹²⁵, Фактически, производительность по простым задачам управления импульсом, например, у подростков и взрослых, связана с их работой в качестве малышей на задаче задержки удовлетворения ^{28, 29}, Мишель и его коллеги продемонстрировали высокий уровень стабильности и прогностической ценности этой задачи в более поздней жизни. Что касается злоупотребления психоактивными веществами, они показали, что способность откладывать удовлетворение как малыша, предсказала меньше злоупотребления психоактивными веществами (например, кокаина) позже в жизни ¹²⁶, В нашей текущей работе мы начинаем использовать комбинацию этих задач для определения нейронных субстратов этой способности для дальнейшего понимания потенциальных факторов риска злоупотребления психоактивными веществами.

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что, хотя подростки в качестве группы рассматриваются как риск- ⁴¹, некоторые подростки будут более склонны к другим, чтобы участвовать в рискованном поведении, ставя их в потенциально больший риск для отрицательных результатов. Тем не менее, риск может быть довольно адаптивным в правильной среде. Поэтому вместо того, чтобы пытаться устранить подростковое поведение, связанное с риском, которое не было успешным предприятием на сегодняшний день ²³, более конструктивная стратегия может заключаться в обеспечении доступа к рискованным и увлекательным видам деятельности (например, после школьных программ с закрытием стен в стенах) в контролируемых условиях и ограничению возможностей для риска риска. Поскольку подростковый мозг является отражением опыта, с помощью этих безопасных возможностей для риска, подросток может сформировать долгосрочное поведение путем тонкой настройки связей между областями управления сверху вниз и приводами снизу вверх с зрелостью этой схемы. Другими успешными стратегиями являются когнитивные поведенческие методы лечения, которые фокусируются на навыках отказа или когнитивном контроле, чтобы уменьшить рискованное поведение ¹²⁷, Выводы подчеркивают важность рассмотрения индивидуальной изменчивости при изучении сложных отношений между мозгом и поведением, связанных с риском и импульсивностью в популяциях развития. Кроме того, эти индивидуальные различия и различия в развитии могут помочь объяснить уязвимость некоторых лиц к риску, связанным с употреблением психоактивных веществ и, в конечном счете, зависимостью.

Благодарности

Рекомендации