Роль полового созревания в развивающемся подростковом мозге (2010)

Hum Brain Mapp. 2010 June; 31(6): 926-933.

Опубликован онлайн 2010 Май 3. DOI:  10.1002 / hbm.21052
PMCID: PMC3410522
Сара-Джейн Блакемор,1,* Стефани Бернетт,1,2 и Рональд Е Даль3

Абстрактные

Подростковый возраст относится к периоду физического и психологического развития между детством и взрослой жизнью. Начало юношеского возраста слабо связано с наступлением половой зрелости, что приводит к драматическим изменениям в уровне гормонов и ряду последующих физических изменений. Начало полового созревания также связано с глубокими изменениями в побуждениях, мотивации, психологии и социальной жизни; эти изменения продолжаются в течение подросткового периода. Растет число исследований, связанных с нейровизуализацией, в которых рассматривается развитие мозга как структурно, так и функционально в подростковом возрасте. Почти все эти исследования определили развитие по хронологическому возрасту, который показывает сильную, но не унитарную корреляцию с пубертатной стадией. Очень немногие исследования нейровизуализации связывают развитие мозга с пубертатной стадией, и тем не менее имеются предварительные данные, свидетельствующие о том, что половое созревание может играть важную роль в некоторых аспектах развития мозга и когнитивного развития. В этой статье мы описываем это исследование и предлагаем, чтобы в будущем в исследованиях подросткового возраста в области нейровизуализации развивалась роль половой зрелости. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Ключевые слова: половая зрелость, подростковый возраст, развитие, гормоны, префронтальная кора
Перейти к:

ВВЕДЕНИЕ

Подростковый возраст - это период физического, когнитивного и социального созревания между детством и взрослой жизнью [Lerner and Steinberg, 2004; Сиск и Фостер, 2004]. Начало юношеского возраста происходит в начале полового созревания и поэтому характеризуется резкими изменениями уровней гормонов и внешнего вида (включая быстрый физический рост, изменения в структуре лица и появление вторичных половых признаков). В течение того же интервала подростки испытывают многочисленные изменения в социальных, академических и других воздействиях окружающей среды и, как правило, вступают в стадию глубокого психологического перехода. Говорят, что конец подросткового возраста наступает, когда человек достигает стабильной взрослой роли, и к этому времени большинство пубертатных переходов будет завершено, по крайней мере, в промышленно развитых странах [Choudhury, 2010; Лернер и Штейнберг, 2004]. В подростковом возрасте происходят изменения в структуре и функции мозга. Половые диморфизмы во многих из этих изменений предполагают возможные отношения к половой зрелости.

Относительно мало известно о связи между половым созреванием и развитием нервной системы у людей. Тем не менее, многочисленные данные исследований, проведенных на животных, показывают, что гормональные события полового созревания оказывают глубокое влияние на созревание и поведение мозга [Cahill, 2006; Сиск и Фостер, 2004; Копье, 2000]. Эти изменения формируют восприятие, мотивации и поведенческий репертуар человека, обеспечивая репродуктивное поведение и независимость [Sato et al., 2008]. В последние годы небольшое, но растущее число исследований поведения человека и нейровизуализации, в том числе в популяциях с эндокринными нарушениями, предоставило предварительные доказательства того, что пубертатные гормоны могут влиять на структуру и функцию развивающегося человеческого мозга.

Перейти к:

КИЩА: НАЧАЛО ПОДРОСТКА

Ранний подростковый возраст характеризуется изменениями в организме в результате полового созревания, которое включает три эндокринных события: адренарх, гонадарх и активацию оси роста [Dorn, 2006; Копье, 2000]. Гонадарх, который часто считается половым созреванием, представляет собой биологический процесс, начинающийся с активации оси гипоталамус-гипофиз-гонад и заканчивающийся достижением репродуктивной компетентности. Этот процесс обычно начинается между возрастами 8 и 14 у женщин (средний возраст 11) и между возрастами 9 и 15 у мужчин (средний возраст 12), в ответ на пульсирующий выброс гонадотропин-рилизинг-гормона (GnRH) из гипоталамуса, который стимулирует гипофизарную выработку лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ). ЛГ и ФСГ активируют изменения созревания в половых железах (яичники или яички), которые отвечают за достижение репродуктивной способности (производство гамет). Созревающие яичники и яички также выделяют гонадные стероиды эстроген и тестостерон соответственно. Это увеличение гонадных стероидов, в свою очередь, вызывает дополнительные изменения в репродуктивных органах и появление вторичных половых признаков [Susman and Rogol, 2004].

Адренах, или активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси, часто начинается раньше, чем гонадарх, как правило, в возрасте от шести до девяти лет у женщин и через год у мужчин [Dorn, 2006; Грумбах и Стайн, 2003. Адреналовые андрогены (более слабые формы гонадного тестостерона) начинают повышаться в начале адренарха и продолжают расти, пока не достигнут пика в ранних 20 [Worthman and Stallings, 1997]. Это повышение уровня надпочечниковых андрогенов способствует развитию вторичных половых признаков, таких как подмышечные и лобковые волосы, и изменения потовых желез / запаха тела. Возможно, что адренархе также вызывает эффекты созревания, которые начинаются до периода, обычно рассматриваемого как подростковый возраст; Однако эти эффекты не совсем понятны [Дорн, 2006].

Третьим гормональным событием, которое происходит во время полового созревания, является активация оси роста, приводящая к линейному скачку роста в возрасте около 12 у девочек и 14 у мальчиков, а также изменениям в размерах тела и составе [Marshall and Tanner, 1969, 1970].

Перейти к:

ГОРМОНАЛЬНЫЕ ВЛИЯНИЯ НА МОЗГ И ПОВЕДЕНИЕ

Стероидные гормоны гонад, эстроген и тестостерон, а также их более слабые аналоги надпочечников, влияют на внешний вид тела. Они также влияют на мозг и поведение. Предполагается, что эти эффекты происходят через два относительно различных процесса: организацию и активацию [Schulz et al., 2009; Сиск и Фостер, 2004]. Организационные эффекты возникают до и в перинатальном периоде, когда у мужчин возникают волны тестостерона, маскулинизирующие и дезинфицирующие нервные цепи, и отсутствие тестостерона приводит к фенотипу нервной системы у женщин. Активирующие эффекты возникают в период полового созревания, поскольку стероидные гормоны гонад действуют на бездействующие нервные цепи, вызывая репродуктивное поведение взрослых в контексте; недавняя модернизация этой дихотомии предполагает, что гормональные события полового созревания также организуют нейронные цепи для социального и репродуктивного поведения взрослых [Schulz et al., 2009; Сиск и Фостер, 2004]. Действительно, основываясь на результатах исследований на нечеловеческих животных, предполагается, что гормональные события полового созревания запускают второй период структурной перестройки и пластичности в мозге [Sisk and Foster, 2004]. У людей, однако, очень мало понимания специфических взаимосвязей между половым созреванием и развитием мозга подростков.

Исследования на животных показывают, что половые стероидные гормоны оказывают три основных влияния на поведение в период полового созревания через определенные структуры мозга. Первый эффект - это облегчение непосредственного репродуктивного поведения, которое происходит главным образом через гипоталамус. Второй эффект заключается в реорганизации сенсорных и ассоциативных областей мозга, включая зрительную кору головного мозга [Nunez et al., 2002], миндалина и гиппокамп [Хеббард и др., 2003; Ромео и Сиск, 2001; см. также Shen et al., 2010]. Это приводит к измененным сенсорным ассоциациям, например, к запаху или виду потенциальных сексуальных партнеров или конкурентов [Sisk and Foster, 2004], что может способствовать некоторым изменениям внимания и мотивации в период полового созревания. Третий эффект половых гормонов происходит через связанные с наградами структуры мозга, такие как прилежащее ядро, и дофаминергические пути к префронтальной коре. Эти эффекты необходимы для создания сильной мотивации для поиска репродуктивных возможностей. Например, в прилежащем ядре грызунов в пубертатном периоде возрастает увеличение уровня тестостерона в нервных цепях, что влияет на мотивацию к поведению, ориентированному на вознаграждение, включая сексуальное поведение [Sato et al., 2008]. Возможно, что гормоны адренархеля (DHEA и DHEAS) начинают оказывать аналогичное воздействие на мозг и поведение до начала гонадархии, но эти эффекты плохо изучены. Совершенно очевидно, что необходимы дополнительные исследования, посвященные самым ранним стадиям полового созревания / надпочечников, чтобы лучше понять эти аспекты полового созревания и развития и поведения мозга у подростков [см. Dorn, 2006; для обсуждения.

Перейти к:

ИЗМЕРЕНИЕ БУМАГИ В ИССЛЕДОВАНИИ РАЗВИТИЯ МОЗГОВОГО ПОДРОСТКА

Относительно мало известно о специфических изменениях полового созревания в развитии человеческого мозга. Продвижение понимания в этих областях потребует тщательного внимания на двух уровнях: концептуальном и методологическом. Концептуально это потребует разработки и уточнения моделей развития мозга у подростков, в которых рассматриваются конкретные аспекты полового созревания (например, специфические гормоны), которые причинно связаны с конкретными аспектами изменений головного мозга и поведения. Методологически, это потребует исследований, которые разработаны с отбором образцов и мер полового созревания, которые позволяют проверить эти конкретные гипотезы. Поскольку возраст и пубертатное созревание часто коррелируют (и возраст легко измеряется с большой точностью и достоверностью, в то время как период полового созревания часто оценивается с помощью грубых категориальных мер, которые нелегко проверить), необходимы исследования с проектами, которые явно разделяют половой возраст и возраст эффекты (например, подбор образцов того же возраста и уровня, но различающихся по половому созреванию, а затем повторное исследование в продольном направлении).

Эти цели поднимают ряд вопросов, касающихся того, как измерить конкретные аспекты полового созревания в исследованиях на людях. Во-первых, половое созревание не является ни кратким событием, ни унитарным явлением, но вместо этого включает в себя несколько различных, но временно перекрывающихся процессов, которые продолжаются в течение нескольких лет [Dorn, 2006]. Как описано ранее, эти процессы включают в себя активацию надпочечников, гонад и систем гормонов роста, а также различные прямые и косвенные эффекты, от всплесков роста до изменения самооценки. Поэтому наиболее подходящая мера полового созревания будет частично зависеть от конкретного вопроса исследования в каждом исследовании.

Обычно используемая мера полового созревания - стадия Таннера. Постановка Таннера классифицирует индивидуумов по порядковой шкале полового созревания от 1 до 5 на основе развития волос на лобке и груди у женщин и развития волос на лобке и половых органов у мужчин [Tanner, 1971; Таннер и Уайтхаус, 1976]. Постановка загара с помощью физического осмотра должна проводиться квалифицированным врачом. Есть несколько ограничений для постановки Таннер. Шкала была разработана с учетом одной этнической группы (могут быть межэтнические различия) и относительно небольшой выборки детей 200. Девочки с избыточным весом имеют тенденцию к неправильной постановке из-за зависимости постановки от развития груди, которая может быть ошибочно переоценена при чисто визуальном осмотре. Несмотря на эти ограничения, постановка Таннера исторически считалась золотым стандартом для измерения половой зрелости [Dorn, 2006].

В свете вышеупомянутых опасений можно ожидать, что стадия Таннера при физикальном осмотре может быть с пользой дополнена гормональными анализами, поскольку они измеряют гормоны надпочечников и гонад (или выброса надпочечников / гонад) перед их внешними физическими эффектами. Гормональные анализы могут быть все более полезными для измерения половой зрелости в будущем; однако в настоящее время неясно, каким образом измерения гормонов должны сочетаться (или использоваться в сочетании с) с другими показателями, такими как стадии Таннера [см. Shirtcliffe et al., 2009]. Есть и другие практические вопросы, касающиеся гормональных мер, включая стоимость, нагрузку на субъекта и тот факт, что уровни различных половых гормонов колеблются в месячных и циркадных циклах. Было проведено небольшое исследование, сравнивающее уровни гормонов в разных биологических образцах (слюна, кровь, моча) с оцененными клиницистом стадиями Таннера [см. Dorn, 2006; Ширтклифф и др., 2009], поэтому неясно, сколько веса следует уделить уровням гормонов. На концептуальном уровне, например, некоторые нейроповеденческие изменения в период полового созревания могут быть прямым результатом повышения уровня гормонов в определенных нервных системах во время развития мозга у подростков (и, таким образом, лучше всего измеряться с помощью гормональных мер), тогда как другие нейроповеденческие изменения могут отражать более сложные влияния (например, изменения в социальном опыте, которые более непосредственно связаны с физическими изменениями и социальными ролями и лучше связаны со стадиями Таннера, чем любые конкретные изменения гормонов).

Постановка загара путем медицинского осмотра квалифицированным врачом может вызвать практические проблемы, касающиеся целесообразности и удобства. Часто это лучше всего сделать в контексте краткого экзамена на здоровье. Таким образом, постановка Таннера может быть частью обычного обследования физического здоровья и, следовательно, не должна быть связана с какими-либо стигмами или этическими проблемами (помимо обычной проверки физического здоровья). Однако стоимость (время врача, специальное помещение и оборудование для физического обследования и объяснение процедур для подростка и его семьи) может сделать это непрактичным для многих научных исследований. Поэтому важно рассмотреть альтернативные способы количественной оценки полового созревания, такие как оценки с помощью анкеты самоотчета. Относительно большое количество исследований оценивали самооценку (или оценку родителей) стадии Таннера с использованием шкалы развития Петерсена [PDS; Петерсен и др., 1988]. Это вопросник, который включает элементы, оценивающие рост волос, изменения кожи и рывок роста, с элементами, специфичными для пола, такими как менархе и развитие груди у женщин, а также рост гениталий и волос на лице у мужчин. Таким образом, PDS измеряет сложный балл полового созревания, который включает эффекты надпочечников и гормонов роста, а также гормонов гонад. Корреляции с оцененной клиницистом стадией Таннера не особенно высоки: одно исследование выявило корреляцию между 0.61 и 0.67 у девочек 11-13 для самоотчета PDS [Brooks-Gunn et al., 1987; корреляции еще ниже для PDS родительского отчета; см. Shirtcliffe et al. 2009]. Степень, в которой эти относительно низкие корреляции связаны с неточной самооценкой или с различными конструкциями, такими как различные эффекты надпочечников / роста по сравнению с гонадными гормонами, должна быть оценена. PDS можно использовать с осторожностью для оценки стадии Таннера, когда физическое обследование невозможно. Однако, если вопрос исследования не касается уровней гормонов и стадии Таннера, а вместо этого относится к самооценке и самосознанию или к стадии полового созревания по сравнению со сверстниками, можно утверждать, что PDS является наиболее релевантной мерой [см. Дорн , 2006 для обсуждения. Таким образом, исследователи должны подробно рассмотреть вопрос о том, какой аспект полового созревания наиболее актуален для их исследовательского вопроса, и соответственно выбрать показатели полового созревания (и общий дизайн исследования).

Перейти к:

ИЗМЕРЕНИЕ МОБИЛЬНОСТИ И СТРУКТУРНОГО МОЗГА КАК ИЗМЕРИТЬ МРТ

Появление неинвазивных методов визуализации мозга, в частности магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволило исследовать развитие мозга живого человека. Изменения в развитии, которые были определены с помощью МРТ, включают изменения в количестве серого и белого вещества и изменения в микроструктуре белого вещества.

Развитие подростковой серой материи

Количество серого вещества коры головного мозга (его плотность, объем и толщина) изменяется в детском и подростковом возрасте в зависимости от региона и преимущественно нелинейно [Giedd et al., 1999; Шоу и др., 2008; Соуэлл и др., 1999; Тамнес и др., 2009; см. например, Блейкмор, 2008 для рассмотрения]. На большей части кортикальной поверхности развитие серого вещества соответствует траектории развития в форме перевернутой буквы U, первоначально увеличиваясь в объеме в детстве, достигая пика в подростковом возрасте и постепенно снижаясь во взрослом возрасте. Серое вещество состоит из клеточных тел, дендритов и немиелинизированных аксонов нейронов, а также глиальных клеток и капилляров. Следовательно, и на основе данных гистологических образцов [например, Huttenlocher, 1979] было высказано предположение, что траектория развития объема серого вещества в форме перевернутой U, наблюдаемая при МРТ-исследованиях человека, обусловлена ​​дендритным ростом и синаптогенезом, за которым следует синаптическая обрезка [например, Giedd et al., 1999]. Ранняя статья Giedd et al. [1999] показал этот перевернутый U-образный паттерн развития серого вещества через лобные, височные и теменные доли коры, хотя не все последующие исследования обеспечили четкую репликацию этого паттерна (например, Shaw et al., 2008; Тамнес и др., 2009). У Giedd и соавт. Лобные и теменные доли достигли пикового объема серого вещества в возрасте 11 у девочек и 12 у мальчиков, прежде чем подвергнуться расширенной последовательности истончения во взрослую жизнь. Возрасты, в которых наблюдались эти пики в объеме серого вещества, соответствуют сексуально-диморфному возрасту начала гонадархии, что свидетельствует о возможных взаимодействиях между гормонами полового созревания и развитием серого вещества. Другие исследования МРТ показали постепенное появление половых диморфизмов в период полового созревания с увеличением объема миндалины в период полового созревания только у мужчин и увеличением объема гиппокампа только у женщин [Lenroot et al., 2007; Neufang et al., 2009]. Таким образом, возможно, что нейроанатомическое развитие в определенных областях мозга более тесно связано с половым созреванием, чем в других областях мозга. Однако в этих исследованиях не было получено прямых показателей половой зрелости.

Роль полового созревания в развитии серой материи

В последние годы в ряде исследований МРТ у подростков более детально исследованы взаимосвязи между структурным развитием мозга, полом и половым созреванием. Исследование структурной МРТ у подростков Peper et al. [2009b] показали доказательства положительной связи между уровнями тестостерона и глобальной плотностью серого вещества у мужчин (а не у женщин), в то время как у женщин была отрицательная связь между уровнями эстрадиола и как глобальной, так и региональной плотностью серого вещества. Можно ли воспроизвести эти гендерные различия и действительно ли они характерны для региона, еще неизвестно. В других местах были получены данные о влиянии пубертатных мер на специфические особенности региона и пола на структурные измерения головного мозга. Например, Neufang et al. [2009] исследовал взаимосвязь между объемом серого вещества, гендером и половыми показателями у участников в возрасте 8 – 15. В пубертатный период были оценены врачом стадии Таннера и плазменные концентрации гонадотропных (ЛГ, ФСГ) и гонадных (тестостерон, эстроген) гормонов. Независимо от пола, была положительная связь между половыми показателями (стадия Таннера и тестостерон) и объемом серого вещества в миндалине, и отрицательная связь между этими показателями и объемом гиппокампа. Кроме того, имелись специфические для пола эффекты: у женщин отмечалась положительная связь между уровнем эстрогена и серым веществом лимба, а у мужчин - отрицательная связь между тестостероном и серым веществом теменной коры. Все эти выводы являются предварительными и требуют тиражирования, но они представляют собой важный первый шаг в этой новой области исследований.

Развитие подросткового белого вещества

Многие исследования МРТ показывают устойчивое линейное увеличение глобального объема белого вещества между детством и юностью, при этом это увеличение замедляется и стабилизируется во взрослом возрасте [Giedd et al., 1999; Тамнес и др., 2009]. Это увеличение отличается между полами в подростковом возрасте, причем у мужчин значительно возрастает возрастное увеличение объема белого вещества по сравнению с женщинами [например, Perrin et al., 2008, 2009]. Увеличение объема белого вещества было связано с прогрессирующей возрастной аксональной миелинизацией, наблюдаемой в гистологических образцах [Benes et al., 1994; Яковлев и Лекурс, 1967] или, альтернативно, к увеличению аксонального калибра [Paus et al., 2008].

В дополнение к изменениям в объеме белого вещества, исследования показали параллельные изменения в микроструктуре белого вещества. Фракционная анизотропия (ФА) является мерой МРТ, описывающей степень, до которой диффузия молекул воды в мозге является анизотропной (не равной во всех направлениях). Считается, что высокие значения FA, показанные в исследованиях диффузионно-тензорной визуализации (DTI) -MRI, отражают растущую организацию трактов белого вещества вследствие процессов, включая миелинизацию. Исследования последовательно показывают увеличение ФА в подростковом возрасте, например, в лобных долях [Barnea-Goraly et al., 2005]. На сегодняшний день исследования не показали доказательств сексуально-диморфных траекторий развития ФА.

Другой мерой МРТ, которая использовалась для развития, является коэффициент переноса миелина [MTR: Perrin et al., 2008, 2009]. MTR предоставляет информацию о макромолекулярном содержании (например, содержании миелина) ткани белого вещества. В отличие от ФА, имеются данные о сексуально-диморфных траекториях развития МТР. В частности, было показано, что MTR снижается с возрастом в подростковом возрасте только у мужчин [Perrin et al., 2008, 2009]. Было высказано предположение, что это уменьшение MTR отражает увеличение аксонного калибра, поскольку чем больше калибр, тем меньше аксонов поместится в одну и ту же единицу измеряемого объема, и это приведет к относительному уменьшению количества миелина [Paus et al. , 2008]. Остаются вопросы относительно этих интригующих находок с использованием MTR: например, возникают ли эти половые различия до или исключительно в подростковом возрасте.

Роль полового созревания в развитии белой материи

Траектории развития белого вещества различаются в зависимости от пубертатных мер. Одно исследование сообщило о положительной взаимосвязи между концентрацией ЛГ и плотностью белого вещества в возрасте девяти лет; это соотношение не различалось между полами [Peper et al., 2009a]. Тем не менее, было показано, что в подростковом возрасте траектории развития объема белого вещества, а также MTR различаются между полами. Недавние исследования Perrin et al. [2008, 2009] исследовали, может ли это различие быть связано с гормонами полового созревания ниже по течению от ЛГ. Perrin et al. [2008] исследовали связь между уровнями экспрессии гена, кодирующего рецептор андрогена (тестостерона), и развитием белого вещества у мужчин. Результаты показали, что отклонения в траекториях развития белого вещества у мужчин действительно связаны с уровнями экспрессии генов, что позволяет предположить, что эффекты тестостерона могут быть ответственны за сексуально-диморфные отношения между возрастом и объемом белого вещества. В Perrin et al. [2009] были представлены доказательства полового диморфизма в механизме, лежащем в основе увеличения объема белого вещества у подростков.

Таким образом, ряд исследований показал, что гонадотропные и гонадные половые гормоны влияют на структурное развитие мозга. Необходима дальнейшая работа для изучения механизмов, лежащих в основе специфичности региона и полового диморфизма в отношениях между гормонами полового созревания и развитием мозга. Наконец, в исследованиях, проведенных до настоящего времени, не исследовались возможные взаимосвязи между временем наступления пубертатных событий и структурным развитием мозга; это область для будущих исследований.

Перейти к:

РОЛЬ ПУБЛИЧНОСТИ В КОГНИТИВНОМ РАЗВИТИИ

Лишь небольшое количество эмпирических поведенческих исследований было сосредоточено на влиянии полового созревания на определенный когнитивный процесс. Некоторые из ранних исследований были посвящены обработке лица. Исследование Carey et al. [1980] показали, что, хотя производительность в задаче распознавания лиц неуклонно улучшалась в течение первого десятилетия жизни, за этим последовало снижение производительности примерно в возрасте 12. Это снижение может быть связано с половым созреванием, а не с возрастом как таковым, поскольку более позднее исследование показало, что женщины в середине полового созревания показали худшие результаты в период до или после полового созревания, когда эти группы были сопоставимы по возрасту. Совсем недавно были получены данные о половом созревании при обработке эмоций на лице [McGivern et al., 2002]. В этом исследовании участники мужского и женского пола в возрасте 10 – 17 выполнили задачу «сопоставить с образцом», в которой лица, показывающие эмоциональные выражения, были сопоставлены со словами эмоций. Увеличение времени реакции примерно на 10 – 20% было показано в возрасте, примерно соответствующем началу полового созревания (возраст 10 – 11 лет у женщин, 11 – 12 у мужчин), которое затем снижалось в подростковом возрасте, достигая уровней препубертата в возрасте 16– 17. Тем не менее, это исследование не оценивало стадию полового созревания. Эти результаты должны теперь быть воспроизведены, например, с более точными гормональными показателями половой зрелости и с использованием когорт по продольной оценке. Дальнейшие исследования должны также выяснить, являются ли эти результаты специфичными для обработки лица, или являются более общим эффектом когнитивного развития у подростков.

Влияние половых гормонов на когнитивные функции

Существуют доказательства того, что гормоны могут оказывать различное влияние на поведение в период полового созревания, чем в зрелом возрасте. Например, модель вызова ассоциаций тестостерон-агрессия предполагает, что, хотя уровни тестостерона увеличиваются в период полового созревания, агрессивное поведение не демонстрирует какой-либо простой связи с тестостероном в подростковом возрасте [Archer, 2006]. Скорее, из исследований на людях и нечеловеческих приматах появляются доказательства того, что тестостерон повышает мотивацию для достижения более высокого статуса, но конкретные эффекты на поведение зависят от социального контекста и контекста развития. Важно подчеркнуть сложность этих вопросов, то есть мы находимся на очень раннем этапе интеграции исследований на животных (где можно разработать эксперименты для выяснения специфических гормональных воздействий на конкретные нейронные системы) и исследований на людях для решения важных, но сложные вопросы, касающиеся когнитивных, эмоциональных и мотивационных изменений, непосредственно связанных с половым созреванием [см. Даль и Гуннар, 2009, для дальнейшего обсуждения некоторых клинических последствий и последствий для общественного здравоохранения.

Тем не менее, есть несколько областей сближения, вытекающих из исследований в этой области, которые выделяют многообещающие области прогресса. Например, появляется все больше свидетельств того, что подростковые изменения в поиске ощущений могут включать в себя некоторые специфические изменения в период полового созревания и могут дать новое понимание риска для подростков. Поиск ощущений является одним из факторов, способствующих развитию рискованного поведения, и он более вероятен в подростковом возрасте, чем в любой другой период времени [например, Арнетт и Балле-Дженсен, 1993]. По-видимому, склонность к поиску ощущений сильнее связана с половым созреванием, чем с возрастом [Spear, 2000]. Одно из первых исследований, которое продемонстрировало специфическую связь между поиском ощущений и половым созреванием, было сосредоточено на подростках в узком возрастном диапазоне 11 – 14 лет. Мальчики и девочки с более развитым пубертатным развитием имели более высокие оценки по поиску ощущений и большему употреблению наркотиков [Martin et al., 2002]. Совсем недавно Штейнберг и Монахан2007] обнаружили доказательства того, что анализ поиска ощущений из более широкой конструкции импульсивности (которая иногда экспериментально путается с поиском ощущений) показывает перевернутую U-образную траекторию развития, достигающую пика во время полового созревания и значительно связанную с показателями полового созревания у мальчиков. Даль и Гуннар [2009, для дальнейшего обсуждения] сообщили о более широком диапазоне аффективных изменений, связанных с половым созреванием, например эмоций в ответ на социальные ситуации.

Таким образом, лишь в немногих исследованиях исследовалась связь между половым созреванием и когнитивным развитием, и эта область будет интересной для будущих исследований.

Перейти к:

РОЛЬ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ В ФУНКЦИОНАЛЬНОМ РАЗВИТИИ МОЗГА, ИЗМЕРЕННАЯ ФМРТ

Очень небольшое количество функциональных исследований нейровизуализации, проведенных до настоящего времени, включало измерения половой зрелости. Тем не менее, ряд исследований функциональной МРТ у взрослых и подростков показывает наличие гендерных различий в нервной деятельности в ряде когнитивных парадигм (полный обзор этих результатов выходит за рамки данной статьи). Некоторые гендерные различия могут быть связаны с пренатальными эффектами половых гормонов, независимыми от полового созревания эффектами генов, кодируемых на половых хромосомах, или с гендерно-специфическими воздействиями окружающей среды на протяжении всей жизни. Тем не менее, некоторые из этих эффектов могут быть связаны с половым созреванием. Эти эффекты могут быть опосредованы воздействием на нейронно-гемодинамическое взаимодействие, организационным или активационным воздействием на нейронную отзывчивость, влиянием на когнитивную обработку или косвенными влияниями пубертатных переходов на когнитивную обработку посредством стереотипов и идентичности. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить эти возможные отношения.

Несколько исследований МРТ были проведены в популяциях с эндокринными нарушениями. Хотя результаты трудно интерпретировать в отношении типичного полового созревания и подросткового возраста (эти популяции гормонально ненормальны до наступления полового созревания), они предоставляют сходящиеся доказательства того, что детерминанты или корреляты полового созревания влияют на функциональную активность мозга. Например, исследование МРТ, проведенное Mueller et al. [2009] сравнивали активность мозга во время задачи по обработке эмоций на лице у подростков мужского пола с семейным гиперандрогенизмом (вызывающим избыток тестостерона в раннем возрасте). По сравнению с контрольной группой в группе с избытком тестостерона отмечалась повышенная активность гиппокампа во время обработки страха, а также более быстрые поведенческие реакции на лица с выражением страха. В исследовании МРТ, проведенном Ernst et al. [2007], семь мужчин и семь девочек-подростков с врожденной гиперплазией надпочечников (что приводит к избытку тестостерона) в утробе матери) сравнивались с контролем по возрасту и полу в аналогичной задаче по обработке эмоций на лице. В отличие от исследования Mueller et al., В гиппокампе не было отмечено различий между группами. Тем не менее, в женской клинической группе была повышенная активность миндалины во время обработки страха и гнева по сравнению с женской контрольной группой. Повышенная активность миндалины в женской клинической группе была сходна с таковой в контрольной группе мужчин, что свидетельствует о опосредующем эффекте тестостерона.

Перейти к:

Заключение

Половое созревание представляет собой период глубокого перехода с точки зрения побуждений, эмоций, мотивации, психологии и социальной жизни. Недавние предварительные данные исследований МРТ в области развития показали, что стадия полового созревания может играть важную роль в развитии мозга подростков, возможно, в большей степени, чем хронологический возраст. Необходимы дальнейшие исследования поведения и нейровизуализации, в которых принимаются точные и надежные показатели полового созревания, чтобы пролить свет на то, как гормоны полового созревания влияют на развитие структуры и функции мозга. Ясно, что очень важно достичь лучшего понимания взаимосвязей между мозгом, познанием, поведением и половым созреванием. Тем не менее, эти цели потребуют концептуальных и методологических достижений, направленных на то, как наилучшим образом интегрировать различные пубертатные меры в исследования развития подросткового мозга и поведенческого созревания.

Перейти к:

Благодарности

SJB - научный сотрудник Университета Королевского общества. SB был профинансирован в аспирантуре программы Wellcome Trust 4 в области неврологии в Калифорнийском университете.

Перейти к:

Ссылки

  • Арчер Дж. Тестостерон и агрессия человека: оценка гипотезы вызова. Neurosci Biobehav Rev. 2006;30: 319-345. [PubMed]
  • Арнетт Дж., Балле-Йенсен Л. Культурные основы рискованного поведения: датские подростки. Детский Dev. 1993;64: 1842-1855. [PubMed]
  • Барнеа-Горали Н., Менон В., Эккерт М., Тамм Л., Баммер Р., Карчемский А., Дант С. К., Рейсс А. Л.. Развитие белого вещества в детстве и подростковом возрасте: исследование сечения диффузионной тензорной визуализации. Cereb Cortex. 2005;15: 1848-1854. [PubMed]
  • Benes FM, Turtle M, Khan Y, Farol P. Миелинизация ключевой релейной зоны в формировании гиппокампа происходит в мозге человека в детстве, юности и взрослой жизни. Arch Gen Psychiatry. 1994;51: 477-484. [PubMed]
  • Blakemore SJ. Социальный мозг в подростковом возрасте. Природа Rev Neurosci. 2008;9: 267-277. [PubMed]
  • Брукс-Ганн Дж., Уоррен депутат, Россо Дж., Гарджуло Дж. Достоверность самооценки показателей полового созревания девочек. Детский Dev. 1987;58: 829-841. [PubMed]
  • Кэхилл Л. Почему секс важен для неврологии. Nat Rev Neurosci. 2006;7: 477-484. [PubMed]
  • Кэри С., Даймонд Р., Вудс Б. Развитие распознавания лиц - компонент созревания. Dev Psychol. 1980;16: 257-269.
  • Чоудхури С. Выращивание мозга у подростков: чему может научиться нейронаука из антропологии? Soc Cogn Affect Neurosci. 2010 [Epub перед печатью]
  • Даль Р.Э., Гуннар М.Р. Повышенная стрессоустойчивость и эмоциональная реактивность в период полового созревания: значение для психопатологии. Dev Psychopathol. 2009;21: 1-6. [PubMed]
  • Дорн Л.Д. Измерение половой зрелости. Здоровье J Adolesc. 2006;39: 625-626. [PubMed]
  • Эрнст М, Махеу Ф.С., Шрот Е., Хардин Дж, Голан Л.Г., Камерон Дж, Аллен Р., Хольцер С., Нельсон Е., Пайн Д.С., Мерке Д.П. Функция миндалевидного тела у подростков с врожденной гиперплазией надпочечников: модель для изучения ранних стероидных аномалий. Neuropsychologia. 2007;45: 2104-2113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Giedd JN, Blumenthal J, Jeffries NO, Castellanos FX, Liu H, Zijdenbos A, Paus T, Evans AC, Rapoport JL. Развитие мозга в детском и подростковом возрасте: продольное МРТ исследование. Nat Neurosci. 1999;2: 861-863. [PubMed]
  • Грумбах М.М., Стайн Д.М. Половое созревание: онтогенез, нейроэндокринология, физиология и расстройства. В: Уилсон Д.Д., Фостер Д.В., Кроненберг Х.М., Ларсен П.Р., редакторы. Уильямс Учебник по эндокринологии. 9th изд. Филадельфия, Пенсильвания: WB Saunders; 1998. С. 1509 – 1625.
  • Хеббард ПК, Кинг Р.Р., Малсбери CW, Харли CW. Два организационных эффекта пубертатного тестостерона у самцов крыс: преходящая социальная память и сдвиг от LTP после столбняка в гиппокампе CA1. Опыт Neurol. 2003;182: 470-475. [PubMed]
  • Huttenlocher PR. Синаптическая плотность в лобной коре головного мозга - Изменения в развитии и эффекты старения. Brain Res. 1979;163: 195-205. [PubMed]
  • Ленрут Р.К., Гогтай Н., Гринштейн Д.К., Уэллс Е.М., Уоллес Г.Л., Класен Л.С., Блюменталь Д.Д., Лерх Дж, Зиденбос А.П., Эванс А.С., Томпсон П.М., Джидд Дж.Н. Половой диморфизм траекторий развития головного мозга в детском и подростковом возрасте. NeuroImage. 2007;36: 1065-1073. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Лернер Р.М., Стейнберг Л., редакция. Справочник по подростковой психологии. 2 и ред. Р. М. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley; 2004.
  • Marshall WA, Tanner JM. Вариации в характере половых изменений у девочек. Arch Dis Child. 1969;44: 291-303. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Marshall WA, Tanner JM. Вариации в характере пубертатных изменений у мальчиков. Arch Dis Child. 1970;45: 13-23. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Martin CA, Kelly TH, Rayens MK, Brogli BR, Brenzel A, Smith WJ, et al. В подростковом возрасте употребление сенсаций, полового созревания, никотина, алкоголя и марихуаны. J Am Acad Child Adoles Psychiatr. 2002;41: 1495-1502.
  • МакГиверн Р.Ф., Андерсен Дж., Берд Д., Муттер К.Л., Рейли Дж. Когнитивная эффективность при сопоставлении с образцом задания снижается в начале полового созревания у детей. Мозг Cogn. 2002;50: 73-89. [PubMed]
  • Мюллер С.К., Манделл Д., Лешек Е.В., Пайн Д.С., Мерке Д.П., Эрнст М. Ранний гиперандрогенизм влияет на развитие функции гиппокампа: предварительные данные исследования функциональной магнитно-резонансной томографии у мальчиков с преждевременной половой зрелостью у семейных мужчин. J Child Adolesc Psychopharmacol. 2009;19: 41-50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Neufang S, Specht K, Hausmann M, Güntürkün O, Herpertz-Dahlmann B, Fink GR, Konrad K. Половые различия и влияние стероидных гормонов на развивающийся мозг человека. Кора головного мозга. 2009;19: 464-473. [PubMed]
  • Nunez JL, Huppenbauer CB, McAbee MD, Jurasaka JM, DonCarlos LL. Экспрессия андрогенных рецепторов в развивающейся зрительной и префронтальной коре самцов и самок крыс. J Neurobiol. 2003;56: 293-302. [PubMed]
  • Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Почему многие психические расстройства возникают в подростковом возрасте? Nat Rev Neurosci. 2008;9: 947-957. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Перрин Дж. С., Леонард Г., Перрон М., Пайк Г. Б., Питиот А., Ричер Л., Вейлетт С., Паусова З., Паус Т. Рост белого вещества в мозгу подростка: роль тестостерона и андрогенного рецептора. J Neurosci. 2008;28: 9519-9524. [PubMed]
  • Peper JS, Brouwer RM, Schnack HG, van Baal GC, van Leeuwen M, van den Berg SM, Delemarre-Van de Waal HA, Boomsma DI, Kany RS, Hulshoff Pol HE. Сексуальные стероиды и структура мозга у половых мальчиков и девочек. Психонейроэндокринология. 2009a;34: 332-342. [PubMed]
  • Пепер Дж.С., Шнак Х.Г., Брауэр Р.М., Ван Бааль Г.С., Петри Е., Секей Е., Ван Леувен М., Ван ден Берг С.М., Коллинз Д.Л., Эванс А.С., Боомсма Д.И., Кан Р.С., Хулсофф Пол Х.Е. Наследственность региональной и глобальной структуры мозга в начале полового созревания: исследование магнитно-резонансной томографии у пар близнецов 9-лет. Hum Brain Mapp. 2009b;30: 2184-2196. [PubMed]
  • Перрин Дж. С., Леонард Г., Перрон М., Пайк Г. Б., Питиот А., Ричер Л., Вейлетт С., Паусова З., Паус Т. Половые различия в росте белого вещества в подростковом возрасте. NeuroImage. 2009;45: 1055-1066. [PubMed]
  • Петерсен А.К., Крокетт Л., Ричардс М., Боксер А. Самооценка показателя пубертатного статуса: надежность, достоверность и исходные нормы. J Youth Adolesc. 1988;17: 117-133.
  • Romeo RD, Sisk CL. Пубертатная и сезонная пластика в миндалине. Brain Res. 2001;889: 71-77. [PubMed]
  • Sato SM, Schulz KM, Sisk CL, Wood RI. Подростки и андрогены, рецепторы и награды. Хорм Бехав. 2008;53: 647-658. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Schulz KM, Molenda-Figueira HA, Sisk CL. Назад в будущее: организационно-активирующая гипотеза, адаптированная к половому созреванию и юности. Хорм Бехав. 2009;55: 597-604. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Шоу П., Кабани Н.Дж., Лерх Дж.П., Экстранд К, Ленрут Р., Гогтай Н., Гринштейн Д., Класен Л., Эванс А., Рапопорт Д.Л., Гиедд Д.Н., Мудрый С.П. Нейроразвитие траектории коры головного мозга человека. J Neurosci. 2008;28: 3586-3594. [PubMed]
  • Shirtcliff Е.А., Даль Р.Э., Поллак С.Д. Пубертатное развитие: соответствие между гормональным и физическим развитием. Детский Dev. 2009;80: 327-337. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Сиск С.Л., Фостер Д.Л. Нервные основы полового созревания и юности. Nat Neurosci. 2004;7: 1040-1047. [PubMed]
  • Соуэлл Э.Р., Томпсон П.М., Холмс С.Дж., Джерниган Т.Л., Тога А.В. Свидетельства in vivo для созревания после подросткового мозга в лобной и полосатой областях. Nat Neurosci. 1999;2: 859-861. [PubMed]
  • Копье LP. Подростковый мозг и возрастные поведенческие проявления. Neurosci Biobehav Rev. 2000;24: 417-463. [PubMed]
  • Steinberg L, Monahan K. Возрастные различия в сопротивлении влиянию сверстников. Dev Psychol. 2007;43: 1531-1543. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Сусман Э.Дж., Роголь А. Половое созревание и психологическое развитие. В кн .: Лернер Р.М., Стейнберг Л., редакторы. Справочник по подростковой психологии. 2 и ред. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley; 2004. С. 15 – 44.
  • Tamnes CK, Ostby Y, Fjell AM, Westlye LT, Due-Tønnessen P, Walhovd KB. Созревание мозга в подростковом и молодом возрасте: региональные возрастные изменения толщины коры, объема и микроструктуры белого вещества. Cereb Cortex. 2010;20: 534-548. [PubMed]
  • Таннер JM. Последовательность, темп и индивидуальные различия в росте и развитии мальчиков и девочек в возрасте от двенадцати до шестнадцати лет. Дедал. 1971;100: 907-930.
  • Tanner JM, Whitehouse RH. Клинические продольные стандарты для роста, веса, скорости роста, скорости веса и стадий полового созревания. Арк Болезнь Детства. 1976;51: 170-179. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Worthman CM, Stallings JF. Гормональные измерения в образцах пятен крови уколом пальца. Новые полевые методы для репродуктивной эндокринологии. Am J Phys Anthropol. 1997;104: 1-21. [PubMed]
  • Яковлев П.И., Лекурс А.Р. Миелогенетические циклы регионарного созревания головного мозга. В: Минковский А., редактор. Региональное развитие мозга в молодости. Оксфорд: Blackwell Scientific; 1967. С. 3 – 70.