Úloha puberty v rozvíjajúcom sa dospievajúcom mozgu (2010)

abstraktné

ÚVOD

Adolescencia je obdobie fyzického, kognitívneho a sociálneho dozrievania medzi detstvom a dospelosťou [Lerner a Steinberg, ²⁰⁰⁴; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Začiatok dospievania sa objavuje okolo začiatku puberty a je preto poznačený dramatickými zmenami v hladinách hormónov a vo fyzickom vzhľade (vrátane rýchleho fyzického rastu, zmien štruktúry tváre a výskytu sekundárnych sexuálnych charakteristík). V rovnakom intervale dospievajúci zaznamenávajú početné zmeny v sociálnych, akademických a iných environmentálnych vplyvoch a typicky vstupujú do štádia hlbokého psychologického prechodu. Koniec dospievania sa vyskytuje vtedy, keď jednotlivec dosiahne stabilnú dospelú úlohu, kedy bude väčšina pubertalných prechodov dosiahnutá, prinajmenšom v industrializovaných krajinách [Choudhury, ²⁰¹⁰; Lerner a Steinberg, ²⁰⁰⁴]. V priebehu dospievania dochádza k zmenám v štruktúre a funkcii mozgu. Sexuálne dimorfizmy v mnohých z týchto zmien naznačujú možné vzťahy k pubertu.

Relatívne málo je známe o vzťahu medzi pubertou a nervovým vývojom u ľudí. Avšak množstvo dôkazov z štúdií na zvieratách, ktoré sa uskutočnili na zvieratách, naznačuje, že hormonálne udalosti puberty majú výrazný vplyv na zrelosť mozgu a správanie [Cahill, ²⁰⁰⁶; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴; kopije, ²⁰⁰⁰]. Tieto zmeny formujú vnímanie, motiváciu a behaviorálny repertoár jednotlivca, čo umožňuje reprodukčné správanie a nezávislosť [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. V posledných rokoch malý, ale rastúci počet štúdií ľudského správania a neuroimagingu vrátane populácií s endokrinnými poruchami poskytol predbežný dôkaz, že pubertalné hormóny môžu ovplyvniť štruktúru a funkciu rozvíjajúceho sa ľudského mozgu.

ŠKODSTVO: ZAČIATOK ADOLESCENCE

Skoré dospievanie sa vyznačuje zmenami tela v dôsledku puberty, ktoré sa skladajú z troch endokrinných udalostí: adrenarche, gonadarche a aktivácia osi rastu [Dorn, ²⁰⁰⁶; kopije, ²⁰⁰⁰]. Gonadarche, ktorý sa často považuje za pubertu ako taký, je biologický proces, ktorý začína aktiváciou hypotalamo-hypofyzárno-gonádovej osi a končí sa dosiahnutím reprodukčnej kompetencie. Tento proces sa zvyčajne začína medzi vekom 8 a 14 rokov u žien (priemerný vek 11) a medzi vekmi 9 a 15 u mužov (priemerný vek 12) ako reakcia na pulzujúce uvoľňovanie hormónu uvoľňujúceho gonadotropín (GnRH) z hypotalamu, stimuluje tvorbu hypofýzy luteinizačného hormónu (LH) a folikuly stimulujúceho hormónu (FSH). LH a FSH aktivujú zrakové zmeny v gonadách (vaječníkoch alebo semenníkoch), ktoré reagujú dosiahnutím reprodukčnej kapacity (produkujúc gaméty). Zrelé vaječníky a semenníky tiež vylučujú gonádové steroidy estrogén a testosterón. Toto zvýšenie gonadálnych steroidov spúšťa ďalšie zmeny v reprodukčných orgánoch a výskyt sekundárnych sexuálnych charakteristík (Susman a Rogol, ²⁰⁰⁴].

Adrenache alebo aktivácia osi hypotalamus-hypofýza-nadobličky často začínajú skôr ako gonadarche, zvyčajne medzi šiestimi a deviatimi u žien a o rok neskôr u mužov [Dorn, ²⁰⁰⁶; Grumbach a Styne, 2003]. Adrenálne androgény (slabšie formy gonadálneho testosterónu) sa začínajú zvyšovať na začiatku adrenarche a naďalej sa zvyšujú, až kým nedosiahnu vrchol v časných 20s [Worthman a Stallings, ¹⁹⁹⁷]. Tieto zvýšenia adrenálnych androgénov prispievajú k vývoju sekundárnych sexuálnych charakteristík, ako sú axilárne a ochlpenie, a zmeny v zápachu tela / telesného pachu. Je pravdepodobné, že adrenarche tiež dáva vznik maturitných účinkov, ktoré začínajú pred obdobím, ktoré sa zvyčajne považuje za dospievanie; tieto účinky však nie sú dobre pochopené [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Tretia hormonálna udalosť, ku ktorej dochádza počas puberty, spočíva v aktivácii osi rastu, čo vedie k lineárnemu nárastu rastu okolo veku 12 u dievčat a veku 14 u chlapcov, ako aj k zmenám veľkosti a zloženia tela [Marshall a Tanner, ^{1969, 1970}].

HORMONÁLNE ÚČINKY NA BRAIN A SPRÁVANIE

Gonádové steroidné hormóny estrogén a testosterón, ako aj ich slabšie adrenálne náprotivky, ovplyvňujú fyzický vzhľad tela. Ovplyvňujú tiež mozog a správanie. Tieto účinky sa predpokladajú, že sa vyskytujú prostredníctvom dvoch relatívne odlišných procesov: organizácia a aktivácia [Schulz a kol., ²⁰⁰⁹; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Organizačné účinky sa vyskytujú pre- a perinatálne, s vlnami testosterónu maskulinizujú a defeminizujú neurónové okruhy u mužov a absencia testosterónu vedie k ženskému neurálnemu fenotypu. Aktivačné účinky sa vyskytujú v puberte, pretože gonádové steroidné hormóny pôsobia na spiace nervové okruhy, aby vyvolali reprodukčné správanie dospelých v kontexte; nedávna modernizácia tejto dichotómie naznačuje, že hormonálne udalosti puberty tiež organizujú neurálne obvody pre dospelé sociálne a reprodukčné správanie [Schulz a kol., ²⁰⁰⁹; Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. Na základe zistení z štúdií na zvieratách, ktoré nie sú ľudské, sa odporúča, aby hormonálne udalosti v puberte spustili druhé obdobie štrukturálnej reorganizácie a plasticity v mozgu [Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴]. U ľudí je však veľmi málo pochopenie špecifických vzťahov medzi pubertou a vývojom mozgu dospievajúcich.

Štúdie na zvieratách ukazujú, že pohlavné steroidné hormóny majú tri hlavné účinky na správanie v puberte prostredníctvom špecifických štruktúr mozgu. Prvým účinkom je uľahčenie priameho reprodukčného správania, ktoré sa vyskytuje hlavne prostredníctvom hypotalamu. Druhým účinkom je reorganizácia senzorických a asociačných oblastí mozgu vrátane vizuálnej kôry [Nunez a kol., ²⁰⁰²], amygdala a hipokampus [Hebbard a kol., ²⁰⁰³; Romeo a Sisk, ²⁰⁰¹; pozri tiež Shen et al., 2010]. Výsledkom sú zmenené senzorické asociácie, napr. Na vôňu alebo dohľad potenciálnych sexuálnych partnerov alebo konkurentov [Sisk a Foster, ²⁰⁰⁴], čo môže uľahčiť niektoré pozorovacie a motivačné zmeny v puberte. Tretí účinok pubertálnych hormónov sa prejavuje prostredníctvom mozgových štruktúr súvisiacich s odmeňovaním, ako je napríklad nucleus accumbens a dopaminergné cesty k prefrontálnej kôre. Tieto účinky sú potrebné na vytvorenie silnej motivácie na hľadanie možností reprodukcie. Napríklad v hlodavcovi nucleus accumbens pubertálny nárast testosterónových remodelárnych neurálnych okruhov má vplyv na motiváciu k správaniu hľadajúcim odmenu vrátane sexuálneho správania [Sato et al. ²⁰⁰⁸]. Je možné, že adrenarchelové hormóny (DHEA a DHEAS) začínajú mať podobné účinky na mozog a správanie pred nástupom gonadarche, ale tieto účinky sú zle pochopené. Existuje jednoznačne potreba väčšieho výskumu zameraného na najskoršie štádia puberty / adrenarche, aby sme porozumeli týmto aspektom vývoja a správania mozgu v puberte a dospievaní (pozri Dorn, ²⁰⁰⁶; na diskusiu].

MERANIE HLADKOSTI V STUDIÁCH ROZVOJA ADOLESCENTU BRAIN

Relatívne málo sa vie o zmenách vývoja ľudského mozgu špecifických pre puberty. Posilnenie porozumenia v týchto oblastiach si bude vyžadovať veľkú pozornosť na dvoch úrovniach: koncepčne a metodicky. Koncepčne to bude vyžadovať vývoj a zdokonalenie modelov vývoja mozgu adolescentov, ktoré sa zaoberajú špecifickými aspektmi dospievania (napr. Špecifickými hormónmi), ktoré sú kauzálne spojené so špecifickými aspektmi zmeny mozgu a správania. Metodicky to bude vyžadovať štúdie, ktoré sú navrhnuté s výberom vzoriek a mier puberty, ktoré umožňujú testovanie týchto špecifických hypotéz. Vzhľadom na to, že vekové a pubertačné dozrievanie sú často korelované (a vek je ľahko merateľný s veľkou presnosťou a platnosťou, zatiaľ čo puberty sa často odhadujú s hrubými kategorickými opatreniami, ktoré nie sú ľahko potvrdené), je potrebné uskutočniť štúdie s návrhmi, ktoré explicitne oddelia pubertu a vek (napr. nábor vzoriek, ktoré majú rovnaký vek a stupeň kvality, ale líšia sa pri dozrievaní pubertu a potom sa zotavujú pozdĺžne).

Tieto ciele vyvolávajú množstvo otázok týkajúcich sa merania špecifických aspektov dozrievania pubertu v ľudských štúdiách. Začiatok puberty nie je ani krátka udalosť, ani jednotný jav, ale namiesto toho zahŕňa niekoľko odlišných, ale časovo sa prekrývajúcich procesov, ktoré sa rozprestierajú počas niekoľkých rokov [Dorn, ²⁰⁰⁶]. Ako je opísané vyššie, tieto procesy zahŕňajú aktiváciu systémov nadobličiek, gonád a rastových hormónov a navyše množstvo priamych a nepriamych účinkov, od rastu k zmene vlastného obrazu. Najvhodnejšia miera puberty bude preto závisieť od konkrétnej výskumnej otázky v každej štúdii.

Bežne používanou mierou puberty je Tanner Stage. Tannerová inscenácia kategorizuje jednotlivcov v rámci stupnice puberty od 1 po 5 na základe vývoja pubiových chlpov a prsníkov u žien a vývoju chĺpkov a pohlavných orgánov u mužov [Tanner, ¹⁹⁷¹; Tanner a Whitehouse, ¹⁹⁷⁶]. Podávanie Tanner pomocou fyzickej skúšky by mal vykonávať vyškolený lekár. Existuje niekoľko obmedzení na Tannerovo inscenovanie. Škála sa vyvíjala s odkazom na jednu etnickú skupinu (môžu existovať medzietnické rozdiely) av relatívne malej vzorke detí 200. Dievčatá s nadváhou budú mať tendenciu byť nesprávne organizované vďaka spoliehaniu sa na vývoj prsníkov, ktoré môžu byť chybne preceňované čisto vizuálnym vyšetrením. Napriek týmto obmedzeniam sa Tannerova inscenácia historicky považovala za zlatý štandard pre meranie puberty [Dorn, ²⁰⁰⁶].

Vzhľadom na vyššie uvedené obavy možno očakávať, že Tannerova štádium fyzikálnym vyšetrením môže byť užitočne doplnená hormonálnymi testami, pretože tieto merajú hormóny nadledvín a gonád (alebo adrenál / uvoľňovanie gonád) pred ich vonkajšími fyzikálnymi účinkami. Testy hormónov môžu byť v budúcnosti čoraz viac užitočné na meranie pubertálnej fázy. avšak v súčasnosti nie je jasné, ako by mali byť hormonálne merania kombinované (alebo použité spolu s) inými opatreniami, ako sú štádiá Tanner (pozri Shirtcliffe a kol., ²⁰⁰⁹]. Existujú aj iné praktické otázky týkajúce sa hormonálnych opatrení vrátane nákladov, záťaže subjektov a skutočnosti, že hladiny rôznych hormónov v puberte kolíšu v mesačných a cirkadiánnych cykloch. Uskutočnili sme len málo výskumov porovnávajúcich hladiny hormónov v rôznych biologických vzorkách (sliny, krv, moč) s klinickými testovanými Tannerovými stupňami [pozri Dorn, ²⁰⁰⁶; Shirtcliffe a spol., ²⁰⁰⁹], takže nie je jasné, koľko hmotnosti by sa malo podať hormonálnym hladinám. Napríklad niektoré neurobehaviorálne zmeny v puberte môžu byť na koncepčnej úrovni priamym dôsledkom zvyšovania hladín hormónov na špecifických nervových systémoch počas vývoja adolescentného mozgu (a teda najlepšie kvantifikované hormonálnymi opatreniami), zatiaľ čo iné neurobehaviorálne zmeny môžu odrážať komplexnejšie vplyvy (napr. zmeny v spoločenskej skúsenosti, ktoré sú viacej viazané na fyzické zmeny a sociálne úlohy a lepšie spojené s Tannerovými fázami ako akákoľvek špecifická zmena hormónov).

Tannerová inscenácia prostredníctvom fyzického vyšetrenia kvalifikovaným klinickým lekárom môže vyvolať praktické otázky týkajúce sa vhodnosti a pohodlia. Často sa to najlepšie dosiahne v kontexte krátkej "zdravotnej" skúšky. To znamená, že Tannerova inscenácia môže byť súčasťou bežnej fyzickej zdravotnej prehliadky, a preto by nemala byť spojená s žiadnymi stigmatickými alebo etickými obavami (okrem bežnej fyzickej kontroly zdravia). Náklady (klinický čas, špeciálna miestnosť a vybavenie pre fyzickú skúšku a vysvetlenie postupov pre dospievajúcu a rodinu) to môže robiť to nepraktické pre mnohé výskumné štúdie. Preto je cenné zvážiť alternatívne spôsoby, ako kvantifikovať dospievanie dospelých, ako napríklad hodnotenie dotazníkom o vlastnej správe. Relatívne veľký počet štúdií hodnotil štádium Tanner s vlastným hodnotením (alebo rodičom) s použitím Petersen Development Scale [PDS; Petersen a kol., ¹⁹⁸⁸]. Ide o dotazník, ktorý obsahuje položky, ktoré hodnotia rast vlasov, zmeny pokožky a rastový vývoj, s položkami špecifickými pre pohlavie, tj vývoj menaru a prsníkov u žien a rast pohlavných orgánov a vlasov u mužov. PDS ako taká meria kompozitné skóre puberty, ktoré zahŕňa účinky adrenálnych a rastových hormónov, ako aj gonadálnych hormónov. Korelácie s klinikom hodnoteným štádiom Tanner nie sú obzvlášť vysoké: jedna štúdia našla vzťahy medzi 0.61 a 0.67 u 11 - na 13-ročné dievčatá pre vlastnú správu PDS [Brooks-Gunn a kol., ¹⁹⁸⁷; korešpondencie sú ešte oveľa nižšie pre rodičovskú správu PDS; pozri Shirtcliffe a kol. ²⁰⁰⁹]. Je potrebné vyhodnotiť, do akej miery sú tieto relatívne nízke korelácie spôsobené nesprávnym sebahodnotením alebo odlišnými konštruktami, ako sú odlišné účinky hormónov nadobličiek / rastu v porovnaní s gonadálnymi hormónmi. PDS sa môže použiť s opatrnosťou na odhadnutie štádia Tanner, keď nie je možné fyzické vyšetrenie. Ak sa však výskumná otázka netýka hladín hormónov a Tannerovej fázy, ale namiesto toho sa týka sebapoľtu a sebauvedomenia alebo stupňa puberty vo vzťahu k rovesníkom, možno tvrdiť, že PDS je najdôležitejším opatrením [pozri Dorn , ²⁰⁰⁶ na diskusiu]. Stručne povedané, výskumníci by mali dať veľký dôraz na to, aký aspekt puberty je najviac relevantný pre svoju výskumnú otázku a podľa toho si vyberie svoje puberty (a celkový návrh štúdie).

KULOVÉ A ŠTRUKTURÁLNY VÝVOJ BRAINOV MERANÝ MRI

Nástup neinvazívnych techník zobrazovania mozgu, najmä zobrazovania pomocou magnetickej rezonancie (MRI), umožnil vyšetrenie vývoja živého ľudského mozgu. Vývojové zmeny, ktoré boli vymedzené pomocou MRI, zahŕňajú zmeny v množstve šedej a bielej hmoty a zmeny v mikroštruktúre bielej hmoty.

ÚLOHA CUBINY V KOGNITÍVNOM ROZVOJI

Len malý počet empirických behaviorálnych štúdií sa zameral na vplyv puberty na konkrétny kognitívny proces. Niektoré z prvých štúdií sa zamerali na spracovanie tváre. Štúdia Carey et al. [¹⁹⁸⁰] ukázali, že zatiaľ čo výkonnosť pri úlohe rozpoznávania identit tváre sa počas prvého desaťročia života stabilne zlepšila, nasledovalo jej zníženie výkonnosti približne vo veku 12. Tento pokles môže byť spôsobený pubertou a nie starnutím per se, keďže neskoršia štúdia ukázala, že ženy v strednej puberte vykazovali horšie výsledky u pacientov pred alebo po pôrode, keď sa tieto skupiny zhodovali s vekom. Nedávno bol preukázaný dôkaz pubertalnej "ponorenia" v spracovaní emócií tváre [McGivern et al., ²⁰⁰²]. V tejto štúdii účastníci mužského a ženského veku vo veku 10-17 vykonali úlohu, na ktorej sa ukázalo, že tváre s emocionálnymi výrazmi sa zhodujú s citovými slovami. Zvýšenie reakčného času okolo 10-20% sa prejavilo vo veku zodpovedajúcom zhruba začiatku puberty (vek 10-11 rokov u žien, 11-12 u mužov), ktoré potom poklesli počas dospievania, aby dosiahli predpubertné hladiny vo veku 16- 17. Táto štúdia však nehodnotila stupeň puberty. Tieto výsledky by sa mali teraz replikovať, napríklad s presnejšími hormonálnymi mierami puberty a použitím pozdĺžne hodnotených kohort. Ďalšie štúdie by mali tiež preskúmať, či sú tieto výsledky špecifické pre spracovanie tváre, alebo sú viac doménovým účinkom adolescentného kognitívneho vývoja.

ÚLOHA PUBERTY V FUNKČNOM VÝVOJI BRAINOV VYMERANOM FMRI

Veľmi malý počet funkčných neuroimagingových štúdií, ktoré boli doteraz vykonané, zahŕňal aj opatrenia puberty. Viaceré štúdie MRI (fMRI) pre dospelých a dospievajúcich ukazujú rodové rozdiely v neurálnej aktivite v rozsahu kognitívnych paradigiem (úplný prehľad týchto zistení je mimo rozsah tohto článku). Niektoré rozdiely medzi pohlaviami môžu byť dôsledkom účinkov prenatálneho pohlavného hormónu, účinkov génov zakódovaných na pohlavných chromozómoch nezávislých od puberty alebo rodovo špecifických vplyvov na životné prostredie počas celého života. Niektoré z týchto účinkov však možno pripísať puberte. Tieto účinky môžu byť sprostredkované účinkami na neurálnu a hemodynamickú väzbu, prostredníctvom organizačných alebo aktivačných účinkov na nervovú odozvu, vplyvy na kognitívne spracovanie alebo nepriamymi vplyvmi pubertalných prechodov na kognitívne spracovanie prostredníctvom stereotypov a identity. Na objasnenie týchto možných vzťahov sú potrebné ďalšie štúdie.

V populáciách s endokrinnými poruchami sa uskutočnilo niekoľko štúdií fMRI. Hoci výsledky sa ťažko interpretujú z hľadiska typickej puberty a dospievania (tieto populácie sú hormonálne abnormálne pred začiatkom puberty), poskytujú zblíženie dôkazov, že determinanty alebo koreláty puberty ovplyvňujú funkčnú mozgovú aktivitu. Napríklad štúdia fMRI od Muellera a spol. [²⁰⁰⁹] porovnali mozgovú aktivitu počas úlohy spracovania emócií tváre medzi dospievajúcimi samcami s rodinnou hyperandrogéniou (spôsobujúcou nadbytok testosterónu od raného veku). V porovnaní s kontrolami skupina s nadbytkom testosterónu vykazovala zvýšenú aktivitu hipokampu počas spracovania strachu, ako aj rýchlejšie reakcie správania na tvárach, ktoré vykazovali strach z výrazov. V štúdii fMRI od Ernsta et al. [²⁰⁰⁷], sedem mužov a sedem samíc adolescentov s vrodenou adrenálnou hyperpláziou (výsledkom je nadbytok testosterónu v maternici) sa porovnávali s kontrolnými vekom a pohlavím zodpovedajúcimi kontrolami v podobnej úlohe spracovania emócií tváre. Na rozdiel od štúdie Muellera a spol. Neboli v hipokampe opísané žiadne rozdiely v skupine. Avšak v ženskej klinickej skupine došlo k zlepšeniu aktivity amygdaly počas spracovania strachu a hnevu, v porovnaní s kontrolou u žien. Zvýšená amygdálna aktivita v ženskej klinickej skupine bola podobná ako u samcov kontrol, čo naznačuje sprostredkujúci účinok testosterónu.

ZÁVER

Puberty predstavujú obdobie hlbokého prechodu z hľadiska jazdy, emócií, motivácie, psychológie a spoločenského života. Nedávne predbežné dôkazy z vývojových štúdií MRI naznačili, že štádium puberty môže zohrávať dôležitú úlohu v rozvoji mozgu dospievajúcich, možno viac ako v chronologickom veku. Sú potrebné ďalšie štúdie správania a neuroimagingu, v ktorých sa vykonávajú presné a spoľahlivé merania puberty, aby sa objasnilo, ako pubertálne hormóny ovplyvňujú vývoj štruktúry a funkcie mozgu. Je zrejmé, že je veľmi dôležité dosiahnuť lepšie pochopenie vzťahov medzi mozgom, poznaním, správaním a pubertou. Tieto ciele si však vyžadujú koncepčný a metodologický pokrok, ktorý sa zameriava na to, ako najlepšie integrovať rôzne pubertálne opatrenia do rozvojových štúdií dospievania mozgu a zrelosti správania.

Poďakovanie

REFERENCIE