Adolescenca kot občutljivo obdobje razvoja možganov (2015)

Obdobje objave: In Corrected Dokaz

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.07.008

Definiranje plastičnosti in občutljivih obdobij

V 1960-ih sta Wiesel in Hubel preučevala učinek monokularnega odvzema za 1 – 4 mesecev po odprtju oči. Nevroni v ustreznem vizualnem korteksu so pozneje izgubili odzivnost na dražljaje, usmerjene proti predhodno prikrajšanemu očesu, in so se začeli prednostno odzivati ​​na negotovo oko [1, 2]. Monokularna deprivacija v prvih 3 mesecih življenja je bila povezana tudi z atrofijo v celicah v talamusu, ki je prejemal vnos iz prikrajšanega očesa. Okrevanje po tej atrofiji je bilo zelo omejeno, tudi po 5 letih izpostavljenosti svetlobi. V nasprotju s tem, monokularna deprivacija po 3 mesecih starosti praktično ni povzročila fizioloških, morfoloških ali vedenjskih učinkov.3, 4]. Ugotovitve iz teh študij so bile vzete kot dokaz, da prvih nekaj mesecev življenja tvorijo občutljivo obdobje za zaznavni razvoj, med katerim se poveča plastičnost nevronov.5].

Plastičnost opisuje sposobnost živčnega sistema, da prilagodi svojo strukturo in funkcijo kot odziv na okoljske zahteve, izkušnje in fiziološke spremembe.6]. Človeški možgani ohranijo osnovno raven plastičnosti skozi vse življenje - to je znano kot plastičnost, odvisna od izkušenj, in temelji na vsem učenju.7]. Nasprotno, plastičnost v občutljivih obdobjih je izkušnja-pričakovana - organizem »pričakuje«, da bo izpostavljen določenemu dražljaju v tem času [7].

Občutljiva obdobja so bila prvotno imenovana „kritična obdobja“. Zdaj se ta izraz uporablja manj pogosto, ker je od takrat postalo jasno, da je mogoče izvesti nekaj okrevanja funkcije tudi zunaj časovnega okna z najvišjo občutljivostjo. V primeru vizualnega razvoja so poznejše raziskave o monokularni deprivaciji pri mladičih pokazale, da se lahko živali usposobijo za uporabo prvotno prikrajšanega očesa, potem ko je odkrit, in to lahko povzroči določeno stopnjo okrevanja.8].

Študije o občutljivih obdobjih vidnega sistema pri ljudeh so se pri osebah, ki so se rodile s katarakto, oprle na naravne primere vidne prikrajšanosti, ki zapirajo očesno lečo. Zaznavnost se lahko ponovno vzpostavi po postopkih obračanja katarakte. Študije obrnitve katarakte kažejo na razlike med občutljivimi obdobji za normalen razvoj vida, obdobja občutljivosti na pomanjkanje in obdobja okrevanja po pomanjkanju.9]. Za ostrino vida je na primer obdobje vizualno usmerjenega tipičnega razvoja v prvih 7 letih življenja, vendar pa so posamezniki še vedno občutljivi na pomanjkanje do 10 let in nekatera okrevanja funkcije so možna skozi vse življenje.10].

Tudi jezikovni razvoj kaže na povečano plastičnost v otroštvu.11, 12], čeprav za posamezen jezik ni nobenega občutljivega obdobja. Različne jezikovne sposobnosti pridobivajo delno ločljivi nevralni sistemi, ki se lahko razlikujejo po odzivu na prikrajšanost in obdobja povečane plastičnosti.13]. Prirojena gluhost je na primer povezana s spremenjeno obdelavo slovničnih informacij, medtem ko se semantična obdelava zdi, da je neobčutljiva na slušno deprivacijo.14]. To poudarja specifičnost občutljivih obdobij.

Delo na molekularnih mehanizmih v zgodnjih občutljivih obdobjih je pokazalo, da je ravnotežje ekscitatorne in inhibitorne nevrotransmisije sprožilec povečane plastičnosti in da molekularne "zavore" običajno omejujejo plastičnost na koncu občutljivih obdobij [15]. Časovni potek nastopa in zamenjave občutljivih obdobij je prilagodljiv. Študije z opicami so pokazale, da se lahko občutljivo obdobje na začetku življenja podaljša za 2 ali več let, če opica dojenčka v tem času ni izpostavljena dražljajem obraza. Zato se soočamo s pomanjkanjem, kar zamuja začetek občutljivega obdobja [16]. Konec občutljivega obdobja je lahko v nekaterih primerih samo-generiran: učenje lahko vodi v zavezanost nevronskih struktur, kar učinkovito zmanjšuje plastičnost.17, 18]. Zaznavanje obraza doživlja zaznavno zoženje, na primer, ko posamezniki postanejo boljši pri obdelavi kategorije obrazov, ki so jim najbolj izpostavljeni na račun kategorij, ki jih vidijo manj pogosto, kar povzroča učinke, kot je pristranskost dojemanja lastne rase.19]. Druga razlaga za konec občutljivih obdobij je, da se nevroplastičnost dejansko ne zmanjša, ampak je manj ali manj raznolika okoljska stimulacija.18].

Večina študij o občutljivih obdobjih se je osredotočila na zgodnje otroštvo, medtem ko je bila plastičnost pričakovane izkušnje v poznejših razvojnih obdobjih nekoliko zanemarjena. Raziskovalci so začeli razmišljati o možnosti, da adolescenca predstavlja "drugo obdobje povečane konditivnosti" (Steinberg, 2014 [20], str. 9; glej tudi21, 22]). Adolescenca, obdobje življenja, ki se začne v puberteti in se konča na točki, ko posameznik pridobi neodvisno vlogo v družbi [23], za katero so značilne izrazite spremembe v strukturi in funkciji možganov (Polje 1). V tem mnenju obravnavamo tri področja razvoja adolescentov, za katera je predlagano, da so označeni z večjo plastičnostjo: spomin, socialna obdelava in učinki uporabe drog. Trdimo, da je napredek v razvojnih študijah prinesel zanimive podatke, ki so skladni z večjo plastičnostjo v adolescenci. Kljub nedavnim napredkom pa dejansko manjkajo konkretni dokazi za občutljiva obdobja.

+

Polje 1

Nevrokognitivni razvoj v adolescenci

Kateri dokazi bi bili skladni z adolescenco kot občutljivo obdobje?

Če bi bila adolescenca res občutljivo obdobje, bi pričakovali določene vzorce v razvojnih podatkih. Prvič, vpliv posebne spodbude na možgane in obnašanje bi moral biti višji v adolescenci kot pred ali po njem. Zato so potrebne študije, ki primerjajo otroke, mladostnike in odrasle. Samo če se upoštevajo vse te starostne skupine, je mogoče oceniti, ali je adolescenca samostojno obdobje povečane plastičnosti (Slika 1, Model A), neprekinjeno občutljivo obdobje z otroštvom (Slika 1, Model B) ali sploh ne predstavlja občutljivega obdobja (Slika 1, Model C).

Zaradi razlik v času zorenja različnih možganskih regij in vezij [24], pričakujemo precejšnje razlike v nastopu in odmiku občutljivih obdobij za različne dražljaje. Tako kot je zgodnji razvoj značilen za več občutljivih obdobij [9, 13], adolescenca ni predlagana kot občutljivo obdobje po sebi; namesto tega se predlaga, da obstajajo določena obdobja v adolescenci, med katerimi se pričakuje poseben prispevek iz okolja.

Če imajo nekateri okoljski dražljaji v tem času dejansko večji učinek, bi pričakovali, da se bo okrepljeno učenje, zlasti spretnosti poznega zorenja. To bo obravnavano v naslednjem razdelku o pomnilniku. Pričakuje se tudi, da bo pomanjkanje stimulacije ali nenormalne stimulacije imelo v tem času nesorazmeren učinek. Ta značilnost občutljivih obdobij bo obravnavana v poglavju o učinkih družbenega stresa.

Adolescentska plastičnost se lahko v zgodnji fazi razvoja razlikuje od plastičnosti, ker so mladostniki, za razliko od dojenčkov in majhnih otrok, bolj verjetno sposobni aktivno izbrati okoljske dražljaje, ki jih doživljajo. Na splošno so otroci v otroštvu bolj strukturirani s strani staršev ali skrbnikov, mladostniki pa imajo več samostojnosti pri izbiri, kaj bodo doživeli in s kom [25]. Tako bi lahko pričakovali veliko stopnjo individualnih razlik v občutljivih obdobjih v adolescenci in nekatera občutljiva obdobja lahko doživi le podskupina mladostnikov. To bo obravnavano v poglavju o učinkih uporabe drog.

Adolescenca kot občutljivo obdobje za spomin

V starosti 35 bomo verjetneje spomnili avtobiografske spomine iz starosti 10 na leta 30 kot spomine pred ali po tem obdobju, pojav, ki se imenuje "bič reminiscence" [26]. Udarec spominov je izjemno robusten in kaže podoben vzorec, ko je testiran z različnimi mnemoničnimi testi in v različnih kulturah.26, 27]. Poleg avtobiografskih dogodkov je odpoklic glasbe, knjig, filmov in javnih dogodkov od adolescence prav tako boljši v primerjavi z drugimi življenjskimi obdobji [28, 29]. Tudi svetovni dogodki, ki so se zgodili v adolescenci in zgodnji odraslosti, so videti preveč zastopani v spominu, kar nakazuje, da je sposobnost mnemoničnosti v tem življenjskem času povečana.30]. Na primer, obsežna študija je pokazala vrhunec drugih vidikov spomina, kot sta verbalni in vizualno-prostorski spomin med 14 in 26 leti [31]. Čeprav ti podatki kažejo na občutljiva obdobja, so potrebne študije usposabljanja, da se zagotovijo eksperimentalni dokazi za občutljiva obdobja spomina.

Na voljo so študije usposabljanja za delovni spomin (WM), sposobnost shranjevanja in upravljanja informacij [32]. Enostavni vidiki WM, kot so zapozneli prostorski odpoklic, lahko dosežejo zrelost v otroštvu [33]. Bolj zapletene WM sposobnosti, kot je strateško samo-vodeno prostorsko iskanje, se še naprej izboljšujejo v zgodnji adolescenci [33]. Takšne kompleksne naloge WM zaposlujejo frontalne regije, ki kažejo zlasti dolgotrajen razvoj v adolescenci.34] (Polje 1).

Obstajajo dokazi o plastičnosti WM v razvoju. Pri otrocih in mladostnikih, pridobljenih z usposabljanjem za N-back tipa WM, vendar ne z usposabljanjem, ki temelji na znanju, se prenesejo na izboljšave v tekoči inteligenci.35]. Izboljšave so bile dosežene v obdobju 3-mesecev, v tem času pa ni bilo nadaljnjega usposabljanja. Usposabljanje za WM je lahko učinkovito pri mladostnikih s slabim izvršilnim delovanjem, pa tudi pri tipično razvijajočem se nadzoru [36]. Vendar pa še ne vemo, kako se učinki usposabljanja razlikujejo pri mladostnikih v primerjavi z otroki ali odraslimi. Študije, pri katerih se otroci, mladostniki in odrasli udeležujejo kognitivnega usposabljanja, učinki pa se primerjajo z aktivnimi kontrolnimi skupinami, ki prejemajo placebo usposabljanje, bodo še posebej informativni pri ugotavljanju, ali je adolescenca občutljivo obdobje za razvoj WM.37]. Takšne študije lahko neposredno izvajajo izobraževalne intervencije in politike (Polje 2).

+

Polje 2

Izobraževanje v adolescenci

Adolescenca kot občutljivo obdobje za učinke stresa na duševno zdravje

Mnoge duševne bolezni se pojavijo v adolescenci in zgodnji odraslosti [38, 39]. V longitudinalni študiji je bilo ugotovljeno, da je 73.9% odraslih z motnjami v duševnem razvoju dobilo diagnozo pred 18 leti in 50.0% pred 15 letom starosti.40]. Misli, da lahko psihiatrične motnje deloma sprožijo izpostavljenost stresu v otroštvu ali mladostni [41]. Šteje se, da ima zlasti socialni stres v tem času nesorazmeren vpliv [41]. Izkušnje s akulturacijskim stresom, ki jih je mogoče pripisati migraciji, na primer predvidevajo vzdolžno internalizacijo simptomov, kot so depresija in anksioznost v adolescenci [42]. Obstajajo tudi dokazi, da ustrahovanje v otroštvu (starost 7 ali 11) ima tudi trajne učinke na telesno in duševno zdravje v odrasli dobi [43].

Študije glodalcev omogočajo eksperimentalno manipulacijo izpostavljenosti družbenemu stresu in ponujajo dragocen vpogled v škodljive učinke stresa v adolescenci. Adolescenca pri podganah traja približno od postnatalnega dne (PND) 30 do 60 in od PND 40 do 80 pri moških. Pri samicah mišic, adolescenca traja od PND 20 do 40 in od PND 25 do 55 pri moških [44]. Opozoriti je treba, da je v starosti glodavcev, ki so razvrščeni kot mladostniki ali odrasli, v literaturi precejšnje razlike [44]. Pokazalo se je, da so mladoletni podgani, ki so bili podvrženi ponovljenemu porazu s prevladujočim posameznikom, prisotni z različnimi vedenjskimi vzorci (več izogibanja kot pa z agresijo) in se v primerjavi z odraslimi podganami manj obnavljajo zaradi ponovnega stresa. Izpostavljenost stresu v adolescenci (v primerjavi z odraslostjo) pri podganah je bila povezana tudi z manjšo nevronsko aktivacijo v predfortalnem korteksu, cingulatu in talamusu.45]. Ta študija ni vključevala mladoletnikov, kar je omejevalo sklepe za občutljiva obdobja.

Odsotnost kakršne koli socialne stimulacije ima lahko tudi škodljive učinke. Pokazalo se je, da ima socialna izolacija pri samcih in samicah podgane nepopravljive učinke na nekatere vidike raziskovalnega vedenja, vendar le, če je prišlo do izolacije med PND 25 in 45, vendar ne pred ali po [46]. Zato se zdi, da je to občutljivo obdobje socialne prikrajšanosti pri podganah. Čeprav ta paradigma ni bila neposredno prevedena na ljudi, so študije pokazale, da se pri mladostnikih pri ljudeh pojavlja večja stopnja anksioznosti kot odziv na socialno izključenost kot pri odraslih.47, 48]. Socialna izključenost je povezana tudi z razvojem socialne anksioznosti v človeški adolescenci [49]. Zagotavljanje dokazov o učinkih socialne izolacije med razvojem pri ljudeh ni pomembno le s teoretičnega vidika, ampak lahko pomaga tudi pri razvoju in časovnih intervencijah duševnega zdravja, katerih cilj je krepitev odpornosti na socialno izključenost.

Adolescenca je lahko tudi občutljivo obdobje za oživitev iz izkušenj socialnega stresa [50]. Učenje izumiranja strahu je ključnega pomena za zdrav odziv na stres, na primer [51]. Za psihiatrične bolezni, kot je posttravmatska stresna motnja (PTSD), stres vztraja, čeprav stresor ni več prisoten. Ugotovljeno je bilo, da je učenje izumrtja strahu oslabljeno v adolescenci v primerjavi z otroštvom in odraslostjo - tako pri ljudeh kot pri miših (Slika 2) [50]. Podatki glodalcev v študiji so pokazali, da je pomanjkanje sinaptične plastičnosti v ventromedialnem prefrontalnem korteksu med adolescenco povezano z zmanjšanim izumrtjem strahu. To pomeni, da so zdravljenja z desenzibilizacijo, ki temeljijo na načelih učenja izumiranja strahu, lahko manj učinkovita v adolescenci in poudarja potrebo po razvoju alternativnih pristopov zdravljenja za to starostno skupino. Posebna moč te študije je v tem, da je vključevala otroške, mladostniške in odrasle starostne skupine, kot tudi zagotavljanje živčnih dokazov pri glodalcih. Rezultati kažejo, da je lahko adolescenca občutljivo ali ranljivo obdobje za obnovo stresa.

Adolescenca kot občutljivo obdobje za učinke uporabe drog

Adolescenca je čas povečane angažiranosti v tveganih zdravstvenih vedenjih, kot so nevarno spolno vedenje, nevarna vožnja in eksperimentiranje z alkoholom in drugimi drogami [52, 53]. To povečanje tveganja obnašanja bi lahko bilo deloma posredovano s povečanjem časa, ki ga preživijo s prijatelji, in ne z družino54]. Ko se mladostniki skupaj s svojimi prijatelji pogosteje ukvarjajo z nevarnim vedenjem kot pa sami [55]. Videti je, da so mladi mladostniki še posebej dovzetni za vpliv vrstnikov na zaznavanje tveganja v primerjavi z drugimi starostnimi skupinami (Slika 3) [56]. Ta študija je merila stopnjo družbenega vpliva na zaznavanje tveganja v različnih starostnih skupinah in ugotovila, da so otroci, mlajši odrasli in odrasli bolj pod vplivom mnenj odraslih o tveganju, na mlade adolescente pa so bolj vplivala mnenja najstnikov v primerjavi z mladostniki. mnenja odraslih. V srednjih mladostnikih ni bilo razlike v stopnji vpliva mnenj odraslih in najstnikov o tveganjih, kar kaže na to, da gre za prehodno fazo v razvoju.

Kadar so mladi z vrstniki, je bolj verjetno, da se bodo ukvarjali z nevarnimi oblikami vedenja, kot je uporaba57]. Mladostniki, katerih prijatelji redno uživajo tobak, alkohol in konopljo, pogosteje uporabljajo droge sami, na primer [58]. Konoplja je ena izmed najbolj rekreativno uporabljenih zdravil med mladostniki in odraslimi v ZDA in Veliki Britaniji.59, 60]. Ocenjeno je bilo, da je 15.2% Evropejcev, starih od 15 do 24, v zadnjem letu uporabljalo konopljo in 8% v zadnjem mesecu [61]. Menijo, da izpostavljenost kanabinoidom v zgodnji adolescenci povzroča trajne spremembe v strukturi možganov in kognitivne pomanjkljivosti, zaradi česar lahko mladostnik postane ranljivo obdobje za njegove učinke [62, 63].

Uporaba kanabisa pred rekuperacijo pred starostjo 18 (vendar ne v odrasli dobi) ali močna uporaba v kateri koli starosti je bila povezana z atrofijo sive snovi pri temporalnem polu odrasle osebe, parahipokampalnem girusu in insuli [64]. Longitudinalni podatki so pokazali, da je samostojna uporaba trajne uporabe konoplje med leti 13 in 15 povezana z znatnim zmanjšanjem IQ [65]. Čim dlje je obdobje uživanja konoplje, tem večji je upad IQ [65]. Ugotovljeno je bilo, da je to zmanjšanje IQ bolj izrazito pri udeležencih, ki so marihuano uporabljali pred 18 v primerjavi s tistimi, ki so začeli uporabljati kanabis po 18. Te ugotovitve kažejo, da so lahko razvojni možgani mladostnikov še posebej občutljivi na škodljive posledice uživanja konoplje. Vendar je treba opozoriti, da v tej študiji ni mogoče izključiti alternativnih razlag, kot so že obstoječe motnje razpoloženja ali anksioznosti, ki posredujejo pri uporabi kanabisa in kognitivne težave.66]. Te študije prav tako niso vključevale mlajših starostnih skupin in možno je, da bi razvojni možgani v otroštvu pokazali podobno ali celo večjo občutljivost za konopljo kot v adolescenci. Tudi če bi bilo tako, pa takšne občutljivosti običajno ne bi bilo izraženo pri ljudeh, ker bo adolescenca ali odraslost običajno prva potencialna točka stika z rekreativnimi zdravili.

Molekularni in celični podatki o učinkih konoplje v adolescenci so redki, vendar obstajajo posredni dokazi za povečano občutljivost. Dokazano je, da konoplja vpliva na endokanabinoidni sistem, ki se skupaj z drugimi nevrotransmiterskimi sistemi (npr. Glutamatergičnimi in dopaminergičnimi sistemi) v adolescenci prestrukturira.67]. Medtem ko sta dva ključna kanabinoidna receptorja CB1 in CB2 že prisotna v zarodku glodalcev (gestacijski dan 11 – 14 [68]), se nevroanatomska porazdelitev in število receptorjev med razvojem spremeni. Ugotovili smo, da je ekspresija receptorja CB1 v več možganskih regijah dosegla vrhunec z začetkom pubertete pri ženskah in moških glodalcev [69]. Vsaka motnja, ki jo povzroča izpostavljenost konoplji v adolescentnem obdobju, ima lahko trajne učinke na endokanabinoidni sistem, ki vpliva na nevrorazvojne procese, vključno z nevronsko genezo, nevronsko specifikacijo, migracijo nevronov, raztezanjem aksona in nastankom glije [70, 71, 72]. Na primer, izpostavljenost D9-tetrahidrokanabinolu (THC), glavni psihoaktivni sestavini v kanabisu, med puberteto pri samicah podgan (PND 35-45) je povzročila zmanjšanje gostote in funkcionalnosti receptorjev CB1 v več regijah možganov [73]. Vendar primanjkuje primerjalnih podatkov iz drugih starostnih skupin.

Trdni dokazi za mladostniško občutljivo obdobje uživanja drog izhajajo iz sklopa študij, ki preučujejo kronično izpostavljenost kanabinoidom pri moških glodalcih. Izpostavljenost kanabinoidom v mladosti (PND 40–65) je napovedovala dolgoročne kognitivne primanjkljaje v odrasli dobi (spomin za prepoznavanje predmetov), ​​medtem ko podobna izpostavljenost predpubertetom (PND 15–40) in mladim odraslim glodalcem (> PND 70) ni bila povezana s tako obstojnimi primanjkljaji [74, 75]. Ni pa jasno, če se ti dokazi neposredno prevajajo za ljudi. Prav tako je treba opozoriti, da samo podskupina človeških mladostnikov eksperimentira z drogami, kot je konoplja. Prihodnje študije so potrebne za preučevanje individualnih razlik, zlasti v zvezi z vzajemnim vplivom in obnašanjem tveganja, da bi razumeli, kdaj in za koga je lahko adolescenca občutljivo obdobje uporabe drog.

Zaključne opombe

Dokazi o plastičnosti spomina in učinkov socialnega stresa in uporabe drog so v skladu s predlogom, da je adolescenca občutljivo obdobje za določena področja razvoja. Najmočnejši dokaz za občutljiva obdobja doslej izvirajo iz študij glodalcev, ki kažejo večjo ranljivost na moteče učinke socialne izolacije in uživanja konoplje, pa tudi na zmanjšano izumrtje strahu. Vendar pa je malo prepričljivih dokazov za človeško adolescenco. Potrebne so študije o učinkih usposabljanja ali stresa med otroštvom, adolescenco in odraslostjo (glej Nerešena vprašanja).

+

Nerešena vprašanja

Priznanja

Zahvaljujemo se Kathryn Mills za koristne komentarje o rokopisu. DF je financiran s strani Oddelka za psihologijo in jezikovne znanosti UCL. SJB financira Royal Society University Research Fellowship. Naše raziskave financirajo Nuffield Foundation in Wellcome Trust.

Objavljeno na spletu: september 23, 2015