Nevrobiologija adolescence: spremembe v arhitekturi možganov, funkcionalna dinamika in vedenjske tendence (2011)

1. Predstavitev

Adolescenca je obdobje, v katerem posamezniki opazujejo fizične spremembe svojih teles, doživljajo nove interese in želje ter se znajdejo z večjo svobodo, neodvisnostjo in odgovornostjo. Čeprav je mladostnost spremenljivo opredeljena, se na splošno šteje, da se začne z začetkom pubertete in se konča, ko človek prevzame socialne vloge odraslih (Dahl, 2004; Kopje, 2000). Razpon pubertete, ki vključuje povečano rast, spremembe v sestavi telesa, razvoj spolnih organov in spolnih organov ter značilnosti srca in ožilja ter dihal, se običajno pojavi od starosti 10 do 17 pri deklicah in 12 do 18 pri dečkih (Falkner in Tanner, 1986). Ker se to zgodi, se mladostnik podvrže različnim kognitivnim, vedenjskim in psihosocialnim prehodom. Različne spremembe v adolescenci se ne začnejo in ne končajo skupaj, zato je uganka povezovanja mladostniških sprememb možganov z obnašanjem izziv. Proučevanje adolescence je kot streljanje na premikajočo se tarčo, pri čemer raziskovalci imenujejo »adolescentne« skupine različnih starosti in stopenj razvoja. Poleg tega od sredine 19^th skozi 20^th v zahodnem svetu opazili zgodnejšo povprečno starost menarhe (Falkner in Tanner, 1986; Tanner, 1990). Izobraževalni proces je bolj dolgotrajen in posamezniki se nagibajo k daljšemu čakanju, preden se začnejo poklicati, se poročijo in imajo otroke (Dahl, 2004). Dolžina adolescence torej ni fiksna (in se je podaljševala) in čeprav je obdobje povezano z mnogimi biološkimi razvojnimi procesi, je delno opredeljeno glede na psihosocialne in vedenjske kriterije. Z upoštevanjem teh opozoril je v literaturi, ki jo tukaj pregledamo, opredeljena predvsem mladostnost pri ljudeh kot v drugem desetletju življenja, pri opicah starosti dve do štiri leta, pri glodalcih pa v tednu od šestih do sedmih ali sedmih tednih.

Kljub definicijskim dvoumnostim je dobro znano, da v tem obdobju pride do velikih prehodov, vključno z različnimi značilnimi spremembami vedenja med vrstami. Obstaja povečano socialno vedenje (Csikszentmihalyi et al., 1977), novost in iskanje občutkov (Adriani et al., 1998; Stansfield in Kirstein, 2006; Stansfield et al., 2004), težnje k prevzemanju tveganj (Kopje, 2000; Steinberg, 2008), čustvena nestabilnost (Steinberg, 2005) in impulzivnost (Adriani in Laviola, 2003; Chambers et al., 2003; Fairbanks et al., 2001; Vaidya et al., 2004). Odnosi med vrstniki postanejo prevladujoči in obstajajo večje nagnjenosti k iskanju zabavnih in zanimivih izkušenj (Nelson et al., 2005). Povečana novost in iskanje občutkov sta lahko evolucijsko prilagodljiva, saj bi ta vedenja lahko izboljšala možnosti neodvisnega mladostnika, da najdejo hrano in partnerja (Kopje, 2010). V sodobni družbi pa so te značilnosti lahko povezane z nepotrebnimi tveganji. Zato se za adolescenco šteje obdobje vedenjske ranljivosti: najstniki pogosteje eksperimentirajo s tobakom in prepovedanimi drogami in alkoholom; vozite nepremišljeno; sodelujejo pri nezaščitenem spolnem odnosu; in imajo medosebne konflikte (Arnett, 1992; Arnett, 1999; Chambers et al., 2003; Kopje, 2000). Tveganje za adolescente je bolj verjetno, da se bo pojavilo v skupinah (npr. Prometne nesreče), ko se nekatera vedenja zaznavajo kot sprejemljiva (npr. Nezaščiteni spolni odnosi, uporaba drog) (Steinberg, 2008) in v čustveno nabitih razmerah (Figner et al., 2009). Medtem ko so mladostniki preživeli potencialne zdravstvene težave v zgodnjem otroštvu, so njihove stopnje obolevnosti in umrljivosti dvakrat višje kot pri otrocih predDahl, 2004).

Poleg dodanih tveganj normalno pri razvoju adolescentov, je tudi čas, ko se pogosto pojavljajo simptomi različnih duševnih bolezni, vključno z motnjami razpoloženja, motnjami hranjenja in psihotičnimi motnjami, kot je shizofrenija (Paus et al., 2008; Pine, 2002; Sisk in Zehr, 2005; Volkmar, 1996). V tem obdobju je veliko nevrobioloških sprememb, ki poganjajo vse iz kaskade hormonskih signalov, ki sprožijo puberteto (Sisk in Zehr, 2005), do povečanih kognitivnih sposobnosti in motivacijskih sprememb (Doremus-Fitzwater et al., 2009; Luna et al., 2004). Razumevanje, kako se možgani razvijajo skozi adolescenco, in povezovanje takšnih sprememb z običajnimi vedenjskimi težnjami in patološkimi stanji, je ključnega pomena za javno zdravje. Tukaj smo pregledali nekatere vedenjske in nevrorazvojne spremembe v adolescenci in razpravljali o več modelih, ki jih povezujejo, vključno z lastno hipotezo o zmanjšani učinkovitosti obdelave.

2. Obnašanje mladostnikov

Študije na glodalcih in ljudeh so pokazale, da mladostniki kažejo večjo "impulzivno izbiro", opredeljeno kot prednost za manjše nagrade, ki se zgodijo prej zaradi večjih zamud pri nagrajevanju, merjenih z nalogami z odlogom z zamikom (Adriani in Laviola, 2003; Steinberg et al., 2009). Opazno je, da pri človeških študijah to razliko kažejo le mlajši mladostniki; z zavlačevanjem z zamudo pri doseganju odraslih do starosti 16 – 17 (Steinberg et al., 2009). Mladostniki imajo tudi višjo vrednost na lestvici iskanosti, kot odrasli, pri čemer imajo moški višjo raven kot ženske (Zuckerman et al., 1978). Iskanje občutkov je »potreba po raznolikih, novih in kompleksnih občutkih in izkušnjah…« (Zuckerman et al., 1979, str. 10), ki se lahko pojavijo neodvisno ali skupaj z impulzivnostjo. Iskanje občutkov je največje v zgodnjem in srednjem adolescenci, nato pa nižje, medtem ko se nadzor impulzov postopoma izboljšuje skozi najstniška leta, kar nakazuje, da so podrejene različnim biološkim procesom (Steinberg et al., 2008). Skladno s človeškimi dokazi o povečanem iskanju mladostnikov, mladostniki imajo raje novost (Adriani et al., 1998; Douglas et al., 2003; Stansfield et al., 2004), kažejo večjo lokomocijo zaradi novosti (Stansfield in Kirstein, 2006; Sturman et al., 2010), in preživijo več časa pri raziskovanju odprtih rok v zvišanem labirintu kot odrasli (Adriani et al., 2004; Macrì et al., 2002).

Pričakovanja mladostnikov, da iščejo nove izkušnje, tudi ob nevarnosti fizične ali socialne škode, se lahko pričakujejo, če je njihova sposobnost za ocenjevanje verjetnosti tveganja ali računalniškega rezultata nerazvita. Kognitivne sposobnosti se še vedno razvijajo (Luna et al., 2004; Kopje, 2000). Po Piagetu je formalno obdobje delovanja, ki je povezano z bolj abstraktnim razmišljanjem, doseglo polno zrelost v adolescenci (Schuster in Ashburn, 1992), in je lahko pri nekaterih posameznikih manj razvita. Prav tako lahko vztrajnost egocentrizma, v katerem najstniki doživljajo "imaginarno občinstvo", skupaj z "osebno basno" edinstvenih občutkov, povzroči, da verjamejo, da so izjemni in jim dajejo občutek neranljivosti (Arnett, 1992; Elkind, 1967). Vendar pa se od srede adolescence naprej pojavljajo le skromne kognitivne izboljšave (Luna et al., 2004; Kopje, 2000), in tudi majhni otroci imajo natančno implicitno razumevanje verjetnosti (Acredolo et al., 1989). Poleg tega je malo dokazov, da se mladostniki dejansko dojemajo kot nepopravljivo ali podcenjeno tveganje; v resnici pogosto precenjujejo tveganje, na primer možnost, da bodo zanosile v enem letu, odšli v zapor ali umrli mladi (de Bruin et al., 2007). Nazadnje, vsaka kognitivna razlaga za prevzemanje tveganja za mladostnike mora upoštevati dejstvo, da imajo otroci manj tveganj, vendar so manj razviti od kognitivnih sposobnosti kot mladostniki.

Druga možnost je, da se lahko razlike v vedenju med mladostniki nanašajo na razlike v kognitivnih strategijah. Ena hipoteza, imenovana »teorija mehke sledi«, navaja, da mladostniki daleč od pomanjkanja kognitivnih sposobnosti obdelujejo podrobnosti o tveganjih in koristih izbir bolj eksplicitno kot odrasli. Paradoksalno je, da se lahko mladostniki obnašajo bolj racionalno kot odrasli, če izrecneje izračunajo pričakovane vrednosti različnih možnosti, vendar to lahko vodi do večjega tveganja (Rivers et al., 2008). Po navedbah Reke in sodelavci (2008), z razvojem napredujemo od bolj dobesednega "dobesednega" do "mehke" hevristične ravni, ki zajame bistvo ali spodnjo črto brez podrobnosti. To domnevno izboljša učinkovitost odločanja in nas nagiba stran od tveganih odločitev, saj se nagibamo k izogibanju morebitnim škodljivim rezultatom, ne da bi ocenili dejanske verjetnosti. Na primer, za razliko od mladostnikov, odrasli dajejo prednost izbiram, ki povečujejo dobiček ali zmanjšujejo izgube zaradi verjetnostnih alternativ z enakimi pričakovanimi vrednostmi (Rivers et al., 2008). Na splošno je ideja, da bi mladostniške odločitve lahko odražale razlike v kognitivni strategiji - vendar ne pomanjkljivosti pri napovedovanju rezultatov - zanimiva. Prihodnje študije o slikanju in fiziologiji mladostnikov pri odločanju o adolescentih bi lahko imele koristi, če bi upoštevali možnost, da bi razlike v natančnem vzorcu živčne dejavnosti, tudi znotraj istih možganskih regij, skupaj s stopnjo integracije med različnimi regijami, olajšale alternativne sloge kognitivnega razmišljanja.

Večja nepremišljenost mladostnikov je lahko posledica razlik v tem, kako doživljajo tveganje in nagrado. Ena razlaga je, da se mladostniki pri ljudeh soočajo z bolj negativnim učinkom in depresivnim razpoloženjem in se lahko počutijo manj zadovoljni zaradi dražljajev nizke ali zmerne spodbujevalne vrednosti. Mladostniki bi zato iskali dražljaje z večjo hedonistično intenzivnostjo, da bi zadostili pomanjkljivosti v svojih izkušnjah z nagrado (gl Kopje, 2000). To potrjujejo študije, ki kažejo razlike v hedonični vrednosti raztopin saharoze pri odraslih in mladostnikih. Ko koncentracije saharoze presežejo kritično točko, se hedonična vrednost močno zmanjša; vendar pa so ta zmanjšanja manj izrazita ali ne obstajajo pri otrocih in mladostnikih (De Graaf in Zandstra, 1999; Vaidya et al., 2004). Druga možnost je, da imajo mladostniki večjo občutljivost za okrepitvene lastnosti prijetnih dražljajev. Vsaka od teh možnosti je skladna z živalskimi modeli, v katerih mladostniki porabijo več raztopine saharoze (Vaidya et al., 2004), dajejo prednost sobam, ki so bile prej povezane s socialno interakcijo (Douglas et al., 2004) in dokazati višjo spodbujevalno vrednost za zdravila, kot so nikotin, alkohol, amfetamin in kokain kot odrasli (Badanich et al., 2006; Brenhouse in Andersen, 2008; Shram et al., 2006; Kopje in Varlinskaya, 2010; Vastola et al., 2002). To pa ni vedno vidno (Frantz et al., 2007; Mathews in McCormick, 2007; Shram et al., 2008), povečana prednost mladostnikov pa je lahko povezana tudi z zmanjšano občutljivostjo na neželene stranske učinke in odtegnitvijo (\ tLittle et al., 1996; Moy et al., 1998; Schramm-Sapyta et al., 2007; Schramm-Sapyta et al., 2009). Podobno lahko mladostniki izvedejo bolj tvegano obnašanje, če je njihova ocena možnih škodljivih posledic manj spodbudna ali izrazita (ali če je vznemirjenost zaradi tveganja sama takšno vedenje bolj verjetno).

Še en dejavnik, ki lahko pojasni nekatere vedenjske razlike med mladostniki, je vpliv čustev (valenca, čustev, vzburjenosti in specifičnih čustvenih stanj) na vedenje. Vedenjske razlike se lahko pojavijo, če mladostniki občutijo različna čustva ali če čustva drugače vplivajo na odločanje v tem obdobju povečane čustvene intenzivnosti in nestanovitnosti (Arnett, 1999; Buchanan et al., 1992). Čustvo je pogosto mišljeno kot racionalno sprejemanje odločitev. Čeprav je to v nekaterih primerih lahko resnično (še posebej, če je čustvena vsebina nepovezana ali nepomembna v kontekstu odločanja), je nedavno delo preučilo, kako lahko čustva izboljšajo določene odločitve. Na primer, hipoteza somatskega označevalca navaja, da lahko v dvoumnih situacijah čustveni procesi koristno vodijo vedenje (Damasio, 1994). Naloga Iowa Gambling Task je bila zasnovana za testiranje odločanja v pogojih negotovosti (Bechara et al., 1994). Posamezniki s poškodbami ventromedialnega PFC ali amigdale težko dajejo prednost strategiji, ki preprečuje tveganje, kar kaže, da pomanjkljivosti pri vključevanju čustvenih informacij lahko vodijo do slabih odločitev (Bechara et al., 1999; Bechara et al., 1996). Mladostniki in odrasli se lahko razlikujejo v načinu vključevanja čustvenih informacij v odločitve: mladostniki so lahko manj spretni pri interpretaciji ali integraciji ustrezne čustvene vsebine ali manj učinkoviti pri oblikovanju takšnih združenj. Cauffman et al. (2010) je pred kratkim preizkusil otroke, mladostnike in odrasle na spremenjeni različici naloge Iowa Gambling Task; opazili so, da so tako mladostniki kot odrasli sčasoma izboljšali svoje odločanje, odrasli pa so to počeli hitreje. Druga študija je pokazala, da so posamezniki le od sredine do pozne adolescence izboljšali svojo uspešnost iger na srečo in da je to izboljšanje sovpadlo s pojavom fizioloških korelacij vzburjenosti (Crone in van der Molen, 2007). Ti rezultati kažejo, da so mladostniki lahko manj učinkoviti pri oblikovanju ali razlagi vrste relevantnih čustvenih informacij, potrebnih za preprečevanje tveganih odločitev.

Glede na Reke in sodelavci (2008) Razlike v učinkoviti obdelavi bistva omogočajo, da so mladostniki bolj dovzetni za potencialno škodljive učinke vzburjenja pri odločanju. V razmerah povišane vzburjenosti lahko zmanjšanje vedenjske zavore povzroči, da se preide iz »utemeljenega« v »reaktivni« ali impulzivni način. Nadalje trdijo, da je težnja adolescentov, da izvedejo bolj verbatimično analitično obdelavo, to bolj verjetno, medtem ko so vrednote in pristranskost preprostejše "odrasle" predelave bolj odporne na stanje vzburjenja (Rivers et al., 2008). Drugi so tudi trdili, da je lahko obnašanje mladostnikov še posebej občutljivo na pogoje visokega čustvenega vzburjenja (Dahl, 2001; Kopje, 2010). Nedavna študija Figner in sodelavci (2009) neposredno preizkusili to hipotezo z uporabo naloge, ki je merila tveganje pri različnih pogojih. Mladostniki in odrasli so opravili nalogo Columbia Card Task, v kateri je bila stopnja toleriranega tveganja pregledana v pogojih večje / manjše vzburjenosti, medtem ko so se lahko različni dejavniki uporabili za sprejemanje bolj ozaveščenih odločitev (kot je obseg dobičkov / izgub in njihova verjetnost) ). Mladostniki so bolj tvegali kot odrasli le v stanju visokega vzburjenja, zato so bili mladostniki manj prizadeti zaradi velikosti in verjetnosti izgube / izgube, kar nakazuje, da mladostniki v pogojih povečane vzburjenosti uporabljajo poenostavljene informacije (Figner et al., 2009).

Kolektivno te študije kažejo, da čeprav mladostniki pogosto razmišljajo in se obnašajo kot odrasli, v določenih kontekstih obstajajo razlike v njihovi kognitivni strategiji in / ali v njihovem odzivu na tveganje in nagrado, zlasti v pogojih povečanega čustvenega vzburjenja. Te vedenjske spremembe verjetno odražajo pomemben razvoj možganskih mrež, vključno s strukturami v PFC, bazalnih ganglijih in nevromodulatornih sistemih (npr. Dopaminom), ki so kritične za motivirano vedenje (Tabela 1).

  

Tabela 1

Adolescentne vedenjske razlike in strukturni nevrorazvoj

3. Adolescentni strukturni nevrorazvoj

Adolescentni možgani doživijo dramatične spremembe v bruto morfologiji. Človeške strukturne slikovne študije so pokazale, da je v cerebralni skorji med adolescenco prišlo do izgube sive snovi, pri čemer se zmanjšanje sive snovi v delih temporalnega režnja in dorsolateralni PFC pojavita v pozni adolescenci (Gogtay et al., 2004; Sowell et al., 2003; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002). Zmanjšanje sive snovi se kaže tudi v striatumu in drugih subkortikalnih strukturah (Sowell et al., 1999; Sowell et al., 2002). Te spremembe so lahko povezane z obsežnim obrezovanjem sinaps, ki so jih opazili v tem obdobju, od študij na živalih (Rakic ​​et al., 1986; Rakic ​​et al., 1994), čeprav nekateri dvomijo v to povezavo, saj sinaptični boutoni predstavljajo le majhen delež kortikalnega volumna (Paus et al., 2008). Slikanje s človekom je tudi pokazalo, da se bela snov poveča skozi adolescenco v kortikalnih in subkortikalnih vlakenskih tkivih (Asato et al., 2010; Benes et al., 1994; Paus et al., 2001; Paus et al., 1999), ki je posledica povečane mielinacije, aksona ali obeh (Paus, 2010). Spremembe v vzorcih povezljivosti se pojavijo tudi v adolescenci. Na primer, aksonske kaljenje in rast so opazili v vezjih, ki povezujejo amigdalo s kortikalnimi cilji (Cunningham et al., 2002), in naraščajoči ukrepi bele snovi se opazijo med PFC in striatumom in drugimi območji (Asato et al., 2010; Giedd, 2004; Gogtay et al., 2004; Liston et al., 2006; Paus et al., 2001; Sowell et al., 1999).

Na drobnejši lestvici so študije na podganah in primatih pokazale številne razlike v mladostniških nevrotransmiterskih sistemih. Mladostniki ponavadi prekomerno izražajo dopaminergične, adrenergične, serotonergične in endokanabinoidne receptorje v številnih regijah, čemur sledi obrezovanje na ravni odraslih (Lidow in Rakic, 1992; Rodriguez de Fonseca in drugi, 1993). Izražajo D1 in D2 dopaminske receptorje na višjih ravneh v subkortikalnih ciljih, kot sta hrbtni striatum in nucleus accumbens, čeprav nekateri niso ugotovili zmanjšanega izražanja odraslih v tej zadnji regiji (Gelbard et al., 1989; Tarazi in Baldessarini, 2000; Tarazi et al., 1999; Teicher et al., 1995). Med adolescenco se pojavljajo tudi spremembe v proizvodnji in prometu dopamina, pa tudi dokazi za spremembe v učinku vezave receptorja-liganda (Badanich et al., 2006; Cao et al., 2007; Coulter et al., 1996; Laviola et al., 2001; Tarazi et al., 1998). Funkcionalno obstajajo dokazi iz anesteziranih podgan, da spontana aktivnost dopaminskih nevronov v možganih doseže vrh v adolescenci in se nato zmanjša (McCutcheon in Marinelli, 2009). Razvojne spremembe v mezokortikolimbicnem vezju dopamina in aktivnosti lahko temeljijo na nekaterih razlikah v motiviranem obnašanju na splošno, zlasti pa na tveganju in ranljivosti odvisnosti. V več študijah so opazili zmanjšanje psihomotornih učinkov stimulativnih zdravil pri mladostnikih, vendar so okrepili ali podobno okrepili učinke (Adriani et al., 1998; Adriani in Laviola, 2000; Badanich et al., 2006; Bolanos et al., 1998; Frantz et al., 2007; Laviola et al., 1999; Mathews in McCormick, 2007; Kopje in zavore, 1983). Nasprotno pa so mladostniki bolj občutljivi na kataleptične učinke nevroleptikov (npr. Haloperidola), ki so antagonisti za dopaminske receptorje (Kopje in zavore, 1983; Spear et al., 1980; Teicher et al., 1993). Nekateri so predlagali, da ta vzorec, skupaj s povečanim raziskovanjem in iskanjem novosti, kaže, da je adolescenčni sistem dopamina blizu "funkcionalne zgornje meje" na začetku (Chambers et al., 2003).

Več dokazov kaže, da je ravnovesje velikih ekscitatornih in inhibitornih nevrotransmisij pri mladostnikih bistveno drugačno kot pri odraslih. Ravni GABA, glavnega zaviralnega nevrotransmiterja v možganih, linearno naraščajo skozi adolescenco v predelu možganov podgan (Hedner et al., 1984). Izražanje aktivirajočih glutamatnih NMDA receptorjev na hitrih nevronih (za katere se domneva, da zavirajo interneurone) se dramatično spremeni v PFC mladostnikov. V tem času velika večina interneuronov s hitrim pesticidom ne kaže sinaptičnih NMDA receptorskih tokov (Wang in Gao, 2009). Poleg tega modulatorni vpliv pomikov vezave dopamina na receptorje med adolescenco (O'Donnell in Tseng, 2010). Samo do takrat, ko aktivacija receptorjev dopamin D2 poveča interneuronsko aktivnost (Tseng in O'Donnell, 2007). Poleg tega se sinergistična interakcija med aktivacijo receptorja dopamin D1 in receptorjem NMDA med adolescenco spremeni, kar omogoča depolarizacijo platojev, kar lahko olajša kontekstno odvisno sinaptično plastičnost (O'Donnell in Tseng, 2010; Wang in O'Donnell, 2001). Te spremembe dopaminske, glutamatne in GABA adolescence kažejo na bistvene razlike v nevralni aktivnosti v mladostniških možganih. Vsi ti sistemi so bistveni za kognitivne in čustvene procese. Njihova disfunkcija je povezana s številnimi psihiatričnimi boleznimi, ki segajo od motenj razpoloženja in odvisnosti od shizofrenije.

4. Adolescentni funkcionalni nevrorazvoj

Neuroimaging študije so pokazale razlike v človeški adolescentni funkcionalni aktivnosti v več predelu možganov. Te razlike so primarno opazne v regijah možganov, ki kodirajo čustveni pomen (npr. Amigdala) in vključujejo senzorične in čustvene informacije za izračun vrednosti pričakovanj (npr. Orbitofrontalni korteks) in igrajo različne vloge pri motivaciji, izbiri ukrepov in učenju asociacij (npr. striatum). V primerjavi z odraslimi imajo mladostniki zmanjšan hemodinamični odziv v lateralni orbitofrontalni skorji in povečano aktivnost v želodčnem striatumu na nagrajevanje (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006). Druge so ugotovile zmanjšano aktivnost v desnem traktumu desnega in desno podaljšane amigdale pri predvidevanju nagrajevanja, brez opaženih starostnih razlik v aktivnosti po izidu dobička (Bjork et al., 2004). V procesu odločanja so mladostniki imeli zmanjšano desno sprednjo cingulatno in levo orbitofrontalno / ventrolateralno aktivacijo PFC v primerjavi z odraslimi med tveganimi odločitvami (Eshel et al., 2007). Tudi mladostniki so aktivirali svojo ventralno striatum in orbitofrontalno skorjo močneje kot odrasli, saj so prevzeli večje tveganje med vožnjo z Stoplightom, kar je posledica implicitnega pritiska vrstnikov (Chein et al., 2011).

Več študij je opazilo nezrelost adolescentnih kognitivnih kontrolnih sistemov, skupaj s slabšimi vedenjskimi učinki (Luna et al., 2010). Med nalogami, ki zahtevajo zaviranje prepotentnega odziva (ki se s starostjo izboljšuje), so mladostniki v nekaterih podregijah povečali aktivnost PFC in zmanjšali aktivnost v drugih (Bunge et al., 2002; Rubia et al., 2000; Tamm et al., 2002). Med antisakadno kognitivno kontrolno nalogo je bila adolescentna (vendar ne odrasla) aktivnost ventralnega striatuma zmanjšana, medtem ko je opazovala napotilo, ki je pokazalo, ali je bila nagrada na voljo v danem preskušanju, vendar je bila bolj aktivirana kot odrasla oseba pri predvidevanju nagrajevanja (Geier et al., 2009). Tako mladostniki na splošno aktivirajo podobne kognitivne in afektivne strukture kot odrasli, čeprav pogosto z različnimi velikostmi ali prostorskimi in časovnimi vzorci ali ravni funkcionalne medsebojne povezanosti (Hwang et al., 2010).

Zorenje intra- in medregionalne povezljivosti in nevronske koordinacije lahko igra osrednjo vlogo pri vedenjskem razvoju mladostnikov. Obstaja neposredna povezava med merami frontostriatalne bele snovi, ki se povečuje z adolescenco, in učinkovitostjo zaviralnega nadzora (Liston et al., 2006). Razvoj belih snovi je prav tako neposredno povezan z izboljšano funkcionalno integracijo regij sive snovi, kar kaže na bolj porazdeljeno omrežno aktivnost z razvojem (Stevens et al., 2009). To potrjuje študija, ki je z uporabo MRI funkcionalne povezljivosti v mirovanju in analizo grafov opazila premik od večje povezanosti z anatomsko proksimalnimi vozlišči do omrežij, ki so bila bolj razširjena v vseh vozliščih v odrasli dobi, ne glede na razdaljo (Fair et al., 2009). Podobno starostno povezana povečanja funkcionalne integracije frontalnih in parietalnih regij podpirajo izboljšano učinkovitost zaviranja v smeri od zgoraj navzdol v nalogi za preprečevanje napadov (\ tHwang et al., 2010). Razvoj bele snovi, hitro obrezovanje sinaps (ki so večinoma lokalne vzbujalne povezave) in razvojni premiki lokalne interneuronske aktivnosti lahko skupaj z razvojem olajšajo obsežnejšo funkcionalno koordinacijo med regijami možganov. Manj široko porazdeljena aktivnost pri mladostnikih je bila dokazana tudi pri drugi kognitivni kontrolni nalogi (Velanova et al., 2008). Hkrati se difuzni funkcionalni signal, ki ni povezan z izvajanjem opravil, zmanjšuje z razvojem (Durston et al., 2006). Tako vzorec odraslih za uporabo bolj porazdeljenih omrežij sovpada z zmanjšano dejavnostjo, ki ni pomembna, kar kaže na večjo učinkovitost v vzorcu in obsegu kortikalne obdelave.

Elektrofiziološke študije so prav tako odkrile dokaze o nadaljnjem razvoju nevronskih odzivov in večji lokalni in dolgoročni koordinirani aktivnosti v adolescenci. Na primer, kontingentna negativna variacija, ki je potencialna negativna napetostna reakcija pri pripravi odziva, se razvije le v poznem otroštvu in se še naprej povečuje skozi adolescenco (Bender et al., 2005; Segalowitz in Davies, 2004). To naj bi odražalo starostne razlike v porazdelitvi obdelave PFC pri nadzoru pozornosti in izvršilnega nadzora motorja (Segalowitz et al., 2010). Druga elektrofiziološka sprememba, povezana s starostjo, je razvoj močnega pozitivnega vrha (P300) približno 300 ms po spremljanju stimulusa. Vzorec zrelega P300 se ne prikaže, dokler ne doseže starosti 13 (Segalowitz in Davies, 2004). Nazadnje, negativna slabost, povezana z napako, je negativna napetost, ki je osredotočena na prednjo cingularno skorjo med poskusi različnih napak. Čeprav je v starosti njenega videza nekaj variabilnosti, se zdi, da prispe v sredi adolescence (Segalowitz in Davies, 2004). Te ugotovitve so dodaten dokaz za nadaljnje zorenje prefrontalne kortikalne obdelave v adolescenci. Segalowitz in sodelavci so tudi ugotovili, da je razmerje signal-šum električnih signalov otrok in mladostnikov pogosto nižje kot pri odraslih. To je lahko posledica funkcionalne nezrelosti ali nestabilnosti znotraj posameznih regij možganov, ki proizvajajo te signale (Segalowitz et al., 2010). Lahko tudi odraža zmanjšano mladostniško nevronsko usklajevanje znotraj in med regijami možganov. Ta razlaga je skladna z delom, ki ga izvaja Uhlhaas in sodelavci (2009b)pri katerih so bili med opravljanjem prepoznavanja obraza zabeleženi elektroencefalogrami (EEG) pri otrocih, mladostnikih in odraslih. Pri mladostnikih so opazili zmanjšano oscilacijsko moč theta (4-7 Hz) in gama pasu (30-50 Hz) v primerjavi z odraslimi. Poleg tega je bila večja fazna sinhronizacija daljšega dometa v theta, beta (13 – 30 Hz) in gama pasovih, skupaj z izboljšano zmogljivostjo pri odraslih. EEG-oscilacije so posledica nihanja nevronske razdražljivosti in naj bi natančneje določali čas izhoda konice (Fries, 2005). Ukrepi sinhrone v specifičnih frekvenčnih pasovih pospešujejo komunikacijo med nevronskimi skupinami in so lahko kritični za številne zaznavne in kognitivne procese (Uhlhaas et al., 2009a). Zato so te ugotovitve dokaz za okrepljeno koordinirano lokalno obdelavo in izboljšano medregionalno komunikacijo od adolescence do odraslosti (Uhlhaas et al., 2009b).

Še en koristen pristop za preučevanje sprememb živčne aktivnosti skozi adolescenco je s vivo elektrofiziološko snemanje iz vsajenih elektrodnih polj v živahnih živalih. Ta tehnika omogoča beleženje aktivnosti posameznih nevronov kot tudi večjih poljskih potencialov. Pred kratkim smo izvedli takšno študijo, pri kateri so mladostniki in odrasli podgani izvajali preprosto ciljno usmerjeno vedenje (Slika 1a), ker so bili posnetki odvzeti iz orbitofrontalne skorje. Medtem ko so mladostniki in odrasli izvajali enako vedenje, so opazili izrazite razlike v živčnem kodiranju, povezane s starostjo, zlasti za nagrado (Sturman in Moghaddam, 2011). To kaže, da tudi če se obnašanje zdi podobno, je mladostni prefrontalni korteks v drugačnem stanju kot pri odraslih. Natančneje, nevroni mladostnikov z orbitofrontalnim korteksom so postali veliko bolj navdušeni nad nagrado, medtem ko je bil delež mladostnikov, ki so zavrli nevrone, bistveno manjši v tem času in na drugih točkah v nalogi (Slika 1b). Ker je nevronska inhibicija ključnega pomena za nadzor natančnega časovnega razporeda konic in zajemanja sinhronizirane nihajne aktivnosti (Cardin et al., 2009; Fries et al., 2007; Sohal et al., 2009), zmanjšana nevronska inhibicija orbofrontalnega korteksa, povezana z nalogami, je lahko neposredno povezana z večjimi neuralnimi kodirnimi razlikami, opaženimi v tej študiji in opisanimi v drugih. Nazadnje, v večini nalog so mladostniki pokazali večjo variabilnost navzkrižnega preizkušanja, ki bi lahko kazala na nižji signal-šum v mladostni prefrontalni korteks. Zato, ko se razvije prefrontalni korteks, bi lahko povečana fazna zavrtost na ravni ene enote podprla večjo medregionalno in medregionalno nevronsko koordinacijo in učinkovitost obdelave.

  

Slika 1

A) Shema vedenjske naloge. Podgane so izvedle instrumentalno vedenje znotraj standardne operantne komore. Vsak preskus se je začel z začetkom svetlobe v obliki luknje v nosu (Cue). Če je podgana vtaknila v to luknjo, ko je svetloba delovala (Poke) ...

5. Nevrohevioralne hipoteze

Z vsemi nevrorazvojnimi spremembami v adolescenci, kaj je razlog za posebne vedenjske razlike in ranljivosti tega obdobja? V prejšnjih oddelkih so prikazani dokazi za različne nevrološke razvojne spremembe mladostnikov in razlike v vedenju in ranljivosti, povezane s starostjo. Predstavljamo več hipotez ali modelov, ki eksplicitno povezujejo adolescentske razlike v motiviranem obnašanju, družbenem razvoju in vedenjskem zaviranju z zrelostjo določenih nevronskih vezij (Tabela 2).

  

Tabela 2

Nevrohavioralne hipoteze, ki vključujejo spremembe vedenja mladostnikov z razvojem možganov

Adolescentna izpopolnitev mreže za obdelavo družbenih informacij je model, ki povezuje socialni razvoj mladostnikov s spremembami možganov (Nelson et al., 2005). Ta okvir opisuje tri med seboj povezane funkcionalne vozlišča z različnimi strukturnimi podporami: detekcijsko vozlišče (spodnja okcipitalna skorja, spodnja in sprednja temporalna skorja, intraparietalni sulkus, fusiform gyrus in višji temporalni sulkus), afektivno vozlišče (amigdala, ventralni striatum, septum, v določenih pogojih se nahaja jedro strie terminalis, hipotalamus in orbitofrontalni korteks) in kognitivno-regulacijsko vozlišče (deli prefrontalnega korteksa). Zaznavno vozlišče določa, ali dražljaji vsebujejo družbene informacije, ki jih nadalje obdeluje čustveno vozlišče, ki takim dražljajem daje čustveni pomen. Kognitivno-regulativni vozlišče nadalje obdeluje te informacije, opravlja bolj zapletene operacije, povezane z zaznavanjem duševnih stanj drugih, zavira prepotentne odzive in generira ciljno usmerjeno vedenje (Nelson et al., 2005). Mladostne spremembe občutljivosti in interakcije teh vozlišč domnevajo, da okrepijo družbene in čustvene izkušnje, močno vplivajo na odločanje mladostnikov in prispevajo k nastanku psihopatologij v tem obdobju (Nelson et al., 2005).

Model triadnega vozlišča (Ernst et al., 2006) predvideva, da lahko posebna razvojna usmerjenost regij možganov, ki podpirajo afektivno obdelavo in kognitivno kontrolo, ter ravnotežje med njimi, temelji na nagnjenosti mladih k tveganju. Ta model temelji tudi na aktivnosti treh vozlišč, ki ustrezajo določenim regijam možganov. V tem primeru je vozlišče, odgovorno za pristop nagrajevanja (ventral striatum), v ravnotežju z vozliščem za izogibanje kazni (amigdala). Modulacijsko vozlišče (prefrontalni korteks) vpliva na relativni vpliv teh izravnalnih sil in tvegano vedenje je posledica končnega računa, ki daje prednost pristopu. V skladu s tem modelom, v okoliščinah, ki vključujejo nekaj verjetnostnega kompromisa med apetitivnimi in škodljivimi dražljaji, je pristopno vozlišče bolj prevladujoče pri mladostnikih. Hiperaktivnost ali preobčutljivost sistema nagrajenega pristopa bi se sicer lahko prilagodila aktivnosti v delih prefrontalnega skorje, vendar njegova nerazvitost pri mladostnikih ne dopušča ustreznega samonadzora in inhibitornega nadzora (Ernst in Fudge, 2009).

Casey in sodelavci predpostavljajo, da bi lahko razlike v razvojni poti mladostniških prefrontalnih korteksov in subkortikalnih struktur (npr. Ventralnega striatuma in amigdale), skupaj s povezavami med njimi, predstavljale adolescentske vedenjske nagnjenosti (Casey et al., 2008; Somerville in Casey, 2010; Somerville et al., 2010). Med nalogo, ki je vključevala prejemanje različnih nagradnih nagrad, je bil obseg mladostniške aktivnosti v nucleus accumbens podoben kot pri odraslih (čeprav z večjimi velikostmi), medtem ko je vzorec orbitofrontalne kortikalne aktivnosti bolj podobno kot pri otrocih kot odraslih (Galvan et al., 2006). Relativna zrelost subkortikalnih sistemov in nezrelost prefrontalnega korteksa, ki je ključnega pomena za kognitivno kontrolo, lahko vodi do večje naklonjenosti mladostnikov k iskanju občutkov in prevzemanju tveganja. Ključno je, kot v modelu triadnega vozlišča, koncept relativnega medregionalnega neravnovesja v adolescenci, v nasprotju z otroštvom, ko so te regije relativno nezrele in odrasle, ko so vse zrele (Somerville et al., 2010). Ta model je podoben Steinbergovemu okviru, v katerem je relativno zmanjšanje prevzemanja tveganj od adolescence do odraslosti posledica razvoja kognitivnih kontrolnih sistemov, povezav, ki omogočajo integracijo kognicije in vpliva med kortikalnimi in subkortikalnimi regijami, ter razlike v nagrajevanju. ali občutljivost (Steinberg, 2008).

Osrednja tema teh modelov je, da pri mladostnikih obstajajo razlike v občutljivosti, stopnji ali vplivu aktivnosti v kortikalnih in subkortikalnih regijah znotraj mrež, ki podpirajo čustveno procesiranje in kognitivni nadzor. Na podlagi naših podatkov in drugih dokazov predvidevamo, da so takšne razlike lahko posledica zmanjšane nevronske koordinacije in učinkovitosti obdelave pri mladostnikih, ki se kažejo kot posledica manj učinkovitega prenosa informacij med regijami in neravnovesij v nevronskem vzbujanju in inhibiciji v kritičnih regijah možganov. kot je orbitofrontalna skorja in deli bazalnih ganglijev. Kot je opisano prej, in vitro Delo je pokazalo dramatične spremembe v vzorcih ekspresije različnih receptorjev in učinke aktivacije receptorjev, vključno z odzivom inhibitornih hitrih interneuronov na stimulacijo dopamina in NMDA receptorjev. Pričakuje se, da bodo take spremembe vplivale tako na ravnovesje vzbujanja in inhibicije kot tudi na koordinacijo nevronskih skupin. Ker je hitra interneuronska aktivnost ključnega pomena za nadzor natančnega časovnega poteka nevronske aktivnosti in vnosa nihanj, so lahko razvojni premiki mladostniške interneuronske aktivnosti in njihov odziv na neuromodulatorje, kot je dopamin, osrednjega pomena za nekatere od teh starostnih razlik pri obdelavi. Zaradi tega je lahko nevronska aktivnost mladostnika manj dobro usklajena, hrupnejša in bolj lokalna, morda pa tudi bolj občutljiva na vedenje, ki aktivira nagrade, novost ali druge pomembne dražljaje. Zmanjšana medregionalna oscilacijska koordinacija, ki jo še dodatno ovira nepopolna mielinacija, bi lahko skupaj prispevala k manj porazdeljeni funkcionalni aktivnosti, ki je bila opažena pri slikovnih študijah. Zgoraj omenjena tendenca mladostnikov, da dajejo prednost tveganim odločitvam v čustveno nabitih razmerah, je lahko povezana tudi s kombinacijo zmanjšane medregijske komunikacije (npr. Neuspeh prefrontalnega korteksa, da učinkovito ublaži subkortikalne signale v bazalnih ganglijih) in pretirano aktiviranje in / ali zmanjšanje zaviranja do izrazitih znakov v kontekstu motiviranega vedenja, kot smo opazili pri predvidevanju nagrajevanja v orbitofrontalni skorji.

6. Povzetek

Ker smo izvedeli več o specifičnih možganskih in vedenjskih spremembah v adolescenci, je bilo predlaganih več nevrohevioralnih modelov. V središču večine od teh je ideja, da nezrela nevronska obdelava v prefrontalnem korteksu in drugih kortikalnih in subkortikalnih regijah, skupaj z interakcijo, vodi do vedenja, ki je usmerjeno v tveganje, nagrado in čustveno reaktivnost v adolescentnem obdobju. Nedavna dela na razvoju inhibitornih interneuronskih vezij in njihove spreminjajoče se interakcije z nevromodulatornimi sistemi v adolescenci lahko prav tako razjasnijo, zakaj se obolenja, kot je shizofrenija, ponavadi kažejo v tem času. Z uporabo tehnik, kot je fMRI pri ljudeh in elektrofizioloških posnetkih pri laboratorijskih živalih, začenjamo natančneje opredeliti, kako mladostniki drugače od odraslih obdelujejo nagrado in druge vidike motiviranega vedenja. To je ključni korak pri ugotavljanju možganskih ranljivosti normalnega vedenja mladostnikov in razumevanju patofiziologije psihiatričnih bolezni, ki se razvijajo v tem obdobju.

Opombe

Reference