Vloga pubertete pri razvoju adolescentnega možganov (2010)

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

Objavljeno na spletu 2010 maj 3. doi:  10.1002 / hbm.21052
PMCID: PMC3410522

Minimalizem

Adolescenca se nanaša na obdobje fizičnega in psihološkega razvoja med otroštvom in odraslostjo. Začetek adolescence je ohlapno zasidran do začetka pubertete, kar prinaša dramatične spremembe v ravni hormonov in številne posledične fizične spremembe. Nastop pubertete je povezan tudi z globokimi spremembami v nagonih, motivacijah, psihologiji in družbenem življenju; te spremembe se nadaljujejo ves čas adolescence. Vedno več je nevroloških študij, ki v razvojni dobi gledajo na razvoj možganov, tako strukturno kot funkcionalno. Skoraj vse te študije so opredelile razvoj po kronološki starosti, kar kaže na močno, vendar ne enotno korelacijo s pubertetno fazo. Zelo malo nevroznanstvenih študij je povezovalo razvoj možganov s pubertetno fazo, vendar obstajajo poskusni dokazi, da lahko puberteta igra pomembno vlogo pri nekaterih vidikih možganskega in kognitivnega razvoja. V prispevku opisujemo to raziskavo in predlagamo, da bi v prihodnosti razvojne nevrološke študije adolescence upoštevale vlogo pubertete. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

ključne besede: puberteta, adolescenca, razvoj, hormoni, prefrontalni korteks

UVOD

Adolescenca je obdobje fizičnega, kognitivnega in socialnega zorenja med otroštvom in odraslostjo [Lerner in Steinberg, 2004; Sisk in Foster, 2004]. Začetek adolescence se pojavi okoli pubertete in je zato zaznamovan z dramatičnimi spremembami v ravni hormonov in fizičnim videzom (vključno s hitro telesno rastjo, spremembami v strukturi obraza in pojavom sekundarnih spolnih značilnosti). V istem intervalu mladostniki doživljajo številne spremembe v družbenih, akademskih in drugih okoljskih vplivih in običajno vstopijo v stopnjo globokega psihološkega prehoda. Konec adolescence naj bi se zgodil, ko je posameznik dosegel stabilno vlogo odraslega, do takrat pa se bo večina pubertetnih prehodov končala, vsaj v industrializiranih državah [Choudhury, 2010; Lerner in Steinberg, 2004]. Skozi mladost se pojavljajo spremembe v strukturi in funkciji možganov. Spolni dimorfizmi v mnogih od teh sprememb kažejo na možne povezave s puberteto.

Relativno malo je znanega o razmerju med puberteto in nevronskim razvojem pri ljudeh. Vendar pa veliko dokazov iz študij, ki ne vključujejo človeka, kažejo, da hormonski dogodki v puberteti močno vplivajo na zorenje in vedenje možganov [Cahill, 2006; Sisk in Foster, 2004; Kopje, 2000]. Te spremembe oblikujejo dojemanje, motivacijo in vedenjski repertoar posameznika, ki omogoča reproduktivno vedenje in neodvisnost [Sato et al. 2008]. V zadnjih letih so majhne, ​​a vse večje število študij o vedenjskih in živčnih motnjah pri ljudeh, vključno s populacijami z endokrinimi motnjami, zagotovile poskusne dokaze, da lahko pubertetni hormoni vplivajo na strukturo in delovanje človeških možganov v razvoju.

PUBERTY: ZAČETEK ADOLESCENCE

Za zgodnjo adolescenco so značilne spremembe v telesu zaradi pubertete, ki vključujejo tri endokrine dogodke: adrenaršo, gonadarko in aktivacijo rastne osi [Dorn, 2006; Kopje, 2000]. Gonadarche, ki se pogosto uporablja kot puberteta per se, je biološki proces, ki se začne z aktivacijo hipotalamično-hipofizno-gonadne osi in konča s pridobitvijo reproduktivne sposobnosti. Ta proces se običajno začne med starostjo 8 in 14 let pri ženskah (povprečna starost 11) in med starostjo 9 in 15 pri moških (srednja starost 12), kot odgovor na pulzirajoče sproščanje gonadotropin sproščajočega hormona (GnRH) iz hipotalamusa, ki stimulira proizvodnjo hipofize luteinizirajočega hormona (LH) in folikle stimulirajočega hormona (FSH). LH in FSH aktivirata zrelostne spremembe v spolnih žlezah (jajčnikih ali modih), ki se odzivajo z doseganjem reproduktivnih sposobnosti (produkcija gamet). Zrelci jajčnikov in moda izločajo tudi gonadne steroide, estrogen in testosteron. To povečanje gonadnih steroidov pa sproži dodatne spremembe v reproduktivnih organih in pojav sekundarnih spolnih značilnosti [Susman in Rogol, 2004].

Adrenaker ali aktivacija osi hipotalamus-hipofiza-nadledvična žleza se pogosto začne pred gonadarko, običajno med šestimi in devetimi leti pri ženskah, leto kasneje pa pri moških [Dorn, 2006; Grumbach in Styne, 2003]. Nadledvični androgeni (šibkejše oblike gonadnega testosterona) se začnejo povečevati na začetku adrenarha in še naprej naraščajo, dokler ne dosežejo najvišje vrednosti v zgodnjih 20s [Worthman in Stallings, 1997]. To povečanje nadledvičnih androgenov prispeva k razvoju sekundarnih spolnih značilnosti, kot so aksilarne in sramne dlake ter spremembe žlez znoj / telesnega vonja. Mogoče je, da adrenarš povzroča tudi zrelostne učinke, ki se začnejo pred obdobjem, ki se običajno šteje za adolescenco; vendar ti učinki niso dobro razumljeni [Dorn, 2006].

Tretji hormonski dogodek, ki se pojavi med puberteto, je aktivacija rastne osi, ki povzroči linearno rastno naraščanje pri starosti 12 pri deklicah in starostnih 14 pri dečkih, kot tudi spremembe velikosti in sestave telesa [Marshall in Tanner, 1969, 1970].

HORMONALNI UČINKI NA MOŽGANJE IN VEDENJE

Gonadni steroidni hormoni estrogen in testosteron ter njihovi šibkejši nadledvični partnerji vplivajo na fizični izgled telesa. Prav tako vplivajo na možgane in vedenje. Predpostavlja se, da se ti učinki pojavljajo preko dveh relativno različnih procesov: organizacije in aktivacije [Schulz et al., 2009; Sisk in Foster, 2004]. Organizacijski učinki se pojavijo pred in perinatalno, z valovi testosterona, ki masculinizirajo in defeminizirajo živčne kroge pri moških, odsotnost testosterona pa povzroči ženski nevronski fenotip. Aktivacijski učinki se pojavijo v puberteti, saj gonadni steroidni hormoni delujejo na mirujoče živčne kroge, da bi v kontekstu vzbudili reproduktivno vedenje odraslih; nedavna posodobitev te dihotomije kaže, da hormonski dogodki v puberteti organizirajo tudi nevronske kroge za socialno in reproduktivno vedenje odraslih [Schulz et al., 2009; Sisk in Foster, 2004]. Dejansko se na podlagi ugotovitev iz nečloveških študij živali domneva, da hormonski dogodki v puberteti sprožijo drugo obdobje strukturne reorganizacije in plastičnosti v možganih [Sisk in Foster, 2004]. Pri ljudeh pa je zelo malo razumevanja specifičnih razmerij med puberteto in razvojem možganov pri mladostnikih.

Študije na živalih kažejo, da spolni steroidni hormoni izvajajo tri glavne učinke na obnašanje v puberteti, preko specifičnih možganskih struktur. Prvi učinek je olajšanje neposredno reproduktivnega vedenja, ki se pojavlja predvsem preko hipotalamusa. Drugi učinek je preko reorganizacije senzoričnih in asociacijskih regij možganov, vključno z vidnim korteksom [Nunez et al. 2002], amigdala in hipokampusa [Hebbard et al., 2003; Romeo in Sisk, 2001; glej tudi Shen et al., 2010]. To ima za posledico spremenjene senzorične povezave, npr. Vonj ali pogled potencialnih spolnih partnerjev ali konkurentov [Sisk in Foster, 2004], ki lahko olajša nekatere pozornosti in motivacijske spremembe v puberteti. Tretji učinek pubertetnih hormonov se pojavi preko možganskih struktur, povezanih z nagrajevanjem, kot je nucleus accumbens, in dopaminergičnih poti do prefrontalnega korteksa. Ti učinki so potrebni za vzpostavitev močne motivacije za iskanje reproduktivnih možnosti. Na primer, v glodalnem jedru accumbens, pubertetno povečanje nevronskih vezij preoblikovanja testosterona vpliva na motivacijo za vedenje, ki išče nagrajevanje, vključno s spolnim vedenjem [Sato et al., 2008]. Možno je, da adrenarchel hormoni (DHEA in DHEAS) začnejo izvajati podobne učinke na možgane in vedenje pred nastopom gonadarke, vendar so ti učinki slabo razumljeni. Jasno je, da je potrebno več raziskav, ki se osredotočajo na najzgodnejše faze pubertete / adrenarha, da bi bolje razumeli te vidike pubertete in razvoja in vedenja možganov za mladostnike [glej Dorn, 2006; za razpravo].

MERJENJE JAMSTVA V RAZVOJU ADOLESCENTNEGA MOŽGANJ

Relativno malo je znanih sprememb, ki so značilne za puberteto v razvoju človeških možganov. Napredovanje razumevanja na teh področjih bo zahtevalo posebno pozornost na dveh ravneh: konceptualno in metodološko. Konceptualno bo to zahtevalo razvoj in izpopolnitev modelov razvoja možganov za mladostnike, ki obravnavajo specifične vidike pubertetnega zorenja (npr. Specifični hormoni), ki so vzročno povezani s posebnimi vidiki možganskih sprememb in vedenjskih sprememb. Metodološko bodo potrebne študije, ki bodo oblikovane z izbiro vzorcev in meril pubertete, ki omogočajo testiranje teh specifičnih hipotez. Ker starost in pubertetno zorenje pogosto med seboj povezana (starost se zlahka izmeri z veliko natančnostjo in veljavnostjo, medtem ko se puberteta pogosto ocenjuje s grobimi kategorijskimi ukrepi, ki jih ni mogoče preprosto ovrednotiti), obstaja potreba po študijah, ki izrecno ločijo puberteto in starost. učinki (npr. najemanje vzorcev, ki so enake starosti in stopnje izobrazbe, vendar se razlikujejo po pubertetnem zorenju, in nato vzdolžni ponovni pregled).

Ti cilji postavljajo vrsto vprašanj v zvezi z merjenjem specifičnih vidikov pubertetnega zorenja v študijah pri ljudeh. Za začetek puberteta ni niti kratek dogodek niti enoten pojav, temveč obsega več različnih, a časovno prekrivajočih se procesov, ki trajajo več let [Dorn, 2006]. Kot smo že opisali, ti procesi vključujejo aktiviranje sistemov nadledvične, gonadne in rastnega hormona, poleg tega pa tudi različne neposredne in posredne učinke, od rasti rasti do spreminjanja samopodobe. Najprimernejši ukrep pubertete bo zato deloma odvisen od specifičnega raziskovalnega vprašanja v vsaki študiji.

Pogosto uporabljeno merilo pubertete je Tanner Stage. Tannerjeva razvrstitev posameznike razvrsti po lestvici pubertete od 1 do 5, na podlagi razvoja sramnih dlak in prsi pri ženskah ter sramnih dlak in genitalnega razvoja pri moških [Tanner, 1971; Tanner in Whitehouse, 1976]. Priprava tannerja s fizikalnim pregledom mora izvesti usposobljen zdravnik. Obstajanju Tannerja je nekaj omejitev. Lestvica je bila razvita glede na eno etnično skupino (lahko obstajajo medetnične razlike) in na relativno majhnem vzorcu otrok 200. Dekleta s prekomerno telesno težo bodo ponavadi nepravilno uprizorjena zaradi zanašanja na razvoj prsnega koša, ki ga lahko v povsem vizualnem pregledu napačno precenimo. Kljub tem omejitvam se je zgodovina Tannerja zgodovinsko obravnavala kot zlati standard za merjenje pubertete [Dorn, 2006].

Glede na zgoraj omenjene pomisleke je mogoče pričakovati, da bi lahko Tannerjevo fizikalno preiskavo koristno dopolnili s hormonskimi testi, saj ti merijo adrenalne in gonadne (ali adrenalne / gonadne-sproščajoče) hormone pred njihovimi zunanjimi fizičnimi učinki. Hormonski testi so lahko vedno bolj koristni za merjenje pubertetne faze v prihodnosti; vendar v tem trenutku ni jasno, kako naj se meritve hormonov kombinirajo z drugimi ukrepi (ali uporabijo v povezavi z njimi), kot so Tannerjeve faze [glej Shirtcliffe et al., 2009]. Obstajajo tudi druga praktična vprašanja v zvezi s hormonskimi ukrepi, vključno s stroški, obremenitvijo predmetov in dejstvom, da stopnje različnih pubertetnih hormonov nihajo v mesečnih in cirkadijskih ciklih. Opravljenih je bilo le malo raziskav, ki primerjajo ravni hormonov v različnih bioloških vzorcih (slina, kri, urin) s kliničnimi ocenami Tannerja [glej Dorn, 2006; Shirtcliffe et al., 2009], zato ni jasno, koliko teže je treba dati ravni hormonov. Na konceptualni ravni, na primer, so lahko nekatere nevrohevioralne spremembe v puberteti neposreden rezultat povečanih ravni hormonov na specifične nevronske sisteme med razvojem možganov v mladostnikih (in s tem najbolje merjene s hormonskimi ukrepi), medtem ko lahko druge nevrohevioralne spremembe odražajo bolj kompleksne vplive (npr. spremembe v socialnih izkušnjah, ki so bolj neposredno povezane s fizičnimi spremembami in družbenimi vlogami, in bolje povezane s Tannerjevimi stopnjami kot katere koli posebne spremembe hormonov).

Priprava tannerja s fizikalnim pregledom s strani usposobljenega zdravnika lahko sproži praktična vprašanja glede primernosti in priročnosti. Pogosto je to najbolje doseči v okviru kratkega "zdravstvenega" izpita. To pomeni, da je uprizoritev Tannerja lahko del običajnega fizičnega zdravstvenega pregleda in zato ne sme biti povezana s kakršnokoli stigmo ali etičnimi težavami (poleg običajnega fizičnega pregleda zdravja). Vendar pa lahko stroški (čas zdravnika, posebna soba in oprema za fizični pregled ter razlaga postopkov mladostnikom in družini) to naredijo nepraktično za številne raziskovalne študije. Zato je koristno razmisliti o alternativnih načinih kvantificiranja pubertetnega zorenja, kot so ocene z vprašalnikom za samo-poročanje. Razmeroma veliko število študij je ocenilo Tannerjevo samoocenjevalno stopnjo z uporabo Petersenove razvojne lestvice [PDS; Petersen et al., 1988]. To je vprašalnik, ki vključuje elemente, ki ocenjujejo rast las, spremembe na koži in rast izrastka, s spolno specifičnimi postavkami, npr. Menarho in razvoj dojk pri ženskah ter rast genitalij in dlak na obrazu pri moških. Kot tak, PDS meri sestavljeno oceno pubertete, ki vključuje učinke nadledvičnih in rastnih hormonov, kot tudi gonadnih hormonov. Korelacije s klinično ocenjeno stopnjo Tannerja niso še posebej visoke: ena študija je ugotovila korelacije med 0.61 in 0.67 v 11- do 13-letnih dekletov za samoporočanje PDS [Brooks-Gunn et al., 1987; korelacije so še nižje za PDS s poročilom staršev; glej Shirtcliffe et al. 2009]. Oceniti je treba, v kolikšni meri so te relativno nizke korelacije posledica netočnega samoocenjevanja ali posebnih konstruktov, kot so različni učinki nadledvične žleze / rasti v primerjavi s gonadnimi hormoni. PDS se lahko uporablja previdno, da se oceni stopnja Tannerja, ko fizični pregled ni mogoč. Vendar, če se raziskovalno vprašanje ne nanaša na raven hormonov in Tannerjevo stopnjo, ampak se nanaša na samopodobo in samozavest, ali na fazo pubertete glede na vrstnike, lahko trdimo, da je PDS najpomembnejši ukrep [glej Dorn , 2006 za razpravo]. Če povzamemo, bi morali raziskovalci dovolj upoštevati, kateri vidik pubertete je najpomembnejši za njihovo raziskovalno vprašanje, in ustrezno izbrati svoje ukrepe za puberteto (in splošno oblikovanje študije).

PUBERTY IN STRUKTURNI RAZVOJ MOŽGAN, KI JE MERILO Z MRI

Pojav neinvazivnih tehnik slikanja možganov, zlasti magnetnoresonančnega slikanja (MRI), je omogočil raziskovanje razvoja živih možganov. Razvojne spremembe, ki so bile označene z MRI, vključujejo spremembe količine sive in bele snovi ter spremembe mikrostrukture bele snovi.

Razvoj sive snovi pri mladostnikih

Količina kortikalne sive snovi (njena gostota, volumen in debelina) se v otroštvu in adolescenci spremeni v specifičnem za regijo in pretežno nelinearni način [Giedd et al., 1999; Shaw et al., 2008; Sowell et al., 1999; Tamnes et al., 2009; glej npr. Blakemore, 2008 za pregled]. V večjem delu kortikalne površine je razvoj sive snovi v skladu z invertirano-U-razvojno trajektorijo, ki se najprej povečuje v otroštvu, doseže vrh v adolescenci in stalno upada v odraslost. Sivo snov sestavljajo celična telesa, dendriti in nemielinirani aksoni nevronov, kot tudi glijalne celice in kapilare. Zato in na podlagi dokazov iz histoloških vzorcev [npr. Huttenlocher, 1979], je bilo predlagano, da je razvojna krivulja volumna sive snovi obrnjene v U, ki jo vidimo pri človeških MR skenih, posledica dendritičnega izrastka in sinaptogeneze, ki ji sledi sinaptična obrezovanje [npr. Giedd et al., 1999]. Zgodnji dokument Giedd et al. [1999] je pokazal ta vzorec razvoja sive snovi v predelu, časovnem in parietalnem režnju skorje, čeprav vse nadaljnje študije niso zagotovile jasne replikacije tega vzorca (npr. Shaw et al., 2008; Tamnes et al., 2009). V Giedd et al., So prednji in parietalni režnji dosegli najvišji volumen sive snovi pri starosti 11 pri deklicah in 12 pri dečkih, preden so bili podaljšani zaporedje redčenja v odrasli dobi. Starost, pri kateri so bili ti vrhovi v sivi snovi opazili, ustreza spolno dimorfnemu starostu gonadarhe, kar kaže na možne interakcije med pubertetnimi hormoni in razvojem sive snovi. Druge študije MRI so pokazale postopen pojav spolnih dimorfizmov v puberteti, povečanje volumna amigdale samo v času pubertete pri samcih in povečanje volumna hipokampusa pri samicah [Lenroot et al. 2007; Neufang et al., 2009]. Tako je možno, da je nevroanatomski razvoj v določenih regijah možganov tesneje povezan s puberteto kot v drugih regijah možganov. Vendar pa v teh študijah niso bile pridobljene nobene neposredne mere pubertete.

Vloga pubertete pri razvoju sive snovi

V zadnjih letih so številne raziskave o MRI pri mladostnikih podrobneje raziskale odnose med strukturnim razvojem možganov, spolom in puberteto. Adolescentska strukturna študija MRI, ki so jo opravili Peper et al. [2009b] je pokazala pozitivno povezavo med ravnmi testosterona in globalno gostoto sive snovi pri moških (in ne pri ženskah), medtem ko so ženske pokazale negativno povezavo med ravnijo estradiola in globalno ter regionalno gostoto sive snovi. Ali je mogoče te razlike med spoloma ponoviti in ali so dejansko značilne za posamezno regijo, je treba še videti. Na drugih področjih so dokazani učinki pubertetnih ukrepov na strukturne ukrepe možganov glede na regijo in spol. Na primer, Neufang et al. [2009] raziskali odnose med prostornino sive snovi, spolom in pubertetnimi ukrepi pri udeležencih, starih 8 – 15. Pubertetni ukrepi so bili ocenjeni s stopnjami zdravnika Tanner in plazemskimi koncentracijami gonadotropnih (LH, FSH) in gonadnih (testosteronskih, estrogenskih) hormonov. Ne glede na spol je obstajal pozitiven odnos med pubertetskimi ukrepi (stopnja Tannerja in testosterona) in volumnom sive snovi v amigdali ter negativni odnos med temi ukrepi in obsegom hipokampusa. Poleg tega so bili spolno specifični učinki: ženske so pokazale pozitiven odnos med ravnijo estrogena in limbično sivo snov, moški pa so pokazali negativen odnos med testosteronom in sivo snovjo temenske skorje. Vse te ugotovitve so predhodne in zahtevajo ponovitev, vendar predstavljajo pomemben prvi korak na tem novem področju raziskav.

Razvoj mladostnikove bele snovi

Številne študije MRI kažejo stalno linearno povečanje svetovnega volumna bele snovi med otroštvom in adolescenco, pri čemer se to povečanje upočasni in stabilizira v odrasli dobi [Giedd et al., 1999; Tamnes et al., 2009]. To povečanje se med spoloma razlikuje med mladostniki, pri čemer moški kažejo precej bolj strmo starostno povečanje volumna bele snovi kot ženske (npr. Perrin et al., 2008, 2009]. Povečanje volumna bele snovi je bilo pripisano progresivni starostni aksonalni mielinaciji, ki je bila opažena v histoloških vzorcih [Benes et al. 1994; Yakovlev in Lecours, 1967], ali alternativno, k povečanju aksonalnega kalibra [Paus et al. 2008].

Poleg sprememb v prostornini bele snovi so študije pokazale sočasne spremembe mikrostrukture bele snovi. Frakcijska anizotropija (FA) je merilo MRI, ki opisuje, v kolikšni meri je difuzija vodnih molekul v možganih anizotropna (ni enaka v vseh smereh). Zdi se, da visoke vrednosti FA, prikazane v študijah difuzijskega tenzorskega slikanja (DTI) -MRI odražajo povečano organizacijo traktov bele snovi zaradi procesov, vključno z mielinacijo. Študije dosledno kažejo povečanje FA v adolescenci, na primer v čelnih režnjah [Barnea-Goraly et al. 2005]. Doslej študije niso pokazale dokazov za spolno dimorfne razvojne poti FA.

Druga meritev MR, ki je bila uporabljena razvojno, je razmerje prenosa mielina [MTR: Perrin et al., 2008, 2009]. MTR zagotavlja informacije o vsebnosti makromolekul (npr. Vsebnosti mielina) tkiva bele snovi. Za razliko od FA obstaja dokaz za spolno-dimorfne razvojne poti MTR. Natančneje se je pokazalo, da se MTR s starostjo med mladostniki zmanjšuje samo pri moških [Perrin et al., 2008, 2009]. Predlagano je bilo, da to zmanjšanje MTR odraža naraščanje aksonskega kalibra, saj bo večji kalibar manj aksonov umeščen v isto enoto prikazanega volumna in to bo imelo za posledico relativno zmanjšanje količine mielina [Paus et al. , 2008]. Vprašanja o teh zanimivih ugotovitvah ostanejo pri MTR: na primer, ali se te spolne razlike pojavijo pred ali izključno med adolescenco.

Vloga pubertete pri razvoju bele snovi

Razvojne poti belih snovi se razlikujejo kot funkcija pubertetnih ukrepov. Ena študija je poročala o pozitivnem razmerju med koncentracijo LH in gostoto bele snovi pri devetih letih; to razmerje se med spoloma ni razlikovalo [Peper et al., 2009a]. Vendar pa je bilo dokazano, da se v času adolescence razvojne poti belih snovi, kot tudi MTR, razlikujejo med spoloma. Nedavne študije Perrin et al. [2008, 2009] so raziskali, ali je ta razlika posledica pubertetnih hormonov, ki segajo od LH. Perrin et al. [2008] je raziskal razmerje med nivoji izražanja gena, ki kodira receptor za androgen (testosteron), in razvoj bele snovi pri moških. Rezultati so pokazali, da je varianca v trajektorijah razvoja bele snovi pri moških dejansko povezana z ravnmi izražanja genov, kar kaže, da so učinki testosterona lahko odgovorni za spolno dimorfni odnos med starostjo in volumnom bele snovi. V Perrin et al. [2009] so bili predstavljeni dokazi o spolnem dimorfizmu v mehanizmu, ki je podlaga za povečanje volumna bele snovi pri mladostnikih.

Če povzamemo, številne študije so pokazale, da gonadotropni in gonadni pubertetni hormoni vplivajo na strukturni razvoj možganov. Nadaljnje delo je potrebno za raziskovanje mehanizmov, ki so podlaga za specifičnost regije in spolni dimorfizem v odnosu med pubertetskimi hormoni in razvojem možganov. Končno, študije doslej niso raziskale možnih interakcij med časom pubertetnih dogodkov in strukturnim razvojem možganov; to je področje za prihodnje preiskave.

VLOGA DRUŽBE V KOGNITIVNEM RAZVOJU

Le majhno število empiričnih vedenjskih študij se je osredotočilo na učinek pubertete na določen kognitivni proces. Nekatere najzgodnejše študije so se osredotočile na obdelavo obraza. Študija, ki sta jo opravila Carey et al. [1980] je pokazala, da se je v prvem desetletju življenja stalno izboljševala uspešnost pri prepoznavanju identitete obraza, temu pa je sledil upad uspešnosti pri približno 12 starosti. To zmanjšanje je lahko posledica pubertete, ne pa starosti same po sebi, saj je kasnejša študija pokazala, da so ženske sredi pubertete slabše delovale v pred- ali postpubertetni dobi, ko so se te skupine ujemale s starostjo. V zadnjem času so pokazali dokaze za pubertetni »dip« pri obdelavi obraznih čustev [McGivern et al., 2002]. V tej študiji so moški in ženske, starejši od 10 – 17, opravili nalogo ujemanja z vzorcem, v kateri so se obrazi, ki kažejo čustvene izraze, ujemali z besedami čustev. Dokazano je bilo povečanje reakcijskega časa okoli 10 – 20% pri starosti, ki ustreza začetku pubertete (starost 10 – 11 let pri ženskah, 11 – 12 pri moških), ki se je v adolescenci zmanjšala, da bi dosegla raven predpubertetov pri starosti 16– 17. Vendar pa ta študija ni ocenila stopnje pubertete. Te rezultate je treba zdaj ponoviti, na primer z bolj natančnimi hormonskimi meritvami pubertete, in z uporabo vzdolžno ocenjenih kohort. Nadaljnje študije bi morale tudi raziskati, ali so ti rezultati specifični za obdelavo obraza ali pa so bolj splošen učinek kognitivnega razvoja mladostnika.

Vpliv spolnih hormonov na kognitivno funkcijo

Obstajajo dokazi, da lahko hormoni različno vplivajo na obnašanje v puberteti kot v odrasli dobi. Na primer, izzivni model testosterono-agresivnih združenj kaže, da medtem ko se raven testosterona med puberteto povečuje, agresivno vedenje ne kaže preproste povezave s testosteronom med adolescenco [Archer, 2006]. Namesto tega se pojavljajo dokazi iz študij človeških in nečloveških primatov, da testosteron povečuje motivacijo za doseganje višjega statusa, vendar so specifični učinki na vedenje odvisni od socialnega in razvojnega konteksta. Pomembno je poudariti kompleksnost teh vprašanj - to pomeni, da smo na zelo zgodnji točki pri vključevanju raziskav na živalih (kjer se lahko poskusi oblikujejo, da pojasnijo specifične hormonske učinke na določene nevralne sisteme) in študije na ljudeh, da se obravnavajo pomembni, vendar kompleksna vprašanja v zvezi s kognitivnimi, čustvenimi in motivacijskimi spremembami, ki so neposredno povezane s puberteto [glej Dahl in Gunnar, 2009, za nadaljnjo razpravo o nekaterih kliničnih in javnozdravstvenih posledicah].

Vendar pa je na področju raziskav na tem področju nekaj področij konvergence, ki poudarjajo obetavna področja napredka. Na primer, vedno več je dokazov, da lahko adolescentske spremembe v iskanju občutkov vključujejo nekatere spremembe, ki so specifične za puberteto, in lahko zagotovijo nov vpogled v tveganje mladostnikov. Iskanje občutkov je eden od razvojnih dejavnikov tveganega vedenja in je bolj verjetno, da se bo pojavil v adolescenci kot katera koli druga časovna obdobja [npr. Arnett in Balle-Jensen, 1993]. Zdi se, da so težnje, ki iščejo občutke, močneje povezane s puberteto kot starost [Spear, 2000]. Ena od prvih raziskav, ki so pokazale specifično povezavo med iskanjem občutkov in puberteto, je bila osredotočena na mladostnike v ožjem starostnem razponu let 11 – 14. Fantje in dekleta z bolj naprednim pubertalnim razvojem so imeli večje ocene za iskanje občutkov in večjo uporabo drog [Martin et al., 2002]. Pred kratkim sta Steinberg in Monahan [2007] so našli dokaze, da razčlenjevanje občutenja, ki išče od širšega konstrukta impulzivnosti (ki je včasih eksperimentalno zmedeno z iskanjem občutkov), kaže obrnjeno razvojno pot v obliki črke U, ki je dosegla vrh v času pubertetnega zorenja in pomembno povezana z meritvami pubertete pri fantih. Dahl in Gunnar [2009, za nadaljnjo razpravo] so poročali o širšem spektru afektivnih sprememb, povezanih s puberteto, na primer čustev kot odziv na socialne razmere.

Skratka, nekaj raziskav, ki so še raziskovale povezavo med puberteto in kognitivnim razvojem, bo to področje zanimivo za prihodnje raziskave.

VLOGA ČLOVEKA V FUNKCIONALNEM RAZVOJU MOŽGANJ, KI JE MERILA FMRI

Zelo majhno število izvedenih študij funkcionalnih nevroindikacij je vključevalo ukrepe pubertete. Vendar pa številne študije MRI za odrasle in mladostnike (fMRI) kažejo razlike med spoloma v nevralni aktivnosti v številnih kognitivnih paradigmah (popoln pregled teh ugotovitev presega področje uporabe tega člena). Nekatere razlike med spoloma so lahko posledica učinka spolnih hormonov pred rojstvom, učinkov genov, ki so kodirani na spolne kromosome, od pubertete ali vplivov na okolje zaradi spolov v življenju. Nekatere od teh učinkov lahko pripišemo puberteti. Te učinke lahko posredujejo učinki na nevronsko-hemodinamsko povezovanje, preko organizacijskih ali aktivacijskih učinkov na odzivnost živcev, vplivov na kognitivno obdelavo ali preko posrednih vplivov pubertetnih prehodov na kognitivno procesiranje preko stereotipov in identitete. Potrebne so nadaljnje študije za pojasnitev teh možnih odnosov.

Več študij fMRI je bilo izvedenih pri populacijah z endokrinimi motnjami. Čeprav je rezultate težko interpretirati glede tipične pubertete in adolescence (te populacije so pred nastopom pubertete hormonsko nenormalne), zagotavljajo konvergenčne dokaze, da determinante ali korelati pubertete vplivajo na funkcionalno možgansko aktivnost. Na primer, študija fMRI, ki so jo pripravili Mueller et al. [2009] je primerjala možgansko aktivnost med procesom obdelave čustev obraza med mladostniki samcev s družinskim hiperandrogenizmom (ki je od zgodnje starosti povzročal presežek testosterona). V primerjavi s kontrolnimi skupinami je skupina s presežnim testosteronom pokazala povišano aktivnost hipokampusa pri obdelavi strahu, kakor tudi hitrejše vedenjske odzive na obraze, ki kažejo strašljivo izražanje. V raziskavi fMRI, ki jo je opravil Ernst et al. [2007], sedem mladostnikov s sedem in sedmimi ženskami s prirojeno hiperplazijo nadledvične žleze (ki je povzročila presežek testosterona v maternici) so bili primerjani s kontrolami, ki ustrezajo starosti in spolu, v podobni nalogi za obdelavo čustev obraza. V nasprotju s študijo Muellerja s sodelavci v skupini hipokampus niso poročali o skupinskih razlikah. Vendar pa je bila v ženski klinični skupini okrepljena amigdalna aktivnost med obdelavo strahu in jezo v primerjavi s kontrolami žensk. Povečana aktivnost amigdale v klinični skupini žensk je bila podobna kot pri moških kontrolnih skupinah, kar kaže na posredni učinek testosterona.

ZAKLJUČEK

Pubertet predstavlja obdobje globokega prehoda v smislu pogonov, čustev, motivacij, psihologije in družbenega življenja. Nedavni predhodni dokazi iz študij MRI o razvoju so pokazali, da lahko faza pubertete igra pomembno vlogo pri razvoju možganov za mladostnike, morda bolj kot kronološka starost. Potrebne so nadaljnje vedenjske in nevrostimaging študije, pri katerih se sprejmejo natančni in zanesljivi ukrepi pubertete, da bi osvetlili, kako pubertetni hormoni vplivajo na razvoj možganske strukture in funkcije. Jasno je, da je zelo koristno doseči boljše razumevanje odnosov med možgani, kognicijo, vedenjem in puberteto. Vendar pa bodo ti cilji zahtevali konceptualni in metodološki napredek, ki se osredotoča na to, kako najbolje vključiti različne pubertetske ukrepe v razvojne študije mladostniških možganov in vedenjsko zorenje.

Priznanja

SJB je univerzitetni raziskovalec Royal Society. SB je financiral doktorski študijski program Wellcome Trust 4-year iz nevroznanosti na UCL.

VIRI

  • Archer J. Testosteron in agresija človeka: ocena hipoteze o izzivu. Neurosci Biobehav Rev. 2006;30: 319-345. [PubMed]
  • Arnett J, Balle-Jensen L. Kulturne podlage tveganega vedenja: danski mladostniki. Otroški Dev. 1993;64: 1842-1855. [PubMed]
  • Barnea-Goraly N, Menon V, Eckert M, Tamm L, Bammer R, Karchemski A, Dant CC, Reiss AL. Razvoj bele snovi v otroštvu in adolescenci: študija slikanja presečnih tenzorskih tenzorjev. Cereb Cortex. 2005;15: 1848-1854. [PubMed]
  • Benes FM, Turtle M, Khan Y, Farol P. Mielinacija ključnega relejnega območja v hipokampalni formaciji se pojavi v človeških možganih v otroštvu, mladosti in odraslosti. Arch Gen Psychiatry. 1994;51: 477-484. [PubMed]
  • Blakemore SJ. Socialni možgani v adolescenci. Narava Rev Neurosci. 2008;9: 267-277. [PubMed]
  • Brooks-Gunn J, poslanec Warren, Rosso J, Gargiulo J. Veljavnost ukrepov samoprijave pubertete deklet. Otroški Dev. 1987;58: 829-841. [PubMed]
  • Cahill L. Zakaj je seks pomemben za nevroznanost. Nat Rev Neurosci. 2006;7: 477-484. [PubMed]
  • Carey S, Diamond R, Woods B. Razvoj prepoznavanja obraza - Zrelostna komponenta. Dev Psychol. 1980;16: 257-269.
  • Choudhury S. Kulturacija mladostniških možganov: Kaj lahko iz antropologije nauči nevroznanost? Soc Cogn vpliva na Neurosci. 2010 [Epub pred tiskanjem]
  • Dahl RE, Gunnar MR. Povečana odzivnost na stres in čustvena reaktivnost med pubertetnim zorenjem: Posledice za psihopatologijo. Dev Psychopathol. 2009;21: 1-6. [PubMed]
  • Dorn LD. Merjenje pubertete. J Adolesc Zdravje. 2006;39: 625-626. [PubMed]
  • Ernst M, Maheu FS, Schroth E, Hardin J, Golan LG, Cameron J, Allen R, Holzer S, Nelson E, Pine DS, Merke DP. Funkcija amigdale pri mladostnikih s prirojeno hiperplazijo nadledvične žleze: model za preučevanje zgodnjih nenormalnosti steroidov. Neuropsychologia. 2007;45: 2104-2113. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Giedd JN, Blumenthal J, Jeffries NO, Castellanos FX, Liu H, Zijdenbos A, Paus T, Evans AC, Rapoport JL. Razvoj možganov v otroštvu in adolescenci: longitudinalna študija MRI. Nat Neurosci. 1999;2: 861-863. [PubMed]
  • Grumbach MM, Styne DM. Pubertet: Ontogenija, nevroendokrinologija, fiziologija in motnje. V: Wilson JD, Foster DW, Kronenberg HM, Larsen PR, uredniki. Williams Textbook of Endocrinology. 9th ed. Philadelphia, PA: WB Saunders; 1998. 1509 – 1625.
  • Hebbard PC, King RR, Malsbury CW, Harley CW. Dva organizacijska učinka pubertetskega testosterona pri samcih podgan: prehodni socialni spomin in odmik od LTP po tetanusu v hipokampalnem CA1. Exp Neurol. 2003;182: 470-475. [PubMed]
  • Huttenlocher PR. Sinaptična gostota človeške frontalne skorje - razvojne spremembe in učinki staranja. Brain Res. 1979;163: 195-205. [PubMed]
  • Lenroot RK, Gogtay N, Greenstein DK, Wells EM, Wallace GL, Clasen LS, Blumenthal JD, Lerch J, Zijdenbos AP, Evans AC, Thompson PM, Giedd JN. Spolni dimorfizem možganskih razvojnih poti med otroštvom in mladostmi. NeuroImage. 2007;36: 1065-1073. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Lerner RM, Steinberg L, uredniki. Priročnik za mladostniško psihologijo. 2nd ed. RM Hoboken, NJ: Wiley; 2004.
  • Marshall WA, Tanner JM. Razlike v vzorcu pubertetnih sprememb pri dekletih. Arch Dis otrok. 1969;44: 291-303. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Marshall WA, Tanner JM. Razlike v vzorcu pubertetnih sprememb pri dečkih. Arch Dis otrok. 1970;45: 13-23. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Martin CA, Kelly TH, Rayens MK, Brogli BR, Brenzel A, Smith WJ, et al. Iskanje mladostnikov, puberteta in nikotin, alkohol in marihuana v adolescenci. J Am Acad Child Adoles Psychiatr. 2002;41: 1495-1502.
  • McGivern RF, Andersen J, Byrd D, Mutter KL, Reilly J. Kognitivna učinkovitost pri ujemanju z vzorcem se zmanjšuje ob nastopu pubertete pri otrocih. Brain Cogn. 2002;50: 73-89. [PubMed]
  • Mueller SC, Mandell D, Leschek EW, Pine DS, Merke DP, Ernst M. Zgodnji hiperandrogenizem vpliva na razvoj funkcije hipokampusa: Preliminarni dokazi iz študije funkcionalne magnetne resonance pri fantih z moško prezgodnjo puberteto. J Otroški mladostniški psihofarmakol. 2009;19: 41-50. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Neufang S, Specht K, Hausmann M, Güntürkün O, Herpertz-Dahlmann B, Fink GR, Konrad K. Spolne razlike in vpliv steroidnih hormonov na človeške možgane v razvoju. Možganska skorja. 2009;19: 464-473. [PubMed]
  • Nunez JL, Huppenbauer CB, McAbee MD, Jurasaka JM, DonCarlos LL. Izražanje receptorjev androgena v vidnem in prefrontalnem korteksu moškega in ženskega podgane. J Neurobiol. 2003;56: 293-302. [PubMed]
  • Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Zakaj se v adolescenci pojavljajo številne psihiatrične motnje? Nat Rev Neurosci. 2008;9: 947-957. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Perrin JS, Leonard G, Perron M, Pike GB, Pitiot A, bogati L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Rast bele snovi v mladostniških možganih: Vloga testosterona in receptorja androgena. 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, Kahn RS, Hulshoff Pol HE. Spolni steroidi in možganska struktura v pubertetnih fantih in dekletih. Psihoneuroendokrinologija. 2009a;34: 332-342. [PubMed]
  • Peper JS, Schnack HG, Brouwer RM, Van Baal GC, Pjetri E, Székely E, van Leeuwen M, van den Berg SM, Collins DL, Evans AC, Boomsma DI, Kahn RS, Hulshoff Pol HE. Heritabilnost regionalne in globalne možganske strukture ob nastopu pubertete: študija magnetne resonance v 9-letnih dvojčicah. Hum Brain Mapp. 2009b;30: 2184-2196. [PubMed]
  • Perrin JS, Leonard G, Perron M, Pike GB, Pitiot A, bogati L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Spolne razlike v rasti bele snovi v adolescenci. NeuroImage. 2009;45: 1055-1066. [PubMed]
  • Petersen AC, Crockett L, Richards M, Boxer A. Merilo samoporočanja statusa pubertete: Zanesljivost, veljavnost in začetne norme. J Youth Adolesc. 1988;17: 117-133.
  • Romeo RD, Sisk CL. Pubertalna in sezonska plastičnost v amigdali. Brain Res. 2001;889: 71-77. [PubMed]
  • Sato SM, Schulz KM, Sisk CL, Wood RI. Mladostniki in androgeni, receptorji in nagrade. Horm Behav. 2008;53: 647-658. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Schulz KM, Molenda-Figueira HA, Sisk CL. Nazaj v prihodnost: organizacijsko-aktivacijska hipoteza je prilagojena puberteti in adolescenci. Horm Behav. 2009;55: 597-604. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Shaw P, Kabani NJ, Lerch JP, Eckstrand K, Lenroot R, Gogtay N, Greenstein D, Clasen L, Evans A, Rapoport JL, Giedd JN, Wise SP. Nevrorazvojne trajektorije možganske skorje človeka. J Neurosci. 2008;28: 3586-3594. [PubMed]
  • Shirtcliff EA, Dahl RE, Pollak SD. Pubertetni razvoj: Ustreznost hormonskega in fizičnega razvoja. Otroški Dev. 2009;80: 327-337. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Sisk CL, Foster DL. Nevronske osnove pubertete in adolescence. Nat Neurosci. 2004;7: 1040-1047. [PubMed]
  • Sowell ER, PM Thompson, Holmes CJ, Jernigan TL, Toga AW. In vivo dokazi za postadolescentno zorenje možganov v prednjih in striatnih regijah. Nat Neurosci. 1999;2: 859-861. [PubMed]
  • Kopje LP. Odrasli možgani in vedenjske manifestacije, povezane s starostjo. Neurosci Biobehav Rev. 2000;24: 417-463. [PubMed]
  • Steinberg L, Monahan K. Starostne razlike v odpornosti na vpliv vrstnikov. Dev Psychol. 2007;43: 1531-1543. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Susman EJ, Rogol A. Pubertet in psihološki razvoj. V: Lerner RM, Steinberg L, uredniki. Priročnik za mladostniško psihologijo. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley; 2004. 15 – 44.
  • Tamnes CK, Ostby Y, Fjell AM, Westlye LT, Due-Tønnessen P, Walhovd KB. Zorenje možganov v adolescenci in mladosti: regionalne starostne spremembe v debelini skorje in volumnu bele snovi ter mikrostrukturi. Cereb Cortex. 2010;20: 534-548. [PubMed]
  • Tanner JM. Zaporedje, tempo in individualne razlike v rasti in razvoju fantov in deklet, starih od 12 do 16 let. Daedalus. 1971;100: 907-930.
  • Tanner JM, RH Whitehouse. Klinični vzdolžni standardi za višino, težo, hitrost rasti, hitrost gibanja in stopnje pubertete. Bolečina nad otroki. 1976;51: 170-179. [PMC brez članka] [PubMed]
  • Worthman CM, Stallings JF. Hormonske meritve v vzorcih krvnih vzorcev prsta: nova terenska metoda za reprodukcijsko endokrinologijo. Am J Phys Anthropol. 1997;104: 1-21. [PubMed]
  • Yakovlev PI, Lecours AR. Mielogenetski cikli regionalnega dozorevanja možganov. V: Minkowski A, urednik. Regionalni razvoj možganov v zgodnjem življenju. Oxford: Blackwell Scientific; 1967. 3 – 70.