Adolescent neurovetenskap av beroende: En ny era (2015)

LÄNK TILL PAPPER

Volym 16, December 2015, sidor 192-193

Utvecklingskognitiv neurovetenskap

Ämnesanvändning och ungdomars hjärna: Utvecklingseffekter, interventioner och longitudinella resultat

Ungdom har länge erkänts som en tid av dramatiska förändringar i kropp och beteende. Mer nyligen erkänns det som en tid av dramatiska förändringar i hjärnan också. Framsteg inom neuroimagingteknik har gjort kunskap om den utvecklande hjärnans anatomi och fysiologi allt mer tillgänglig.

Flera storskaliga initiativ som använder magnetisk resonansbildning (MRI) för att karakterisera ungdomshormonering i hälsa och sjukdom, som ofta integreras med genetik och gradvis sofistikerade beteendemässiga och miljöåtgärder, börjar ge insikt i varför ungdomar är en tid för både möjlighet och sårbarhet .

Under ungdomar mognar hjärnan inte genom att bli större och större. Den mognar genom att bli mer sammankopplad och mer specialiserad.

Den ökande sammankopplingen eller kommunikationen bland olika hjärnregioner som innefattar en utarbetad inbyggd hierarki av neurala kretsar, demonstreras över flera modaliteter och undersökningsnivåer. Studier av långsiktig potentiering indikerar bildandet av starkare synaptiska samband under tonåren. Ökad koherens av elektrisk aktivitet (graden av vilken aktivitet i ett område kan förutsägas från aktivitet i en annan) visas genom studier med EEG. På liknande sätt visar fMRI-studier som bedömer blodsyresättning också en generell trend mot ökad samaktivering mellan rumsligt distinkta regioner. Och strukturella MRI-studier finner ökningar i volymen av vit materia under tonåren som återspeglar myelinering och samtidiga ökningar i hastigheten på neuralkommunikation.

Karakterisering av hur hjärnstrukturerna är sammanlänkade har gett enormt nytta av tillämpningen av grafteori, en gren av matematik som används för att kvantifiera förhållandet mellan "noder" och "kanter". Noder kan vara något objekt eller mätbar enhet som sträcker sig från kvarker till galaxer . Exempel på hjärnnoder kan vara en neuron, en struktur som hippocampus, eller en region som prefrontal cortex. Kanter kan vara några samband mellan noder, från en fysisk anslutning, såsom synaps mellan neuroner eller en statistisk korrelation, till exempel när två delar av hjärnan aktiveras på samma sätt i vila eller under en given kognitiv uppgift. Grafteoriens metoder hjälper oss att kvantifiera förhållandet mellan mognad av olika neurala kretsar och hur skillnader i maturationell tidpunkt kan relatera till variation i beteende och kognition.

Exempelvis är en föränderlig balans mellan tidigare förfödda limbiska regioner, som genomgår dramatiska förändringar under puberteten och senare modning av prefrontala regioner, som fortsätter att genomgå betydande förändringar väl in i det tredje decenniet, hypoteser att ligga till grund för många av de observerade fenomenen ungdomar (Somerville et al., 2010).

Den ökande specialiseringen av ungdomshjärnan indirekt uttrycks som minskningar av gråmängder under det andra decenniet, även om mycket arbete kvarstår för att förstå de molekylära och mikroskopiska processerna som ligger bakom observationen. Ökningar i myelinering, som kan flipa beteckningen av en MR-voxel vid den inre gränsen av cortexen från grått till vitt, står för en del av "reduktionen" i gråmängden, men konvergerande bevis från postmoremstudier och regionspecifika missförhållanden mellan utvecklingsbanor av grå och vit materievolymer tyder på att andra processer också bidrar. I vilken utsträckning som "beskärning" av synapser bidrar till volymminskningen av gråämnen är okänd. Detta är en viktig fråga att lösa för att belysa det överförklarade begreppet att specialisering är underställd av fenomenet färre men snabbare / fastare anslutningar. Att förstå mekanismerna är grundläggande för att styra interventioner och förfina hypoteser för framtida undersökningar.

Kanske är den mest slående förändringen av ungdomars hjärnans utveckling själva graden av förändring. En viktig egenskap hos ungdomshormonutveckling är plasticitet, hjärnans förmåga att förändras som svar på miljökrav. En viss grad av plasticitet upprätthålls under hela livet men i allmänhet finns en utvecklingsgradient av minskande plasticitet, eftersom myelin frisätter proteiner som Nogo-A, MAG och OMgp som hämmar axonspirande och skapandet av nya synapser (Fält, 2008). Människor har emellertid en unik lång period med hög plasticitet vilket gör att vi kan anmärkningsvärt anpassas till ett brett spektrum av förhållanden. Förlängd plasticitet kan relateras till förlängt beroende av vårdgivare som över arten. En längre period av beroende beror på mer komplicerat socialt och livsmedelssäkerhetsbeteende. Genom att "hålla alternativen öppen" när det gäller hjärnspecialisering kan människor utvärdera sina specifika miljöers krav och utveckla färdigheterna för att överleva. Människor kan trivas överallt från de fria nord- och sydpolen till de lummiga öarna på ekvatorn. Vi har också anpassat oss till kulturella förändringar. Tio tusen år sedan, en kort tid i evolutionära termer, spenderade vi mycket av vår tid att säkra mat och skydd. Nu kan de flesta människor skydda skydd och kalorier med mycket mindre tid och ansträngning, vilket via epigenetiska eller andra faktorer kan relateras till tidigare puberteten och större storlek. Istället för att säkra mat spenderar många av oss nu majoriteten av vår tid som interagerar med ord eller symboler. Detta är en anmärkningsvärd anpassning med tanke på att läsning endast är 5000 år gammal och existerade inte för mycket av mänsklig historia.

Ytterligare stöd till fördelen med långvarig plasticitet härrör från observationen att vår senaste ökning av hjärnstorlek om 500,000 år sedan korrelerar inte med klimatets hårdhet men graden av klimatförändringar. Detta står i kontrast till Neanderthals, våra nära genetiska släktingar. Maturationshastigheter kan bedömas från fossila tänder på samma sätt som trädringar kan användas för att fastställa tillväxten för träd. Bevis från fossila Neanderthal-tänder indikerar att de hade en mycket snabbare mognad (Ramirez Rozzi och Bermudez De Castro, 2004). Även om hjärnor var omkring 10% större och de lyckades överleva i hårda miljöer, ändrade deras verktygsändringar inte över 100,000 år. De saknade ungdomens plasticitet och anpassningsförmåga hos människor.

Adolescent hjärn plasticitet har fungerat vår art bra, men det kommer till ett pris. Det skapar sårbarheter och möjligheter. Över hälften av all psykisk sjukdom uppstår under tonåren. En av fem ungdomar har en psykisk sjukdom som kommer att fortsätta i vuxenlivet. Det är topptiden för uppkomsten av ångestsjukdomar, bipolär sjukdom, depression, ätstörningar och psykos. Det är också den vanligaste tiden för uppkomsten av missbruk.

I denna specialutgåva av utvecklingskognitiv neurovetenskap uppträder toppexperter på området om undersökningar av neurobiologi av missbruk av ungdomar. Konsekventa teman är förhållandena mellan start, mängd och typ av användning som korrelerade med förändringar i hjärnans belöning, impulskontroll och beslutsfattande kretslopp. Trots att studierna representerar de bästa ansträngningarna hittills kvarstår stora utmaningar för att urskilja specificitet av effekter, orsak / effektdynamik och mekanismer.

Eftersom vägen, mekanismerna och påverkan av ungdomars hjärnutveckling belyses mer resurser och fler forskare dras in i fältet. Ungdom erkänns alltmer som ett tydligt utvecklingsstadium med distinkt biologi snarare än bara som ett mellanstadium mellan barndomen och vuxenlivet. Denna specialutgåva innehåller seminalfynd från många av de framstående forskarna som utforskar gränssnittet mellan ungdomar neurobiologi och missbruk.

Ungdomsår är topptiden för de flesta psykiska sjukdomar, tiden för flera stora livsval med livslånga konsekvenser och en tid då hjärnans plasticitet kan göra ingripanden mer effektiva. Men finansiering för ungdomsforskning var fram till nyligen en liten del av budgeten. Detta har förändrats med Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) Study - ett nationellt longitudinellt initiativ som kommer att bedöma den kort- och långsiktiga effekten av substansanvändning på hjärnans utveckling. Projektet kommer att rekrytera 10,000 10 ungdomar innan de börjar använda alkohol, marijuana, tobak och andra droger och följa dem över XNUMX år in i tidig vuxen ålder. ABCD-projektet ger en fantastisk plattform för unga eller etablerade utredare att söka intresse för ungdoms neurobiologi och kan fungera som en katalysator för att ge välbehövligt stöd och talang till fältet.

Referensprojekt

  1.  
    • Fält, 2008
    • RD-fält
    • Vit materia i inlärning, kognition och psykiatriska störningar
    • Trends Neurosci., 31 (7) (2008), sid. 361
    • Artikeln

|

 PDF (844 K)

|

Visa inspelning i Scopus

 | 

Citera artiklar (353)

  1.  

|

Hela texten via CrossRef

 | 

Citera artiklar (129)

  1.  

|

 PDF (319 K)

|

Visa inspelning i Scopus

 | 

Citera artiklar (219)

Copyright © 2015 Publicerad av Elsevier Ltd.