Snabb körning, droger och osäkert sex: Ungdomarnas risklösande beteende kan vara ett neurologiskt klyfta i utvecklingshjärnan
av Carl Zimmer
Tonåringar är ett pussel, och inte bara för sina föräldrar. När barn övergår från barndomen till ungdomar, dödar deras dödlighet, trots att tonåringarna är starkare och snabbare än barn och mer resistenta mot sjukdomar. Föräldrar och forskare är överflödiga med förklaringar. Det är frestande att lägga ner det till vanlig dumhet: Tonåringar har ännu inte lärt sig hur man gör bra val. Men det är helt enkelt inte sant. Psykologer har funnit att tonåringar är ungefär lika vuxna som att erkänna riskerna med farligt beteende. Något annat är på jobbet.
Forskare är slutligen utseendet vad det "något" är. Våra hjärnor har nätverk av neuroner som väger kostnader och fördelar med potentiella åtgärder. Tillsammans beräknar dessa nätverk hur värdefulla saker är och hur långt vi ska gå för att få dem, göra bedömningar i hundrades sekund, långt ifrån vår medvetna medvetenhet. Nyare forskning avslöjar att tonårshårar går fel eftersom de väger dessa konsekvenser på märkliga sätt.
Några av de mest talande insikterna i ungdomssinnet kommer inte från människor utan från råttor. Runt sju veckor efter födseln träffade råttor puberteten och började agera mycket som mänskliga tonåringar. De börjar spendera mindre tid med sina föräldrar och mer med andra ungdomar råttor; de blir mer nyfiken på nya upplevelser och utforskar i allt större utsträckning sin värld. Tonårsdjur utvecklar också nya önskningar. Det är inte bara att de blir intresserade av sex utan också att deras landskap av nöje går igenom en omvälvning.
Miriam Schneider, en beteendemakolog som studerar ungdomar vid universitetet i Heidelberg, och hennes kollegor dokumenterade nyligen detta skifte. Forskarna sprang ett experiment på en grupp av råttor av olika åldrar, så att djuren kunde dricka så mycket sötad kondenserad mjölk som de ville. Mängden mjölk som de drack, i förhållande till deras kroppsvikt, var ganska konstant genom sin prepubescent ungdom. Men när de slog puberteten började de dricka mycket mer. När de blev vuxna råttor, minskade deras mjölkdryck och stannade sedan stadigt när de blev äldre.
Till någon förälder som har observerat en tonåring gnuggar en flaska läsk, skulle denna spik se väldigt bekant ut. Men beteendet hos ungdomar råttor är inte bara resultatet av att de är större än ungdomar. Schneider och hennes kollegor tränade sina råttor för att trycka på en hävarm för att få en sprut av mjölk. Råttorna var tvungna att trycka på hävarmen tiotals gånger innan de belönades med en enda nypa och varje efterföljande nypa krävde ytterligare två pressar än den föregående. Detta krav gjorde det möjligt för Schneider och hennes kollegor att mäta hur mycket arbetet råttorna var villiga att sätta in för en belöning. De fann att pubescenta råttor skulle trycka på hävstången mycket oftare än råttor av någon annan ålder, vilket innebar mycket mer arbete för kalorierna de fick, med tanke på deras storlek. Med andra ord värderade de mjölken mer.
Ett antal andra experiment stöder Schneiders resultat. Oavsett om gnagare eller människa, ungdomar gör oss tillförda mer värde inte bara för söta drycker utan för alla möjliga belöningar. Ett lag ledt av Elizabeth Cauffman, en forskningspsykolog vid University of California, Irvine, som studerar antisocialt beteende hos ungdomar, dokumenterade detta skifte med ett kortspel. Hon och hennes lag hade volontärer spelar ett enkelt spel spel med bilder på fyra kort kort på en datorskärm (Pdf). Vid varje tur av spelet pekade en pil på en av däcken. Volontärerna kan antingen vända ett kort eller passera. Varje kort hade en annan summa pengar på den - "+ $ 100", till exempel eller "- $ 25." Målet med spelet var att vinna så mycket av de imaginära pengarna som möjligt.
Forskarna hade staplat däcken. Två av däcken hade mer förlorande kort än att vinna, och omvänden var sant för de andra två däcken. När människor spelar dessa spel, skiftar de omedvetet sina strategier när de ser fler kort. De passerar mer på vissa däck och tar fler kort från andra. Cauffman och hennes kollegor spårade strategierna för 901-volontärer i åldern från 10 till 30 år och jämförde tonåringarna med andra åldersgrupper. I alla åldrar var ju äldre volontärerna desto mer skedde de bort från att använda de förlorande däcken. Men forskarna hittade ett annat mönster när det gällde de vinnande däcken. Ungdomar tenderade att spela de vinnande däcken oftare än vuxna eller preteens. Med andra ord var de ovanligt känsliga för belöningen att vinna pengar men detsamma som andra när det gällde risken att förlora det.
Underliggande detta beteende är tonens hjärnans neurala kretsar. Hjärnforskare BJ Casey och hennes kollegor vid Sackler Institute of Weill Cornell Medical College tror det unika sättet ungdomar lägger värdet på saker kan förklaras av en biologisk odditet. Inom vårt belöningssystem har vi två separata system, en för att beräkna värdet av belöningar och en annan för att bedöma riskerna med att få dem. Och de jobbar inte alltid bra tillsammans.
Casey har spårat arbetet med dessa dubbla system genom att ha volontärer spelat ett spel medan de ligger i en fMRI-skanner. Hon och postdoktor Leah Somerville visade 62-volontärer en serie leende eller lugna ansikten. I vissa försök måste volontärerna trycka på en knapp när de såg ett leende ansikte; i andra försök blev de ombedda att motstå de glada ansikten och istället svara på de lugna, även om syn på ett lyckligt ansikte uppmanar samma belöningssökande svar i hjärnan som syn på ett dollartecken eller utsikterna till god smak mat.
Casey talade upp hur ofta volontärerna svarade korrekt på de lugna ansikten, och hur ofta misslyckades de med att motstå uppmaningen att trycka på knappen när de såg glada. Därefter undersökte hon hjärnskanningarna av sina ämnen för att se vilka områden av hjärnan som blev aktiva och för att se om volontärernas ålder - från 6 till 29 - gjorde skillnad i deras svar. Än en gång stod tonåren ut från de andra. När du blir ombedd att trycka på en knapp för lugna ansikten, de blev mycket mer benägna att felaktigt trycka på knappen för glada ansiktenockså. Med andra ord gjorde belöningen för ett lyckligt ansikte det svårare för dem att kontrollera sina impulser.
Hjärnskanningarna avslöjade hur de behandlade belöningar annorlunda. Endast hos tonåringar utlöste synen på ett lyckligt ansikte ett signifikant svar från ventralstriatumet, en liten patch av neuroner som ligger nära hjärnans mittpunkt. De ventral striatum är särskilt känslig för dopamin, vilket ger en känsla av förväntan och hjälper hjärnan att fokusera på att nå ett mål. Den ventrala striatumen ger större svar på större belöningar, och i tonåren är den riggen upp till en förstärkare, vilket ger belöningar verkar mer tilltalande fortfarande.
Ett separat nätverk av regioner i hjärnans framsida är ansvarig för att utvärdera motstridiga impulser. Detta kognitiva kontrollnätverk tillåter oss att hålla tillbaka en åtgärd som kan ge en kortfristig belöning om den stör ett långsiktigt mål. Nätverket växer mycket långsamt under de första 25-åren av livet. Som ett resultat, fungerar det dåligt i barndomen, bättre i tonåren, och ännu bättre hos vuxna.
Casey kunde se det kognitiva kontrollnätet i aktion. Hon och hennes kollegor analyserade hjärnskanningarna hos frivilliga medan de behöll sig från att slå en nyckel som de inte skulle träffa. Vid dessa ögonblick, en del av det kognitiva kontrollnätet, kallade sämre frontal gyrus, var mer aktiv än vid andra tillfällen. När forskarna jämförde det kognitiva kontrollnätverkssvaret hos människor i olika åldrar hittade de ett slående mönster. Hos barn var nätverket det mest aktiva, ungdomar var aktiviteten lägre, och hos vuxna var det lägre stillastående. Casey föreslår att det kognitiva kontrollnätet mognar blir effektivare. Resultatet är att när vi åldras måste vi lägga mindre ansträngning på att hålla oss tillbaka.
Problemet med tonåringar, Casey misstänker, är att de faller i ett neurologiskt mellanrum. Hastigheten av hormoner vid puberteten hjälper till att driva belöningssystemets nätverk mot mognad, men dessa hormoner gör ingenting för att påskynda det kognitiva kontrollnätverket. I stället mognar kognitiv kontroll långsamt genom barndom, ungdom och i början av vuxenlivet. Fram till dess att det hamnar, står tonåringar fast med starka svar på belöningar utan mycket av ett kompensationssvar för de därmed sammanhängande riskerna.
Från en evolutionär synvinkel kan vågornas impulser från ungdomar vara fördelaktiga, påpekar Casey. När ett ungt däggdjur blir sexuellt moget måste den lämna sina föräldrar och släcka sig själv. Det måste hitta sin egen matförsörjning och etablera sin plats i vuxnasvärlden. I vissa däggdjursarter är ungdomar en tid för individer att lämna en grupp och hitta en ny. I andra är det dags att söka sexpartner.
Teenages hjärnans belöningssystem kan göra ungdomar mer villiga att möta de risker som kommer med denna skrämmande nya livsstil. Men med tillgång till moderna faror som olagliga droger och snabba bilar har de mänskliga riskerna ökat. Evolutionen fungerar inte tillräckligt snabbt för att reagera på sådana faktorer.
Hjärnans ökade svar kan också öppna vägen för psykiska problem. På grund av erfarenhet, miljö eller gener kan vissa tonåringar ha relativt låga nivåer av kognitiv kontroll, vilket gör dem särskilt utsatta för neurologiska signaler av rädsla, föreslår Casey. Om signalerna avmarkeras kan de leda till ångest, depression eller andra sjukdomar som beroende. Och även väljusterade ungdomar kan primeras för att välja hjärtat över huvudet - eller kanske vi nu ska säga, den ventrale striatumen över den underlägsna frontala gyrusen.
Frontostriatal mognad förutsäger kognitiv kontroll, misslyckande med aptitlösa signaler hos ungdomar.
J Cogn Neurosci. 2010 Sep 1.
Somerville LH, Hare T, Casey BJ.
Weill Cornell Medical College, New York.
Abstrakt
Ungdomligt risktagande är en folkhälsofråga som ökar oddsen för dåliga livstidsresultat. En faktor som tros påverka ungdomars benägenhet att ta risker är en ökad känslighet för aptitretande signaler, relativt en omogen förmåga att utöva tillräcklig kognitiv kontroll. Vi testade denna hypotes genom att karakterisera interaktioner mellan ventral striatal, dorsal striatal och prefrontal kortikalregion med varierande aptitbelastning med fMRI-skanning. Barn-, tonårs- och vuxna deltagare utförde en go / no-go-uppgift med aptitretande (glada ansikten) och neutrala signaler (lugna ansikten). Impulskontroll till neutrala signaler visade linjär förbättring med åldern, medan tonåringar visade en olinjär minskning av impulskontroll till aptitfulla signaler. Denna prestationsminskning hos tonåringar parallellt med ökad aktivitet i ventralt striatum. Prefrontal kortikal rekrytering korrelerade med total noggrannhet och visade ett linjärt svar med ålder för no-go versus go-studier. Anslutningsanalyser identifierade en ventral frontostriatal krets inklusive den underlägsna frontala gyrus och dorsal striatum under försök utan att gå eller gå. Undersökning av rekrytering visade utvecklingsmässigt att tonåringar hade större mellan-ämne ventral-dorsal striatal koaktivering i förhållande till barn och vuxna för lyckliga försök utan att gå. Dessa resultat implicerar överdriven ventral striatal representation av aptitfulla signaler hos ungdomar i förhållande till ett mellanliggande kognitivt kontrollsvar. Uppkopplings- och koaktivitetsdata tyder på att dessa system kommunicerar på nivån av dorsal striatum differentiellt över utvecklingen. Partiskt svar i detta system är en möjlig mekanism som ligger bakom ökat risktagande under tonåren
;
