Pubertets roll i den utvecklande ungdomshjärnan (2010)

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

Publicerad online 2010 May 3. doi:  10.1002 / hbm.21052
PMCID: PMC3410522
Sarah-Jayne Blakemore,1,* Stephanie Burnett,1,2 och Ronald E Dahl3

Abstrakt

Ungdomar refererar till perioden av fysisk och psykologisk utveckling mellan barndomen och vuxenlivet. Början av ungdomar är löst förankrad till puberteten, vilket medför dramatiska förändringar i hormonnivåerna och ett antal konsekvenser av fysisk förändring. Pubertetsinverkan är också förknippad med djupa förändringar i drivningar, motivationer, psykologi och samhällsliv. dessa förändringar fortsätter under hela tonåren. Det finns ett ökande antal neuroimagingstudier som tittar på hjärnans utveckling, både strukturellt och funktionellt, under tonåren. Nästan alla dessa studier har definierat utveckling efter kronologisk ålder, vilket visar en stark men inte enhetlig korrelation med pubertetsstadiet. Mycket få neuroimagingstudier har associerat hjärnans utveckling med pubertetsstadiet, och det finns dock preliminära bevis för att puberteten kan spela en viktig roll i vissa aspekter av hjärn- och kognitiv utveckling. I denna uppsats beskriver vi denna forskning, och vi föreslår att utvecklingen av neuroimagingstudier av ungdomar i framtiden bör överväga puberteten. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Nyckelord: puberteten, ungdomar, utveckling, hormoner, prefrontal cortex
Gå till:

INLEDNING

Ungdom är den period av fysisk, kognitiv och social mognad mellan barndom och vuxen ålder [Lerner och Steinberg, 2004; Sisk och Foster, 2004]. Början av ungdomar uppträder kring puberteten och märks därför av dramatiska förändringar i hormonnivåerna och i fysiskt utseende (inklusive snabb fysisk tillväxt, förändringar i ansiktsstruktur och utseendet på sekundära sexuella egenskaper). Under samma intervall upplever ungdomar många förändringar i sociala, akademiska och andra miljöpåverkan, och går typiskt in i ett stadium av djup psykologisk övergång. Slutet av ungdomar sägs uppstå när en individ har uppnått en stabil vuxenroll, vid vilken tid huvuddelen av pubertetövergångarna kommer att ha fullbordats, åtminstone i industrialiserade nationer [Choudhury, 2010; Lerner och Steinberg, 2004]. Under ungdomsåren finns det förändringar i hjärnans struktur och funktion. Sexuella dimorphisms i många av dessa förändringar föreslår möjliga relationer till puberteten.

Relativt lite är känt om förhållandet mellan puberteten och neuralt utvecklingsmönster hos människor. En mängd bevis från icke-humana djurstudier indikerar emellertid att de hormonella händelserna i puberteten utövar djupa effekter på hjärnmognad och beteende [Cahill, 2006; Sisk och Foster, 2004; Spjut, 2000]. Dessa förändringar möglar individens uppfattningar, motivationer och beteenderepertoar, vilket möjliggör reproduktivt beteende och oberoende [Sato et al., 2008]. Under de senaste åren har ett litet men växande antal mänskliga beteendemässiga och neuroimagingstudier, inklusive i populationer med hormonförstörningar, tillhandahållit preliminära bevis för att pubertetshormoner kan påverka strukturen och funktionen hos den utvecklande mänskliga hjärnan.

Gå till:

PUBERTY: BEGRÄNSNING AV OSSIGHET

Tidig ungdom kännetecknas av förändringar i kroppen som ett resultat av puberteten, som omfattar tre endokrina händelser: adrenarche, gonadarche och aktivering av tillväxtaxeln [Dorn, 2006; Spjut, 2000]. Gonadarche, som ofta tas för att utgöra pubertet i sig, är en biologisk process som börjar med aktivering av hypotalamus-hypofys-gonadaxeln och slutar med uppnåendet av reproduktiv kompetens. Denna process börjar vanligtvis mellan åldrarna 8 och 14 år hos kvinnor (medelålder 11) och mellan åldrarna 9 och 15 hos män (medelålder 12) som svar på pulsatil frisättning av gonadotropinfrisättande hormon (GnRH) från hypotalamusen, vilket stimulerar hypofysproduktion av luteiniserande hormon (LH) och follikelstimulerande hormon (FSH). LH och FSH aktiverar modningsförändringar i gonaderna (äggstockar eller testiklar) som svarar på att uppnå reproduktiv kapacitet (producerande gameter). De mogna äggstockarna och testiklarna utsöndrar respektive östrogen och testosteron respektive gonadal steroider. Dessa ökar i gonadala steroider i sin tur utlösa ytterligare förändringar i reproduktionsorganen, och utseendet på sekundära sexuella egenskaper [Susman och Rogol, 2004].

Adrenache eller aktivering av hypotalamus-hypofys-adrenalaxeln börjar ofta tidigare än gonadarche, vanligen mellan åldern sex och nio hos kvinnor och ett år senare hos män [Dorn, 2006; Grumbach och Styne, 2003]. Adrenal androgener (svagare former av gonadal testosteron) börjar stiga i början av adrenarche och fortsätter att öka tills de når en topp i de tidiga 20-värdena [Worthman and Stallings, 1997]. Dessa ökningar av binjure androgener bidrar till utvecklingen av sekundära sexuella egenskaper såsom axillärt och pubic hår och förändringar i svettkörtlar / kroppsluk. Det är möjligt att adrenarche också ger upphov till mogna effekter som börjar före den period som vanligtvis anses vara ungdomar. emellertid är dessa effekter inte väl förstådda [Dorn, 2006].

Den tredje hormonella händelsen som uppstår under puberteten är aktivering av tillväxtaxeln, vilket resulterar i en linjär tillväxtspurt vid omkring ålder 12 hos flickor och ålder 14 hos pojkar, samt förändringar i kroppsstorlek och sammansättning [Marshall och Tanner, 1969, 1970].

Gå till:

HORMONALA EFFEKTER PÅ BRAIN OCH BEHAVI

De gonadala steroidhormonerna östrogen och testosteron, liksom deras svagare adrenala motsvarigheter, påverkar kroppens fysiska utseende. De påverkar också hjärnan och beteendet. Dessa effekter är hypoteserade att ske via två relativt olika processer: organisation och aktivering [Schulz et al., 2009; Sisk och Foster, 2004]. Organisationseffekter uppträder före och perinatalt, med vågor av testosteronmaskulinisering och defeminering av neurala kretsar hos män, och frånvaron av testosteron resulterar i en kvinnlig neural fenotyp. Aktivitetseffekter uppträder vid puberteten, eftersom gonadala steroidhormoner verkar på vilande neurala kretsar för att framkalla vuxna reproduktionsbeteenden i sammanhanget. en modernisering av denna dikotomi tyder på att de hormonella händelserna i puberteten också organiserar neurala kretsar för vuxna sociala och reproduktiva beteenden [Schulz et al., 2009; Sisk och Foster, 2004]. På grundval av fynd från icke-humana djurstudier antyds det att de hormonella händelserna i puberteten utlöser en andra period av strukturell omorganisation och plasticitet i hjärnan [Sisk och Foster, 2004]. Hos människor är det dock väldigt lite förståelse för de specifika relationerna mellan puberteten och den ungdomliga hjärnans utveckling.

Djurstudier indikerar att sex steroidhormoner har tre huvudeffekter på beteende hos puberteten via specifika hjärnstrukturer. Den första effekten är att underlätta direkt reproduktiv beteende, vilket huvudsakligen sker via hypotalamus. Den andra effekten är via omorganisationen av sensoriska och associerade regioner i hjärnan, inklusive visuell cortex [Nunez et al., 2002], amygdala och hippocampus [Hebbard et al., 2003; Romeo och Sisk, 2001; se även Shen et al., 2010]. Detta leder till förändrade sensoriska föreningar, till exempel lukt eller syn på potentiella sexpartners eller konkurrenter [Sisk och Foster, 2004], vilket kan underlätta vissa omständigheter och motivationsförändringar vid puberteten. Den tredje effekten av pubertetshormoner sker via belöningsrelaterade hjärnstrukturer såsom kärnans accumbens och dopaminerga vägar till prefrontal cortex. Dessa effekter är nödvändiga för att skapa en stark motivation för att söka efter reproduktiva möjligheter. Exempelvis ökar pubertalet i njurkärnans accumbens i testosteron remodel neurala kretsar som påverkar motivation mot belöningssökande beteenden, inklusive sexuellt beteende [Sato et al., 2008]. Det är möjligt att adrenarkala hormoner (DHEA och DHEAS) börjar utöva liknande effekter på hjärnan och beteendet före starten av gonadarche, men dessa effekter är dåligt förstådda. Det finns tydligt behov av mer forskning som fokuserar på de tidigaste stadierna av puberteten / adrenarche för att fördjupa förståelsen för dessa aspekter av puberteten och ungdomars utveckling och beteende hos hjärnan [se Dorn, 2006; för diskussion].

Gå till:

Mätning av mjölk i studier av oönskad hjärnutveckling

Relativt lite är känt om pubertetenspecifika förändringar i utveckling av mänsklig hjärna. Att förstå förståelsen inom dessa områden kräver noggrann uppmärksamhet på två nivåer: konceptuellt och metodiskt. Konceptuellt kommer detta att kräva utveckling och förfining av modeller för ungdomshormonutveckling som behandlar specifika aspekter av pubertetsmognad (t.ex. specifika hormoner) som är orsakssamband med specifika aspekter av hjärnans och beteendeförändringar. Metodiskt krävs det studier som är utformade med urval av prov och pubertetenåtgärder som möjliggör testning av dessa specifika hypoteser. Eftersom ålder och pubertetsmognad ofta korreleras (och ålder uppmätes enkelt med stor precision och giltighet, medan puberteten ofta uppskattas med grova kategoriska åtgärder som inte är lättvaliderade), det finns behov av studier med mönster som uttryckligen avbryter puberteten och åldern effekter (t.ex. rekrytering av prover som är lika ålders- och gradenivå men skiljer sig från pubertetsmognad och sedan återstudieras i längdriktningen).

Dessa mål ger upphov till ett antal frågor om hur man mäter specifika aspekter av pubertetsmognad i mänskliga studier. För en början är puberteten varken en kort händelse eller ett enhetligt fenomen, utan består i stället av flera tydliga men temporärt överlappande processer som sträcker sig över flera år [Dorn, 2006]. Såsom beskrivits tidigare innefattar dessa processer aktivering av binjur, gonadal och tillväxthormonsystem, och dessutom springer en rad direkta och indirekta effekter från tillväxt till förändrad självbild. Den lämpligaste puberteten kommer därför att bero delvis på den specifika forskningsfrågan i varje studie.

En vanlig användning av puberteten är Tanner Stage. Tanner staging kategoriserar individer längs en ordinell puberteten skala från 1 till 5, på grundval av pubic hår och bröstutveckling hos kvinnor, och pubic hår och genital utveckling hos män [Tanner, 1971; Tanner och Whitehouse, 1976]. Tanner staging genom fysisk provning ska utföras av en utbildad kliniker. Det finns flera begränsningar för Tanner-staging. Skalan utvecklades med hänvisning till en enda etnisk grupp (det kan finnas tvär-etniska skillnader) och i ett relativt litet urval av 200-barn. Överviktiga tjejer tenderar att vara felaktigt iscensatta på grund av förtroendet för scenen på bröstutveckling, vilket felaktigt kan överskattas i en rent visuell undersökning. Trots dessa begränsningar har Tanner-staging historiskt sett ansetts vara guldstandarden för pubertetsmätning [Dorn, 2006].

Mot bakgrund av ovanstående bekymmer kan det förväntas att Tanner-staging genom fysisk undersökning kunde kompletteras med hormonanalyser, eftersom dessa mäter adrenal- och gonadala hormoner (eller binjur / gonadala frisättande) uppströms från deras yttre fysiska effekter. Hormonanalyser kan bli alltmer användbara för att mäta pubertetsstadiet i framtiden; För närvarande är det emellertid oklart hur hormonmätningar ska kombineras med (eller användas i samband med) andra åtgärder såsom Tanner-steg [se Shirtcliffe et al., 2009]. Det finns också andra praktiska problem angående hormonella åtgärder, inklusive kostnad, ämnesbelastning och det faktum att nivåer av olika pubertetshormoner varierar i månads- och cirkadiancykler. Liten forskning har gjorts för att jämföra hormonnivåer i olika biologiska prover (saliv, blod, urin) med kliniker-bedömda Tanner-steg [se Dorn, 2006; Shirtcliffe et al., 2009], så det är oklart hur mycket vikt bör ges till hormonnivåerna. På en konceptuell nivå kan till exempel vissa neurobehaviorala förändringar vid puberteten vara det direkta resultatet av ökande hormonnivåer på specifika neurala system under ungdomshormonutveckling (och därmed bäst kvantifieras av hormonåtgärder) medan andra neurobehavioralförändringar kan spegla mer komplexa influenser (t.ex. förändringar i sociala erfarenheter som är mer direkt knutna till de fysiska förändringarna och sociala roller och bättre kopplade till Tanner-stadier än någon specifik hormonförändring).

Tannarstation genom fysisk undersökning av en kvalificerad läkare kan väcka praktiska problem angående lämplighet och bekvämlighet. Ofta är detta bäst uppnådd i samband med att göra en kort "hälsoexamen". Det innebär att Tanner-staging kan ingå i en normal fysisk hälsoexamen och därför inte vara associerad med några stigmatiska eller etiska problem (utöver en vanlig fysisk hälsokontroll). Men kostnaden (kliniker tid, specialrum och utrustning för en fysisk tentamen, och förklara förfarandena för tonåren och familjen) kan göra detta opraktiskt för många forskningsstudier. Därför är det värdefullt att överväga alternativa sätt att kvantifiera pubertalmognad, såsom bedömningar genom frågeformulär. Ett relativt stort antal studier har utvärderat självbedömd (eller föräldersklassad) Tannerstadium med Petersen Development Scale [PDS; Petersen et al., 1988]. Detta är ett frågeformulär som innehåller föremål som bedömer hårväxt, hudförändringar och tillväxtspurt, med sexspecifika saker, dvs menarche och bröstutveckling hos kvinnor, och genitaltillväxt och ansiktshår hos män. Som sådan mäter PDS ett sammansatt pubertetspoäng som inkluderar effekterna av binjur och tillväxthormoner, såväl som gonadala hormoner. Korrelationer med kliniker-bedömda Tanner-scenen är inte särskilt höga: en studie visade korrelationer mellan 0.61 och 0.67 i 11- till 13-åriga tjejer för självrapporteringen PDS [Brooks-Gunn et al., 1987; korrelationerna är ännu lägre för moder-rapport PDS; se Shirtcliffe et al. 2009]. I vilken utsträckning dessa relativt låga korrelationer beror på felaktig självbedömning eller till distinkta konstruktioner, såsom de skilda effekterna av binjur / tillväxt kontra gonadala hormoner, måste utvärderas. PDS kan användas med försiktighet för att uppskatta Tanner-scenen när en fysisk undersökning inte är möjlig. Om forskningsfrågan inte berör hormonnivåer och Tanner-scenen, utan i stället hänför sig till självbild och självmedvetenhet eller till pubertetsstadium i förhållande till kamrater kan det hävdas att PDS är den mest relevanta åtgärden [se Dorn , 2006 för diskussion]. Sammanfattningsvis bör forskarna rikligt överväga vilken aspekt av puberteten som är mest relevant för sin forskningsfråga och välja deras pubertetsåtgärder (och den övergripande utformningen av studien) i enlighet därmed.

Gå till:

PUBERTY OCH STRUKTURAL BRAIN UTVECKLING MÅLAS AV MRI

Tillkomsten av icke-invasiva hjärnbilder, särskilt magnetisk resonansbildning (MRRI), har gjort det möjligt att undersöka utvecklingen av den levande mänskliga hjärnan. Utvecklingsförändringar som har definierats med hjälp av MRT innefattar förändringar i mängden grå och vit materia och förändringar i vitmaterialets mikrostruktur.

Ungdomsgrå materiautveckling

Mängden kortikalgråvara (densitet, volym och tjocklek) förändras under barndomen och ungdomar på ett regionspecifikt och övervägande icke-linjärt sätt [Giedd et al., 1999; Shaw et al., 2008; Sowell et al., 1999; Tamnes et al., 2009; se t.ex. Blakemore, 2008 för granskning]. Över en stor del av den kortikala ytan överensstämmer utvecklingen av gråmaterialet med en inverterad U-formad utvecklingsbana, som initialt ökar i volym under barndomen, når en topp i ungdomar och sjunker stadigt i vuxen ålder. Grå materia består av cellkroppar, dendriter och nonmyelinated axoner av neuroner, såväl som glialceller och kapillärer. Därför, och baserat på bevis från histologiska prover [t.ex. Huttenlocher, 1979] har det föreslagits att den inverterade U-formade utvecklingsbanan för gråmaterialvolymen ses i humana MR-scanningar beror på dendritisk utväxt och synaptogenes följt av synaptisk beskärning [t.ex. Giedd et al., 1999]. Ett tidigt papper av Giedd et al. [1999] visade detta inverterade U-formade mönster för utveckling av gråmaterial över de främre, temporala och parietala kortikala lobberna, fastän inte alla efterföljande studier har givit tydlig replikation av detta mönster (t ex Shaw et al., 2008; Tamnes et al., 2009). I Giedd et al. Uppnådde de främre och parietala loberna toppmängden gråmassa vid ålder 11 hos flickor och 12 hos pojkar, innan de genomgick en förlängd sekvens av utspädning i vuxenlivet. Åldrarna vid vilka dessa toppar i gråtämnevolymen observerades motsvarar de sexuellt dimorfa åren av gonadarche start, vilket föreslår möjliga interaktioner mellan pubertetshormoner och utveckling av gråmaterial. Andra MR-studier har visat den gradvisa uppkomsten av sexuella dimorfismer i puberteten, med ökningar av amygdalavolymen under puberteten endast hos män och ökningar av hippocampusvolymen hos kvinnor endast [Lenroot et al., 2007; Neufang et al., 2009]. Det är således möjligt att neuroanatomisk utveckling i vissa hjärnregioner är hårdare kopplad till puberteten än i andra hjärnregioner. Emellertid förvärvades inga direkta pubertetsåtgärder i dessa studier.

Pubertets roll i utveckling av grå ämnen

Under de senaste åren har ett antal ungdomars MR-studier undersökt i större detalj relationerna mellan strukturell hjärnutveckling, kön och puberteten. En ungdomlig strukturell MRI-studie av Peper et al. [2009b] visade bevis för en positiv association mellan testosteronnivåer och global gråmassadensitet hos män (och inte hos kvinnor), medan kvinnor visade en negativ association mellan östradiolnivåer och både global och regional gråmaterialtäthet. Huruvida dessa könsskillnader kan replikeras, och om de verkligen är regionspecifika, återstår att se. Annat har bevis för region- och könsspecifika effekter av pubertalsåtgärder på strukturella hjärnåtgärder visat sig. Till exempel, Neufang et al. [2009] undersökte relationerna mellan grått materievolym, kön och pubertalsåtgärder hos deltagare i 8-15. Pubertalet var läkare-bedömda Tanner-stadium och plasmakoncentrationer av gonadotropa (LH, FSH) och gonadala hormoner (testosteron, östrogen). Oavsett kön var det ett positivt förhållande mellan pubertalsåtgärder (Tanner-scenen och testosteron) och gråmängden i amygdala och ett negativt samband mellan dessa åtgärder och hippocampalvolymen. Dessutom fanns könsspecifika effekter: honor visade ett positivt förhållande mellan östrogenivåer och limbisk grått material, och män visade ett negativt förhållande mellan testosteron och parietal cortex grå substans. Alla dessa resultat är preliminära och kräver replikation, men de utgör ett viktigt första steg i detta nya forskningsområde.

Ungdomslivsmaterielutveckling

Många MR-studier visar en stadig linjär ökning av den globala vita substansvolymen mellan barndom och ungdomar, med denna ökning saktar och stabiliseras i vuxen ålder [Giedd et al., 1999; Tamnes et al., 2009]. Ökningen skiljer sig från kön mellan ungdomar, med män som visar betydligt brantare åldersrelaterade ökningar i vitt ämne än kvinnorna [t.ex. Perrin et al., 2008, 2009]. Ökningen i volymen av vit materia har tillskrivits progressiv åldersrelaterad axonal myelinering observerad i histologiska prover [Benes et al., 1994; Yakovlev och Lecours, 1967] eller alternativt till ökande axonal kaliber [Paus et al., 2008].

Förutom förändringar i vitmaterialvolymen har studier visat samtidiga förändringar i vitmaterialets mikrostruktur. Fraktionell anisotropi (FA) är ett MRI-mått som beskriver graden av diffusion av vattenmolekyler i hjärnan är anisotropisk (ej lika i alla riktningar). Höga FA-värden som visas i diffusion tensor imaging (DTI) -MRI-studier antas återspegla ökad organisering av vita substansområden, på grund av processer inklusive myelinering. Studier visar konsekvent en ökning av FA under ungdomar, till exempel i frontalloberna [Barnea-Goraly et al., 2005]. Hittills har studier inte visat bevis för sexuellt dimorfa utvecklingsbanor av FA.

En annan MR-åtgärd som har använts utvecklingsmässigt är myelinöverföringsförhållandet [MTR: Perrin et al., 2008, 2009]. MTR ger information om det makromolekylära innehållet (t ex myelininnehåll) av vävnad av vitmaterial. Till skillnad från för FA finns det bevis för sexuell-dimorfa utvecklingsbanor för MTR. Specifikt har MTR visat sig minska med ålder över ungdomar endast hos män [Perrin et al., 2008, 2009]. Det har föreslagits att denna minskning av MTR återspeglar ökande axonal kaliber, eftersom ju större kaliber, desto färre axoner kommer att passa in i samma enhet av avbildad volym och detta kommer att resultera i en relativ minskning av mängden myelin [Paus et al. , 2008]. Frågor kvarstår om dessa spännande resultat med hjälp av MTR: till exempel om dessa könsskillnader uppstår före eller uteslutande under tonåren.

Pubertets roll i utveckling av vita frågor

Utvecklingsvägarna för vita ämnen skiljer sig åt som en funktion av pubertetsåtgärder. En studie rapporterade ett positivt förhållande mellan LH-koncentration och vitt ämnesdensitet vid nio ålder. detta förhållande skilde sig inte mellan könen [Peper et al., 2009]. Det har emellertid visat sig att under utveckling av ungdomar varierar utvecklingsbanorna för vitmaterialvolymen, liksom MTR, mellan könen. Tidigare studier av Perrin et al. [2008, 2009] har undersökt om denna skillnad kan bero på pubertetshormoner nedströms LH. Perrin et al. [2008] undersökte sambandet mellan expressionsnivåer av en gen som kodar för androgen- (testosteron) -receptorn och utveckling av vita ämnen hos män. Resultaten visade att variationen i banor av utveckling av vit materia hos män var faktiskt relaterad till genuttrycknivåer, vilket tyder på att effekterna av testosteron kan vara ansvariga för det sexuellt dimorfa förhållandet mellan ålder och vit materievolym. I Perrin et al. [2009], fanns bevis för sexuell dimorfism i den mekanism som ligger bakom ungdomar ökar i volymen av vit materia.

Sammanfattningsvis har ett antal studier visat bevis på att gonadotropa och gonadala pubertetenhormoner påverkar strukturell hjärnutveckling. Ytterligare arbete behövs för att undersöka mekanismer som ligger bakom regionspecifikitet och sexuell dimorfism i sambandet mellan pubertetshormoner och hjärnutveckling. Slutligen har studier hittills inte undersökt möjliga interaktioner mellan tidpunkten för pubertetshändelser och strukturell hjärnutveckling. Detta är ett område för framtida utredning.

Gå till:

PUBERTYENS ROLL I KOGNITIV UTVECKLING

Endast ett fåtal empiriska beteendestudier har fokuserat på pubertets effekt på en viss kognitiv process. Några av de tidigaste studierna fokuserade på ansiktsbehandling. En studie av Carey et al. [1980] visade att medan prestanda i en ansiktsidentitetsidentifieringsuppgift förbättrats stadigt under det första årtiondet av livet följdes detta av en minskning av prestanda vid ungefär 12. Denna nedgång kan bero på puberteten i stället för att åldras i sig, eftersom en senare studie visade att kvinnor i mitten av puberteten gjorde sämre dem vid för- eller efterpuberty när dessa grupper matchades för ålder. Mer nyligen visades bevis för ett pubertal "dip" vid behandling av ansiktsmässig känsla [McGivern et al., 2002]. I denna studie utförde manliga och kvinnliga deltagare i 10-17 en match-to-sample-uppgift där ansikten som visade känslomässiga uttryck matchades med känslolägen. En ökning av reaktionstiden på omkring 10-20% visades vid en ålder motsvarande ungefär puberteten (10-11-ålder i åldern 11-12 hos män), som sedan sjönk under ungdomar för att nå prepuberty-nivåer vid ålder 16- 17. Denna studie bedömde emellertid inte pubertetsstadiet. Dessa resultat bör nu replikeras, till exempel med mer exakta hormonella åtgärder av puberteten, och med hjälp av longitudinellt bedömda kohorter. Ytterligare studier bör också undersöka huruvida dessa resultat är specifika för ansiktsbehandling, eller är en mer domän-allmän effekt av ungdomskognitiv utveckling.

Effekten av sexhormoner på kognitiv funktion

Det finns bevis för att hormoner kan ha olika influenser på beteendet under puberteten än i vuxenlivet. Exempelvis föreslår utmaningsmodellen för testosteron-aggressionsföreningar att medan testosteronnivåerna ökar under puberteten, visar aggressivt beteende inte något enkelt samband med testosteron under ungdomar [Archer, 2006]. Snarare finns det framkommande bevis från både mänskliga och icke-humana primatstudier att testosteron ökar motivationen för att uppnå högre status, men de specifika effekterna på beteendet är beroende av det sociala och utvecklingssammanhanget. Det är viktigt att betona komplexiteten i dessa frågor, det vill säga vi är på en mycket tidig punkt i att integrera djurforskning (där experiment kan utformas för att belysa specifika hormonella effekter på specifika neurala system) och mänskliga studier för att ta itu med viktiga men komplexa frågor om kognitiva, känslomässiga och motivationsförändringar direkt kopplade till puberteten [se Dahl och Gunnar, 2009, för vidare diskussion av några av de kliniska och folkhälsopåverkan].

Det finns emellertid några områden av konvergens som härrör från forskning på detta område som lyfter fram lovande utvecklingsområden. Till exempel finns det ökande bevis på att ungdomsförändringar i sensationssökande kan innehålla vissa pubertetspecifika förändringar och kan ge nya insikter i ungdomsrisker. Sensationssökning är en av de utvecklingsbidragande till riskbeteenden och är mer sannolikt att uppstå under ungdomar än någon annan tidsperiod [till exempel Arnett och Balle-Jensen, 1993]. Sensationssökande tendenser verkar vara starkare kopplade till puberteten än att åldra [Spjut, 2000]. En av de första studierna för att visa den specifika kopplingen mellan sensationssökande och puberteten inriktad på tonåringar inom det snäva åldersintervallet 11-14 år. Pojkar och flickor med mer avancerad pubertetsutveckling hade högre betyg av sensationssökande och ökad narkotikamissbruk [Martin et al., 2002]. Mer nyligen har Steinberg och Monahan [2007] har funnit bevis för att analysering av sensationssökande från den bredare impulsivitetskonstruktionen (som ibland är experimentellt förknippad med sensationssökande) visar en inverterad U-formad utvecklingsbana, toppande vid pubertetsmognad och väsentligt kopplad till pubertetsåtgärder hos pojkar. Dahl och Gunnar [2009, för vidare diskussion] har rapporterat ett brett spektrum av affectiva förändringar kopplade till puberteten, till exempel känslor som svar på sociala situationer.

Sammanfattningsvis har få studier hittills undersökt sambandet mellan puberteten och kognitiv utveckling, och detta område kommer att vara ett intressant fokus för framtida forskning.

Gå till:

RUBRIKENS RUBRIK I FUNKTIONELL BRAINUTVECKLING, SOM MÄTAS AV FMRI

Ett mycket litet antal funktionella neuroimagingstudier utförda hittills har inkluderat pubertetsåtgärder. Ett antal vuxna och ungdomar med funktionell MRI (fMRI) studier visar emellertid könsskillnader i neural aktivitet inom ett antal kognitiva paradigmer (en fullständig översyn av dessa resultat ligger utanför tillämpningsområdet för denna artikel). Vissa könsskillnader kan bero på prenatal könshormoneffekter, pubertetsoberoende effekter av gener som kodas för könskromosomerna eller könsspecifika miljöeffekter under hela livet. Vissa av dessa effekter kan emellertid bero på puberteten. Dessa effekter kan förmedlas av effekter på neuralt-till-hemodynamisk koppling, via organisatoriska eller aktiva effekter på neural responsivitet, påverkan på kognitiv behandling eller via indirekt påverkan av pubertetövergångar på kognitiv behandling via stereotyper och identitet. Ytterligare studier behövs för att belysa dessa möjliga relationer.

Flera fMRI-studier har utförts i populationer med endokrina störningar. Trots att resultaten är svåra att tolka med avseende på typiska puberteten och ungdomar (dessa populationer är hormonella onormala före puberteten startade), ger de konvergerande bevis på att determinanter eller korrelerar puberteten påverkar funktionell hjärnaktivitet. En fMRI-studie av Mueller et al. [2009] jämförde hjärnans aktivitet under en ansiktsmässig känslomässig uppgift mellan ungdomar med familjen hyperandrogenism (orsakande överskott av testosteron från tidig ålder). I förhållande till kontroller uppvisade gruppen med överskott av testosteron förhöjd hippocampal aktivitet under rädslebearbetning, liksom snabbare beteendehänsyn på ansikten som visade rädda uttryck. I en fMRI-studie av Ernst et al. [2007], sju manliga och sju kvinnliga ungdomar med medfödd adrenal hyperplasi (vilket resulterade i överskott av testosteron i livmodern) jämfördes med ålders- och könsbestämda kontroller i en liknande ansiktsbehandling för ansiktsbehandling. I motsats till studien av Mueller et al rapporterades inga gruppskillnader i hippocampus. I den kvinnliga kliniska gruppen var emellertid förbättrad amygdalaaktivitet under rädsla och ilskning, i förhållande till kvinnliga kontroller. Den förbättrade amygdala-aktiviteten hos den kvinnliga kliniska gruppen liknade den hos manliga kontroller, vilket föreslår en mediatorisk effekt av testosteron.

Gå till:

SLUTSATS

Puberty representerar en period av djup övergång när det gäller drivningar, känslor, motivationer, psykologi och samhällsliv. Nyligen preliminära bevis från MRI-studier har föreslagit att pubertetsstadium kan spela en viktig roll vid ungdomshormonutveckling, kanske mer än kronologisk ålder. Ytterligare beteendemässiga och neuroimagingstudier behövs där exakta och tillförlitliga pubertetenåtgärder vidtas, för att belysa hur pubertetenhormonerna påverkar utvecklingen av hjärnstruktur och funktion. Det är uppenbart att det finns ett stort värde för att uppnå en bättre förståelse för relationerna mellan hjärnan, kognition, beteende och puberteten. Dessa mål kommer emellertid att kräva konceptuella och metodologiska framsteg som fokuserar på hur bäst man kan integrera olika pubertalsåtgärder inom utvecklingsstudier av ungdomshår och beteendemognad.

Gå till:

Erkännanden

SJB är en Royal Society University Research Fellow. SB finansierades av Wellcome Trust 4-års doktorandprogram i neurovetenskap vid UCL.

Gå till:

REFERENSER

  • Archer J. Testosteron och human aggression: en utvärdering av utmaningshypotesen. Neurosci Biobehav Rev. 2006;30: 319-345. [PubMed]
  • Arnett J, Balle-Jensen L. Kulturella grunder för riskbeteende: danska ungdomar. Child Dev. 1993;64: 1842-1855. [PubMed]
  • Barnea-Goraly N, Menon V, Eckert M, Tamm L, Bammer R, Karchemskiy A, Dant CC, Reiss AL. Utveckling av vit materia under barndom och ungdom: En tvärsnittsdiffusionstensorbildningsstudie. Cereb Cortex. 2005;15: 1848-1854. [PubMed]
  • Benes FM, Turtle M, Khan Y, Farol P. Myelinering av en nyckelreläzon i hippocampalbildningen sker i människans hjärna under barndom, ungdom och vuxen ålder. Arch Gen Psychiatry. 1994;51: 477-484. [PubMed]
  • Blakemore SJ. Den sociala hjärnan i ungdomar. Nature Rev Neurosci. 2008;9: 267-277. [PubMed]
  • Brooks-Gunn J, Warren MP, Rosso J, Gargiulo J. Giltighet för självrapporterande mått på flickors pubertetsstatus. Child Dev. 1987;58: 829-841. [PubMed]
  • Cahill L. Varför sex är viktigt för neurovetenskap. Nat Rev Neurosci. 2006;7: 477-484. [PubMed]
  • Carey S, Diamond R, Woods B. Utvecklingen av ansiktsigenkänning-En mognadskomponent. Dev Psychol. 1980;16: 257-269.
  • Choudhury S. Att odla den ungdomliga hjärnan: Vad kan neurovetenskap lära av antropologi? Soc Cogn påverkar Neurosci. 2010 [Epub före utskrift]
  • Dahl RE, Gunnar MR. Förhöjd stressrespons och emotionell reaktivitet under pubertetsmognad: Implikationer för psykopatologi. Dev Psychopathol. 2009;21: 1-6. [PubMed]
  • Dorn LD. Mätning av puberteten. J Adolesc Hälsa. 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. Amygdalafunktion hos ungdomar med medfödd adrenalhyperplasi: En modell för studier av tidiga steroida abnormiteter. Neuropsychologia. 2007;45: 2104-2113. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Giedd JN, Blumenthal J, Jeffries NO, Castellanos FX, Liu H, Zijdenbos A, Paus T, Evans AC, Rapoport JL. Hjärnutveckling under barndomen och ungdomar: En longitudinell MR-studie. Nat Neurosci. 1999;2: 861-863. [PubMed]
  • Grumbach MM, Styne DM. Pubertet: Ontogeny, neuroendokrinologi, fysiologi och störningar. I: Wilson JD, Foster DW, Kronenberg HM, Larsen PR, redaktörer. Williams Textbook of Endocrinology. 9th ed. Philadelphia, PA: WB Saunders; 1998. pp. 1509-1625.
  • Hebbard PC, King RR, Malsbury CW, Harley CW. Två organisatoriska effekter av pubertal testosteron hos hanrotter: Övergående socialt minne och ett skifte från LTP efter en tetanus i hippocampal CA1. Exp Neurol. 2003;182: 470-475. [PubMed]
  • Huttenlocher PR. Synaptisk densitet i mänsklig frontal cortex-Utvecklingsförändringar och effekter av åldrande. 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. Sexuell dimorfism av hjärnutvecklingsbanor under barndomen och ungdomar. Neuroimage. 2007;36: 1065-1073. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Lerner RM, Steinberg L, redaktörer. Handbok för ungdomspsykologi. 2nd ed. RM Hoboken, NJ: Wiley; 2004.
  • Marshall WA, Tanner JM. Variationer i mönster av pubertetsförändringar hos tjejer. Arch Dis Child. 1969;44: 291-303. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Marshall WA, Tanner JM. Variationer i mönstret av pubertetsförändringar hos pojkar. Arch Dis Child. 1970;45: 13-23. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Martin CA, Kelly TH, Rayens MK, Brogli BR, Brenzel A, Smith WJ, et al. Sensationssökande, puberteten och nikotin-, alkohol- och marijuanaanvändning i tonåren. J är Acad Child Adoles Psychiatr. 2002;41: 1495-1502.
  • McGivern RF, Andersen J, Byrd D, Mutter KL, Reilly J. Kognitiv effektivitet vid en matchning till provuppgiften minskar vid puberteten hos barn. Brain Cogn. 2002;50: 73-89. [PubMed]
  • Mueller SC, Mandell D, Leschek EW, Pine DS, Merke DP, Ernst M. Tidig hyperandrogenism påverkar utvecklingen av hippocampalfunktionen: Preliminära bevis från en funktionell magnetisk resonansbildningsstudie av pojkar med familjen manlig förekomst av puberteten. J Child Adolesc Psychopharmacol. 2009;19: 41-50. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Neufang S, Specht K, Hausmann M, Güntürkün O, Herpertz-Dahlmann B, Fink GR, Konrad K. Sexskillnader och effekten av steroidhormoner på den utvecklande mänskliga hjärnan. Hjärnbarken. 2009;19: 464-473. [PubMed]
  • Nunez JL, Huppenbauer CB, McAbee MD, Jurasaka JM, DonCarlos LL. Androgenreceptoruttryck i den utvecklande manliga och kvinnliga råttavisuella och prefrontala cortexen. J Neurobiol. 2003;56: 293-302. [PubMed]
  • Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Varför uppstår många psykiatriska störningar under tonåren? Nat Rev Neurosci. 2008;9: 947-957. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Perrin JS, Leonard G, Perron M, Gädda GB, Pitiot A, Richer L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Tillväxt av vit materia i ungdomshåren: Testosterons och androgenreceptors roll. 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. Sexsteroider och hjärnstruktur i pubertetspojkar och -flickor. Psychon. 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. Heritabilitet hos regional och global hjärnstruktur vid pubertets början: En magnetisk resonansbildningsstudie i 9-åriga tvillingpar. Hum Brain Mapp. 2009b;30: 2184-2196. [PubMed]
  • Perrin JS, Leonard G, Perron M, Gädda GB, Pitiot A, Richer L, Veillette S, Pausova Z, Paus T. Sexskillnader i tillväxten av vit materia under tonåren. Neuroimage. 2009;45: 1055-1066. [PubMed]
  • Petersen AC, Crockett L, Richards M, Boxer A. Självbetänkande mätning av pubertalstatus: Tillförlitlighet, validitet och initiala normer. J Ungdom Adolesc. 1988;17: 117-133.
  • Romeo RD, Sisk CL. Pubertal och säsongsbetonad plasticitet i amygdala. Brain Res. 2001;889: 71-77. [PubMed]
  • Sato SM, Schulz KM, Sisk CL, Wood RI. Ungdomar och androgener, receptorer och belöningar. Horm Behav. 2008;53: 647-658. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Schulz KM, Molenda-Figueira HA, Sisk CL. Tillbaka till framtiden: Den organisatoriska aktivitetshypotesen anpassad till puberteten och ungdomar. Horm Behav. 2009;55: 597-604. [PMC gratis artikel] [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. Neurodevelopmental banor av den mänskliga cerebrala cortexen. J Neurosci. 2008;28: 3586-3594. [PubMed]
  • Shirtcliff EA, Dahl RE, Pollak SD. Pubertal utveckling: Korrespondens mellan hormonell och fysisk utveckling. Child Dev. 2009;80: 327-337. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Sisk CL, Foster DL. Den neurala grunden för puberteten och ungdomar. Nat Neurosci. 2004;7: 1040-1047. [PubMed]
  • Sowell ER, Thompson PM, Holmes CJ, Jernigan TL, Toga AW. In vivo bevis för post-adolescent hjärnmognad i frontala och striatala regioner. Nat Neurosci. 1999;2: 859-861. [PubMed]
  • Spjut LP. Den ungdomliga hjärnan och åldersrelaterade beteendemässiga manifestationer. Neurosci Biobehav Rev. 2000;24: 417-463. [PubMed]
  • Steinberg L, Monahan K. Åldersskillnader i motstånd mot inbördes påverkan. Dev Psychol. 2007;43: 1531-1543. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Susman EJ, Rogol A. Pubertet och psykologisk utveckling. I: Lerner RM, Steinberg L, redaktörer. Handbok för ungdomspsykologi. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley; 2004. pp. 15-44.
  • Tamnes CK, Ostby Y, Fjell AM, Westlye LT, Due-Tønnessen P, Walhovd KB. Hjärnmognad i tonåren och ung vuxen ålder: regionala åldersrelaterade förändringar i kortikal tjocklek och vitt materialvolym och mikrostruktur. Cereb Cortex. 2010;20: 534-548. [PubMed]
  • Tanner JM. Sekvens, tempo och individuell variation i tillväxt och utveckling av pojkar och tjejer i åldern tolv till sexton. Daedalus. 1971;100: 907-930.
  • Tanner JM, Whitehouse RH. Kliniska longitudinella normer för höjd, vikt, höjdhastighet, vikthastighet och pubertetsstadier. Arch Disease Childhood. 1976;51: 170-179. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  • Worthman CM, Stallings JF. Hormonåtgärder i fingerprickade blodprov: Nya fältmetoder för reproduktiv endokrinologi. Am J Phys Anthropol. 1997;104: 1-21. [PubMed]
  • Yakovlev PI, Lecours AR. De myelogenetiska cyklerna av regional mognad av hjärnan. I: Minkowski A, redaktör. Regional utveckling av hjärnan i tidigt liv. Oxford: Blackwell Scientific; 1967. pp. 3-70.