แหล่ง
ภาควิชาประสาทวิทยา, มหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก, พิตต์สเบิร์ก, PA 15260, สหรัฐอเมริกา
นามธรรม
วัยรุ่นมักจะตอบสนองแตกต่างจากผู้ใหญ่ในบริบทที่สร้างแรงบันดาลใจที่สำคัญเช่นการมีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนและสิ่งเร้าที่น่าพึงพอใจ การกำหนดความแตกต่างของการประมวลผลทางประสาทของวัยรุ่นนั้นมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้เช่นเดียวกับฐานของช่องโหว่ด้านพฤติกรรมและจิตเวชที่รุนแรงเช่นการใช้ยาเสพติดความผิดปกติทางอารมณ์และโรคจิตเภท เราเชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุในวิธีการประมวลผลสิ่งเร้าที่สำคัญในสมองส่วนสำคัญสามารถรองรับความพิการและความเปราะบางของวัยรุ่น เนื่องจากพฤติกรรมที่ได้รับแรงบันดาลใจเป็นประเด็นสำคัญจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำการเปรียบเทียบการทำงานของสมองในระหว่างการสร้างแรงบันดาลใจ เราเปรียบเทียบกิจกรรมหน่วยเดียวและศักยภาพของสนามในท้องที่ในนิวเคลียส accumbens (NAc) และ dorsal striatum (DS) ของวัยรุ่นและหนูตัวเต็มวัยในช่วงงานประกาศรางวัล ภูมิภาคเหล่านี้มีส่วนร่วมในการเรียนรู้ที่มีแรงจูงใจการให้รางวัลและการเลือกปฏิบัติ เรารายงานความแตกต่างของการประมวลผลระบบประสาทของวัยรุ่นใน DS ซึ่งโดยทั่วไปภูมิภาคเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้มากกว่าการประมวลผลรางวัลในผู้ใหญ่ โดยเฉพาะวัยรุ่น แต่ไม่ใช่ผู้ใหญ่มีเซลล์ประสาทใน DS ที่เปิดใช้งานโดยคาดหวังผลตอบแทนจำนวนมาก รูปแบบการตอบสนองที่คล้ายกันมากขึ้นถูกพบใน NAc ของทั้งสองกลุ่มอายุ พบความแตกต่างของกิจกรรมหน่วยเดียว DS แม้จะมีความผันผวนของสนามในพื้นที่ใกล้เคียงกัน การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าในวัยรุ่นพื้นที่ที่มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในการเรียนรู้และการสร้างนิสัยนั้นตอบสนองได้ดีในการให้รางวัล มันจึงชี้ให้เห็นกลไกการให้รางวัลว่าพฤติกรรมของวัยรุ่นจะแตกต่างกันอย่างไรและช่องโหว่ที่เพิ่มขึ้นต่อความผิดปกติทางอารมณ์
ในช่วงวัยรุ่นมีการเปลี่ยนแปลงทางระบบประสาทมากมายเกิดขึ้น (1) ที่อาจส่งผลกระทบต่อวิธีการประมวลผลเหตุการณ์สำคัญเช่นการให้รางวัลสิ่งเร้า การเปลี่ยนแปลงการประมวลผลทางประสาทดังกล่าวอาจรองรับความโน้มเอียงพฤติกรรมบางอย่างที่พบในวัยรุ่นทั่วสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเช่นการเพิ่มความเสี่ยง1-5) เช่นเดียวกับแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นในการพัฒนาความผิดปกติเช่นการติดยาเสพติดภาวะซึมเศร้าและโรคจิตเภท (6-8) ก่อนที่เราจะสามารถเข้าใจสารตั้งต้นทางประสาทของช่องโหว่เหล่านี้เราต้องเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบการประมวลผลทางประสาททั่วไปของสมองวัยรุ่นเปรียบเทียบและเปรียบเทียบกับผู้ใหญ่
โดยพื้นฐานแล้วความบกพร่องทางพฤติกรรมและจิตเวชทุกประการของวัยรุ่นนั้นชัดเจนในระหว่างบริบทของแรงบันดาลใจ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะเปรียบเทียบกิจกรรมของระบบประสาทของวัยรุ่นกับผู้ใหญ่ในระหว่างพฤติกรรมกระตุ้น พฤติกรรมที่ได้รับแรงบันดาลใจคือการกระทำที่เอื้อต่อการปรับความสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งเร้า (เช่นความน่าจะเป็นหรือความใกล้เคียงกับรางวัลพิเศษ) (9). อย่างไรก็ตามบริบททางพฤติกรรมดังกล่าวจะทำให้การวิเคราะห์กิจกรรมของระบบประสาทซับซ้อนขึ้นโดยธรรมชาติ: เราจะรู้ได้อย่างไรว่าความแตกต่างของระบบประสาทไม่ได้สะท้อนถึงความแตกต่างทางพฤติกรรมระหว่างสองกลุ่มอายุเท่านั้น ความแตกต่างในการประมวลผลของระบบประสาทเกิดจากความสับสนทางพฤติกรรมหรือไม่หรือมีความแตกต่างพื้นฐานมากขึ้นในวิธีที่วัยรุ่นเข้ารหัสและประมวลผลเหตุการณ์สำคัญในบริบทที่สร้างแรงบันดาลใจ? เราทำการบันทึกด้วยคลื่นไฟฟ้ากายภาพหน่วยเดียวในร่างกายเพื่อเปรียบเทียบกิจกรรมทางประสาทของวัยรุ่นกับของผู้ใหญ่ในช่วงเหตุการณ์สำคัญเมื่อการแสดงพฤติกรรมไม่สามารถแยกออกได้ระหว่างสองกลุ่ม (เช่นเวลาในการตอบสนองการดึงรางวัลในช่วงปลายเมื่องานได้รับการเรียนรู้อย่างดี) ในการทำเช่นนี้เราใช้ "ตัวยึดพฤติกรรม" อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งช่วยให้เราระบุความแตกต่างของการประมวลผลที่เกี่ยวข้องกับอายุขั้นพื้นฐานซึ่งไม่ได้ถูกรบกวนจากประสิทธิภาพ
แม้ว่าสมองส่วนใหญ่ของวัยรุ่นยังไม่ได้รับการตรวจสอบในลักษณะนี้เรามุ่งเน้นไปที่ dorsal striatum (DS) และนิวเคลียส accumbens (NAc) เพราะมีบทบาทสำคัญในพฤติกรรมของพวกเขา ร่วมกันบริเวณสมองเหล่านี้มีส่วนร่วมในการเรียนรู้ร่วมการสร้างนิสัยการประมวลผลรางวัลและการควบคุมแบบปรับตัวของรูปแบบพฤติกรรม (10-13) striatum ได้รับการคาดการณ์จากภูมิภาคเยื่อหุ้มสมองที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางประสาทสัมผัส, มอเตอร์และกระบวนการคิด (14) เช่นเดียวกับอินพุต dopaminergic (15) NAc ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหน้าท้อง striatum ได้รับอวัยวะจาก amygdala (16) และเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า (17) และสารกระตุ้นโดปามีเซอร์จากพื้นที่ท้องร่วง (18) NAc ถือเป็นกุญแจสำคัญในการแปลแรงจูงใจสู่การกระทำ (19) และเป็นศูนย์กลางของสมมติฐานปัจจุบันบางประการเกี่ยวกับการสนับสนุนทางระบบประสาทของการรับความเสี่ยงของวัยรุ่นและการแสวงหาความรู้สึก (5, 20, 21).
ผลสอบ
กิจกรรมของหน่วยประสาทถูกบันทึกจาก DS และ NAc (รูปที่ S1) ของวัยรุ่น (n = 16) และผู้ใหญ่ (n = 12) หนูเมื่อพวกเขาเรียนรู้ที่จะเชื่อมโยงการกระทำด้วยเครื่องมือ (กระตุ้น) กับผลรางวัล (เม็ดอาหาร; มะเดื่อ. 1A) แสดงข้อมูลพฤติกรรมรวมกัน (มะเดื่อ. 1 B-D) เนื่องจากไม่มีความแตกต่างทางสถิติระหว่างภูมิภาค ไม่มีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุอย่างมีนัยสำคัญในการฝึกอบรมในจำนวนการทดลองต่อเซสชั่น [F(1, 1) = 1.74 P = 0.20]; เวลาแฝงจากคิวไปยังเครื่องมือกระตุ้น [F(1, 1) = 0.875 P = 0.36]; หรือแฝงจากเครื่องมือกระตุ้นไปสู่ทางเข้าสู่รางอาหารF(1, 1) = 0.82 P = 0.36] เวลาแฝงจากการเริ่มคิวจนถึงการกระตุ้นด้วยมือดูเหมือนจะแตกต่างกันในช่วงแรกแม้ว่าจะไม่ได้มีนัยสำคัญทางสถิติและถูกขับเคลื่อนโดยสัตว์นอกรีตสามตัวที่ยังไม่ได้เรียนรู้การเชื่อมโยง (มะเดื่อ. 1C, สิ่งที่ใส่เข้าไป) จากช่วงที่ 4 เป็นต้นไปมาตรการทั้งหมดถึงระดับสูงสุดที่มั่นคงในทั้งสองกลุ่มอายุ ในช่วงเวลาเหล่านี้ค่าเฉลี่ยผู้ใหญ่และความหน่วงแฝงของวัยรุ่นจากการตอบสนองทางเครื่องมือต่อการเข้าสู่รางอาหารคือ (เฉลี่ย± SEM) 2.47 ± 0.12 s และ 2.54 ± 0.17 s ตามลำดับ
การตอบสนองของประชากร DS ประสาทที่สอดคล้องกันรอบเครื่องมือกระตุ้นและรายการอาหารรางถูกสังเกตว่าเป็นหนูได้เรียนรู้การเชื่อมโยงการกระทำและผลลัพธ์และดำเนินการทดลองจำนวนมากในแต่ละเซสชั่น (เช่นช่วงที่ 4-6; รูปที่ S2A) การตรวจสอบกิจกรรมนี้อย่างใกล้ชิดในช่วงการประชุมที่ 4-6 เผยให้เห็นความคล้ายคลึงกันในกิจกรรมของกลุ่มประสาทบางกลุ่ม แต่มีความแตกต่างอย่างมากในผู้อื่น (มะเดื่อ. 2) ประมาณ 10% ของเซลล์ประสาทที่บันทึกไว้ถูกเปิดใช้งานที่คิวการทดลองที่เริ่มมีอาการโดยมีเซลล์เพียงไม่กี่แห่งที่ถูกยับยั้ง (มะเดื่อ. 2 A และ C, ซ้าย) การแจกแจงของวัยรุ่นและผู้ใหญ่ - อัตราการยิง Zคะแนนไม่แตกต่างกันในเวลานี้ (Z = 1.066, P = 0.29; มะเดื่อ. 2B, ซ้าย) นอกจากนี้ยังไม่มีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุในสัดส่วนของเซลล์ประสาทที่ถูกกระตุ้นยับยั้งและไม่มีนัยสำคัญต่อคิว [χ2(2, n = 570) = 2.35 P = 0.31; 1 ตาราง] สัดส่วนของเซลล์ที่เปิดใช้งานและขนาดของกิจกรรมของพวกเขาเพิ่มขึ้นในทั้งสองกลุ่มก่อนการตอบสนองด้วยเครื่องมือแม้ว่าการเพิ่มขึ้นของขนาดดังกล่าวจะมากขึ้นในวัยรุ่น (Z = −2.41 P = 0.02; มะเดื่อ. 2B, ศูนย์) ความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุในสัดส่วนการตอบสนองประเภทในช่วง 0.5 วินาทีก่อนที่เครื่องมือกระตุ้นจะมีความหมาย [χ2(2, n = 570) = 10.01 P <0.01] เอฟเฟกต์ที่ขับเคลื่อนโดยหน่วยยับยั้งผู้ใหญ่ในสัดส่วนที่มากขึ้น (Z = 3.05, P <0.01; 1 ตาราง) ทันทีหลังจากการตอบสนองด้วยเครื่องมือเซลล์ที่ถูกเปิดใช้งานก่อนหน้านี้จะถูกยับยั้งเช่นเดียวกับหลายหน่วยงานที่ไม่ได้มีส่วนร่วมก่อนหน้านี้ (มะเดื่อ. 2A, ศูนย์) สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของการเบี่ยงเบนชั่วคราวในกิจกรรมของประชากรซึ่งเพิ่มขึ้นอีกครั้งในอัตราเฉพาะอายุด้วยความแตกต่างทางสถิติอย่างต่อเนื่องระหว่างวัยรุ่นและกิจกรรมผู้ใหญ่ในช่วง 0.5 วินาทีหลังจากการตอบสนองด้วยเครื่องมือ (Z = 2.19, P = 0.03; มะเดื่อ. 2B, ศูนย์) ในช่วงเวลานี้สัดส่วนของประเภทตอบกลับต่างกันอีกครั้งระหว่างสอง [χ2(2, n = 570) = 10.57 P <0.01] เนื่องจากหน่วยผู้ใหญ่ที่เปิดใช้งานในสัดส่วนที่มากขึ้น (Z = 2.87, P <0.01; มะเดื่อ. 2C, ศูนย์ และ 1 ตาราง) เซลล์ประสาทเดียวกันจำนวนมากที่เพิ่มกิจกรรมของพวกเขาก่อนที่เครื่องมือกระตุ้นจะถูกยับยั้งชั่วคราวและเปิดใช้งานอีกครั้งก่อนที่จะเข้าสู่รางอาหาร (แถวพล็อตความร้อนแสดงรูปแบบสีแดง - น้ำเงิน - แดงใน มะเดื่อ. 2A, ศูนย์) ระยะเวลาของรูปแบบนี้แตกต่างกันระหว่างวัยรุ่นและผู้ใหญ่ สัดส่วนเซลล์ประสาทของวัยรุ่นยังคงมีขนาดใหญ่จนกว่าจะได้รับรางวัล “ เซลล์ประสาทที่คาดหวังผลตอบแทน” เช่นนั้นกระจัดกระจายในผู้ใหญ่ (มะเดื่อ. 2A, ขวา) นอกจากความแตกต่างในเวลาแล้วเซลล์ประสาทวัยรุ่นที่เปิดใช้งานใน 0.5 วินาทีก่อนที่จะเข้าสู่รางอาหารยังมียอดแหลมที่มีขนาดสูงขึ้น (Z = −7.63 P <0.01; มะเดื่อ. 2B, ขวา) รูปแบบโดยรวมของกิจกรรมนี้ค่อนข้างคงที่ตลอดช่วง 4-6 (ภาพยนตร์ S1) แม้ว่าการสุ่มตัวอย่างของหน่วยแสดงให้เห็นถึงความแปรปรวนภายในหน่วยสำหรับบางหน่วย (รูปที่ S3) สัดส่วนของหน่วยที่ทำงานและยับยั้งนั้นแตกต่างกัน [χ2(2, n = 570) = 41.18 P <0.01] กับวัยรุ่นและผู้ใหญ่ตามลำดับมีสัดส่วนการเปิดใช้งานที่ใหญ่กว่าอย่างมีนัยสำคัญ (Z = −6.21 P <0.01) และหน่วยยับยั้ง (Z = 4.59, P <0.01; มะเดื่อ. 2C, ขวา และ 1 ตาราง) ใน 0.5 วินาทีหลังจากมาถึงรางอาหารวัยรุ่นยังคงแสดงกิจกรรมที่แข็งแกร่งขึ้น (Z = –6.43 P <0.01) สัดส่วนของการเปิดใช้งานการยับยั้งและไม่มีนัยสำคัญยังคงแตกต่างกันเนื่องจากในทันทีก่อนที่จะเข้าสู่รางอาหาร [χ2(2, n = 570] = 31.18 P <0.01; มะเดื่อ. 2C, ขวา และ 1 ตาราง) อีกครั้งวัยรุ่นมีสัดส่วนของหน่วยที่เปิดใช้งานมากขึ้น (Z = –4.89 P <0.01) และสัดส่วนที่น้อยลงของยูนิตที่ถูกยับยั้งในขณะนี้ (Z = 4.36, P <0.01)
ใน NAc กิจกรรมเฉลี่ยของวัยรุ่นและผู้ใหญ่ในช่วงระยะเวลาหนึ่งนั้นมาจากการตอบสนองที่เกี่ยวข้องกับภารกิจเพียงเล็กน้อยรูปที่ S2B) โดยเซสชั่น 4 ทั้งสองกลุ่มมีการเพิ่มขึ้นที่คล้ายกันและจากนั้นลดลงในกิจกรรม phasic ที่เครื่องมือบรรเลง รูปแบบนี้เด่นชัดมากขึ้นนำไปสู่และต่อไปนี้รางวัล (รายการรางอาหาร) การตรวจสอบอย่างใกล้ชิดของกิจกรรมของระบบประสาท NAc Phasic เผยให้เห็นความคล้ายคลึงกันหลายอย่างในรูปแบบและขอบเขตของการกระตุ้นและการยับยั้งของเซลล์ประสาทพร้อมกับความแตกต่างที่น่าสังเกต (มะเดื่อ. 3) โดยเฉพาะการโจมตีของแสงคิวนำไปสู่การเปิดใช้งานประมาณ 10% ของเซลล์ประสาท NAc ทั้งในวัยรุ่นและผู้ใหญ่โดยมีเซลล์ประสาทเพียงไม่กี่ยับยั้งและไม่มีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุในสัดส่วนของเซลล์เปิดใช้งานหรือยับยั้งเซลล์ประสาทในเวลานี้ χ2(2, n = 349) = 1.51 P = 0.47] และไม่มีความแตกต่างในกิจกรรมของประชากรโดยรวม (Z = 1.82, P = 0.07; มะเดื่อ. 3, ซ้าย). เมื่อเซลล์ประสาทเปิดใช้งานสำหรับการทดลองพวกมันมักจะยังคงทำงานอยู่จนกว่าสัตว์จะเข้าสู่รางอาหาร พลวัตชั่วขณะนั้นทำให้เซลล์ประสาทบางส่วนถูกกระตุ้นอย่างรุนแรงมากขึ้นรอบ ๆ ทั้งการกระตุ้นด้วยเครื่องมือและทางเข้ารางอาหาร ไม่มีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุในกิจกรรมของประชากร (Z = –0.16 P = 0.87) หรือสัดส่วนหมวดหมู่หน่วย [χ2(2, n = 349) = 0.22 P = 0.90] ถูกพบใน 0.5 วินาทีก่อนหน้าเครื่องมือกระตุ้น หลังจากใช้เครื่องมือกระตุ้นผู้ใหญ่จะมีกิจกรรมโดยเฉลี่ยที่สูงขึ้น (Z = 4.09, P <0.01) และความแตกต่างในสัดส่วนหมวดหมู่หน่วย [χ2(2, n = 349) = 7.23 P = 0.03] เนื่องจากสัดส่วนของเซลล์ประสาทที่เปิดใช้งานสำหรับผู้ใหญ่มากกว่า (Z = 2.53, P = 0.01; มะเดื่อ. 3C, ศูนย์ และ 1 ตาราง) ในทำนองเดียวกันกิจกรรมผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยที่สูงขึ้นพบในช่วง 0.5 วินาทีก่อนเข้าสู่รางน้ำอาหารZ = 2.67, P <0.01) และอีกครั้งมีการสังเกตสัดส่วนหมวดหมู่หน่วยที่แตกต่างกัน [χ2(2, n = 349) = 6.64 P = 0.04] เนื่องจากมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของหน่วยที่เปิดใช้งานสำหรับผู้ใหญ่ (Z = 2.32, P = 0.02; มะเดื่อ. 3C, ขวา และ 1 ตาราง) ในช่วงเวลานี้กิจกรรมของระบบประสาทที่ทดลองโดยการทดลองยังคงแสดงให้เห็นถึงความมั่นคง แต่ก็น้อยกว่าใน DSภาพยนตร์ S2) ไม่มีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุของประชากรในกิจกรรม 0.5 วินาทีหลังจากเข้าสู่รางอาหาร (Z = −0.61 P = 0.54) แม้ว่าจะมีความแตกต่างของสัดส่วนหน่วยอยู่ [[2(2, n = 349) = 7.81 P = 0.02] สิ่งนี้สะท้อนถึงสัดส่วนที่มากขึ้นของหน่วยวัยรุ่นที่ถูกยับยั้งในเวลานี้ (Z = −2.81 P <0.01; มะเดื่อ. 3C, ขวา และ 1 ตาราง) ดังนั้นแม้ว่าจะมีความแตกต่างบางอย่างระหว่างกลุ่ม แต่รูปแบบทั่วไปของการตอบสนองทางประสาท (และกิจกรรมข้ามหน่วย) ก็คล้ายคลึงกันใน NAc มากกว่าใน DS
สเปคตรัม LFP ที่ปรับค่าเฉลี่ยมีความคล้ายคลึงกันสำหรับวัยรุ่นและผู้ใหญ่ในทั้ง NAc และ DS (มะเดื่อ. 4). ก่อนที่จะเข้าสู่รางอาหารใน NAc ทั้งวัยรุ่นและผู้ใหญ่มีพลังลดลงในแถบβ (13–30 Hz) และγ (> 30 Hz) โดยมีการลดกำลังไฟที่ครอบคลุมมากขึ้นในผู้ใหญ่ หลังจากเข้าสู่รางอาหารทั้งสองกลุ่มมีการเพิ่มกำลังไฟฟ้าชั่วคราวโดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ 20 Hz มีแนวโน้มที่จะใช้พลังงาน LFP ของวัยรุ่นมากขึ้นในความถี่ที่ต่ำกว่าเช่นθ (3–7 Hz) และα (8–12 Hz) โดยพบความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุอย่างมีนัยสำคัญ ∼500 มิลลิวินาทีหลังจากการเข้าสู่รางอาหาร (มะเดื่อ. 4 A และ B) รูปแบบที่คล้ายกันมีให้เห็นใน DS พร้อมกับผู้ใหญ่ที่แข็งแกร่งขึ้นเล็กน้อยในβ-power ทันทีหลังจากเข้าสู่รางอาหาร (มะเดื่อ. 4 C และ D) โดยรวมแผนที่ความคมชัดทางสถิติ (มะเดื่อ. 4 B และ D) แสดงให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกันในกิจกรรม LFP ที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลของวัยรุ่นและผู้ใหญ่ในหลาย ๆ ความถี่โดยมีข้อยกเว้นที่ระบุไว้หลายประการ
การสนทนา
เราพบว่าการเปิดใช้งานที่เกี่ยวข้องกับผลตอบแทนที่แข็งแกร่งในวัยรุ่น แต่ไม่ใช่ DS ผู้ใหญ่โครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของนิสัยและการควบคุมการปรับตัวของรูปแบบพฤติกรรม (11-13, 22) NAc ตอบสนองคล้ายกันในทั้งสองกลุ่มอายุ แม้ว่าความแตกต่างของกิจกรรมของหน่วยบางอย่างจะเห็นได้ใน NAc ความแตกต่างเหล่านี้มีขนาดเล็กและไม่เปลี่ยนแปลงมากขึ้นและช่วงเวลาของกิจกรรมของระบบประสาทก็คล้ายกันมากระหว่างกลุ่มในภูมิภาคนี้ การค้นพบเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างในระดับภูมิภาคที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลการประมวลผลในการครบกำหนดการทำงานของโครงสร้างปมประสาทปมประสาทในช่วงวัยรุ่นและด้วย DS แนะนำให้มองข้ามความแตกต่างของการประมวลผลของระบบประสาทของวัยรุ่นซึ่งอาจเกี่ยวข้องโดยตรงกับ เรายังพบว่าถึงแม้ว่าจะเห็นความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุอย่างมีนัยสำคัญที่ระดับหน่วย แต่ความแตกต่างดังกล่าวไม่สามารถสังเกตเห็นได้อย่างง่ายดายในพลังของการสั่น LFP ซึ่งคล้ายกับสัญญาณระดับภูมิภาคของ fMRI และ EEG23).
ข้อมูลกิจกรรมของ Phasic Neural แนะนำว่าบทบาทที่แม่นยำของ DS ในระหว่างการคาดหวังผลตอบแทนหรืออิทธิพลของสิ่งเร้าที่ให้รางวัลในการเป็นตัวแทนของระบบประสาทนั้นแตกต่างกันในวัยรุ่นกับผู้ใหญ่ ทั้งสองกลุ่มมีหน่วยที่เปิดใช้งานเมื่อเริ่มต้นของการทดลองยับยั้งสั้น ๆ ที่การตอบสนองด้วยเครื่องมือแล้วเปิดใช้งานอีกครั้ง ในบรรดาสิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับการศึกษาอื่น ๆ หน่วยผู้ใหญ่ถูกเปิดใช้งานก่อนหน้านี้และกลับสู่พื้นฐานก่อนที่จะให้รางวัล (24, 25) ตรงกันข้ามการเปิดใช้งานของคู่วัยรุ่นของพวกเขายืนยันตลอดทางจนถึงเวลาของการดึงรางวัล ดังนั้นวัยรุ่นเท่านั้นที่มีกลุ่มขนาดใหญ่ของสิ่งที่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นเซลล์ประสาทที่คาดหวังผลตอบแทนใน DS แม้ว่าคนอื่น ๆ ได้สังเกตเห็นกิจกรรมก่อนหน้านี้ใน DS (24-26) จุดสำคัญที่นี่คือวัยรุ่นและผู้ใหญ่มีสมดุลและเวลาที่แตกต่างกันในรูปแบบของกิจกรรมดังกล่าว striatum เป็นความคิดที่จะมีบทบาทโดยตรงในสถานการณ์ - การเชื่อมโยงการกระทำ (25) และอาจทำหน้าที่เป็นนักแสดงในรูปแบบ "นักวิจารณ์ - นักวิจารณ์" สำหรับพฤติกรรมการให้น้ำหนักต่อการกระทำที่เป็นประโยชน์มากขึ้น (27) striatum ได้รับข้อมูลจากโดปามีนจาก substantia nigra และกลูตาเมตประมาณจากบริเวณเยื่อหุ้มสมอง; มันส่งการคาดการณ์ของ GABA ไปที่ลูกโลก pallidus ซึ่งมีโครงการต่อไปที่ฐานดอกในท้ายที่สุดวนกลับไปที่เยื่อหุ้มสมอง สัญญาณ afferent จากเยื่อหุ้มสมอง prefrontal ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะหรือภูมิภาคปมประสาทฐานอาจอยู่ในบัญชีส่วนหนึ่งสำหรับรูปแบบเฉพาะอายุที่สังเกตเห็นในปัจจุบันใน DS แน่นอนว่าก่อนหน้านี้เราได้สังเกตเห็นการยับยั้งที่ลดลงและการกระตุ้นที่เพิ่มขึ้นในส่วนของวัยรุ่น orbitofrontal cortex (OFC) ระหว่างงานนี้ (28) ซึ่งโครงการโดยตรงไปยังภูมิภาคของ DS นี้ (29).
สอดคล้องกับรายงานก่อนหน้าของการเพิ่ม LFP θ-และβ-oscillations ใน DS ในระหว่างพฤติกรรมการสมัครใจ (30, 31) ทั้งวัยรุ่นและผู้ใหญ่แสดงสิ่งเหล่านี้ก่อนและหลังรายการอาหาร แม้จะมีความแตกต่างของกิจกรรมเดี่ยวหน่วยที่สำคัญใน DS, การสั่น LFP มีความคล้ายคลึงกันอย่างมากระหว่างสองกลุ่มอายุใน DS และ NAc การค้นพบนี้มีความสำคัญเนื่องจากการศึกษาวัยรุ่นของมนุษย์ได้มุ่งเน้นไปที่มาตรการที่มีขนาดใหญ่กว่าเช่น fMRI และ EEG เราแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างของกิจกรรมหน่วยที่เกี่ยวข้องกับอายุที่แข็งแกร่งสามารถพบได้แม้ว่าการแกว่งระดับภูมิภาคที่ใหญ่ขึ้นซึ่งสัมพันธ์กับสัญญาณ fMRI ดีกว่านั้นก็คล้ายคลึงกัน (23) แม้ว่าจะไม่ทราบถึงการทำงานของปมประสาทฐานปมประสาท LFP แต่ก็มีการปรับตามบริบทพฤติกรรม (30, 31) ซึ่งเหมือนกันสำหรับทั้งสองกลุ่มอายุ
ใน NAc นอกเหนือจากความแตกต่างชั่วคราวบางอย่างแล้วสัดส่วนของหน่วยงานที่ได้รับการคัดเลือกและยับยั้งและเวลาของการตอบสนองของพวกเขาโดยทั่วไปจะคล้ายกันดังที่สะท้อนในกิจกรรมประชากรปกติ กิจวัตรของ NAc มีผลต่อแรงจูงใจกิจกรรมพฤติกรรมพื้นฐานและการเรียนรู้และการดำเนินการของพฤติกรรมเครื่องมือ (32-35) ในการศึกษาครั้งนี้ความแตกต่างของกิจกรรมประสาทของวัยรุ่นใน NAc นั้นค่อนข้างเรียบง่ายและชั่วคราวเมื่อเทียบกับ DS การศึกษา fMRI ในมนุษย์นั้นไม่สอดคล้องกันในการเปรียบเทียบกิจกรรม NAc ที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลในวัยรุ่นและผู้ใหญ่ การศึกษาบางงานแสดงให้เห็นว่าวัยรุ่น NAc แข็งแกร่งขึ้นเพื่อให้รางวัล (36, 37) และอื่น ๆ พบคนที่อ่อนแอกว่า (38) หรือรูปแบบที่ขึ้นกับบริบทที่ซับซ้อนมากขึ้น (39) การศึกษานี้ซึ่งบันทึก subcortical single-unit และกิจกรรม LFP ในวัยรุ่นที่ตื่นตัวแล้วให้ความกระจ่างในเรื่องนี้: เราแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของสัญญาณที่วัดได้ การค้นพบของเรายังสอดคล้องกับหลักฐานก่อนหน้านี้ที่บ่งชี้ว่าการมีวุฒิภาวะของการใช้งานใน NAc เร็วกว่าภูมิภาคอื่นเช่น OFC (37, 28) อย่างไรก็ตามในการค้นหาว่ากิจกรรมของหน่วย DS วัยรุ่นแตกต่างจากกิจกรรมของผู้ใหญ่เราสรุปได้ว่านี่ไม่ใช่แค่ความแตกต่างระหว่างเยื่อหุ้มสมองและ subcortical ตามที่เสนอ (40).
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะเน้นย้ำว่าความแตกต่างของกิจกรรมของระบบประสาทในการศึกษาครั้งนี้ได้รับการสังเกตแม้ว่าจะไม่มีความแตกต่างด้านพฤติกรรมที่วัดได้ เนื่องจากบทบาทของ DS ในการดำเนินการของรูปแบบพฤติกรรมความแตกต่างของระบบประสาทอาจเนื่องมาจากความแตกต่างของพฤติกรรมที่ไม่ได้วัด แม้ว่าความแตกต่างดังกล่าวจะเป็นไปได้เสมอในการศึกษาปัจจุบันพวกเขาดูเหมือนไม่น่าจะสูงด้วยเหตุผลบางประการ การเปรียบเทียบประสาทถูกทำขึ้นเฉพาะเมื่อหนูมีความเชี่ยวชาญสูงกับงานและถูกสังเกตว่าเป็นงานที่มุ่งเน้นอย่างมาก ช่วงเวลาของความแตกต่างของระบบประสาทที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือช่วงเวลาระหว่างการตอบสนองด้วยเครื่องมือและการเข้าสู่รางอาหารในขณะที่ค่าเฉลี่ยเวลาแฝงของพฤติกรรมนี้ค่อนข้างเหมือนกันสำหรับทั้งสองกลุ่มอายุ นอกจากนี้ความแตกต่างของระบบประสาทถูกสังเกตอย่างต่อเนื่องในบางสถานที่ (เช่นระหว่างการคาดหวังผลตอบแทน) แต่ไม่ใช่สิ่งอื่น (เช่นการตอบสนองต่อการพิจารณาคดีที่เริ่มมีอาการ) และแม้ว่าช่วงเวลาของการกระตุ้นเซลล์ประสาทมักจะแตกต่างกันอย่างมาก โดยทั่วไปแล้วจะมีความคล้ายคลึงกันในบริเวณสมองทั้งสองของแต่ละกลุ่มอายุ ร่วมกันการค้นพบนี้สอดคล้องกับการตีความว่ามีความแตกต่างของการประมวลผลประสาทขั้นพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับอายุโดยเฉพาะใน DS แม้ในระหว่างพฤติกรรม / บริบทที่คล้ายกันซึ่งพูดถึงความแตกต่างในสถาปัตยกรรมประสาทประสิทธิภาพการประมวลผลและ / หรือผลกระทบทางสรีรวิทยา เหตุการณ์ที่เกิดขึ้น
โดยสรุปแล้วเราพบว่าเหตุการณ์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลแตะที่ DS ของวัยรุ่นอย่างรุนแรง แต่ไม่ใช่ผู้ใหญ่ซึ่งสามารถระบุตำแหน่งใหม่ภายในเครือข่ายที่รับผิดชอบเกี่ยวกับช่องโหว่ด้านพฤติกรรมและจิตเวช โครงสร้างปมประสาทฐานนี้มีบทบาทสำคัญในการเรียนรู้ตามปกติและความจำการสร้างนิสัยและพฤติกรรมอื่น ๆ ของแรงจูงใจและความผิดปกติของมันเกี่ยวข้องกับปัญหาทางจิตเวช (41-43) ดังนั้นการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกิจกรรมของภูมิภาคนี้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรผ่านการพัฒนาพร้อมกับการมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นที่สมองหลักอื่น ๆ จะมีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกลไกของช่องโหว่ของวัยรุ่นและการออกแบบทางคลินิกในอนาคต ความซับซ้อนของพฤติกรรมวัยรุ่นและความอ่อนแอทางจิตเวชน่าจะเกิดจากหลายปัจจัยซึ่งเกี่ยวข้องกับบริเวณสมองหลายแห่ง ดังนั้น DS เป็นเพียงหนึ่งในหลาย ๆ พื้นที่ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกัน (และไม่แยก) น่าจะมีความสำคัญต่อความอ่อนแอเชิงพฤติกรรมและจิตเวชของวัยรุ่น เราหวังว่าด้วยเทคนิคต่าง ๆ เช่นการบันทึกด้วยไฟฟ้าวัยรุ่นและวิธีการยึดพฤติกรรมเพื่อศึกษาความแตกต่างของการประมวลผลทางประสาทที่เกี่ยวข้องกับอายุในบริบทของพฤติกรรมเราสามารถเริ่มชื่นชมพื้นผิวของช่องโหว่ของวัยรุ่นในระดับเครือข่าย
วัสดุและวิธีการ
วิชาและศัลยกรรม
ขั้นตอนสัตว์ได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการดูแลและใช้สัตว์แห่งมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก ผู้ใหญ่ชาย (หลังคลอด 70-90, n = 12) และเขื่อนที่ตั้งครรภ์ (ตัวอ่อนวันที่ 16; n = 4) Sprague – Dawley rats (Harlan) ตั้งอยู่ใน vivaria ที่ควบคุมสภาพอากาศด้วยวงจรแสง / มืด 12 ชั่วโมง (ไฟสว่างเวลา 7 น.) และสามารถเข้าถึง chow และ chitum ได้ฟรี ลูกครอกถูกคัดมาไม่เกินลูกผู้ชายหกตัวซึ่งถูกหย่านมแล้วในวันหลังคลอด 00 (n = 16) การผ่าตัดผู้ใหญ่ดำเนินการหลังจากอย่างน้อย 1 สัปดาห์ของการทำให้คุ้นเคยกับที่อยู่อาศัย ทำการผ่าตัดวัยรุ่นในวันที่ 28-30 หลังคลอด อาร์เรย์ microelectrode แปดสายถูกฝังใน NAc หรือ DS (วัสดุและวิธีการ SI) ทำการบันทึกตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (28) ในขณะที่หนูทำการงานพฤติกรรม หน่วยเดียวถูกแยกโดยใช้ตัวเรียงลำดับออฟไลน์ (Plexon) ผ่านการรวมกันของเทคนิคการเรียงลำดับด้วยตนเองและกึ่งอัตโนมัติ (44).
พฤติกรรม.
ขั้นตอนการทดสอบพฤติกรรมได้ดำเนินการตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (28, 45) หนูเรียนรู้ที่จะเล่นเครื่องดนตรีเพื่อกระตุ้นเม็ดอาหาร (มะเดื่อ. 1A และ วัสดุและวิธีการ SI) ในแต่ละเซสชันจะมีการประเมินจำนวนการทดลองทั้งหมดเวลาแฝงเฉลี่ยจากคิวเริ่มทดลองจนถึงการตอบสนองด้วยเครื่องมือและเวลาแฝงจากการตอบสนองด้วยเครื่องมือไปยังการดึงเม็ดถูกประเมิน การวัดซ้ำ ANOVAs ของเซสชัน×อายุได้ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ SPSS ในมาตรการเหล่านี้ทั้งหมด (α = 0.05) โดยมีการแก้ไข df ที่มีขอบเขตล่างซึ่งมีการละเมิดสมมติฐานของการทรงกลม
การวิเคราะห์ทางไฟฟ้าวิทยา
ข้อมูลทางอิเล็กโทรวิทยาถูกวิเคราะห์โดยใช้สคริปต์ Matlab (MathWorks) แบบกำหนดเองพร้อมด้วยฟังก์ชั่นจากกล่องเครื่องมือของ Chronux (http://chronux.org/) การวิเคราะห์หน่วยเดียวนั้นขึ้นอยู่กับฮิสโตแกรมอัตราการยิงเวลาชานเมืองในหน้าต่างรอบเหตุการณ์งาน กิจกรรมหน่วยเดียวคือ Zคะแนนปกติบนพื้นฐานของค่าเฉลี่ยและอัตราการยิง SD ของแต่ละหน่วยในช่วงระยะเวลาพื้นฐาน (หน้าต่าง 2 วินาทีเริ่มต้น 3 วินาทีก่อนเริ่มคิว) กิจกรรมหน่วยประชากรโดยเฉลี่ยถูกพล็อตรอบเหตุการณ์งาน การเปรียบเทียบทางสถิติของกิจกรรมวัยรุ่นและหน่วยผู้ใหญ่ทำขึ้นในช่วงเวลาที่น่าสนใจ (0.5-s หน้าต่างหลังคิวก่อนและหลังเครื่องมือกระตุ้นและก่อนและหลังเข้าสู่รางอาหาร) โดยใช้การทดสอบระดับผลรวมของวิลคอกซัน ( นำเสนอเป็น Z- ค่า), Bonferroni แก้ไขสำหรับการเปรียบเทียบหลายรายการ สมมติฐานว่างถูกปฏิเสธในการวิเคราะห์นี้เมื่อ ป 0.01. ภาพยนตร์ S1 และ S2 เป็นตัวแทนของโปรเจคต์ที่กระจายอยู่ในพื้นที่โดยประมาณที่ราบเรียบ (LOESS) กิจกรรมอัตราการยิงปกติโดยเฉลี่ยในการทดลองห้าครั้งที่เคลื่อนไหวในขั้นตอนเดียวในการทดลองผ่านเฟรมวิดีโอระหว่างเซสชัน 4-6 เวลาวิดีโอแสดงให้เห็นถึงวิวัฒนาการของกิจกรรมผ่านการทดลองของแต่ละเซสชัน หน่วยยังถูกจัดหมวดหมู่เป็นเปิดใช้งานหรือยับยั้งในช่วงเวลาที่เฉพาะเจาะจงหากพวกเขามีถังขยะ 50-ms สามติดต่อกันด้วย Z ≥ 2 หรือ Z ≤ −2 ตามลำดับ เกณฑ์เหล่านี้ได้รับการตรวจสอบแล้วว่ามีอัตราการจัดหมวดหมู่ที่ผิดพลาดต่ำผ่านการวิเคราะห์ bootstrap ที่ไม่ใช่พารามิเตอร์ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (39) (วัสดุและวิธีการ SI) เมื่อหน่วยถูกจัดหมวดหมู่χ2 การวิเคราะห์ได้ดำเนินการบนหน้าต่างที่น่าสนใจสำหรับหน่วยที่เปิดใช้งานถูกยับยั้งและไม่มีนัยสำคัญ สำคัญเท่านั้นχ2 การทดสอบตามมาด้วยโพสต์เฉพาะกิจ Z- ทดสอบสองสัดส่วนเพื่อกำหนดความแตกต่างของหมวดหมู่ที่สำคัญ สมมติฐานว่างถูกปฏิเสธเมื่อ P <0.05 ระบุใน 1 ตาราง ด้วยประเภทตัวหนา เพื่อให้เห็นภาพช่วงเวลาของการสรรหาหน่วย (เช่นเมื่อเปิดใช้งานหรือถูกยับยั้ง) การวิเคราะห์หมวดหมู่ได้ดำเนินการในหน้าต่างการย้าย 500 มิลลิวินาที (ในขั้นตอน 250 มิลลิวินาที) ในหน้าต่างขนาดใหญ่ที่ล็อคเวลากับกิจกรรมงาน
หลังจากลบการทดลองที่ร่องรอยแรงดันไฟฟ้า LFP แบบดิบประกอบด้วยสิ่งที่ตัดหรือค่าผิดพลาด (± 3 SD จากแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย) สเปกตรัมสเปกตรัมกำลังงานทดลองเฉลี่ยถูกคำนวณสำหรับแต่ละเรื่องโดยใช้การแปลงฟูริเยร์ที่รวดเร็ว (วัสดุและวิธีการ SI) Power spectra ถูกเฉลี่ยสำหรับแต่ละกลุ่มอายุ Tแผนที่ความคมชัดหลายระดับเมื่อเปรียบเทียบพลัง LFP ปกติของวัยรุ่นและสเปกโตรแกรมสำหรับผู้ใหญ่ในแต่ละครั้ง× bin ความถี่ถูกวางแผนเพื่อเน้นความคล้ายคลึงกันและความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับอายุ
กิตติกรรมประกาศ
การสนับสนุนสำหรับงานนี้จัดทำโดยสถาบันสุขภาพจิตแห่งชาติเรือนกระจกวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตพิตต์สเบิร์กและมูลนิธิมิตรภาพแอนดรูเมลลอนมูลนิธิ Predoctoral (เพื่อ DAS)
เชิงอรรถ
ผู้เขียนรายงานว่าไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์
บทความนี้เป็นการส่งตรง PNAS
บทความนี้มีข้อมูลสนับสนุนออนไลน์ที่ www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1114137109/-/DCSupplemental.
;
