Підлітковий вік як чутливий період розвитку мозку (2015)

Етап публікації: у пресі виправлено доказ

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tics.2015.07.008

Визначення пластичності і чутливих періодів

У 1960s, Wiesel і Hubel досліджували вплив монокулярної депривації на 1 – 4 місяців після відкриття очей. Нейрони у відповідній зоровій корі згодом втратили чутливість до подразників, спрямованих на раніше позбавлене око, і почали відреагувати переважно на незахищені очі [1, 2]. Монокулярна депривація в перші 3 місяців життя також була пов'язана з атрофією в клітинах таламуса, отримуючи вхідний сигнал з ослабленого ока. Відновлення від цієї атрофії було дуже обмеженим, навіть після 5 років опромінення світлом. На відміну від цього, монокулярна депривація після 3 місяців не давала практично ніяких фізіологічних, морфологічних або поведінкових ефектів.3, 4]. Результати цих досліджень були прийняті в якості доказів того, що перші кілька місяців життя є чутливим періодом для розвитку сприйняття, під час якого нейрональна пластичність посилюється.5].

Пластичність описує здатність нервової системи адаптувати свою структуру і функцію у відповідь на екологічні вимоги, досвід і фізіологічні зміни.6]. Людський мозок зберігає базовий рівень пластичності протягом всього життя - це відома як досвід, що залежить від досвіду, і лежить в основі всього навчання [7]. Пластичність у чутливі періоди, навпаки, є досвідом-очікуваним - організм "очікує" бути підданим певному стимулу за цей час [7].

Чутливі періоди спочатку називалися "критичними періодами". Цей термін в даний час використовується рідше, оскільки з тих пір стало зрозуміло, що деяке відновлення функції може бути можливим навіть за межами часового вікна найвищої чутливості. У разі візуального розвитку, більш пізні дослідження з приводу монокулярної депривації у кошенят показали, що тварини можуть бути навчені використовувати спочатку позбавлене око після його виявлення, і це може призвести до певного рівня відновлення [див.8].

Дослідження чутливих періодів зорової системи у людей покладалися на природні випадки позбавлення зору у осіб, народжених з катарактами, які закривають лінзу ока. Погляд може бути відновлений після процедур зміни катаракти. Дослідження розвороту катаракти вказують на відмінності між чутливими періодами для нормального розвитку зору, періодів чутливості до депривації та періодів одужання після депривації [9]. Для гостроти зору, наприклад, період типового розвитку з візуальним керуванням поширюється протягом перших 7 років життя, але люди залишаються чутливими до депривації до 10 років, і деяке відновлення функції може бути можливим протягом усього життя.10].

Розвиток мови також, як правило, свідчить про підвищену пластичність у дитинстві [11, 12], хоча єдиного чутливого періоду для мови немає. Різні мовні здібності набувають частково відокремлені нейронні системи, і вони можуть відрізнятися у відповідь на депривації та періоди підвищеної пластичності [13]. Природжена глухота, наприклад, пов'язана зі зміненою обробкою граматичної інформації, а семантична обробка виявляється нечутливою до слухової депривації [14]. Це підкреслює специфіку чутливих періодів.

Робота над молекулярними механізмами, що лежать в основі ранніх чутливих періодів, показала, що баланс збудливої ​​та гальмівної нейротрансмісії є тригером підвищеної пластичності і що молекулярні "гальма" зазвичай обмежують пластичність в кінці чутливих періодів [15]. Час початку та зміщення чутливих періодів є піддатливим. Дослідження з мавпами продемонстрували, що період чутливості до обличчя на початку життя може бути продовжений до 2 або більше років, якщо мавпам для немовлят не піддаються стимуляції особи протягом цього часу. Отже, загроза позбавлення настання чутливого періоду затримує16]. Кінець чутливого періоду може в деяких випадках бути самостійно сформованим: навчання може керувати прихильністю нейронних структур, ефективно знижуючи пластичність [17, 18]. Сприйняття обличчя зазнає звуження сприйняття, наприклад, під час якого особистості стають кращими при обробці категорії осіб, яким вони найбільше піддаються за рахунок категорій, які вони бачать рідше, виробляючи такі ефекти, як власна раса упередження сприйняття особи19]. Інше пояснення кінця чутливих періодів полягає в тому, що нейропластичність насправді не зменшується, але замість цього існує менша або менш різноманітна екологічна стимуляція.18].

Більшість досліджень з чутливих періодів зосереджувалося на ранньому дитинстві, тоді як пластичність очікуваного досвіду в пізніші періоди розвитку дещо знехтували. Дослідники почали розглядати можливість того, що підлітковий вік є «другим періодом підвищеної пластичності» (Steinberg, 2014 [20], стор. 9; також див.21, 22]). Підлітковий вік, період життя, що починається в період статевого дозрівання і закінчується в точці, в якій індивід набуває незалежної ролі в суспільстві [23], характеризується вираженими змінами в структурі і функції мозку (Box 1). У цій статті ми розглядаємо три напрямки розвитку підлітків, які, як передбачається, характеризуються підвищеною пластичністю: пам'ять, соціальна обробка та наслідки вживання наркотиків. Ми стверджуємо, що досягнення в дослідженнях розвитку дали цікаві дані, які узгоджуються з підвищеною пластичністю в підлітковому віці. Проте, незважаючи на недавні досягнення, в основному бракує конкретних доказів для чутливих періодів.

+

Box 1

Нейрокогнітивний розвиток у підлітковому віці

Які докази будуть узгоджені з підлітковим періодом?

Якщо підлітковий період дійсно був чутливим періодом, то очікувались певні закономірності розвитку даних. По-перше, вплив конкретного стимулу на мозок і поведінку повинен бути вищим у підлітковому віці, ніж до або після. З цієї причини необхідні дослідження порівняння дітей, підлітків і дорослих. Тільки якщо розглядати всі ці вікові групи, можна оцінити, чи є підлітковий період самостійним періодом підвищеної пластичності (малюнок 1, Модель А), безперервний чутливий період з дитинства (малюнок 1, Модель B) або взагалі не представляє чутливого періоду (малюнок 1, Модель С).

В результаті відмінностей у термінах дозрівання різних областей мозку і схем [24], очікувалося б значне відхилення в початковому і відхиленні чутливих періодів для різних стимулів. Так само, як раннє розвиток характеризується декількома чутливими періодами [9, 13], підлітковий період не вважається чутливим періодом сам по собі; замість цього, пропонується, що в підлітковому періоді існують певні періоди, протягом яких очікується певний внесок із навколишнього середовища.

Якщо певні екологічні стимули дійсно матимуть підвищений вплив протягом цього часу, ми очікуємо, що це буде посилене навчання, особливо навички пізнього дозрівання. Це буде розглянуто в наступному розділі про пам'ять. Відсутність стимулювання або аберантної стимуляції також очікується, що вони матимуть непропорційний ефект протягом цього часу. Ця особливість чутливих періодів буде розглянута в розділі про наслідки соціального стресу.

Пластичність підлітків може відрізнятися від пластичності на початку розвитку, тому що, на відміну від немовлят і маленьких дітей, підлітки більш схильні до активного вибору екологічних стимулів, які вони відчувають. Взагалі, в дитинстві, середовища більш структуровані батьками або вихователями, тоді як підлітки мають більшу автономію у виборі того, що пережити і з ким [25]. Таким чином, ми можемо розраховувати на велику ступінь індивідуальних відмінностей у чутливих періодах у підлітковому віці, а деякі чутливі періоди можуть відчувати лише підлітки. Це обговорюватиметься в розділі про наслідки вживання наркотиків.

Підлітковий вік як чутливий період для пам'яті

У віці 35, ми, швидше за все, згадаємо автобіографічні спогади з віку 10 до 30 років, ніж спогади до або після цього періоду, феномен, що називається "ремінцева шишка" [26]. Відбиток ремінісценції є надзвичайно надійним і демонструє подібну картину при тестуванні з різними мнемонічними тестами і в різних культурах [26, 27]. На додаток до автобіографічних подій, відкликання музики, книг, фільмів і публічних подій з підліткового віку також перевершує порівняно з іншими періодами життя [28, 29]. Навіть повсякденні події, що відбувалися в підлітковому та ранньому дорослому віці, здаються надмірно представленими в пам'яті, що свідчить про те, що здатність мнемоніки підвищується протягом цього часу життя [30]. Наприклад, великомасштабне дослідження показало пік інших аспектів пам'яті, таких як вербальна і візуосвітня пам'ять між 14 і 26 років [31]. Хоча ці дані наводять на думку про чутливі періоди, необхідні навчальні дослідження для надання експериментальних даних для чутливих періодів для пам'яті.

Навчальні дослідження доступні для робочої пам'яті (WM), здатності зберігати та маніпулювати інформацією [32]. Прості аспекти WM, такі як затримка просторового відкликання, можуть досягти зрілості в дитинстві [33]. Більш складні здібності WM, такі як стратегічний просторовий просторовий пошук, продовжують покращуватися в ранньому юнацькому віці [33]. Такі складні завдання WM рекрутують фронтальні області, які демонструють особливо тривалий розвиток протягом усього підліткового віку [34] (Box 1).

Існують деякі докази пластичності ВМ у розвитку. Для дітей та молодих підлітків виграш у навчанні з WM типу WM, але не на основі знань, передається на вдосконалення інтелектуальної розвідки [35]. Покращення відбувалися протягом 3-місячного періоду, протягом якого не проводилося подальшого навчання. Навчання WM може бути ефективним у підлітків з поганим функціонуванням виконавчої влади, а також у типово розвиваються контролах [36]. Однак, ми ще не знаємо, яким чином вплив навчання відрізняється у підлітків порівняно з дітьми або дорослими. Дослідження, в яких діти, підлітки та дорослі проходять когнітивну підготовку, а ефекти порівнюються з групами активного контролю, які отримують тренування з плацебо, будуть особливо інформативними при визначенні того, чи є підлітковий вік чутливим періодом для розвитку ВМ [37]. Такі дослідження можуть безпосередньо інформувати про навчальні заходи та політику (Box 2).

+

Box 2

Освіта в підлітковому віці

Підлітковий вік як чутливий період впливу стресу на психічне здоров'я

Багато психічних захворювань мають початок у підлітковому та ранньому віці [38, 39]. Поздовжнє дослідження показало, що 73.9% дорослих з психічними розладами отримали діагноз до 18 років, а 50.0% до 15 років [40]. Вважається, що психічні розлади можуть частково бути викликані стресовим навантаженням у дитячому чи підлітковому віці [41]. Вважається, що соціальний стрес, зокрема, має непропорційний вплив за цей час [41]. Досвід аккультурації, пов'язаний з міграцією, наприклад, передбачає подовжньо інтерналізуючі симптоми, такі як депресія та тривога в юнацькому віці [42]. Існують також дані про те, що знущання в дитинстві (вік 7 або 11) також має тривалий вплив на фізичне і психічне здоров'я у дорослому віці [43].

Дослідження гризунів дають можливість маніпулювати експериментально під впливом соціального стресу і пропонують цінну інформацію про шкідливі наслідки стресу в підлітковому віці. Підлітковий вік у жіночих щурів триває приблизно від постнатального дня (PND) 30 до 60, а від PND 40 до 80 у чоловіків. У жіночих мишей підлітковий період триває від PND 20 до 40, а від PND 25 до 55 у чоловіків [44]. Слід зазначити, що в літературі існують значні відмінності у віці гризунів, які класифікуються як підлітки або дорослі [44]. Показано, що підліткові щури, які піддаються повторному поразці домінуючою індивідуумом, мають різні поведінкові закономірності (більше уникнення, ніж агресія), і відновлюються менше від відновлення стресу, порівняно з дорослими щурами. Вплив стресу в підлітковому віці (у порівнянні з дорослим) у щурів також було пов'язано з меншою активацією нейронів у ділянках префронтальної кори, поясу та таламуса.45]. Це дослідження не включало неповнолітніх, обмежуючи висновки для чутливих періодів.

Відсутність будь-якої соціальної стимуляції також може мати шкідливі наслідки. Показано, що соціальна ізоляція у щурів-самців і жінок має необоротний вплив на деякі аспекти дослідницької поведінки, але тільки якщо ізоляція відбулася між PND 25 і 45, але не раніше або після [46]. Отже, це виявляється вразливим періодом для соціальної депривації у щурів. Хоча ця парадигма не була безпосередньо перекладена на людей, дослідження показали, що підлітки людей проявляють більший рівень тривожності у відповідь на соціальне виключення, ніж дорослі [47, 48]. Соціальне виключення також пов'язане з розвитком соціальної тривожності в юнацькому віці людини [49]. Надання доказів впливу соціальної ізоляції на розвиток людини є важливим не лише з теоретичної точки зору, але також може сприяти розробці та тимчасовому втручанню психічного здоров'я, спрямованому на посилення стійкості до соціальної ізоляції.

Підлітковий вік також може бути чутливим періодом для виходу з досвіду соціального стресу [50]. Вивчення страху є ключовим фактором для здорового реагування на стрес, наприклад [51]. Для психіатричних станів, таких як посттравматичний стресовий розлад (ПТСР), стрес зберігається, навіть якщо стрессор більше не присутній. Виявлено, що вивчення екстинкції страху послаблюється в підлітковому віці порівняно з дитинством і дорослим - як у людей, так і у мишей (малюнок 2) [50]. Дані гризунів у дослідженні показали, що відсутність синаптичної пластичності в предродовой предфронтальной корі під час підліткового віку пов'язана зі зниженням вимирання страху. Це означає, що лікування десенсибілізації, засноване на принципах навчання вимирання страху, може бути менш ефективним у підлітковому віці і підкреслює необхідність розробки альтернативних підходів до лікування для цієї вікової групи. Особлива сила цього дослідження полягає в тому, що вона включає дитячі, підліткові та дорослі вікові групи, а також надає нервові дані у гризунів. Результати показують, що підлітковий період може бути чутливим або вразливим періодом для відновлення після стресу.

Підлітковий вік як чутливий період впливу наркотиків

Підлітковий вік - це час посиленого залучення до ризикованої поведінки, таких як небезпечна сексуальна поведінка, небезпечне водіння та експерименти з алкоголем та іншими наркотиками [52, 53]. Це збільшення ризикованої поведінки може бути частково опосередковано збільшенням часу, проведеного з друзями, а не сім'єю [54]. Коли разом зі своїми друзями підлітки частіше вдаються до ризикованої поведінки, ніж у самотності [55]. Молоді підлітки виявляються особливо схильними до впливу однолітків на сприйняття ризику порівняно з іншими віковими групами (малюнок 3) [56]. Це дослідження вимірювало ступінь соціального впливу на сприйняття ризику в різних вікових групах і виявило, що в той час як діти, молоді люди та дорослі були більш схильні до думки дорослих про ризик, молоді підлітки були більше під впливом думок підлітків порівняно з думки дорослих. Середні підлітки не виявили різниці в рівні впливу поглядів дорослих і підлітків на ризики, що свідчить про те, що це перехідний етап у розвитку.

Коли з однолітками, підлітки частіше займаються ризикованою поведінкою, наприклад, вживання наркотиків [57]. Підлітки, чиї друзі регулярно вживають тютюн, алкоголь і каннабіс, частіше вживають наркотики, наприклад [58]. Каннабіс є одним з найпоширеніших наркотиків серед підлітків і дорослих у США та Великобританії [59, 60]. Підраховано, що 15.2% європейців у віці 15 до 24 використовували каннабіс за останній рік, а 8% за останній місяць.61]. Вважається, що опромінення каннабіноїдами під час раннього підліткового віку призводить до тривалих змін у структурі мозку та когнітивних дефіцитах, що, можливо, робить підлітковий вік вразливим періодом для його впливу.62, 63].

Використання каннабісу до початку віку 18 (але не у дорослому віці) або інтенсивне використання в будь-якому віці було пов'язано з атрофією сірої речовини у тимчасовому полюсі дорослої людини, парагіппокампальної звивини та інсули [64]. Поздовжні дані свідчать про те, що самостійне використання постійного канабісу між 13 і 15 роками пов'язане зі значним зниженням IQ [65]. Чим довший період споживання каннабісу, тим більше зниження IQ [65]. Це зниження IQ виявилося більш вираженим у учасників, які використовували каннабіс до початку 18 порівняно з тими, хто почав використовувати каннабіс після 18. Ці дані свідчать про те, що розвивається мозок підлітків може бути особливо чутливим до несприятливих наслідків використання каннабісу. Однак слід зазначити, що альтернативні пояснення, такі як раніше існуючі розлади настрою або тривоги, що опосередковують як використання канабісу, так і когнітивні проблеми, не можуть бути виключені в цьому дослідженні [66]. Ці дослідження також не включали молодших вікових груп, і можливо, що розвивається мозок у дитинстві показував би подібну або навіть більшу чутливість до каннабісу, ніж у підлітковому віці. Навіть якби це було так, однак, така чутливість зазвичай не буде виражена в людях, тому що підлітковий вік або дорослість зазвичай будуть першою потенційною точкою контакту з рекреаційними препаратами.

Молекулярні та клітинні дані про вплив каннабісу в підлітковому віці є рідкісними, але є деякі непрямі докази підвищеної чутливості. Було показано, що каннабіс впливає на ендоканнабіноїдну систему, яка поряд з іншими системами нейротрансмітерів (наприклад, глутаматергічними і дофамінергічними системами) зазнає великої реструктуризації під час підліткового віку.67]. У той час як два ключових рецептора канабіноїду CB1 і CB2 вже присутні в ембріонах гризунів (гестаційний день 11 – 14 [68]), нейроанатомічний розподіл і кількість рецепторів змінюються під час розвитку. Експресія рецептора CB1 у декількох областях мозку виявилася максимальною з настанням статевого дозрівання у жіночих і чоловічих гризунів [69]. Будь-яке порушення, спричинене опроміненням каннабісом протягом підліткового періоду, може мати тривалий вплив на ендоканабіноїдну систему, що впливає на нейророзробку, включаючи нейрональний генез, нейронну специфікацію, нейрональну міграцію, аксональне подовження і гліа70, 71, 72]. Наприклад, вплив D9-тетрагідроканабінолу (ТГК), головного психоактивного інгредієнта в каннабісі, під час статевого дозрівання у жіночих щурів (PND 35 – 45) призвів до зниження щільності і функціональності рецепторів CB1 в декількох областях мозку [73]. Проте порівняльних даних від інших вікових груп бракує.

Вагомі докази підліткового періоду вживання наркотиків є результатами низки досліджень, що вивчають хронічний вплив канабіноїдів у гризунів-самців. Опромінення канабіноїдів у підлітковому віці (PND 40–65) передбачало довгострокові когнітивні дефіцити у зрілому віці (пам’ять розпізнавання об’єктів), тоді як подібне опромінення у доопубертованих (PND 15–40) та молодих дорослих гризунів (> PND 70) не було пов’язане з такими стійкими дефіцити [74, 75]. Не зрозуміло, однак, якщо це свідчить безпосередньо на людях. Слід також зазначити, що тільки підмножина підлітків людини експериментує з наркотиками, такими як каннабіс. Необхідні майбутні дослідження, щоб дослідити індивідуальні відмінності, зокрема стосовно впливу однолітків та поведінки, що приймають ризик, щоб зрозуміти, коли і для кого підлітковий період може бути вразливим періодом для вживання наркотиків.

Заключні зауваження

Докази пластичності в пам'яті і наслідки соціального стресу і вживання наркотиків відповідають положенням про те, що підлітковий період є чутливим періодом для певних сфер розвитку. Найбільш вагомі докази для чутливих періодів на сьогоднішній день є дослідження гризунів, що демонструють підвищену вразливість до руйнівних наслідків соціальної ізоляції та використання каннабісу, а також зниження рівня навчання вимирання страху. Проте, існує мало переконливих доказів для юнацтва. Необхідні дослідження щодо наслідків навчання або стресу в дитинстві, підлітковому віці та дорослому віці людини (див. Запитні питання).

+

Невирішені питання

Подяки

Ми хотіли б подякувати Катрін Міллс за корисні коментарі до рукопису. DF фінансується відділом Психології та мовних наук UCL. SJB фінансується дослідницьким стипендією Королівського суспільства. Наші дослідження фінансуються Фондом Nuffield і Wellcome Trust.

Опубліковано в мережі: вересень 23, 2015