Source
Саклер Інститут Психобіології Розвитку, Медичний коледж Вейля Корнелла, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10065, США. [захищено електронною поштою]
абстрактний
МЕТА:
Підлітковий вік - це період розвитку, який тягне за собою суттєві зміни в поведінці ризику та експерименті з алкоголем та наркотиками. Розуміння того, як мінливий мозок змінюється в цей період відносно дитинства та дорослості, і як ці зміни залежать від окремих людей, є ключовим фактором для прогнозування ризику подальшого зловживання наркотиками та залежності.
МЕТОД:
Цей огляд обговорює недавні зображення людей та роботу тварин у контексті нового погляду на підлітковий вік, що характеризується напруженістю між ранніми системами "знизу вгору", які виражають завищену реакцію на мотиваційні стимули та пізніше дозріванням когнітивних контрольних областей . Повідомляється про поведінкові, клінічні та нейробіологічні докази щодо дисоціації цих двох систем у розвитку. У контексті цих двох систем обговорюється література про вплив алкоголю та його корисні властивості на мозок.
РЕЗУЛЬТАТИ:
У сукупності ці дослідження показують криволінійний розвиток мотиваційної поведінки та підлеглих підкіркових областей мозку з піковим перегином від 13 до 17 років. На відміну від цього, префронтальні регіони, важливі для регулювання поведінки зверху вниз, демонструють лінійну схему розвитку в дорослому віці, що паралельно, що спостерігається у поведінкових дослідженнях імпульсивності.
ВИСНОВКИ:
Напруженість або дисбаланс між цими розвиваючими системами в підлітковому віці можуть призвести до того, що когнітивні процеси контролю стануть більш вразливими до стимулювальної модуляції та підвищеної сприйнятливості до мотиваційних властивостей алкоголю та наркотиків. Таким чином, проблеми з поведінкою, які потребують когнітивного контролю перед апетитними ознаками, можуть слугувати корисними біобіхевіоригенними маркерами для прогнозування того, які підлітки можуть мати більший ризик алкогольної та наркотичної залежності.
Copyright © 2010 Американська академія дитячої та підліткової психіатрії. Опубліковано компанією Elsevier Inc. Усі права захищені.
Вступ
Підлітковий вік - це перехідний період розвитку, коли суттєво спостерігається багато змін, включаючи фізичне дозрівання, прагнення до незалежності, підвищення виразності соціальної та одноліткової взаємодії та розвитку мозку 1-3. Цей період розвитку також є часом, який характеризується перепадами ризикованої поведінки, включаючи експерименти з наркотиками та алкоголем, злочинну діяльність та незахищений секс. Розуміння нервової основи цієї ризикованої поведінки є ключовим у визначенні того, які підлітки можуть загрожувати поганими наслідками, такими як залежність від наркотиків та зловживання.
Поручено ряд гіпотез, чому підлітки можуть вступати в імпульсивну та ризиковану поведінку. Традиційні розповіді про підлітковому віці говорять про те, що це період розвитку, пов'язаний з прогресивно більшою ефективністю когнітивних можливостей контролю. Ця ефективність когнітивного контролю описується як залежна від дозрівання префронтальної кори, про що свідчить візуалізація 4-7 та післясмертні дослідження8-10 демонструючи постійний структурний та функціональний розвиток цього регіону в молодому віці.
Поліпшення когнітивного контролю з розвитком префронтальної кори узгоджується з лінійним підвищенням цієї здатності з дитинства до дорослого віку. І все-таки субоптимальний вибір та дії, які спостерігаються в підлітковому віці, є перелом у розвитку 11 що є унікальним як для дитинства, так і для дорослого життя, про що свідчить Національний центр статистики охорони здоров’я щодо поведінки та смертності підлітків 12. Якщо когнітивний контроль та незріла префронтальна кора були основою для поведінки субоптимального вибору лише тоді, діти повинні виглядати надзвичайно подібними або, імовірно, гіршими, ніж підлітки, враховуючи їх менш розвинену префронтальну кору та когнітивні здібності 2. Цей огляд стосується основного питання про те, як змінюється мозок у підлітковому віці, що може пояснити перегини ризикованої та імпульсивної поведінки. Крім того, ми наводимо приклади того, як вживання алкоголю та наркотиків у цей період розвитку може ще більше посилити ці зміни та може призвести до подальшого зловживання та залежності.
Для точного фіксації когнітивних та нейробіологічних змін у підлітковому періоді цей період слід розглядати як перехідний, а не як єдиний знімок у часі 3. Іншими словами, для розуміння цього періоду розвитку переходи в підлітковому віці та поза ним необхідні для виокремлення відмінних ознак цього періоду щодо інших часових моментів розвитку. Отже, емпіричні дані, що встановлюють траєкторії розвитку від дитинства до дорослості для когнітивних та нейронних процесів, мають важливе значення при характеристиці цих переходів і, що важливіше, обмежують будь-які тлумачення змін мозку чи поведінки в підлітковому віці.
По-друге, точні зображення підліткового віку вимагають уточнення фенотипічної характеристики цього періоду. Наприклад, на поведінковому рівні підлітки часто характеризуються як імпульсивні та більш ризиковані, коли ці конструкції використовуються майже синонімічно. Тим не менш, ці конструкції є виразними, і розуміння цього розрізнення важливо для опису їх траєкторій розвитку та нейронних підгрунт. Ми надаємо поведінкові, клінічні та нейробіологічні докази, які говорять про те, що ризикованість більш тісно поєднується з чутливістю до стимулів навколишнього середовища (сенсація), тоді як імпульсивність пов'язана з поганим когнітивним контролем зверху вниз.
Щоб теоретично обґрунтувати емпіричні результати, ми надаємо правдоподібну нейробіологічну модель для підліткового віку та підказуємо, як розвиток за цей час може призвести до посилення вразливості щодо зловживання алкоголем та наркотиками. Метою цього огляду є не психопатологізація підліткового віку, а пояснення, чому деякі підлітки, а не інші, вразливі до наркоманії. Як таке, ми намагаємось виявити потенційні біологічні та поведінкові маркери для ранньої ідентифікації та оцінки результатів втручань.
Нейробіологічна модель підліткового віку
Нейробіологічна модель розвитку підлітків 2 що будується на моделях гризунів 13, 14 і останні дослідження зображень підліткового віку 6, 7, 15-20 зображено малюнок 1. Ця модель ілюструє, як субкортикальні та префронтальні області управління зверху вниз повинні розглядатися разом як ланцюг. У мультфільмі показані різні траєкторії розвитку для сигналізації цих регіонів, при цьому лімбічні проекції розвиваються раніше, ніж передфронтальні області управління. Відповідно до моделі, підліток зміщений функціонально зрілою підкірковою тканиною щодо менш зрілої коркової схеми в підлітковому віці (тобто дисбаланс опори систем), порівняно з дітьми, для яких ця фронтолімбічна схема все ще розвивається; і порівняно з дорослими, для яких ці системи повністю зрілі. З розвитком та досвідом зміцнюється функціональна зв’язок між цими регіонами та забезпечує механізм модуляції підкіркових систем зверху вниз. 7. Таким чином, фронтостріальна схема, поряд із функціональним зміцненням з'єднань у цій схемі, може забезпечити механізм пояснення змін як імпульсивності, так і ризику, що спостерігаються протягом розвитку.
Ця модель узгоджується з попередніми 21-24 тим, що це дає підставу для нелінійних перегинів, що спостерігаються в поведінці з дитинства до дорослого віку, внаслідок раннього дозрівання підкіркових проекцій щодо менш зрілих префронтальних. Зокрема, тріадна модель 21 пропонує, щоб мотивована поведінка має три чіткі нейронні ланцюги (підхід, уникнення та регулятор). Система підходу в значній мірі контролюється вентральним стриатумом, системою уникнення мигдалиною і, нарешті, регуляторною системою префронтальної кори. 25. Сучасна модель значною мірою відрізняється від інших тим, що вона ґрунтується на емпіричних свідченнях зміни мозку не лише при переході від підліткового віку до дорослого віку, а, скоріше, у перехідному періоді в юність з дитинства і пізніше з юність у доросле життя. Більше того, модель не дозволяє припустити, що смуга та міндалина є специфічними для підходу та поведінки, що уникає, з огляду на останні дослідження, що показують валентну незалежність цих структур 26, але, скоріше, це системи, які важливі для виявлення мотиваційно та емоційно відповідних сигналів у навколишньому середовищі, які можуть упереджувати поведінку. У цьому огляді ми описуємо найновіші докази досліджень поведінки та зображень людини підліткового віку в контексті нашої моделі, що ілюструє перехід від дитинства до дорослого віку.
Фенотипічна характеристика підліткового віку
Здатність протистояти спокусі на користь довгострокових цілей є формою когнітивного контролю. Пропуски цієї здатності, як вважається, лежать в основі суто ризикової поведінки підлітків 27. Когнітивний контроль, що включає опір спокусі або затримки негайного задоволення, вивчався в контексті соціальної, розвивальної та когнітивної психології. Розвиваючи цю здатність, вимірювали, оцінюючи, як довго малюк може протистояти негайній винагороді (наприклад, печиво) на користь більшої нагороди пізніше (наприклад, два файли cookie) 28. Хоча люди відрізняються цією здатністю навіть у дорослому віці, дослідження розвитку припускають вікна розвитку, коли людина може бути особливо сприйнятливим до спокус. Ця здатність була описана як форма управління імпульсами 29 і багатогранна 30, 31, але може бути оперативно визначена як здатність до досягнення цільової поведінки перед обличчям чітких, конкуруючих вкладів та дій 32.
Історично дослідження розвитку показали постійне поліпшення когнітивних можливостей контролю від немовляти до дорослого віку 33. Це спостереження підтверджується великою кількістю поведінкових доказів експериментальних парадигм у контрольованих лабораторних умовах, включаючи парадигми, такі як завдання Go-NoGo, завдання Саймона та парадигми перемикання завдань, які вимагають від учасників перекриття переважної реакції для досягнення правильного 32, 34. Однак, коли вигідно придушити реакцію на відповідні стимули, когнітивний контроль страждає 20. Цей знижений контроль особливо проявляється в період підліткового віку, коли пік неоптимальних варіантів сексуальної та наркотичної поведінки 3, 11, 12, 14. Ці спостереження означають, що траєкторії розвитку в когнітивному контролі є складними і можуть бути модульовані емоційно зарядженими або підсилюючими контекстами (наприклад, соціальними та сексуальними взаємодіями), в яких когнітивний контроль вимагає взаємодії з мотиваційними рухами або процесами.
Мотивація може модулювати когнітивний контроль щонайменше двома способами. По-перше, винагорода за ефективність за певне завдання може змусити людей працювати важче і в кінцевому рахунку працювати краще, ніж коли їх не винагороджують 17. По-друге, здатність здійснювати контроль може бути оскаржена, коли вимагається придушити думки та дії щодо апетитних підказів 20. Недавні дослідження розвитку підліткового віку почали порівнювати когнітивний потенціал контролю у відносно нейтральному та мотиваційному контекстах. Ці дослідження говорять про зміну чутливості до навколишнього середовища, особливо на основі нагород у різні моменти розвитку, та передбачають унікальний вплив мотивації на пізнання у підліткові роки.
У наступному розділі ми висвітлюємо декілька останніх досліджень того, як поведінка підлітків є різними упередженими в емоційно зарядженому контексті щодо дорослих.
Наприклад, Ернст та його колеги 35, 36 вивчав результативність антизакададського завдання з обіцянкою фінансової винагороди за точне виконання на деяких випробуваннях, але не на інших. Результати показали, що обіцянка про винагороду полегшила когнітивну поведінку підлітків більше, ніж для дорослих, що було повторене 17 і нещодавно отримали соціальну винагороду (наприклад, щасливі обличчя) 20).
Хоча попередні приклади надають випадки підвищення ефективності у підлітків із заохоченнями, винагорода також може знизити продуктивність при придушенні відповідей на винагороду, які призводять до високих прибутків. Наприклад, використовуючи завдання в азартних іграх, в якому зворотний зв'язок з нагородами забезпечувався негайно під час прийняття рішень («гарячі» випробування, які посилювали афективне збудження, викликане завданням) або відмовлявся до прийняття рішення («холодні» навмисні випробування щодо прийняття рішення), Фігнер та його колеги 37 показали, що підлітки робили непропорційно більш ризиковані азартні ігри порівняно з дорослими, але лише у «гарячому» стані. Використовуючи подібне завдання, азартні завдання Iowa, Cauffman та його колеги 38 показали, що ця чутливість до винагороди та стимулів насправді досягає найвищого підліткового віку, при постійному зростанні від пізнього дитинства до підліткового віку в тенденції грати з більш вигідними колодами карт, а потім з подальшим зниженням від пізнього юнацтва до дорослого віку. Ці висновки ілюструють криволінійну функцію, яка досягає приблизно між 13 і 17, а потім знижується 27. У той час як попередні результати з завданням азартних ігор в Айові показали лінійне підвищення продуктивності з віком 39, ці дослідження не розглядали вік постійно, і вони не вивчали лише випробування з вигідними колодами карт.
Недавні дослідження свідчать про те, що соціальний контекст, особливо однолітків, також може слугувати мотиваційним сигналом і може зменшити когнітивний контроль у підлітковому віці. Було показано, що ступінь, коли однолітки-підлітки вживають речовини, прямо пропорційна кількості алкоголю чи незаконних речовин, які сам підліток вживатиме 40. Використовуючи модельоване завдання з водіння, Гарднер та його колеги 41 показали, що підлітки приймають більш ризиковані рішення в присутності однолітків, ніж у самоті, і що ці ризиковані рішення лінійно зменшуються з віком 23, 40.
У сукупності ці дослідження говорять про те, що в підлітковому віці мотиваційні сигнали потенційної винагороди є особливо помітними і можуть призвести до поліпшення працездатності, якщо вони надаються як підкріплювач або нагороджений результат, але до більш ризикованого вибору або неоптимального вибору, якщо його надають як підказку. В останньому випадку мотиваційний кия може зменшити ефективну поведінку, орієнтовану на ціль. Крім того, ці дослідження припускають, що чутливість до винагороди та поведінки, що шукає відчуття, відрізняються від імпульсивності з дуже різними моделями розвитку (криволінійна функція проти лінійної функції відповідно). Ця відмінність виявляється далі в недавньому дослідженні Steinberg et al. 42 використовуючи заходи самодоповіді щодо пошуку відчуття та імпульсивності. Вони перевіряли, чи розвиваються часто пов'язані конструкції, що шукають відчуття та імпульсивність, за різними розкладами у майже людей 1000 у віці 10 та 30. Результати показали, що відмінності в пошуку відчуттів у віці слідують криволінійній схемі, а піки відчуттів збільшуються між 10 і 15 роками і знижуються або залишаються стабільними після цього. На відміну від цього, вікові відмінності в імпульсивності йшли за лінійною схемою, зменшуючи імпульсивність із віком лінійно (див. Див. малюнок 2 панель А). Ці висновки разом з лабораторними результатами дозволяють припустити, що підвищена вразливість до ризику в підлітковому віці "може бути пов'язана з поєднанням порівняно більш високих схильностей шукати хвилювання та відносно незрілими можливостями до самоконтролю, характерними для цього періоду розвитку". 42.
Нейробіологія підліткового віку
Як зазначено в нашій моделі підліткового віку, двома ключовими регіонами, котрі втягнуті в когнітивну та мотиваційну поведінку, є префронтальна кора, яка, як відомо, важлива для когнітивного контролю 43 і стриатум, критичний при виявленні та вивченні нових і нагородних речей у навколишньому середовищі 44. Ми висвітлюємо нещодавню роботу із зображеннями тварин і людини над нейробіологічними змінами, що підтримують ці мотиваційні та когнітивні системи в цілому розвитку в контексті попередніх поведінкових висновків щодо розвитку сенсації та імпульсивності. Ми використовуємо описану раніше модель дисбалансу лінійного розвитку префронтальних областей зверху вниз відносно криволінійної функції для розвитку низинних смугастих областей, що беруть участь у виявленні виразних сигналів у навколишньому середовищі, щоб обґрунтувати результати. Важливим є вивчення схеми схеми, а не конкретних регіональних змін, особливо у фронтотріастальних схемах, які лежать в основі різних форм поведінки, орієнтованої на ціль. Ця перспектива відсуває поле від вивчення того, як кожна область дозріває ізольовано, до того, як вони можуть взаємодіяти в контексті взаємопов'язаних ланцюгів.
Робота з насінними тваринами та людьми показала, як смугасті та префронтальні коркові ділянки формують поведінку, спрямовану на цілі 7, 27, 37, 38, 44. Використання одиничних записів у мавп, Пасупаті та Міллера 45 продемонстрував, що, коли гнучко вивчає набір непередбачуваних винагород, дуже рання активність у стриатумі створює фундамент для об'єднань, що ґрунтуються на винагороді, тоді як пізніше застосовуються більш обдумані префронтальні механізми для підтримки поведінкових результатів, які можуть оптимізувати найбільші вигоди. були використані в дослідженнях ураження 46-48. Роль стриатуму у ранньому часовому кодуванні непередбачуваних випадків до початку активації в переднеобласних регіонах також поширилася на людей 49. Ці висновки дозволяють зрозуміти взаємодію між регіонами (разом із їх компонентними функціями); всередині фронтостріальної схеми вирішальне значення має розробка моделі когнітивного та мотиваційного контролю в підлітковому віці.
Фронтостріальні ланцюги зазнають значного розвитку в підлітковому віці 50-53 які особливо драматичні в дофаміновій системі. Піки щільності дофамінових рецепторів, D1 і D2 в стриатумі наступають на початку юнацького віку з подальшим випаданням цих рецепторів у молодому віці 54-56. На відміну від цього, префронтальна кора не проявляє піків щільності рецепторів D1 та D2 до пізнього юнацького та юного дорослого віку 57, 58. Подібні зміни в розвитку були показані в інших системах, пов'язаних з винагородою, включаючи канабіноїдні рецептори 59. Залишається незрозумілим, як зміни в дофамінових системах можуть бути пов'язані з мотивованою поведінкою, оскільки залишається суперечка щодо модуляції допамінової чутливості (наприклад, 60, 61) та чи є результатом менш активних або гіперчутливих дофамінових систем (наприклад, 62, 63). Однак, враховуючи різкі зміни в схемі, багатій допаміном у підлітковому віці, це, ймовірно, пов'язане зі змінами чутливості до нагород, відмінним від дитинства чи дорослості 50, 64. Крім значних змін дофамінових рецепторів, існують також драматичні гормональні зміни, які відбуваються в підлітковому віці, що призводять до статевої зрілості та впливають на функціональну активність у фронтотріастальних ланцюгах 65однак детальне обговорення виходить за межі цього документу, див 66, 67 для детальних оглядів з цього питання.
Дослідження візуалізації людини почали надавати підтримку зміцненню зв'язків фронтотріастальних схем, багатих на допамін, упродовж розвитку. Використовуючи дифузійне тензорне зображення та функціональний магнітний резонанс (fMRI), Кейсі та його колеги 68, 69 та інші 70 продемонстрували більшу міцність у дистальних з'єднаннях у цих ланцюгах впродовж розвитку та пов’язали міцність зв'язку між префронтальним та стриатальним регіонами із здатністю ефективно здійснювати когнітивний контроль у типово та нетипово розвиваються осіб 68, 69. Ці дослідження ілюструють важливість передачі сигналів у кортикостриальній схемі, яка підтримує здатність ефективно займатися когнітивним контролем.
Так само є вагомі докази людських функціональних нейровізуальних досліджень про те, як взаємодіють підкіркові системи, такі як стриатум та префронтальна кора, щоб спричинити ризиковану поведінку, що спостерігається у підлітків 71. Більшість дослідницьких досліджень зосередили увагу на тій чи іншій області, що показує, що передня корова кора, як вважається, підтримує вікове поліпшення когнітивного контролю 72-78 зазнає затримки дозрівання 4, 79, 80 тоді як смугасті регіони, чутливі до новизни та маніпуляцій із винагородою, розвиваються раніше 74, 81. Кілька груп показали, що підлітки демонструють посилену активацію вентрального стриатуму в очікуванні та / або отриманні нагороди порівняно з дорослими 6, 15, 17, 18, але інші повідомляють про гіпо-чутливість 82.
Одне з перших досліджень, яке вивчало процеси, пов'язані з винагородою, у всьому спектрі розвитку від дитинства до дорослого життя, було завершено Гальваном та його колегами 6 у 6 до 29 років. Вони показали, що вентральна смугаста активація чутлива до різної величини грошової винагороди 49 і що ця реакція була перебільшена в підлітковому віці щодо дітей та підлітків 6 (Див. малюнок 3), показник сигналу збільшується 6 або більше стійкої активації 83. На відміну від картини в вентральній смузі, орбітальні префронтальні області демонстрували затяжний розвиток протягом цих віків (Малюнок 2b).
Але як це посилення сигналізації у вентральній смузі стосується поведінки? У подальшому дослідженні Галван та його колеги 16 вивчав зв'язок між активністю в вентральному стриатумі до великої грошової винагороди із заходами риси особистості ризикованості та імпульсивності. У її вибірці від 7 до 29 років були отримані шкали оцінок анонімного самозвіту для ризикової поведінки, сприйняття ризику та імпульсивності. Гальван та ін. показав позитивну зв’язок між вентральною смугастою активністю до великої винагороди та ймовірністю залучення до ризикованої поведінки (див. див малюнок 3) Ці результати узгоджуються із дослідженнями візуалізації дорослих, що показують вентральну смугасту активність із ризиковим вибором 84, 85.
Для подальшої підтримки взаємозв'язку між ризикованою поведінкою підлітків та чутливістю до винагороди, проіндексованою перебільшеною вентральною смуговою реакцією, Ван Лейенхорст та його колеги 18 перевірили цю асоціацію, використовуючи завдання азартних ігор. Завдання включало азартні ігри з низьким рівнем ризику з високою ймовірністю отримання невеликої грошової винагороди та азартні ігри з високим рівнем ризику з меншою ймовірністю отримання більшої грошової винагороди. Результати fMRI підтвердили, що вибір високого ризику був пов'язаний з вербуванням вентральної смугастої тканини, тоді як вибір з низьким рівнем ризику асоціювався з активацією в вентральній медіальній префронтальній корі. Ці результати узгоджуються з гіпотезою, що ризикована поведінка в підлітковому віці пов'язана з дисбалансом, спричиненим різними траєкторіями розвитку субкортикальної винагороди та префронтальних регуляторних областей мозку, що відповідають нашій нейробіологічній моделі підліткового віку.
Хоча в дослідженні Галвана виявляється зв'язок між поведінкою, яка приймає ризик, і вентральною активацією смуги 16 не було повідомлено про кореляцію між вентральною смугастою активністю з імпульсивністю. Швидше за все, показники імпульсивності корелювали з віком, що узгоджується з численними дослідженнями візуалізації, що показують лінійний розвиток з віком при наборі префронтальної кірки під час завдань контролю імпульсу. 7, 75, 77 (і дивіться відгуки від 34, 86). Більше того, останні дослідження показали, що показники імпульсивності обернено корелюють із об'ємом вентральної медіальної префронтальної кори у зразку здорових хлопчиків (7 – 17yrs) 87. Нарешті, дослідження клінічних груп населення, що характеризуються проблемами імпульсивності, такими як СДУГ, показують порушення імпульсного контролю та знижену активність у прифронтальних регіонах порівняно з контрольними, 88, 89 але не проявляйте посилених відповідей на стимули 90.
Ці висновки забезпечують нейробіологічну емпіричну підтримку дисоціації конструкцій, пов'язаних з ризиком та чутливістю до винагороди від імпульсивності, коли перший показує криволінійну схему, а другий - лінійну схему (див. Рисунок 2 B). Таким чином, вибір і поведінку підлітків не можна пояснити імпульсивністю або затяжним розвитком однієї префронтальної кори. Швидше за все, слід вважати, що субкортикальні райони мотивації з’ясовують, чому поведінка підлітків відрізняється не лише від дорослих, але й від дітей. Таким чином, вентральний стриатум, схоже, відіграє певну роль у рівнях збудження 82, 91 і позитивний афект 15 при отриманні винагороди, а також схильності до пошуку сенсації та ризику 16, 91. Що ще важливіше, ці дані свідчать про те, що в підлітковому віці деякі люди можуть бути більш схильні до участі в ризикованій поведінці через зміни розвитку в узгодженні з мінливістю схильності даного індивіда до участі у ризикованій поведінці, а не через прості зміни імпульсивності.
Наукова сфера, яка приділяла менше уваги, визначає, як когнітивний контроль та мотиваційні системи взаємодіють протягом розвитку. Як згадувалося раніше, Ернст та його колеги 35, 36 показали, що обіцянка грошової винагороди полегшила когнітивну поведінку підлітків більше, ніж для дорослих. Geier та ін. 17 нещодавно ідентифікували нейронні субстрати цієї когнітивної регуляції вдосконалення, використовуючи варіант антисакадемального завдання під час функціональної візуалізації мозку. Для підлітків та дорослих випробування, на які ставилися гроші, пришвидшували ефективність та сприяли точності, але цей ефект був більшим у підлітків. Після підказки про те, що наступне випробування буде винагороджено, підлітки виявляли перебільшену активацію в вентральній смузі під час підготовки та подальшого виконання антисакадади. Перебільшена реакція спостерігалася у підлітків у префронтальних областях вздовж доцентральної борозни, важливих для контролю рухів очей, що передбачає регуляцію підвищення нагороди і в контрольних областях.
Нагороди, як було запропоновано вище, можуть посилити, а також зменшити поведінку, спрямовану на цілі. Слід зазначити, що підлітки ризикують при наявності апетитних сигналів проти відсутніх під час азартних завдань (наприклад, 37). У недавньому дослідницькому дослідженні 20, Сомервілл та ін. ідентифікували нейронні субстрати понижуючої регуляції контрольних областей з апетитними сигналами. Сомервілл та ін. учасники тестування для дітей, підлітків та дорослих, виконуючи завдання go gogo з апетитними соціальними сигналами (щасливими обличчями) та нейтральними підказками. Виконання задачі до нейтральних сигналів показало постійне вдосконалення з віком у цій задачі управління імпульсом. Однак на випробуваннях, під час яких людині довелося протистояти наближенню апетитних ознак, підлітки не змогли показати очікуваного покращення віку. Це зниження ефективності в підлітковому віці було паралельно посиленій активності в стриатумі. І навпаки, активація в нижній лобовій звивині була пов'язана із загальною точністю і показала лінійну закономірність зміни віку з віком для випробувань ного проти початку. У сукупності ці дані позначають перебільшене вентральне смугасте представлення апетитних сигналів у підлітків за відсутності зрілої когнітивної контрольної відповіді.
Ці дані в сукупності дозволяють припустити, що хоча підлітки як група вважаються суб'єктами ризику 41, деякі підлітки будуть більш схильні, ніж інші, брати участь у ризикованій поведінці, піддаючи їм потенційно більший ризик негативних результатів. Ці висновки підкреслюють важливість врахування індивідуальної мінливості при дослідженні складних взаємозв'язків між мозком і поведінкою, пов'язаними з ризикуванням та імпульсивністю в популяціях розвитку. Крім того, ці індивідуальні та розвиваючі відмінності можуть допомогти пояснити вразливість деяких людей до ризику, який пов'язаний із вживанням речовин, і, в кінцевому рахунку, залежність 64.
Вживання та зловживання речовинами у підлітків
Підлітковий вік знаменує період посиленого експерименту з наркотиками та алкоголем 92, причому алкоголь зловживає незаконними речовинами підлітками 11, 93, 94. Раннє вживання таких речовин, як алкоголь, є надійним провісником подальшої залежності та зловживань 95. Враховуючи сплеск алкогольної залежності між підлітковою та дорослим віком, який не є рівним на будь-якій іншій стадії розвитку 96, ми зосереджуємось переважно на обраному огляді його використання та зловживання у підлітків та мотиваційних властивостей.
Показано, що алкоголь та інші речовини, що зловживають, включаючи кокаїн та канабіноїди, мають зміцнюючі властивості. Ці речовини впливають на передачу мезолімбічного дофаміну при гострій активації нейронів у фронтолімбічній схемі, багатій дофаміном, включаючи вентральний смугастий 97-99. За пропозиціями Хардіна та Ернста (2009) 92використання цих речовин може посилити і без того посилену реакцію вентральної смуги, що призводить до посилення або посилення зміцнюючих властивостей препарату. Робінсон і Беррідж 61, 63, 100 припустили, що ці наркотики можуть «захопити» системи, пов’язані із стимулами наркотиків, такими як вентральний стриатум, тим самим знижуючи регуляцію областей переднього фронту контролю.
Більшість емпіричних робіт щодо вживання алкоголю підлітками було проведено на тваринах, враховуючи етичні обмеження у виконанні таких досліджень у підлітків людини. Моделі етанолу на тваринах також надають найбільше доказів різного впливу алкоголю на підлітків відносно дорослих і відповідають результатам людських підлітків, що мають відносну нечутливість до дії етанолу. Спірс та його колеги показали, що щури-підлітки відносно дорослих менш чутливі до соціальних, рухових, седативних дій, гострого виведення та «похмільних ефектів» етанолу. 101-103. Ці дані важливі тим, що багато з цих ефектів слугують сигналом для обмеження споживання у дорослих 11. Так само, в той же час, коли підлітки нечутливі до сигналів, що може допомогти обмежити їх вживання алкоголю, позитивні впливи алкоголю, такі як соціальна допомога, можуть додатково заохочувати вживання алкоголю 104. Найбільш ризикована поведінка людей, включаючи зловживання алкоголем, відбувається у соціальних ситуаціях 23, що потенційно підштовхує підлітків до більшого вживання алкоголю та наркотиків, коли така поведінка цінується їхніми однолітками.
Як мозок змінюється на вживання алкоголю та зловживання ним у підлітковому віці відносно дорослих? Оскільки підлітки можуть бути менш чутливими до деяких поведінкових ефектів алкоголю, вони здаються більш чутливими до деяких нейротоксичних ефектів. 94. Наприклад, фізіологічні дослідження (наприклад, 105) виявляють більший інгібування етанолом інгібування синаптичних потенціалів, опосередкованих NMDA, та довготривалу потенціювання у гіпокампальних зрізах у підлітків, ніж у дорослих. Повторне опромінення дози етанолу також спричиняє більший дефіцит пам’яті у гіпокампа 106, 107 і тривале опромінення етанолом було пов'язане зі збільшенням дендритного розміру хребта 108. Ці останні висновки дендритних змін хребта свідчать про модифікацію схеми мозку, яка може стабілізувати звикання 94.
Дані досліджень візуалізації мозку забезпечують паралельне підтвердження у людини нейротоксичного впливу алкоголю на мозок. Ряд досліджень повідомляли про змінену структуру та функції мозку у алкогольних залежних підлітків та молодих людей у порівнянні зі здоровими людьми. Ці дослідження показують менший об'єм лобової та гіпокампальної, змінена мікроструктура білої речовини та гірша пам'ять 109-113. Більше того, ці дослідження показують позитивні зв'язки між обсягами гіпокампа і віком першого використання 109 говорить про те, що ранній підлітковий вік може бути періодом підвищеного ризику нейротоксичних ефектів алкоголю. Тривалість, яка негативно корелювалась із обсягом гіпокампа, може посилити цей ефект.
В даний час лише кілька досліджень вивчали функціональну мозкову активність до наркотиків або пов'язаних з алкоголем стимулів (тобто картинок алкоголю) у підлітків 114, хоча це область майбутніх досліджень (див 115). Дослідження популяцій підвищеного ризику (наприклад, сімейне навантаження на алкогольну залежність) свідчать про порушення функціонування лобової порожнини перед впливом наркотиків (наприклад, 116, 117) і може передбачити подальше вживання речовин 118, 119. Однак, в ранньому поведінковому дослідженні впливу алкоголю в 8 на хлопчиків 15 років XNUMX низького та високого сімейного ризику 120, найбільш вагомий висновок був мало, якщо спостерігалися будь-які зміни поведінки або проблеми на тестах на алкогольне сп'яніння - навіть після введення дози, яка була інтоксикальною у дорослого населення. Ці нейротоксичні ефекти разом із підвищеною чутливістю до мотиваційних ефектів алкоголю та свідченням поганого префронтального контролю зверху вниз, очевидного ще до впливу наркотиків 116 може налагодити тривалий курс зловживання алкоголем та наркотиками далеко поза підліткового віку 118, 119.
Висновки
Разом описані дослідження підтримують погляд на розвиток мозку підлітків, який характеризується напругою між ранніми системами «знизу вгору», які виражають перебільшену реактивність на мотиваційні стимули та пізніше дозрівання когнітивних контрольних областей «зверху вниз». Ця система знизу вгору, пов’язана з поведінкою, що шукає сенсацію та ризикує, поступово втрачає свою конкурентну перевагу з прогресивним виникненням регулювання «зверху вниз» (наприклад, 2, 7, 15, 23, 64, 121-123). Цей дисбаланс між цими розвиваючими системами в підлітковому віці може призвести до підвищеної вразливості до поведінкових ризиків і до більшої сприйнятливості до мотиваційних властивостей речовин, що зловживають.
Цей огляд дає поведінкові, клінічні та нейробіологічні докази розвитку дисоціації цих підкіркокортикологічних систем. Дані про поведінку лабораторних завдань та оцінки саморепортажу дітей, підлітків та дорослих (наприклад, 18, 20, 37, 42) пропонують криволінійний розвиток сенсаційного пошуку з піковим перегином приблизно між 13 і 17 роками, тоді як імпульсивність зменшується в процесі лінійного розвитку від дитинства до юного дорослого віку. Дослідження візуалізації людини показують закономірності діяльності в підкіркових областях мозку, чутливих до винагороди (вентральний смугастий), які паралельно ведуть поведінкові дані. Зокрема, вони демонструють криволінійну закономірність розвитку в цих регіонах, і масштаби їхньої реакції пов'язані з поведінкою, що приймає ризик. На відміну від цього, префронтальні області, важливі для регулювання поведінки зверху вниз, демонструють лінійну схему розвитку, яка є паралельною тій, що спостерігається у поведінкових дослідженнях імпульсивності. Більше того, клінічні розлади з проблемами контролю імпульсу демонструють меншу префронтальну активність, що надалі пов'язує нейробіологічні субстрати з фенотипічною конструкцією імпульсивності.
Напруженість між підкірковими областями відносно префронтальних кіркових областей у цей період може послужити можливим механізмом спостережуваного посилення ризику, включаючи вживання та зловживання алкоголем та наркотиками. Більшість підлітків спробували алкоголь 93, але це не обов'язково призводить до зловживань. Люди, які мають менше регулювання зверху вниз, можуть бути особливо схильні до зловживання алкоголем та наркотиками, як це пропонується дослідженнями груп високого ризику, що демонструють порушення функціонування лобової частини перед впливом алкоголю та наркотиків (наприклад 116, 117). У контексті нашої нейробіологічної моделі підліткового віку ці люди мали б ще більший дисбаланс у кортико-підкірковому контролі. Ці результати також відповідають клінічним результатам у популяціях СДВГ, які виявляють знижену префронтальну активність і в чотири рази частіше за все розвиваються розлади вживання речовин порівняно зі здоровими контролями 124. Цей дисбаланс в кортико-підкірковому контролі ще більше посилиться нечутливістю підліткового віку до рухових та седативних ефектів алкоголю, що в іншому випадку може сприяти обмеженню споживання, та позитивним впливам алкоголю при соціальному полегшенні, що може додатково сприяти вживанню алкоголю 104. Як показали Штейнберг та його колеги 23, 41, найбільш ризиковані форми поведінки - включаючи алкоголь та наркотичні речовини - трапляються в соціальних ситуаціях. Таким чином, вживання алкоголю та наркотиків може заохочуватися та підтримуватися однолітками, коли ця поведінка оцінюється.
Одним із викликів у роботі, пов’язаній із залежністю, є розробка біобіхевіологічних маркерів для раннього виявлення ризику зловживання наркотиками та / або для оцінки результатів втручань / лікування. Наші результати свідчать про те, що поведінкові проблеми, які потребують як когнітивного контролю при наявності спокусливих апетитних підказів, можуть бути корисними потенційними маркерами. Приклад таких поведінкових тестів включає завдання азартних ігор з високим і низьким рівнем ризику або "гарячих" та "холодних" умов, описаних у цьому огляді 18, 37 або прості завдання управління імпульсом, які потребують придушення відповіді на апетитний / спокусливий кий 20. Ці завдання нагадують затримку задачі на задоволення, розроблену Мішелем 125. Насправді, виконання таких простих завдань контролю імпульсів, як це у підлітків та дорослих, було пов’язано з їх виконанням як малюків, які затримують завдання із задоволенням 28, 29. Мішель та його колеги продемонстрували високий рівень стабільності та прогностичної цінності цього завдання в подальшому житті. Що стосується зловживання наркотичними речовинами, вони показали, що здатність відкладати задоволення як малюк передбачила менше зловживання наркотиками (наприклад, кокаїну) в подальшому житті 126. У нашій нинішній роботі ми починаємо використовувати поєднання цих завдань для виявлення нейронних субстратів цієї здатності для подальшого розуміння потенційних факторів ризику зловживання речовинами.
Ці дані сукупно говорять про те, що хоча підлітки як група вважаються ризикованими 41, деякі підлітки будуть більш схильні, ніж інші, брати участь у ризикованій поведінці, піддаючи їм потенційно більший ризик негативних результатів. Однак ризик може бути досить адаптивним у правильних умовах. Тож замість того, щоб намагатися усунути підліткову поведінку, яка досі не була успішним підприємством 23, більш конструктивною стратегією може бути надання доступу до ризикованих та захоплюючих заходів (наприклад, після шкільних програм із внутрішнім підйомом на стіни) у контрольованих умовах та обмеження шкідливих можливостей ризику. Оскільки мозок підлітка є відображенням досвіду, завдяки цим безпечним можливостям ризикувати, підліток може формувати довгострокову поведінку шляхом тонкої настройки зв’язків між областями управління зверху вниз та приводами знизу вгору зі зрілістю цієї схеми. Інші успішні стратегії - це когнітивна поведінкова терапія, яка фокусується на навичках відмови або на когнітивному контролі, щоб зменшити ризиковану поведінку 127. Отримані результати підкреслюють важливість врахування індивідуальної мінливості при дослідженні складних взаємозв'язків мозок та поведінка, пов'язані з ризикуванням та імпульсивністю в популяціях розвитку. Крім того, ці індивідуальні та розвиткові відмінності можуть допомогти пояснити вразливість деяких людей до ризику, пов'язаного з вживанням речовин, і, в кінцевому рахунку, залежності.
Подяки
Частково цю роботу підтримали NIDA R01 DA018879, грант для докторантури NIDA DA007274, сім'я Мортімера Д. Саклера, фонд Дьюітта-Уолласа та Центр біомедичної візуалізації та медичного візуалу Weill Cornell Medical Center Citigroup.