Невробіологія підліткового віку: зміни в архітектурі мозку, функціональній динаміці та поведінкових тенденціях (2011)

1. Введення

Підлітковий вік - це період, коли люди спостерігають за фізичними змінами в своїх тілах, відчувають нові інтереси і бажання і знаходять більшу свободу, незалежність і відповідальність. Незважаючи на те, що підлітковий вік змінюється, вважається, що починається з настанням статевого дозрівання і закінчується, коли людина приймає дорослі соціальні ролі (Даль, 2004; Спис, 2000). Період статевого дозрівання, що включає збільшення росту, зміну складу тіла, розвиток статевих залоз і вторинних статевих органів і характеристик, а також серцево-судинних і дихальних змін, зазвичай відбувається від віку 10 до 17 у дівчаток і 12 до 18 у хлопчиків (Falkner і Tanner, 1986). При цьому підліток переживає різні когнітивні, поведінкові та психосоціальні переходи. Різні зміни підліткового віку не всі починаються і закінчуються разом, і, таким чином, головоломка пов'язаних з підлітками змін мозку з поведінкою є складним завданням. Вивчення підліткового віку - це подібна стрільба по рухомій мішені, з дослідниками, що визначають «підліткові» групи різного віку та рівня розвитку. Крім того, з середини 19^th через 20^th у західному світі спостерігався більш ранній середній вік менархе (Falkner і Tanner, 1986; Таннер, 1990). Навчальний процес є більш тривалим і люди чекають довше перед початком кар'єри, одружуються і мають дітей (Даль, 2004). Таким чином, тривалість підліткового віку не є фіксованою (і подовжується), і хоча період корелює з багатьма біологічними процесами розвитку, він частково визначається за психосоціальними та поведінковими критеріями. З урахуванням цих застережень література, розглянута тут, в першу чергу визначила підлітковий вік у людей як друге десятиліття життя, у мавп віком від двох до чотирьох років, а у гризунів як тиждень з шести або семи тижнів.

Незважаючи на неоднозначність у визначенні, добре відомо, що протягом цього періоду відбуваються великі переходи, включаючи різноманітні характерні зміни поведінки, що спостерігаються серед видів. Існує підвищена соціальна поведінка (Csikszentmihalyi et al., 1977), новизна і шукає відчуття (Adriani et al., 1998; Stansfield і Kirstein, 2006; Stansfield et al., 2004), тенденції до прийняття ризику (Спис, 2000; Steinberg, 2008), емоційна нестійкість (Steinberg, 2005), і імпульсивність (Адріані і Лавіола, 2003; Chambers et al., 2003; Fairbanks et al., 2001; Vaidya et al., 2004). Взаємовідносини однолітків стають домінуючими, і є більші схильності шукати цікаві та цікаві події (Nelson et al., 2005). Підвищена новизна і пошуки сенсацій можуть бути еволюційно адаптивними, оскільки ці поведінки можуть покращити шанси підлітків, які все більше отримують їжу та партнера (Спис, 2010). Однак у сучасному суспільстві ці особливості можуть бути пов'язані з прийняттям непотрібних ризиків. Таким чином, підлітковий період вважається періодом поведінкової вразливості: підлітки частіше експериментують з тютюном та незаконними наркотиками та алкоголем; їздити безрозсудно; займатися незахищеним сексом; і мають міжособистісні конфлікти (Арнетт, 1992; Арнетт, 1999; Chambers et al., 2003; Спис, 2000). Прийняття ризику підлітків частіше відбувається в групах (наприклад, нещасних випадках на транспорті), коли певні поведінки сприймаються як прийнятні для однолітків (наприклад, незахищений секс, вживання наркотиків) (Steinberg, 2008), і в емоційно заряджених ситуаціях (Figner et al., 2009). Таким чином, хоча підлітки пережили потенційні проблеми зі здоров'ям раннього дитинства, рівень захворюваності та смертності вдвічі перевищує показники дітей, які живуть перед опущенням (Даль, 2004).

На додаток до додаткових ризиків нормальний розвиток підлітків, це також час, коли симптоми різних психічних захворювань часто проявляються, включаючи розлади настрою, розлади харчування і психотичні розлади, такі як шизофренія (Paus et al., 2008; Сосна, 2002; Sisk і Zehr, 2005; Volkmar, 1996). Протягом цього періоду існує широкий спектр нейробіологічних змін, які призводять до виникнення всіх від каскаду гормональних сигналів, які ініціюють статеве дозрівання (Sisk і Zehr, 2005), до підвищеної когнітивної здатності та мотиваційних змін (Doremus-Fitzwater et al., 2009; Luna et al., 2004). Розуміння того, як головний мозок розвивається через підлітковий вік, і стосується таких змін як до нормальних поведінкових тенденцій, так і до патологічних станів, є критично важливим для здоров'я населення. Тут ми розглянемо деякі з поведінкових і нейророзробкових змін підліткового віку і обговоримо кілька моделей, які їх з'єднують, включаючи нашу власну гіпотезу про зниження ефективності обробки.

2. Поведінка підлітків

Дослідження на гризунах і людях показали, що підлітки демонструють більший «імпульсивний вибір», який визначається як переваги для менших винагород, які виникають раніше за більші затримки, що вимірюються за допомогою завдань із затримкою затримки (Адріані і Лавіола, 2003; Steinberg et al., 2009). Примітно, що в дослідженні на людях ця різниця проявляється лише у молодих підлітків; із затримкою затримки, яка досягає дорослих за віком 16 – 17 (Steinberg et al., 2009). Люди-підлітки також мають вищу оцінку за шкалою відчуття, ніж дорослі, з чоловіками, які мають вищий рівень, ніж у жінок (Zuckerman et al., 1978). Пошук сенсації - це «потреба в різноманітних, нових і складних відчуттях і переживаннях» (Zuckerman et al., 1979, p. 10), яка може відбуватися незалежно, або разом з імпульсивністю. Пошуки відчуття є найбільшими протягом раннього і середини підліткового віку і нижче, а контроль імпульсів, як видається, стабільно покращується протягом підліткового віку, що свідчить про те, що вони піддаються різним біологічним процесам (Steinberg et al., 2008). Відповідно до людських свідчень підвищеної популярності підлітків, підлітки гризуни вважають за краще новинку (Adriani et al., 1998; Douglas et al., 2003; Stansfield et al., 2004), демонструють більшу рухливість, викликану новизною (Stansfield і Kirstein, 2006; Sturman et al., 2010), і витрачати більше часу на вивчення розкритих рук у підвищеному лабіринті, ніж дорослі (Adriani et al., 2004; Macrì et al., 2002).

Тенденції підлітків до пошуку нового досвіду, навіть з ризиком фізичної або соціальної шкоди, можна очікувати, якщо їхня здатність оцінювати ймовірність ризику або обчислювального результату є недостатньо розвиненою. У цей час продовжують розвиватися пізнавальні здібності (Luna et al., 2004; Спис, 2000). Згідно з Піаже, період формальної операції, який пов'язаний з більш абстрактними міркуваннями, досягає повної зрілості в підлітковому віці (Шустер і Ашбурн, 1992), і можуть бути менш розвиненими у деяких осіб. Також наполегливість егоцентризму, в якому підлітки відчувають «уявну аудиторію» разом з «особистою байкою» унікальних почуттів, може змусити їх повірити, що вони є винятковими і надають їм відчуття невразливості (Арнетт, 1992; Елкинд, 1967). Проте з середини підліткового віку починаються лише скромні когнітивні покращення (Luna et al., 2004; Спис, 2000), і навіть маленькі діти демонструють точне неявне розуміння ймовірності (Acredolo et al., 1989). Крім того, мало доказів того, що підлітки насправді сприймають себе як невразливі або недооцінені ризики; насправді, вони часто переоцінюють ризик, наприклад, шанс, що вони завагітніють протягом року, потраплять у в'язницю або гинуть молодь (de Bruin et al., 2007). Нарешті, будь-яке когнітивне пояснення підліткового ризику повинно враховувати той факт, що діти беруть менше ризиків і, проте, менш когнітивно розвинені, ніж підлітки.

Альтернативно, поведінкові диспропорції у підлітків можуть стосуватися відмінностей у когнітивних стратегіях. Одна гіпотеза, яка називається «нечіткою теорією слідів», говорить про те, що підлітки далеко не позбавлені когнітивних здібностей, детальніше описують детальну інформацію про ризик / користь вибору, ніж дорослі. Парадоксально, але підлітки можуть вести себе більш раціонально, ніж дорослі, більш явно обчислюючи очікувані значення різних варіантів, але це може призвести до більшого ризику (Rivers et al., 2008). Згідно з Річки та колеги (2008)через розвиток ми просуваємося від більш буквального «дословно» до «нечіткої» евристики рівня суті, яка фіксує суть чи нижню лінію без деталей. Це, ймовірно, покращує ефективність прийняття рішень і має тенденцію ухиляти нас від ризикованого вибору, оскільки ми намагаємося уникати можливих негативних наслідків, не оцінюючи фактичні ймовірності. Наприклад, на відміну від підлітків, дорослі надають перевагу вибору, що надає впевненість у збільшенні прибутків або зменшенні втрати над імовірнісними альтернативами з ідентичними очікуваними значеннями (Rivers et al., 2008). В цілому, ідея, що підлітковий вибір може відображати відмінності в когнітивній стратегії, але не в недоліках прогнозування результатів, є інтригуючою. Майбутні дослідження нейровізуалізації та фізіології підлітків, що приймають рішення, можуть скористатися можливістю того, що відмінності в точній схемі нейронної активності, навіть у межах тих самих областей мозку, разом з рівнем інтеграції між різними регіонами, можуть сприяти альтернативним стилям пізнавальної дискусії.

Більша безрозсудність підлітків може бути пов'язана з відмінностями в тому, як вони відчувають ризик і винагороду. Одне з пояснень полягає в тому, що підлітки людей відчувають більш негативний вплив і пригнічений настрій, і можуть відчувати менше задоволення від стимулів низького або помірного стимулюючого значення. Тому підлітки прагнуть стимулювати більшу гедонічну інтенсивність, щоб задовольнити дефіцит у своєму досвіді винагороди (див Спис, 2000). Це підтверджується дослідженнями, які показують відмінності в гедонічній цінності розчинів сахарози у дорослих і підлітків. Як тільки концентрації сахарози перевищують критичну точку, гедоническое значення різко зменшується; однак такі зменшення є менш вираженими або не існують у дітей та підлітків (Де Грааф і Зандстра, 1999; Vaidya et al., 2004). Альтернативним поясненням є те, що підлітки мають більшу чутливість до підсилюючих властивостей приємних подразників. Будь-яка можливість узгоджується з моделями тварин, в яких підлітки споживають більше розчину сахарози (Vaidya et al., 2004), віддають перевагу палатам, раніше пов'язаним із соціальною взаємодією (Douglas et al., 2004) і демонструють докази вищої стимулюючої цінності для таких наркотиків, як нікотин, алкоголь, амфетамін та кокаїн, ніж дорослі (Badanich et al., 2006; Brenhouse і Andersen, 2008; Shram et al., 2006; Спис і Варлінська, 2010; Vastola et al., 2002). Проте це не завжди видно (Frantz et al., 2007; Mathews і McCormick, 2007; Shram et al., 2008), а також підвищена перевага препаратів для підлітків також може бути пов'язана зі зниженням чутливості до аверсивних побічних ефектів і відміни (Little et al., 1996; Moy et al., 1998; Schramm-Sapyta et al., 2007; Schramm-Sapyta et al., 2009). Подібним чином, підлітки можуть виконувати більш ризиковану поведінку, якщо їх оцінка можливих негативних наслідків є менш мотиваційною або вираженою (або якщо збудження ризику само по собі робить таку поведінку більш вірогідною).

Іншим фактором, який може пояснити деякі поведінкові відмінності підлітків, є вплив емоцій (валентність, почуття, збудження та специфічні емоційні стани) на поведінку. Поведінкові диспропорції можуть виникати, якщо підлітки відчувають емоції по-різному, або якщо емоції по-різному впливають на прийняття рішень під час цього періоду підвищеної емоційної інтенсивності та нестабільності (Арнетт, 1999; Buchanan et al., 1992). Емоція часто вважається раціональним прийняттям раціональних рішень. Хоча це може бути вірно в деяких випадках (особливо коли емоційний зміст не пов'язаний або не має відношення до контексту прийняття рішень), останні роботи досліджували, як емоції можуть поліпшити певні рішення. Наприклад, гіпотеза соматичного маркера вказує, що в неоднозначних ситуаціях емоційні процеси можуть вигідно керувати поведінкою (Damasio, 1994). Завдання азартних ігор Айови було розроблено для тестування прийняття рішень в умовах невизначеності (Bechara et al., 1994). Особи з ураженням вентромедіального ПФК або амігдали мають труднощі з перевагою вигідної стратегії уникнення ризику, вказуючи на те, що недоліки в інтеграції емоційної інформації можуть призвести до поганих рішень (Bechara et al., 1999; Bechara et al., 1996). Підлітки і дорослі можуть відрізнятися тим, як вони інтегрують емоційну інформацію в рішення: підлітки можуть бути менш вправними в інтерпретації або інтеграції відповідного емоційного змісту, або менш ефективними у формуванні таких асоціацій. Cauffman et al. (2010) нещодавно перевірили дітей, підлітків та дорослих на модифікованій версії Азартних завдань Айови; вони зазначили, що в той час як підлітки і дорослі вдосконалюють процес прийняття рішень, дорослі зробили це швидше. Інше дослідження продемонструвало, що лише до середини до пізнього юнацтва суб'єкти покращували свою діяльність з азартних ігор, і що це поліпшення співпало з появою фізіологічних корелятів збудження (Crone і van der Molen, 2007). Ці результати показують, що підлітки можуть бути менш ефективними у формуванні або інтерпретації роду відповідної афективної інформації, необхідної для уникнення ризикових рішень.

За оцінками Річки та колеги (2008) Відмінності в ефективній обробці сутності роблять підлітків більш сприйнятливими до потенційно шкідливого впливу збудження на прийняття рішень. В умовах підвищеного збудження, зниження поведінкового гальмування може призвести до переходу від «аргументованого» до «реактивного» або імпульсного режиму. Вони також стверджують, що тенденція підлітків до виконання більш докладно-аналітичної обробки робить це більш вірогідним, у той час як значення та упередження простішої «дорослої» обробки «дорослої» більш непроникною для стану збудження (Rivers et al., 2008). Інші також стверджували, що поведінка підлітків може бути особливо чутливою до умов емоційного збудження (Даль, 2001; Спис, 2010). Нещодавнє дослідження Figner та колеги (2009) безпосередньо перевірили цю гіпотезу, використовуючи завдання, яке вимірювало ризик при різних афективних умовах. Підлітки та дорослі виконували завдання Колумбійської картки, в якій рівень переносимого ризику досліджувався в умовах більшого / меншого збудження, і в той час як різні фактори могли бути використані для прийняття більш обгрунтованих рішень (таких як величина прибутків / втрат та їх вірогідність). ). Підлітки ризикували більше, ніж дорослі, тільки у стані збудження, і в цьому контексті підлітки були менш уражені величиною та ймовірністю посилення / втрати, що свідчить про спрощення використання інформації підлітками в умовах підвищеного збудження (Figner et al., 2009).

Колективно ці дослідження показують, що хоча підлітки часто розуміють і ведуть себе як дорослі, в певних контекстах існують відмінності в їхній когнітивній стратегії та / або у їхній реакції на ризик і винагороду, особливо в умовах підвищеного емоційного збудження. Ці поведінкові зміни, ймовірно, відображають суттєвий розвиток мозкових мереж, включаючи структури в PFC, базальні ганглії та нейромодуляторні системи (наприклад, допамін), які є критичними для мотивованої поведінки (Таблиця 1).

  

Таблиця 1

Підліткові поведінкові відмінності та структурні нейроразвития

3. Підліткові структурні нейроразвития

Мозок підлітка зазнає різких змін у валовій морфології. Дослідження людської структурної візуалізації продемонстрували, що в корі головного мозку спостерігається втрата сірої речовини в підлітковому віці, при скороченні сірої частини ділянок скроневої частки і дорсолатерального ПФК, що відбувається в пізній юності (Gogtay et al., 2004; Sowell et al., 2003; Sowell et al., 2001; Sowell et al., 2002). Зменшення сірої речовини також проявляється в стриатумі та інших підкіркових структурах (Sowell et al., 1999; Sowell et al., 2002). Ці зміни можуть бути пов'язані з масовим обрізанням синапсів, що спостерігалися протягом цього періоду, з досліджень на тваринах (Rakic ​​et al., 1986; Rakic ​​et al., 1994), хоча деякі сумніваються в цьому зв'язку, оскільки синаптичні бутони складають лише невелику частку коркового об'єму (Paus et al., 2008). Візуалізація людини також виявила, що біла речовина збільшується через підлітковий вік у кортикальних і підкоркових волокнах (Asato et al., 2010; Benes et al., 1994; Paus et al., 2001; Paus et al., 1999), що є результатом посилення мієлінізації, калібру аксона або обохPaus, 2010). Зміни в моделях зв'язку також відбуваються в підлітковому віці. Наприклад, у ланцюгах, що з'єднують мигдалину з кортикальними мішенями, спостерігається проростання і зростання аксонів.Cunningham et al., 2002), а збільшення міру білої речовини спостерігається між ПФУ та стриатумом та іншими областями (Asato et al., 2010; Giedd, 2004; Gogtay et al., 2004; Liston et al., 2006; Paus et al., 2001; Sowell et al., 1999).

У більш дрібних масштабах дослідження щурів і приматів показали численні відмінності в підліткових нейромедіаторних системах. Підлітки схильні надмірно експресувати дофамінергічні, адренергічні, серотонінергічні та ендоканнабіноїдні рецептори у багатьох регіонах, а потім обрізати до дорослого рівня (Lidow і Rakic, 1992; Родрігес де Фонсека та ін., 1993). Вони експресують дофамінові рецептори D1 і D2 на більш високих рівнях в підкіркових мішенях, таких як спинний стриатум і nucleus accumbens, хоча деякі не виявили зниження експресії дорослої людини в цій останній області (Gelbard et al., 1989; Tarazi і Baldessarini, 2000; Tarazi et al., 1999; Teicher et al., 1995). У підлітковому віці спостерігаються також зміни у виробництві та обороті дофаміну, а також докази змін у ефектах зв'язування рецептор-ліганд (Badanich et al., 2006; Cao et al., 2007; Coulter et al., 1996; Laviola et al., 2001; Tarazi et al., 1998). Функціонально існують дані з анестезованих щурів, що спонтанна активність дофамінових нейронів середнього мозку піки в підлітковому віці, а потім зменшується (McCutcheon і Марінеллі, 2009). Зміни в розвитку мезокортиколімбічних схем і активності допаміну можуть лежати в основі деяких відмінностей в мотивованій поведінці в цілому, а також вразливості ризику і вразливості наркоманії зокрема. У ряді досліджень спостерігається зниження психомоторних ефектів стимулюючих препаратів у підлітків, але посилення або подібне посилення (Adriani et al., 1998; Адріані і Лавіола, 2000; Badanich et al., 2006; Bolanos et al., 1998; Frantz et al., 2007; Laviola et al., 1999; Mathews і McCormick, 2007; Спис і гальмо, 1983). Навпаки, підлітки більш чутливі до каталептичних ефектів нейролептиків (наприклад, галоперидолу), які є антагоністами дофамінових рецепторів (Спис і гальмо, 1983; Spear et al., 1980; Teicher et al., 1993). Деякі з них запропонували, що ця закономірність, поряд з підвищеним пошуком і пошуком новизни, вказує на те, що система дофаміну підлітка знаходиться біля "функціональної стелі" на початковому рівні (Chambers et al., 2003).

Декілька рядів доказів свідчать про те, що баланс великомасштабної збуджувальної та гальмівної нейротрансмісії значно відрізняється у підлітків порівняно з дорослими. Рівні ГАМК, головного інгібіторного нейромедіатора в головному мозку, лінійно зростають через підлітковий вік у переднього мозку щурів (Hedner et al., 1984). Експресія активуючих рецепторів глутаматного NMDA на швидкодіючих нейронах (як вважається, інгібіторні інтернейрони) різко змінюється в ПФУ підлітків. У цей час переважна більшість швидкодіючих інтернейронів не демонструють синаптичних NMDA-опосередкованих струмів (Ван і Гао, 2009). Додатково модулюючий вплив зсувів зв'язування дофамінових рецепторів у підлітковому віці (О'Доннелл і Ценг, 2010). Лише до цього часу активація рецепторів дофамінових D2 підвищує міжнейронну активність (Ценг і О'Доннелл, 2007). Крім того, синергічна взаємодія між активацією рецептора дофаміну D1 і рецептором NMDA змінюється в підлітковому віці, дозволяючи деполяризації плато, які можуть полегшити контекстно-залежну синаптичну пластичність (О'Доннелл і Ценг, 2010; Ванг та О'Доннелл, 2001). Ці зміни дофамінової, глутаматної та ГАМК-синдрому свідчать про фундаментальні відмінності нервової активності у підлітковому мозку. Всі ці системи мають важливе значення для когнітивних і емоційних процесів. Їх дисфункція пов'язана з численними психічними захворюваннями, починаючи від розладів настрою і пристрасті до шизофренії.

4. Функціональна нейроразвитие підлітків

Нейровізуальні дослідження показали відмінності у функціональній активності у підлітків людини в декількох передніх відділах. Ці відмінності в першу чергу спостерігаються в областях мозку, які кодують емоційне значення (наприклад, мигдалину), інтегрують чутливу та емоційну інформацію для обчислення ціннісних очікувань (наприклад, орбітофронтальна кора) і відіграють різні ролі в мотивації, виборі дій та навчання асоціації (наприклад, striatum). У порівнянні з дорослими, підлітки мають знижений гемодинамічний відповідь в латеральній орбітофронтальній корі і підвищену активність вентрального стриатума на винагороду (Ernst et al., 2005; Galvan et al., 2006). Інші виявили знижену активність у правому вентральному смугастому і правому розширеному кутіку під час очікування нагородження, не спостерігалися відмінності у віковій активності після результату посилення (Bjork et al., 2004). Під час прийняття рішень підлітки мали зменшену праву передню поясну і ліву орбітофронтальну / вентролатеральну активацію ПФК порівняно з дорослими під час ризикованого вибору (Eshel et al., 2007). Підлітки також активізували свій вентральний стриатум і орбітофронтальну кору сильніше, ніж дорослі, оскільки вони брали на себе більший ризик під час гри вогню Stoplight - ефект, обумовлений неявним тиском однолітків (Chein et al., 2011).

У ряді досліджень спостерігається незрілість систем когнітивного контролю підлітків, а також погана поведінкова поведінка (Luna et al., 2010). Наприклад, під час виконання завдань, які вимагають інгібування домінантної відповіді (продуктивність якої покращується з віком), підлітки збільшують активність ПФУ в деяких субрегіонах і знижують активність в інших (Bunge et al., 2002; Rubia et al., 2000; Tamm et al., 2002). Під час антисаккадного когнітивного контрольного завдання активність підлітків (але не дорослої) вентрального стриатума знижувалася при перегляді сигналу, який вказував, якщо винагорода була доступна під час даного випробування, але вона була більш активна, ніж її дорослий колега під час очікування винагороди (Geier et al., 2009). Таким чином, підлітки зазвичай активують подібні когнітивні та афективні структури як дорослі, хоча часто з різними величинами або просторовими і часовими структурами, або рівнями функціональної взаємозв'язку (Hwang et al., 2010).

Дозрівання внутрішньо- та міжрегіональної зв'язності та координації нейронів може відігравати центральну роль у поведінковому розвитку підлітків. Існує пряма залежність між показниками білої речовини, що збільшується через підлітковий вік, та інгібуючої ефективності контролю (Liston et al., 2006). Розробка білої речовини також безпосередньо пов'язана з поліпшенням функціональної інтеграції регіонів сірої речовини, що передбачає більш розподілену мережеву активність через розвиток (Stevens et al., 2009). Це підтверджується дослідженням, в якому, використовуючи МРТ функціональної зв'язності у стані спокою, разом з аналізами графів, спостерігали перехід від більшої зв'язності з анатомічно проксимальними вузлами до мереж, які були більш широко інтегровані по всіх вузлах у зрілому віці, незалежно від відстані (Fair et al., 2009). Аналогічно, вікове збільшення функціональної інтеграції лобових і парієтальних областей сприяє поліпшенню інгібуючого контролю вгору-вниз при антисаккадному завданні (Hwang et al., 2010). Розвиток білої речовини, швидке обрізання синапсів (які є в основному локальними збудливими зв'язками), а також зміна розвитку місцевої міжнейронової діяльності можуть сприяти більш широкій функціональній координації між областями мозку шляхом розвитку. Менш широко розповсюджена активність у підлітків також була продемонстрована в іншій задачі когнітивного контролю (Velanova et al., 2008). У той же час дифузний функціональний сигнал, не пов'язаний з виконанням завдань, зменшується через розробку (Durston et al., 2006). Таким чином, модель дорослого використання більш розподілених мереж збігається зі зменшеною діяльністю, яка не має відношення до задачі, що вказує на більшу ефективність у структурі та масштабі кортикальної обробки.

Електрофізіологічні дослідження також виявили докази подальшого розвитку нейрональних реакцій і більшої локальної та довгострокової координованої активності через підлітковий вік. Наприклад, контингент негативного відхилення, який є потенційно негативним наслідком напруги під час підготовки відповіді, розвивається лише в пізньому дитинстві і продовжує збільшуватися через підлітковий вік (Bender et al., 2005; Сегаловиц і Девіс, 2004). Вважається, що це відображає вікові відмінності в розподілі PFC обробки уваги і виконавчого контролю двигуна (Segalowitz et al., 2010). Інша вікова електрофізіологічна зміна - це розвиток сильного позитивного піку (P300) приблизно через 300 мс після того, як доводиться до стимулу. Зрілий малюнок P300 не відображається приблизно до віку 13 (Сегаловиц і Девіс, 2004). Нарешті, негатив, пов'язаний з помилками, є негативним напругою, центрированним над передньою поясною корою під час випробувань різних помилок. Хоча існує певна мінливість у віці його появи, вона, здається, прибуває в середині юності (Сегаловиц і Девіс, 2004). Ці знахідки надають додаткові докази для продовження дозрівання префронтальної коркової обробки в підлітковому віці. Segalowitz і його колеги також виявили, що відношення сигнал / шум електричних сигналів дітей і підлітків часто нижчі, ніж у дорослих. Це може бути пов'язано з функціональною незрілістю або внутрішньоіндивідуальною нестабільністю ділянок мозку, що виробляють ці сигнали (Segalowitz et al., 2010). Це може також відображати зменшену нейронну координацію підлітків всередині і між областями мозку. Така інтерпретація відповідає виконуваній роботі Uhlhaas та колеги (2009b), у яких електроенцефалограми (ЕЕГ) реєструвалися у дітей, підлітків та дорослих під час завдання розпізнавання обличчя. Вони спостерігали зменшення коливальної сили тета (4 – 7 Hz) і гамма-смуги (30 – 50 Hz) у підлітків порівняно з дорослими. Крім того, у тета, бета (13 – 30 Hz) і гамма-діапазонах була більша фаза синхронізація на великій відстані, а також поліпшена продуктивність завдань у дорослих. Коливання ЕЕГ обумовлені флуктуаціями нейрональної збудливості і вважаються для точної настройки часу виведення спайку (Фрі, 2005). Заходи синхронізації в конкретних частотних діапазонах полегшують зв'язок між нейрональними групами і можуть бути критичними для численних перцептивних і когнітивних процесів (Uhlhaas et al., 2009a). Таким чином, ці дані свідчать про посилену координовану обробку на місцевому рівні та поліпшення міжрегіонального зв'язку від підліткового віку до дорослого життя (Uhlhaas et al., 2009b).

Інший корисний підхід до вивчення змін нервової активності через підлітковий вік в природних умовах електрофізіологічний запис з імплантованих електродних масивів у буденних тварин. Ця методика дозволяє реєструвати активність окремих нейронів, а також великих масштабів польових потенціалів. Нещодавно було проведено таке дослідження, в якому підлітки і дорослі щури виконували просте цілеспрямоване поведінка (Малюнок 1a) як записи були взяті з орбітофронтальної кори. Незважаючи на те, що у підлітків і дорослих спостерігається однакова поведінка, спостерігаються відмінні відмінності у кодуванні, пов'язані з віком, особливо для винагороди (Штурман і Могаддам, 2011). Це вказує на те, що навіть коли поведінка може здатися схожою, префронтальна кора підлітка перебуває в іншому стані, ніж у дорослих. Зокрема, нейрони підлітків орбітофронтальної кори стали набагато більш збуджені до винагороди, тоді як частка інгібуючих нейронів підлітків була значно меншою в той час і в інших точках завдання (Малюнок 1b). Оскільки нейронне гальмування є критичним для контролю точного часу спайків і захоплення синхронізованої коливальної активності (Cardin et al., 2009; Fries et al., 2007; Sohal et al., 2009), зменшене завдання, пов'язане з підлітком орбітофронтального кори головного мозку, нейрональне інгібування може бути безпосередньо пов'язане з великомасштабними нейронними кодуючими відмінностями, що спостерігаються в цьому дослідженні і описаними іншими. Нарешті, протягом більшої частини завдання підлітки демонстрували більшу перехресно-мінливу крос-випробувальну мінливість, що могло б вказувати на менший сигнал від шуму у підлітковій префронтальній корі. Таким чином, з розвитком префронтальної кори підвищене фазове гальмування на рівні одиничних одиниць могло б сприяти більшій внутрішньо- та міжрегіональній ефективності нейронної координації та обробки.

  

малюнок 1

А) Схема поведінкового завдання. Щури виконували інструментальну поведінку всередині стандартної оперантної камери. Кожне випробування почалося з настанням світлового сигналу в пробоїні (Cue). Якщо щур врізався в цю отвір, коли світло горило (Poke) ...

5. Гіпотези нейропатології

Враховуючи всі нейродеструкторські зміни підліткового віку, що пояснює особливі поведінкові відмінності та уразливості цього періоду? У попередніх розділах наводяться докази різноманітних неврологічних змін підлітків та вікових відмінностей та вразливостей. Тут ми представляємо кілька гіпотез або моделей, які явно пов'язують підліткові відмінності в мотивованій поведінці, соціальному розвитку та поведінковому гальмуванні з дозріванням конкретних нейронних ланцюгів (Таблиця 2).

  

Таблиця 2

Нейровізіоральні гіпотези інтегрують поведінкові зміни підлітків з розвитком мозку

Удосконалення мережі соціальної обробки інформації в підлітковому віці є однією з моделей, що пов'язують соціальний розвиток підлітків із змінами мозку (Nelson et al., 2005). Ця структура описує три взаємопов'язані функціональні вузли з різними нейронними структурними підходами: вузол виявлення (нижня потилична кора, нижня і передня скронева кора, внутрішньопарієнтарна борозна, веретеноподібна звивина і верхня скронева борозна), афективний вузол (мигдалина, вентральний стриатум, перегородка, ядро ліжка stria terminalis, гіпоталамус і орбітофронтальна кора в деяких умовах), а також когнітивно-регуляторний вузол (ділянки префронтальної кори). Вузол виявлення визначає, чи містяться стимули соціальної інформації, яка далі обробляється афективним вузлом, який наносить такі стимули з емоційним значенням. Когнітивно-регуляторний вузол додатково обробляє цю інформацію, виконуючи більш складні операції, пов'язані з сприйняттям психічних станів інших людей, перешкоджаючи домінантним відповідям, і генеруючи цілеспрямоване поведінка (Nelson et al., 2005). Підліткові зміни чутливості та взаємодії цих вузлів передбачають інтенсифікацію соціальних та емоційних переживань, сильний вплив на прийняття рішень підлітками та сприяють виникненню психопатологій у цей період (Nelson et al., 2005).

Модель тріадного вузла (Ernst et al., 2006) стверджує, що специфічна траєкторія розвитку областей мозку, що підтримують афективну обробку та когнітивний контроль, і баланс між ними, може лежати в основі схильності підлітків до ризику. Ця модель також базується на активності трьох вузлів, що відповідають конкретним областям мозку. У цьому випадку вузол, що відповідає за підхід за винагороду (вентральний стриатум) знаходиться в балансі з вузлом уникнення покарання (мигдалиною). Модуляційний вузол (префронтальна кора) впливає на відносний вплив цих сил компенсації, і ризикована поведінка буде результатом підходу, що надає остаточне числення. Згідно з цією моделлю, в ситуаціях, що пов'язані з деяким імовірнісним компромісом між апетитними та аверсивними стимулами, підхідний вузол є більш домінуючим у підлітків. Гіперактивність або підвищена чутливість системи нагороджувального підходу в іншому випадку можна було б скорегувати за активністю на ділянках префронтальної кори, проте її нерозвиненість у підлітків не дозволяє адекватно самоконтролювати і пригнічувати контроль (Ernst and Fudge, 2009).

Кейсі і колеги висувають гіпотезу, що відмінності в траєкторії розвитку підліткової префронтальної кори проти підкіркових структур (наприклад, вентральний стриатум і мигдалина), а також зв'язки між ними, можуть пояснювати поведінкові схильності підлітків (Casey et al., 2008; Сомервіль і Кейсі, 2010; Somerville et al., 2010). Під час виконання завдання, що передбачає отримання різних значень винагороди, ступінь активності підлітків у ядрі accumbens був подібний до активності у дорослих (хоча і з більшою величиною), тоді як картина орбітофронтальної кортикальної діяльності виглядала більше як у дітей, ніж у дорослих (Galvan et al., 2006). Відносна зрілість підкіркових систем і незрілість префронтальної кори, яка є критичною для когнітивного контролю, може призвести до більшої схильності підлітків до прагнення до відчуття та прийняття ризику. Ключовим тут, як і в моделі тріадного вузла, є концепція відносного міжрегіонального дисбалансу в підлітковому віці, на відміну від дитинства, коли ці області є відносно незрілими і дорослими, коли всі вони зрілі (Somerville et al., 2010). Ця модель також схожа на рамки Штейнберга, в яких відносне зменшення ризику від підліткового віку до дорослого життя обумовлено розвитком когнітивних систем управління, зв'язків, що сприяють інтеграції пізнання і впливу між кортикальними і підкірковими регіонами, а також відмінностями в нагоді. або чутливість (Steinberg, 2008).

Центральною темою цих моделей є те, що у підлітків існують відмінності в чутливості, рівні або ефекті активності в кортикальних і підкіркових регіонах в мережах, які використовують емоційну обробку і когнітивний контроль. Виходячи з наших даних та інших доказів, ми припускаємо, що такі відмінності можуть бути наслідком зниженої координації нейронів і ефективності обробки у підлітків, які проявляються в результаті менш ефективної передачі інформації між регіонами і дисбалансу нейронального збудження і гальмування в критичних областях мозку. , такі як орбітофронтальна кора і ділянки базальних гангліїв. Як описано раніше, пробірці робота продемонструвала різкі зміни в схемах експресії різних рецепторів і ефекти активації рецептора, включаючи відповідь інгібіторних швидкорозривних інтернейронів на допамінову і NMDA рецепторну стимуляцію. Такі зміни могли б впливати як на баланс збудження і гальмування, так і на координацію нейрональних груп. Оскільки швидкодіюча інтернейронова активність є критично важливою для контролю точного часу нейронної активності та захоплення коливань, зміна розвитку підліткової інтернейронної активності та їх відповідь на нейромодулятори, такі як дофамін, можуть бути центральними для деяких вікових відмінностей в обробці. Внаслідок цього, нейронна активність підлітків може бути менш узгодженою, шумною та більш локальною, а також, можливо, більш чутливою до поведінково-активуючих ефектів винагород, новизни або інших виразних стимулів. Зменшення міжрегіональної коливальної координації, що ще більше ускладнюється неповною мієлінізацією, могло б одночасно враховувати менш розподілену функціональну активність, що спостерігається у візуалізаційних дослідженнях. Раніше згадана тенденція для підлітків на користь ризикованого вибору в емоційно заряджених контекстах також може бути пов'язана з комбінацією зменшеного міжрегіонального зв'язку (наприклад, відмова префронтальної кори ефективно послабити субкортикальні сигнали в базальних гангліях) і перебільшено активація та / або зниження гальмування до виразних сигналів у контексті мотивованої поведінки, як ми спостерігали під час очікування нагородження в орбітофронтальній корі.

6. резюме

Оскільки ми дізналися більше про специфічні зміни мозку та поведінки підліткового віку, було запропоновано кілька нейро-поведінкових моделей. Центральною частиною більшості з них є уявлення про те, що незріла нейрональна обробка в префронтальній корі та інших кортикальних і підкіркових областях, разом з їх взаємодією, призводить до поведінки, яка зміщена до ризику, винагороди та емоційної реактивності протягом періоду підлітка. Нещодавні роботи по розвитку інгібіторних інтернейронових ланцюгів та їх зміна взаємодії з нейромодуляторними системами підліткового віку також можуть пролити світло на те, чому хвороби, як шизофренія, зазвичай виявляються в цей час. Використовуючи методи, такі як fMRI у людей і електрофізіологічні записи у лабораторних тварин, ми починаємо більш точно визначати, як підлітки обробляють нагороду та інші аспекти мотивованої поведінки інакше, ніж дорослі. Це важливий крок у визначенні вразливостей мозку на основі нормальної поведінки підлітків і розуміння патофізіології психічних захворювань, що розвиваються протягом цього періоду.

Виноски

посилання