Роль пубертату у розвитку мозку підлітків (2010)

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

Опубліковано онлайн 2010 травня 3. doi:  10.1002 / hbm.21052
PMCID: PMC3410522
Сара-Джейн Блейкмор,1,* Стефані Бернет,1,2 та Рональд Е Даль3

абстрактний

Підлітковий вік відноситься до періоду фізичного і психологічного розвитку між дитинством і дорослим. Початок підліткового віку слабо прив'язане до початку пубертатного періоду, що призводить до значних змін у рівні гормонів і ряду послідовних фізичних змін. Початок статевого дозрівання також пов'язано з глибокими змінами у приводах, мотиваціях, психології та соціальному житті; ці зміни тривають протягом усього юності. Існує все більша кількість нейровизуализирующих досліджень, що розглядають розвиток мозку, як структурно, так і функціонально, під час підліткового віку. Майже всі ці дослідження визначили розвиток за хронологічним віком, що показує сильну, але не унітарну кореляцію з стадією пубертату. Дуже мало нейровипромінювальних досліджень пов'язано з розвитком мозку з стадією пубертату, і все ж є попередні докази, які свідчать про те, що статеве дозрівання може відігравати важливу роль у деяких аспектах розвитку мозку та когнітивного розвитку. У даній роботі ми описуємо це дослідження, і ми припускаємо, що в майбутньому розвиток нейровізуальних досліджень у підлітковому віці повинен враховувати роль пубертату. Hum Brain Mapp, 2010. © 2010 Wiley-Liss, Inc.

Ключові слова: статеве дозрівання, підлітковий вік, розвиток, гормони, префронтальна кора
Перейти до:

ВСТУП

Підлітковий вік - це період фізичного, когнітивного і соціального дозрівання між дитинством і дорослим [Лернер і Штейнберг, 2004; Сіск і Фостер, 2004]. Початок підліткового віку відбувається навколо початку статевого дозрівання і, отже, відзначається різкими змінами рівня гормонів і зовнішнього вигляду (включаючи швидке фізичне зростання, зміни в структурі обличчя і поява вторинних статевих ознак). За той же інтервал, підлітки відчувають численні зміни в соціальних, академічних та інших впливах навколишнього середовища, і зазвичай входять у стадію глибокого психологічного переходу. Кажуть, що кінець підліткового віку відбувається, коли людина досягла стабільної дорослої ролі, коли більшість пубертатних переходів досягли завершення, принаймні у промислово розвинених країнах [Чоудхурі, 2010; Лернер і Штейнберг, 2004]. Протягом усього підліткового віку відбуваються зміни в структурі і функції мозку. Статевий диморфізм у багатьох з цих змін вказує на можливі зв'язки з пубертатом.

Відносно мало відомо про зв'язок між пубертатом і нервовим розвитком у людей. Проте, безліч доказів з нелюдських досліджень на тваринах вказує на те, що гормональні події статевого дозрівання впливають на дозрівання і поведінку мозку [Cahill, 2006; Сіск і Фостер, 2004; Спис, 2000]. Ці зміни формують сприйняття, мотивацію та поведінковий репертуар індивіда, що сприяє репродуктивній поведінці та незалежності [Sato et al., 2008]. В останні роки невелике, але зростаюче число поведінкових та нейровизуализирующих досліджень, включаючи популяції з ендокринними порушеннями, надали попередні докази того, що пубертатні гормони можуть впливати на структуру і функції людського мозку, що розвивається.

Перейти до:

PUBERTY: ПОЧАТОК ПІДЛІТКИ

Ранній підлітковий вік характеризується змінами в організмі внаслідок статевого дозрівання, що складається з трьох ендокринних подій: адренарха, гонадара і активації ростової осі [Dorn, 2006; Спис, 2000]. Гонадарче, яке часто ставиться до періоду статевого дозрівання як такого, є біологічним процесом, що починається з активації гіпоталамо-гіпофізарно-гонадної осі і закінчується досягненням репродуктивної компетентності. Цей процес, як правило, починається між віком 8 і 14 років у жінок (середній вік 11), і між віками 9 і 15 у чоловіків (середній вік 12), у відповідь на пульсуючий вивільнення гонадотропін-рилізинг гормону (GnRH) з гіпоталамуса, який стимулює вироблення гіпофіза лютеїнізуючого гормону (ЛГ) і фолікулостимулюючого гормону (ФСГ). LH і FSH активують дозрівальні зміни в статевих залозах (яєчниках або яєчках), які реагують шляхом досягнення репродуктивної здатності (вироблення гамет). Дозрівання яєчників і яєчок також виділяють гонадние стероїди естрогену і тестостерону відповідно. Таке збільшення стероїдів гонад у свою чергу викликає додаткові зміни в репродуктивних органах, а також поява вторинних статевих ознак [Сусман і Роголь, 2004].

Адренач або активація гіпоталамо-гіпофізарно-надниркової осі часто починається раніше, ніж у гонадарів, зазвичай у віці від шести до дев'яти років у жінок, а через рік у чоловіків [Dorn, 2006; Grumbach і Styne, 2003]. Надниркові андрогени (слабкі форми гонадового тестостерону) починають зростати на початку адренарха і продовжують збільшуватися до досягнення піку в ранніх 20s [Worthman and Stallings, 1997]. Таке збільшення надниркових андрогенів сприяє розвитку вторинних статевих ознак, таких як пахвові і лобкові волосся і зміни потових залоз / запаху тіла. Цілком можливо, що адренарх також породжує дозрівальні ефекти, які починаються до періоду, який зазвичай вважається підлітковим віком; однак, ці ефекти недостатньо вивчені [Dorn, 2006].

Третьою гормональною подією, яка виникає під час статевого дозрівання, є активація осі росту, що призводить до лінійного росту росту на рівні віку 12 у дівчаток і віку 14 у хлопчиків, а також зміни розмірів і складу тіла [Marshall and Tanner, 1969, 1970].

Перейти до:

ГОРМОНАЛЬНІ ЕФЕКТИ НА МОЗКУ ТА ПОВЕДІНКИ

Гонадні стероїдні гормони естроген і тестостерон, а також їх слабкі надниркові аналоги впливають на зовнішній вигляд тіла. Вони також впливають на мозок і поведінку. Ці ефекти передбачаються через два відносно різні процеси: організація та активація [Schulz et al., 2009; Сіск і Фостер, 2004]. Організаційні ефекти відбуваються до- і перинатально, з хвилями маскулінізації тестостерону і дефемінізації нервових ланцюгів у чоловіків, а також відсутністю тестостерону, що призводить до фенотипу нейронів у жінок. Ефекти активації відбуваються в період статевого дозрівання, оскільки гонадние стероїдні гормони діють на сплячі нейронні ланцюги, щоб викликати репродуктивну поведінку дорослих у контексті; Нещодавня модернізація цієї дихотомії свідчить про те, що гормональні події статевого дозрівання також організовують нейронні ланцюги для соціальної та репродуктивної поведінки дорослих [Schulz et al. 2009; Сіск і Фостер, 2004]. Дійсно, виходячи з результатів досліджень нелюдських тварин, можна припустити, що гормональні події статевого дозрівання викликають другий період структурної реорганізації та пластичності в мозку [Sisk and Foster, 2004]. У людини, однак, дуже мало розуміння специфічних зв'язків між пубертатом і розвитком мозку підлітків.

Дослідження на тваринах показують, що статеві стероїдні гормони надають три основні ефекти на поведінку в період статевого дозрівання, через специфічні структури мозку. Першим ефектом є полегшення безпосередньо репродуктивної поведінки, яке відбувається головним чином через гіпоталамус. Другий ефект полягає в реорганізації сенсорних і асоціативних областей мозку, включаючи зорову кору [Nunez et al., 2002], мигдалину і гіпокамп [Hebbard et al., 2003; Ромео і Сіск, 2001; див. також Shen et al., 2010]. Це призводить до змінених сенсорних асоціацій, наприклад, до запаху або зору потенційних сексуальних партнерів або конкурентів [Sisk and Foster, 2004], які можуть сприяти певним змінам уваги та мотивації в період статевого дозрівання. Третій ефект гормонів статевого дозрівання відбувається через пов'язані з винагородою структури мозку, такі як nucleus accumbens, і допамінергічні шляхи до префронтальної кори. Ці ефекти необхідні для встановлення сильної мотивації шукати репродуктивні можливості. Наприклад, в ядрі accumbens гризунів, пубертатні збільшення нервових ланцюгів ремоделювання тестостерону впливає на мотивацію до поведінки, що шукає винагороду, включаючи сексуальну поведінку [Sato et al. 2008]. Можливо, що гормони адренархелу (DHEA і DHEAS) починають надавати аналогічні ефекти на мозок і поведінку до початку гонада, але ці ефекти погано вивчені. Звичайно, існує потреба у більш глибоких дослідженнях, присвячених найбільш раннім етапам пубертату / адренарха, для того, щоб просунутись до розуміння цих аспектів пубертатного періоду та розвитку та поведінки мозку підлітків [див. 2006; для обговорення].

Перейти до:

ВИМІРЮВАННЯ ПУБЕРТИКИ В ДОСЛІДЖЕННЯХ РОЗВИТКУ МОЗКУ ПОДОРОЖУ

Відносно мало відомо про специфічні для пубертату зміни в розвитку людського мозку. Поглиблення розуміння в цих сферах потребуватиме ретельної уваги на двох рівнях: концептуально та методологічно. Концептуально це потребуватиме розробки та вдосконалення моделей розвитку мозку підлітків, які стосуються специфічних аспектів дозрівання пубертатів (наприклад, специфічних гормонів), які є причинно пов'язаними з конкретними аспектами змін мозку та поведінки. Методологічно, це вимагатиме досліджень, розроблених з вибором зразків і заходів пубертату, які дозволяють перевірити ці конкретні гіпотези. Оскільки часто вік і дозрівання пубертату співвідносяться (і вік легко вимірюється з великою точністю і достовірністю, тоді як статеве дозрівання часто оцінюється з грубими категоричними заходами, які нелегко перевірити), існує потреба в дослідженнях з конструкціями, які явно розгалужують пубертет і вік ефекти (наприклад, набирання зразків, які мають однаковий вік і рівень, але відрізняються за дозріванням пубертату, а потім поздовжньо повторюються).

Ці цілі висувають ряд питань щодо того, як виміряти конкретні аспекти пубертатного дозрівання в дослідженнях людини. Для початку, статеве дозрівання не є ні короткою подією, ні унітарним явищем, але замість цього включає в себе кілька різних, але тимчасово перекриваються процесів, які тривають протягом декількох років [Dorn, 2006]. Як описано раніше, ці процеси включають активацію систем надниркових, гонадних і гормонів росту, і, крім того, безліч прямих і непрямих ефектів, від росту струсків до зміни самооцінки. Отже, найбільш відповідний показник статевого дозрівання залежить частково від конкретного дослідження в кожному дослідженні.

Часто використовуваним показником статевого дозрівання є Tanner Stage. Постановка Таннера класифікує індивідуумів за шкалою ординального статевого дозрівання від 1 до 5, на основі розвитку лобних волосся і грудей у ​​жінок, а також лобкових волосся і розвитку статевих органів у чоловіків [Tanner, 1971; Таннер і Уайтхаус, 1976]. Проведення таннера шляхом фізичного обстеження повинно проводитися кваліфікованим лікарем. Існує кілька обмежень для постановки Таннера. Шкала була розроблена з посиланням на одну етнічну групу (можуть бути міжетнічні відмінності) і на відносно невеликій вибірці дітей 200. Дівчата з надмірною вагою, як правило, виявляються неточною постановкою, що пов'язано з опорою на розвиток молочної залози, яка може бути помилково переоцінена в чисто візуальному дослідженні. Незважаючи на ці обмеження, постановка Таннера історично вважалася золотим стандартом для вимірювання пубертату [Dorn, 2006].

У світлі вищезазначених проблем можна очікувати, що постановка Таннера шляхом фізичного обстеження може бути корисно доповнена гормональними аналізами, оскільки вони вимірюють гормони надниркових і гонадних (або надниркових / гонадних) гормонів, що надходять від їх зовнішніх фізичних ефектів. Гормональні аналізи можуть бути більш корисними для вимірювання стадії пубертату в майбутньому; однак в даний час незрозуміло, яким чином вимірювання гормонів слід поєднувати з іншими заходами, такими як стадії Таннера [див. Shirtcliffe et al., 2009]. Існують також інші практичні питання, що стосуються гормональних заходів, включаючи витрати, тягар навантаження та той факт, що рівні різних гормонів статевого дозрівання коливаються в місячних і циркадних циклах. Мало досліджень було проведено, порівнюючи рівень гормонів у різних біологічних зразках (слина, кров, сеча) з оціненими клініцистом стадіями Таннера [див. 2006; Shirtcliffe et al., 2009], тому незрозуміло, скільки ваги слід приділяти рівні гормонів. На концептуальному рівні, наприклад, деякі нейро-поведінкові зміни в період статевого дозрівання можуть бути прямим результатом підвищення рівня гормонів на специфічних нейронних системах під час розвитку підліткового мозку (і, таким чином, найкраще кількісно визначені за допомогою гормональних заходів), тоді як інші нейро-поведінкові зміни можуть відображати більш складні впливи (наприклад, зміни в соціальному досвіді, які більш безпосередньо пов'язані з фізичними змінами і соціальними ролями, і краще пов'язані зі стадіями Таннера, ніж будь-які конкретні зміни гормонів).

Проведення таннера шляхом фізичного обстеження кваліфікованим лікарем може підняти практичні питання щодо доцільності та зручності. Часто це найкраще виконується в контексті короткого «медичного» іспиту. Тобто, постановка Таннера може бути частиною звичайного фізичного медичного обстеження і тому не повинна бути пов'язана з будь-яким стигмою або етичними проблемами (крім звичайної фізичної перевірки здоров'я). Однак вартість (час лікаря, спеціальна кімната та обладнання для фізичного обстеження, пояснення процедур для підлітків та сім'ї) може зробити це недоцільним для багатьох досліджень. Тому важливо розглянути альтернативні способи кількісного визначення пубертатного дозрівання, наприклад, оцінки за допомогою опитувальника самостійного звіту. Відносно велика кількість досліджень оцінювала ступінь Таннера, що оцінюється самостійно (або оцінювалася батьками), використовуючи шкалу розвитку Петерсена [PDS; Petersen et al., 1988]. Це анкета, що включає в себе елементи оцінки росту волосся, зміни шкіри та росту росту волосся, з конкретними статтю, тобто, розвиток менархе та молочної залози у жінок, а також зростання геніталій та волосся на обличчі у чоловіків. Таким чином, PDS вимірює складний показник статевого дозрівання, який включає вплив надниркових і гормонів росту, а також гормонів гонад. Кореляції з оціненою клініцистом стадією Таннера не є особливо високими: одне дослідження виявило співвідношення між 0.61 і 0.67 в 11- до 13-річних дівчаток для самодоповіді PDS [Brooks-Gunn et al., 1987; кореляції є ще нижчими для PDS звітів батьків; див. Shirtcliffe et al. 2009]. Ступінь, до якої ці відносно низькі кореляції обумовлені неточним самооцінкою, або окремими конструкціями, такими як явні наслідки надниркових / росту проти гонадових гормонів, потребує оцінки. PDS можна використовувати з обережністю для оцінки стадії Таннера, коли фізичне обстеження неможливе. Однак, якщо питання дослідження не стосується рівнів гормонів і стадії Таннера, а, навпаки, стосується самооцінки і самосвідомості, або стадії пубертату по відношенню до однолітків, можна стверджувати, що PDS є найбільш важливим заходом [див. , 2006 для обговорення]. Підсумовуючи, дослідники повинні приділяти достатнє врахування того, який аспект пубертату є найбільш релевантним для їхнього дослідницького питання, і відповідно вибирати свої показники пубертату (і загального дизайну дослідження).

Перейти до:

РОЗВИТОК ПУБЕРТИ І СТРУКТУРНОГО МОЗКУ ЯК ВИМІРОВАНО МРТ

Поява неінвазивних методів візуалізації мозку, зокрема магнітно-резонансної томографії (МРТ), дозволило дослідити розвиток живого людського мозку. Зміни в розвитку, визначені за допомогою МРТ, включають зміни в кількості сірої і білої речовини і зміни мікроструктури білої речовини.

Розвиток сірої речовини підлітків

Кількість кортикальної сірої речовини (її щільність, об'єм і товщина) змінюється в дитинстві і підлітковому віці в специфічному для регіону і переважно нелінійному порядку [Giedd et al. 1999; Shaw et al., 2008; Sowell et al., 1999; Tamnes et al., 2009; див., наприклад, Blakemore, 2008 для перегляду]. У більшій частині кортикальної поверхні розвиток сірої речовини відповідає перевернутій U-траєкторії розвитку, спочатку збільшується в обсязі в дитинстві, досягаючи піку в підлітковому віці, і неухильно знижується до дорослого віку. Сіра речовина складається з клітинних тіл, дендритів і неміелінізованих аксонів нейронів, а також гліальних клітин і капілярів. Таким чином, і на основі доказів з гістологічних зразків [наприклад, Huttenlocher, 1979], було висловлено припущення, що траєкторія розвитку сірої речовини у формі перевернутого U, що спостерігається в людських МР-скануваннях, обумовлена ​​дендритними виростами і синаптогенезом, а потім синаптичною обрізкою [наприклад, Giedd et al., 1999]. Рання стаття Giedd et al. [1999] показали цю інвертовану форму U-форми розвитку сірої речовини через лобову, скроневу і парієтальну частки кортики, хоча не всі наступні дослідження дали чітку реплікацію цієї картини (наприклад, Shaw et al., 2008; Tamnes et al., 2009). У Giedd et al., Фронтальні і тім'яні частки досягали пікового об'єму сірої речовини у віці 11 у дівчаток і 12 у хлопчиків, перш ніж проходили подовжену послідовність розрідження до дорослого віку. Вік, коли спостерігалися ці піки об'єму сірої речовини, відповідає статево диморфному віку початку гонадової оболонки, що свідчить про можливі взаємодії між гормонами статевого дозрівання і розвитком сірої речовини. Інші дослідження МРТ показали поступове виникнення статевих диморфізмів через статеве дозрівання, із збільшенням обсягу мигдалини під час статевого дозрівання тільки у чоловіків, і збільшення обсягу гіпокампу у жінок [Lenroot et al. 2007; Neufang et al., 2009]. Таким чином, можливо, що нейроанатомічний розвиток у певних областях головного мозку більш тісно пов'язаний з пубертатом, ніж у інших областях мозку. Проте в цих дослідженнях не було отримано прямих заходів статевого дозрівання.

Роль пубертату в розвитку сірої речовини

В останні роки ряд досліджень підлітків МРТ більш детально досліджували взаємозв'язки між структурним розвитком мозку, статтю та пубертатом. Піддослідне структурне дослідження МРТ Peper et al. [2009b] показали позитивну зв'язок між рівнем тестостерону та глобальною щільністю сірої речовини у чоловіків (а не у жінок), тоді як у жінок спостерігалася негативна зв'язок між рівнем естрадіолу та глобальною та регіональною щільністю сірої речовини. Чи можна відтворити ці ґендерні відмінності, і чи дійсно вони є специфічними для регіону, треба ще побачити. В іншому місці було показано докази впливу пубертатних заходів на структурні міри мозку на рівні регіону та гендерної специфіки. Наприклад, Neufang et al. [2009] досліджували зв'язки між обсягом сірої речовини, статтю та пубертатними заходами у учасників віку 8 – 15. Пубертатні заходи були оцінені лікарем за стадією Таннера і плазмовими концентраціями гонадотропних (ЛГ, ФСГ) і гонадових (тестостерону, естрогену) гормонів. Незалежно від статі, існувала позитивна залежність між пубертатними заходами (стадія Таннера і тестостероном) і обсягом сірої речовини в мигдалині, а також негативний зв'язок між цими показниками та об'ємом гіпокампа. Крім того, існували гендерно-специфічні ефекти: жінки показали позитивний зв'язок між рівнями естрогену і лімбічної сірою речовиною, а самці виявили негативний зв'язок між тестостероном і тім'яною сірою речовиною кори. Всі ці висновки є попередніми і потребують реплікації, але вони є важливим першим кроком у цій новій області досліджень.

Розвиток білої речовини підлітків

У багатьох дослідженнях МРТ спостерігається стійке лінійне збільшення глобального обсягу білої речовини між дитинством і підлітковим віком, причому це зростання сповільнюється і стабілізується в дорослому віці [Giedd et al., 1999; Tamnes et al., 2009]. Це збільшення відрізняється між підлогами в підлітковому віці, причому чоловіки демонструють значно більш різке вікове збільшення обсягу білої речовини, ніж у жінок [наприклад, Perrin et al., 2008, 2009]. Збільшення обсягу білої речовини пояснюється прогресуючою віковою мієлінією аксонів, що спостерігається в гістологічних зразках [Benes et al. 1994; Яковлев і Лекур, 1967], або, альтернативно, до збільшення аксонального калібру [Paus et al., 2008].

На додаток до змін обсягу білої речовини, дослідження показали супутні зміни мікроструктури білої речовини. Фракційна анізотропія (ФА) є показником МРТ, що описує ступінь, до якої дифузія молекул води в мозку анізотропна (не однакова у всіх напрямках). Вважається, що високі значення ФА, показані в дослідженнях дифузійного тензора (DTI) -MRI, відображають зростаючу організацію трактів білої речовини внаслідок процесів, включаючи мієлінізацію. Дослідження послідовно показують збільшення ФА у підлітковому віці, наприклад, у лобних частках [Barnea-Goraly et al. 2005]. До теперішнього часу дослідження не показали доказів сексуальних диморфних траєкторій розвитку ФА.

Іншим показником МРТ, який був використаний у розвитку, є коефіцієнт перенесення мієліну [MTR: Perrin et al., 2008, 2009]. MTR надає інформацію про вміст макромолекули (наприклад, вміст мієліну) тканини білої речовини. На відміну від FA, є докази для сексуально-диморфних траєкторій розвитку MTR. Зокрема, було показано, що MTR зменшується з віком у підлітковому віці лише у чоловіків [Perrin et al., 2008, 2009]. Було висловлено припущення, що це зниження МТР відображає збільшення калібру аксона, оскільки чим більше калібр, тим меншою буде кількість аксонів, які вписуються в одну і ту ж одиницю зображеного об'єму, і це призведе до відносного зменшення кількості мієліну [Paus et al. , 2008]. Залишаються питання щодо цих інтригуючих висновків з використанням MTR: наприклад, чи з'являться ці статеві відмінності до або виключно під час підліткового віку.

Роль пубертату у розвитку білої речовини

Траєкторії розвитку білої речовини відрізняються як функції пубертатних заходів. Одне дослідження повідомило про позитивний зв'язок між концентрацією LH і щільністю білої речовини у віці дев'яти років; цей зв'язок не відрізнявся між підлогами [Peper et al., 2009a]. Однак було показано, що в підлітковому віці траєкторії розвитку обсягу білої речовини, так само як і MTR, відрізняються між статями. Недавні дослідження Perrin et al. [2008, 2009] досліджували, чи може ця різниця бути наслідком статевого дозрівання гормонів, розташованих нижче за LH. Perrin et al. [2008] досліджували зв'язок між рівнями експресії гена, що кодує рецептор андрогенів (тестостерону), і розвитку білої речовини у чоловіків. Результати показали, що дисперсія траєкторій розвитку білої речовини у чоловіків дійсно пов'язана з рівнями експресії генів, що свідчить про те, що вплив тестостерону може бути причиною сексуальної диморфної залежності між віком і обсягом білої речовини. У Perrin et al. [2009], були представлені докази щодо статевого диморфізму в механізмі підліткового збільшення обсягу білої речовини.

Підсумовуючи, ряд досліджень показали, що гонадотропні і гонадние гормони статевого дозрівання впливають на структурний розвиток мозку. Необхідна подальша робота для дослідження механізмів, що лежать в основі специфіки регіону та статевого диморфізму у взаємозв'язку між гормонами статевого дозрівання та розвитком мозку. Нарешті, дослідження до цих пір не досліджували можливі взаємодії між термінами пубертатних подій і структурним розвитком мозку; це область для майбутніх розслідувань.

Перейти до:

РОЛЬ ПУБЕРТИ У КОГНІТИВНОМУ РОЗВИТКУ

Лише невелика кількість емпіричних поведінкових досліджень зосереджувалося на ефекті пубертату на конкретному когнітивному процесі. Деякі з найбільш ранніх досліджень зосереджувалися на обробці обличчя. Дослідження Carey et al. [1980] показали, що в той час, як продуктивність у процесі розпізнавання ідентичності особи постійно покращувалася протягом першого десятиліття життя, за цим слідувало зниження продуктивності приблизно в віці 12. Це зниження може бути пов'язано з пубертатом, а не з віком як такої, як більш пізнє дослідження показало, що жінки в середині пубертету виконували гірше ті, що були у до- або постпуберте, коли ці групи були узгоджені з віком. Нещодавно було показано докази пубертатного «занурення» в процесі обробки емоцій обличчя [McGivern et al., 2002]. У цьому дослідженні учасники чоловічої та жіночої статі у віці 10 – 17 виконували завдання, що відповідають вимогам, у яких обличчя, що показують емоційні вирази, співпадали з емоційними словами. Збільшення часу реакції навколо 10 – 20% було показано у віці, що відповідає початку пубертатного періоду (вік 10 – 11 років у жінок, 11 – 12 у чоловіків), який потім знижувався в підлітковому віці для досягнення рівнів препубертита у віці 16– 17. Однак це дослідження не оцінило стадії статевого дозрівання. Ці результати тепер повинні бути повторені, наприклад, з більш точними гормональними заходами статевого дозрівання, і з використанням поздовжньо оцінених когорт. Подальші дослідження також повинні досліджувати, чи є ці результати специфічними для обробки обличчя, або є більш загальнодоменним ефектом когнітивного розвитку підлітків.

Вплив статевих гормонів на когнітивні функції

Існують докази того, що гормони можуть мати різний вплив на поведінку в період статевого дозрівання, ніж у дорослому віці. Наприклад, модель збігу тестостероно-агресивних асоціацій свідчить про те, що в той час як рівень тестостерону збільшується в період статевого дозрівання, агресивна поведінка не показує жодних простих відносин з тестостероном під час підліткового віку [Archer, 2006]. Швидше за все, з'являються свідчення як про людські, так і нелюдські дослідження приматів про те, що тестостерон підвищує мотивацію до досягнення більш високого статусу, але специфічні наслідки для поведінки залежать від соціального та розвитку. Важливо підкреслити складність цих питань - тобто, ми знаходимося на дуже ранній стадії в інтеграції досліджень на тваринах (де експерименти можуть бути розроблені, щоб з'ясувати конкретні гормональні ефекти на конкретні нейронні системи) і дослідження людини, щоб вирішити важливі, але складні питання, пов'язані з когнітивними, емоційними та мотиваційними змінами, безпосередньо пов'язаними з пубертатом [див. Dahl and Gunnar, 2009для подальшого обговорення деяких клінічних наслідків і наслідків для громадського здоров'я].

Однак, існує кілька сфер конвергенції, що випливають з досліджень у цій сфері, які висвітлюють перспективні напрямки прогресу. Наприклад, існує все більше доказів того, що зміни підлітків у пошуках сенсації можуть включати деякі специфічні для пубертату зміни і можуть дати нові уявлення про ризик підлітків. Орієнтація на відчуття є одним з факторів, що сприяють розвитку ризикованої поведінки, і частіше виникає під час підліткового віку, ніж будь-який інший період часу [наприклад, Арнетт і Бал-Йенсен, 1993]. Сенсаційні тенденції виявляються більш тісно пов'язаними з пубертатом, ніж з віком [Спис, 2000]. Одне з перших досліджень, що демонструють специфічну зв'язок між сенсацією та пубертатом, зосереджено на підлітках у вузькому віковому діапазоні років 11 – 14. Хлопчики та дівчата з більш розвиненим пубертатним розвитком мали більш високий рейтинг пошуку сенсацій та більшого вживання наркотиків [Martin et al., 2002]. Зовсім недавно Стейнберг і Монахан [2007] знайшли докази того, що розбір сенсаційного пошуку з більш широкої конструкції імпульсивності (який іноді експериментально змішується з пошуком сенсації) показує перевернуту U-подібну траєкторію розвитку, що досягає піку в період пубертатного дозрівання і значною мірою пов'язана з показниками статевого дозрівання у хлопчиків. Даль і Гуннар [2009, для подальшого обговорення] повідомили про більш широкий спектр афективних змін, пов'язаних з пубертатом, наприклад емоції у відповідь на соціальні ситуації.

Підсумовуючи, декілька досліджень ще дослідили зв'язок між пубертатом і когнітивним розвитком, і ця область буде цікавою для подальших досліджень.

Перейти до:

РОЛЬ ПУБЕРТИ У ФУНКЦІОНАЛЬНОМУ РОЗВИТКУ МОЗКУ, ЯКІ ОЦІНЮЄТЬСЯ ФМТР

Дуже невелике число функціональних нейровизуализирующих досліджень, проведених до цих пір, включало заходи статевого дозрівання. Тим не менш, ряд досліджень МРТ для дорослих та підлітків (МРТ) показують ґендерні відмінності в нейронній активності в ряді когнітивних парадигм (повний огляд цих висновків виходить за рамки цієї статті). Деякі гендерні відмінності можуть бути обумовлені пренатальними ефектами статевих гормонів, незалежними від статевого дозрівання ефектами генів, закодованих на статеві хромосоми, або гендерно-специфічними екологічними ефектами протягом усього життя. Однак деякі з цих наслідків можуть бути пов'язані з пубертатом. Ці ефекти можуть бути опосередковані впливом на нейро-гемодинамічну зв'язок, через організаційні або активаційні ефекти на нейронну чутливість, вплив на когнітивну обробку або через непрямі впливи пубертатних переходів на когнітивну обробку через стереотипи та ідентичність. Необхідні подальші дослідження для з'ясування цих можливих відносин.

Кілька досліджень fMRI були проведені в популяціях з ендокринними порушеннями. Хоча результати важко інтерпретувати щодо типового статевого дозрівання і підліткового віку (ці популяції є гормонально аномальними до початку пубертету), вони надають збіжні докази того, що детермінанти або кореляти пубертату впливають на функціональну активність мозку. Наприклад, дослідження fMRI Mueller et al. [2009] порівнювали активність мозку під час обробки особистої емоції між підлітковими чоловіками з сімейним гіперандрогенією (що викликало надлишковий тестостерон з раннього віку). Щодо контролю, група з надмірним тестостероном показала підвищену активність гіпокампу при обробці страху, а також більш швидкі поведінкові реакції на обличчя, що демонструють страшні вирази. У дослідженні fMRI Ernst et al. [2007сім чоловіків і сім підлітків-жінок з вродженою гіперплазією надниркових залоз (що призводить до надлишку тестостерону в утробі матері) порівнювалися з віковими та гендерно-узгодженими контролями в аналогічній задачі обробки емоцій обличчя. На відміну від досліджень Mueller et al., В гіпокампі не повідомлялося про групові відмінності. Однак у жіночій клінічній групі активізувалася амігдальна активність під час обробки страху і гніву, порівняно з контролем жінок. Посилена активність амигдали в жіночій клінічній групі була подібна до такої у чоловічих контролів, що свідчить про опосередковує дію тестостерону.

Перейти до:

ВИСНОВОК

Статеве дозрівання являє собою період глибокого переходу в умовах дисків, емоцій, мотивацій, психології та суспільного життя. Недавні попередні дані, отримані в результаті дослідження МРТ з розвитку, показали, що стадія пубертату може відігравати важливу роль у розвитку мозку підлітків, можливо, більше, ніж хронологічний вік. Необхідні подальші поведінкові та нейровізуальні дослідження, в яких приймаються точні та достовірні заходи статевого дозрівання, щоб пролити світло на те, як гормони статевого дозрівання впливають на розвиток структури та функції мозку. Зрозуміло, що для досягнення кращого розуміння взаємозв'язків між мозком, пізнанням, поведінкою і пубертатом є велике значення. Однак ці цілі потребуватимуть концептуальних і методологічних досягнень, зосереджуючись на тому, як найкраще інтегрувати різні пубертатні заходи в дослідження розвитку підліткового мозку та поведінкового дозрівання.

Перейти до:

Подяки

SJB є науковим співробітником університету Королівського суспільства. SB фінансувався за докторантуру Wellcome Trust 4-року з неврології в UCL.

Перейти до:

Посилання

  • Арчер Дж. Тестостерон і людська агресія: оцінка гіпотези виклику. Neurosci Biobehav Rev. 2006;30: 319-345. [PubMed]
  • Arnett J, Balle-Jensen L. Культурні основи ризикованої поведінки: датські підлітки. Дитячий Dev. 1993;64: 1842-1855. [PubMed]
  • Барнеа-Горали N, Менон V, Екерт М., Тамм Л, Баммер Р, Карчемський А., Дант ЦК, Рейс АЛ. Розвиток білої речовини в дитинстві та підлітковому віці. Цереб. 2005;15: 1848-1854. [PubMed]
  • Benes FM, Turtle M, Khan Y, Farol P. Мієлінізація ключової релейної зони у формуванні гіпокампу відбувається в людському мозку в дитинстві, юності та дорослому віці. Arch Gen Psychiatry. 1994;51: 477-484. [PubMed]
  • Blakemore SJ. Соціальний мозок у підлітковому віці. Природа О.В. 2008;9: 267-277. [PubMed]
  • Брукс-Ганн Дж., Депутат Уоррен, Россо Дж., Гарджюло Дж. Обґрунтованість вимірювань самозвіту про статус пубертатного віку дівчат. Дитячий Dev. 1987;58: 829-841. [PubMed]
  • Cahill L. Чому секс має значення для неврології. Nat Rev Neurosci. 2006;7: 477-484. [PubMed]
  • Carey S, Diamond R, Вудс Б. Розвиток розпізнавання облич - компонент дозрівання. Dev Psychol. 1980;16: 257-269.
  • Чоудхурі С. Культивування мозку підлітків: Що може навчитися неврології з антропології? Soc Cogn впливають на Neurosci. 2010 [Epub перед початком друку]
  • Даль Р.Є., Гуннар М.Р. Підвищена швидкість реагування та емоційна реактивність під час пубертатного дозрівання: наслідки для психопатології. Dev Psychopathol. 2009;21: 1-6. [PubMed]
  • Dorn LD. Вимірювання статевого дозрівання. J Adolesc Health. 2006;39: 625-626. [PubMed]
  • Ернст М., Махеу Ф.С., Шрот Е., Хардін Дж., Голан Л.Г., Камерон Дж., Аллен Р, Хольцер С, Нельсон Е, Пайн Д.С., Мерке Д.П. Функція амігдали у підлітків з вродженою гіперплазією надниркових залоз: модель для дослідження ранніх аномалій стероїдів. Нейропсихологія. 2007;45: 2104-2113. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Giedd JN, Blumenthal J, Джеффріс NO, Castellanos FX, Лю H, Zijdenbos A, Paus T, Еванс AC, Rapoport JL. Розвиток мозку в дитячому та підлітковому віці: дослідження поздовжнього МРТ. Nat Neurosci. 1999;2: 861-863. [PubMed]
  • Grumbach MM, Styne DM. Статеве дозрівання: онтогенез, нейроендокринологія, фізіологія, розлади. У: Вілсон Д.Д., Фостер Д.В., Кроненберг М.М., Ларсен П.Р., редактори. Підручник Вільямса з ендокринології. 9th ed. Філадельфія, Пенсільванія: WB Saunders; 1998. С. 1509 – 1625.
  • Hebbard PC, король RR, Malsbury CW, Harley CW. Два організаційні наслідки пубертатного тестостерону у самців щурів: перехідна соціальна пам'ять і відхід від LTP після тетануса в CA1. Exp Neurol. 2003;182: 470-475. [PubMed]
  • Huttenlocher PR. Синаптична щільність в лобовій корі людини - розвиваючі зміни і наслідки старіння. Мозок Рес. 1979;163: 195-205. [PubMed]
  • Ленрут Р.К., Гогтай N, Грінштейн Д.К., Уеллс Е.М., Уоллес Г.Л., Класен Л.С., Блюменталь Ю.Д., Лерч Дж., Зейденбос А.П., Еванс А.С., Томпсон П.М. Статевий диморфізм траєкторій розвитку мозку в дитячому та підлітковому віці. NeuroImage. 2007;36: 1065-1073. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Lerner RM, Steinberg L, редактори. Довідник психології підлітків. 2nd ed. RM Hoboken, NJ: Wiley; 2004.
  • Marshall WA, Tanner JM. Варіації в схемі пубертатних змін у дівчаток. Арк Дис Дитя. 1969;44: 291-303. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Marshall WA, Tanner JM. Відмінності в схемі пубертатних змін у хлопчиків. Арк Дис Дитя. 1970;45: 13-23. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Мартін CA, Kelly TH, Rayens MK, Brogli BR, Brenzel A, Smith WJ et al. Сприйняття шукає, статеве дозрівання, і нікотин, алкоголь, і марихуана використання в підлітковому віці. J Am Acad Child Adoles Psychiatr. 2002;41: 1495-1502.
  • McGivern RF, Андерсен J, Берд D, Mutter KL, Reilly J. Когнітивна ефективність у відповідності до завдання зразка зменшується на початку пубертатного періоду у дітей. Мозок Конь. 2002;50: 73-89. [PubMed]
  • Мюллер С.М., Мандел Д., Лешек Е.В., Пайн Д.С., Мерке Д.П., Ернст М. Раннє гіперандрогенія впливає на розвиток функції гіпокампа: попереднє свідчення функціонального магнітно-резонансного томографічного дослідження хлопчиків з сімейною чоловічою ранньою пубертатом. J Child Adolesc Psychopharmacol. 2009;19: 41-50. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Neufang S, Specht K, Hausmann M, Güntürkün O, Herpertz-Dahlmann B, Fink GR, Konrad K. Статеві відмінності та вплив стероїдних гормонів на розвивається людський мозок. Кора головного мозку. 2009;19: 464-473. [PubMed]
  • Nunez JL, Huppenbauer CB, McAbee MD, Jurasaka JM, DonCarlos LL. Експресія андрогенних рецепторів у візуальній і префронтальній корі розвиваються чоловічих і жіночих щурів. J Neurobiol. 2003;56: 293-302. [PubMed]
  • Paus T, Keshavan M, Giedd JN. Чому багато психічних розладів виникають у підлітковому віці? Nat Rev Neurosci. 2008;9: 947-957. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Перрін Ю.С., Леонард Г., Перрон М., Пайк Г.Б., Питот А., Рішер Л., Вейлетт С., Паусова З., Паус Т. Зростання білої речовини в мозку підлітків: роль тестостерону і рецептора андрогенів. J Neurosci. 2008;28: 9519-9524. [PubMed]
  • Peper JS, Brouwer RM, Schnack HG, van Baal GC, ван Леувен М, ван ден Берг SM, Delemarre-Van de Waal HA, Boomsma DI, Кан RS, Hulshoff Pol HE. Статеві стероїди і структура мозку у пубертатних хлопчиків і дівчаток. Психоневроендокринологія. 2009a;34: 332-342. [PubMed]
  • Peper JS, Schnack HG, Brouwer RM, Van Baal GC, Pjetri E, Székely E, van Leeuwen M, van den Berg SM, Collins DL, Evans AC, Boomsma DI, Kahn RS, Hulshoff Pol. Збудливість регіональної та глобальної структури мозку на початку статевої зрілості: дослідження магнітно-резонансної томографії в парах близнюків 9-року. Hum Brain Mapp. 2009b;30: 2184-2196. [PubMed]
  • Perrin JS, Leonard G, Perron M, Pike GB, Pitiot A, Richer L, S Villette, Pausova Z, Paus T. Статеві відмінності у зростанні білої речовини в підлітковому віці. NeuroImage. 2009;45: 1055-1066. [PubMed]
  • Петерсен А.С., Крокетт Л., Річардс М., Боксер А. Самооцінка стану пубертатного статусу: Надійність, обгрунтованість і початкові норми. J Youth Adolesc. 1988;17: 117-133.
  • Romeo RD, Sisk CL. Пубертатна і сезонна пластичність в мигдалині. Мозок Рес. 2001;889: 71-77. [PubMed]
  • Sato SM, Schulz KM, Sisk CL, Wood RI. Підлітки і андрогени, рецептори і нагороди. Хорм Бехав. 2008;53: 647-658. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Schulz KM, Molenda-Figueira HA, Sisk CL. Повернутися до майбутнього: організаційно-активаційна гіпотеза адаптована до пубертату та юності. Хорм Бехав. 2009;55: 597-604. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Шоу П, Кабані Нью-Джерсі, Лерх Дж.П., Екстранд К, Ленроот Р, Гогтай N, Грінштейн Д, Класен Л, Еванс А, Рапопорт Дж. Нейророзробку траєкторій кори головного мозку людини. J Neurosci. 2008;28: 3586-3594. [PubMed]
  • Shirtcliff EA, Dahl RE, Pollak SD. Пубертатний розвиток: Відповідність між гормональним і фізичним розвитком. Дитячий Dev. 2009;80: 327-337. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Sisk CL, Foster DL. Нейронні основи пубертату та підліткового віку. Nat Neurosci. 2004;7: 1040-1047. [PubMed]
  • Соуелл Е.Р., Томпсон П.М., Холмс С.Ю., Джерніган Т.Л., Тога А.В. Докази in vivo для дозрівання головного мозку у фронтальних і стриатних областях. Nat Neurosci. 1999;2: 859-861. [PubMed]
  • Спис LP. Підлітковий мозок і вікові поведінкові прояви. Neurosci Biobehav Rev. 2000;24: 417-463. [PubMed]
  • Steinberg L, Monahan K. Вікові відмінності в опорі впливу однолітків. Dev Psychol. 2007;43: 1531-1543. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Сусман Е.Я., Роголь А.С. Пубертат і психологічний розвиток. У: Лернер Р.М., Штейнберг Л., редактори. Довідник психології підлітків. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley; 2004. С. 15 – 44.
  • Tamnes CK, Ostby Y, Fjell AM, Westlye LT, Due-Tønnessen P, Walhovd KB. Дозрівання мозку в підлітковому та молодому віці: регіональні вікові зміни товщини кортикального матеріалу та обсягу білої речовини та мікроструктури. Цереб. 2010;20: 534-548. [PubMed]
  • Tanner JM. Послідовність, темп і індивідуальні варіації в рості і розвитку хлопчиків і дівчаток у віці від 12 до 16 років. Дедал. 1971;100: 907-930.
  • Tanner JM, Whitehouse RH. Клінічні поздовжні стандарти по висоті, вазі, швидкості росту, швидкості ваги і стадіях статевого дозрівання. Дитяча хвороба арки. 1976;51: 170-179. [PMC безкоштовна стаття] [PubMed]
  • Worthman CM, Stallings JF. Гормональні заходи у пробоотборниках крові пальця-уколу: нові польові методи репродуктивної ендокринології. Am J Phys Anthropol. 1997;104: 1-21. [PubMed]
  • Яковлев П.І., Лекур А.Р. Мієлогенні цикли регіонального дозрівання мозку. У: Мінковський А., редактор. Регіональний розвиток мозку в ранньому житті. Оксфорд: Blackwell Scientific; 1967. С. 3 – 70.