青少年奖励制度的发展(2010)

Front Hum Neurosci。 2010; 4:6。

在线发布2010二月12。 在线发布2009 September 3。 DOI:  10.3389 / neuro.09.006.2010
PMCID:PMC2826184
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抽象

青春期是一个发展时期,其特点是寻求奖励的行为增加。 一世研究人员将功能磁共振成像(fMRI)与奖励范式结合起来,测试两个相反的假设,这些假设涉及纹状体中的青少年发育变化,这是一个涉及奖励处理的区域。 一种假设认为,纹状体在青春期对奖励的反应相对低,因此,为了实现与成人相同的激活,需要更高的奖励寻求行为。 另一种观点认为,在青春期,纹状体奖励系统是超敏感的,随后导致更大的回报. 虽然已经报道了这两种假设的证据,但该领域基于强有力的证据基本上收敛于后一种假设. 在这篇综述中,我描述了支持这一概念的证据,推测了不同的fMRI研究结果,并总结了这个引人入胜的问题的未来研究领域。

关键词: 青春期,大脑发育,纹状体,奖励

介绍

青春期是一个发展时期,其特点是寻求奖励的行为增加。 这种轶事和经验观察促使发展认知神经科学领域识别这种现象的神经基质。 由于广泛的动物和人类工作已经确定富含多巴胺的纹状体作为大脑中奖励灵敏度的位置(例如,Schultz, 1998; Montague等人, 2004),该地区一直是青少年奖励文献研究的焦点,也是本次评论的重点。 此处未讨论其他区域(如眶额皮质)的结果,这些区域也会获得丰富的多巴胺神经支配并且与奖励敏感性有关。 虽然迄今为止的研究一致认为纹状体是对发育过程中奖励最敏感的神经区域,从儿童到成人,这种神经系统在青春期的相对参与是一个争论的话题。 在这篇综述中,我首先简要回顾动物文献中有关奖赏相关纹状体发育的见解。 随后的一节回顾了发育神经影像学的发现,并概述了各研究中差异的合理解释和推测。 最后,我总结了这个令人着迷的研究领域的警告和未来方向。

青少年奖励驱动行为的理论

断言在青春期发生戏剧性的行为改变是轻描淡写的(Dahl, 2004; 斯坦伯格 2005; Somerville等人, 2009)。 该领域普遍认为并同意这一观念,即这些行为变化主要由奖励驱动,包括货币,小说和社会奖励,以及奖励敏感的多巴胺系统。 不太了解的是 形成一种 奖励制度在整个发展过程中发生变化,以鼓励青少年经常表现出的奖励驱动行为。

有两个关于青少年奖励行为的主要理论,围绕着两种相反的可能性:纹身系统对青春期奖励的反应是否过低或过度反应? 一些理论家提出青少年奖励寻求和冒险可能是由于激励电路活动的相对不足造成的(Blum等, 1996, 2000; Bjork等人, 2004这样,为了实现与成人相同的激活,需要更强烈或更频繁的奖励刺激。 这种观点很可能是青少年快感缺乏理论的延伸,即无法感受到快乐(Larson和Asmussen, 1991). 对这一理论的支持来自数据,显示青少年和其他年龄段在快乐感知方面的差异。 例如,相对于老年人和年轻人,人类青少年表现出负面情绪和抑郁情绪的增加(Rutter等, 1976; 拉森和阿斯穆森, 1991并且似乎也经历了与成人相比不那么令人愉快的相同积极情况(基于自我报告)(Watson和Clark, 1984)。 青少年也发现甜味(糖)不如儿童(DeGraff和Zandstra, 1999)。 基于这些数据,一些人推测青少年通常可以从奖励刺激中获得较少的积极情绪,这促使他们通过增加寻求增加多巴胺相关电路活动的奖励寻求新的食欲增强剂(Spear, 2000). 一项相反的理论假设不成比例地增加腹侧纹状体多巴胺循环的激活(即,青春期期间响应于奖赏事件的多巴胺能释放增加)是青少年奖励相关行为的基础 (钱伯斯等人, 2003)。 这种观点源于对多巴胺的广泛研究及其在编码激励驱动转化为行动中的主要作用(Panksepp, 1998)。 该理论认为青少年行为是由与奖励相关的食欲系统驱动的。 根据以下审查的大多数工作,该领域一般都集中在后一种理论上; 也就是说,由于纹状体的发育变化会给予奖励过敏,因此青少年在某种程度上有动机参与高回报行为。 (例如,Ernst等人, 2009)。 然而,也回顾了支持低反应性假设的数据。

纹状体多巴胺发育

人类的调查只能检查 体内 使用神经影像学方法在系统水平上进行纹状体发育。 该方法学限制排除了精确鉴定多巴胺系统如何在神经水平发育变化。 相反,纹状体对奖赏的反应之间的联系仅是推测的多巴胺活性的指标。 这些假设基于从纹状体电路和多巴胺系统的动物模型中收集的见解(例如,Berridge和Robinson, 1998)。 因此,这里简要回顾一下。

现有证据表明多巴胺系统在整个发育过程中存在显着变化,特别是在青春期。 在青春期,多巴胺水平在纹状体中增加 (Teicher等, 1993; Andersen等人, 1997)。 然而,其他报道显示,相对于年龄较大的青少年动物,幼年青少年大鼠的伏隔核(NAcc)中多巴胺合成的估计值较低,而相对于成年人,NAcc多巴胺转换率较低。 斯坦福德(1989通过报告多巴胺释放的基础率降低但是相对于成年大鼠的周期性多巴胺储存库,工作显示出对这些不同结果的明显解决方案 (斯坦福, 1989)。 一世事实上,青少年中的多巴胺能神经元,尽管在基础条件下多巴胺释放减少(斯坦福, 1989; 安徒生和加扎拉, 1993), 如果受到环境和/或药理学挑战的刺激,实际上能够释放更多的多巴胺 (Laviola等, 2001)。 Bolanos等。 (1998)表明青春期大鼠的纹状体切片对多巴胺摄取抑制剂可卡因和诺米芬辛比对成人更敏感,这与同一组报道的青春期对这些多巴胺激动剂的行为反应减弱相反。 一起, 这些数据表明,与成年人相比,在青春期,奖励事件可能导致更多的多巴胺释放 (Laviola等, 2003). 因此,如果确实青少年动物的多巴胺释放基础率较低,那么青少年最初可能寻求更多的刺激(奖励),这将增加多巴胺的释放; 然而,一旦受到刺激,青少年就会表现出更多的多巴胺释放,随后有助于加强反馈周期,从而激发额外的奖励寻求行为.

多巴胺受体的发育变化

一些报道指出,多巴胺受体过量产生,然后在青春期进行修剪 (Teicher等, 1995). 纹状体和NAcc多巴胺受体结合D.1 和D2 青春期受体峰值(P40)的水平比成年期大约高出30-45% (Teicher等, 1995; Tarazi等人, 1998, 1999)。 在雄性和雌性大鼠中使用放射自显影,Andersen等。 (1997) 显示出这种效应的性别二态性,使青春期男性产生更多的过量产生(约4.6倍)和消除纹状体D1 和D2 纹状体受体比青春期女性。 有趣的是,这些影响不是由性腺激素激增所引起的(Andersen等, 2002但似乎确实有功能性后果(Andersen和Teicher, 1999)可能与行为相对应。 在前额皮质中观察到类似的模式,尽管有更长时间的消除期(Andersen和Teicher, 2000)。 共聚焦显微镜显示,前额皮质中逆行追踪的皮质输出神经元表达较高水平的D1 青春期的受体比年长或年轻的啮齿动物(Brenhouse等, 2008). 这些啮齿动物的发现与人类的死后工作相吻合。 Seeman等人。 (1987) 据报道,在幼年期至成年期,人类纹状体中的多巴胺受体群体发生了显着变化,其中多巴胺D为三分之一至二分之一或更多1- 和D2存在于青少年纹状体中的类似受体在成年期丧失. D的发展下降1 其他人也报道过人类从婴儿期到成年期的受体 (Palacios等, 1988; Montague等人, 1999)。 这些动物和尸检结果一起表明,青春期的多巴胺系统可能使这个年龄组的个体易于获得更高的奖励敏感度。 在随后的章节中,我描述了基于这些发现的神经影像数据,以显示系统级别的类似变化发展模式。

来自神经影像学的见解

磁共振成像(MRI)方法引入了一套新的非侵入性工具,用于捕获人类的大脑发育。 MRI在儿童和青少年的研究中特别有用,因为它可以在不使用电离辐射的情况下提供精确的高分辨率解剖图像(Kennedy等, 2003). 虽然90的年龄,大脑总大小约为其成人大小的6%(Casey等, 2005),灰质和白质子组件在整个青春期继续发生变化 (Giedd等, 1999; Sowell等人, 2003; Gogtay等人, 2004)。 特别, 12年的皮质灰质显着减少 (Giedd等, 1999)的并且在整个童年和青年期间脑白质增加 (Caviness等, 1996)。 最近的数据表明灰质体积具有倒U形图案,区域变化大于白质(Sowell等, 1999, 2003; Gogtay等人, 2004)。 与关于多巴胺系统发展的综述特别相关的是证据 表明富含多巴胺的额叶和纹状体区域在青春期经历了显着的成熟变化 (Giedd等, 1996; Sowell等人, 1999),基底神经节区域体积减少(Giedd等, 1996, 1999)。 与啮齿动物的发现相似,大脑区域显示出跨区域的性别二态性。 青少年期间尾状核体积减少,女性体重相对较大(Giedd, 2004)。 与顶叶,颞叶和枕叶相比,额叶和纹状体中青少年和成人之间出现大的解剖学差异(Sowell等, 1999),表明与成年期相比,这两个地区在青春期相对不成熟。 此外,这些研究结果表明这些区域的可持续可塑性可能介导多巴胺相关的行为和学习。

功能磁共振成像(fMRI)提供了大脑激活的测量,可以捕获大脑中血液氧合的变化,这些变化被认为可以反映神经活动的变化(Bandettini和Ungerleider, 2001; Logothetis等人, 2001)。 为了研究人体内多巴胺系统的发育,研究人员研究了已知富含多巴胺细胞体和投射的神经区域的神经发育,主要是中脑,纹状体和前额区域(Koob和Swerdlow, 1988)。 由于fMRI仅仅是假定的神经元活动指数,利用该工具的研究不能明确地得出多巴胺表达和/或活性的变化。 然而,通过使用来自动物模型的融合方法和见解,人类的工作可以开始进一步探索富含多巴胺的电路的发展。 为此,初步研究使用奖励范式作为一种利用这种电路的方法,因为成年人的报告显示奖励对引发纹状体活动的强烈影响(例如,Knutson等, 2001; 蒙塔古和伯恩斯, 2002)。 发育研究表明,实际上,儿童和青少年在获得货币和非货币奖励时会招募与成人相同的神经回路(例如,Bjork等, 2004; 恩斯特等人, 2005; Galván等人, 2006; van Leijenhorst等人, 2009)。 然而, 形成一种 青少年与成人在神经募集方面的差异一直是认知发展神经科学文献中争论的主题。

青少年奖励敏感性的不同fMRI发现

关于奖励的发展性fMRI研究已经产生了两个主要发现,这些发现直接映射到上面概述的两个假设。 第一种观察结果表明,相对于成年人,青少年表现出较少的腹侧纹状体参与预期奖励 (Bjork等人, 2004)。 Bjork及其同事将早期和中期青少年与一群成年人进行了金钱激励延迟(MID)任务的比较,该任务是为成人样本设计并广泛使用的(例如,Knutson等, 2001)。 在MID任务中,参与者首先被呈现七个提示之一。 在一段时间之后,他们被要求按下目标,最后,提交反馈意见通知参与者他们在审判期间是赢还是输了钱。 尽管行为表现相似,但作者发现年龄组之间存在显着的神经差异,因此与成人相比,青少年在预期奖励时表现出较少的腹侧纹状体激活。 对反馈的回应没有群体差异。 Bjork及其同事将这些数据解释为支持青少年腹侧纹状体激活缺陷的假设。 也就是说,青少年参与极端激励(例如,危险行为)作为补偿低腹侧纹状体活动的一种方式 (矛, 2000; Bjork等人, 2004)”。

虽然Bjork及其同事最近将这些发现复制成双倍样本并使用改进的头部线圈(Bjork等人,在准备,个人通信中), 许多论文报道了相反的结果 (May et al。, 2004; 恩斯特等人, 2005; Galván等人, 2006; van Leijenhorst等人, 2009). 这些研究表明,相对于其他年龄组,青少年在响应奖励时在腹侧纹状体中表现出更大的激活。 例如, 在我们的工作中,要求儿童,青少年和成年人完成一项简单,青年友好的任务 在扫描仪中,在正确的反应后提供不同的奖励值(Galván等, 2006). 相对于儿童和成人,青少年组在预期奖励时显示出增强的腹侧纹状体激活。 在另一个例子中,Ernst等人。 (2005)使用概率货币奖励任务表明,在获胜试验中,青少年招募的左NAcc活动显着高于成人。 这些发现直接与Bjork论文形成鲜明对比,并支持这样一种假设,即不成比例地增加腹侧纹状体激励电路的激活是青少年神经发育和行为的特征。 (钱伯斯等人, 2003)。 van Leijenhorst等人最近的一篇论文。 (2009)也支持超响应视图。 与大多数类似的工作相反,他们使用了不依赖于行为的fMRI范例。 也就是说,参与者被动地观看了肯定或不确定地预测后续奖励的刺激。 这种方法特别重要,因为以前的研究可能会被任务的行为组成部分所混淆。 他们的主要发现是青少年在回应奖励时表现出比儿童或成人更大的纹状体激活(van Leijenhorst等, 2009),表明即使奖励不依赖于行为,因此动机没有差异,青少年表现出对奖励的过度活跃的纹状体反应。

这些相反的发现进一步推动了关于多巴胺系统在青春期如何被改变的争论,并反映了啮齿动物中基础与受刺激的多巴胺释放的看似对比的发现。 鉴于有相对更多的证据支持后一种观点,最近对该主题的评论表明,该领域已经融合了这样一种观念,即在青春期,纹状体系统对奖励和奖励的反应过度。 (恩斯特等人, 2009; Somerville等人, 2009)。 但是,重要的是要考虑对不同结果的一些似是而非的解释。

对差异的可能解释

对于研究之间惊人的差异,有几种可能的解释。 表 Table11 总结了关于该主题的最常被引用的论文中的主要分歧领域。 本表并非详尽无遗,仅包括在典型发展中的青年中开展的工作; 没有讨论临床人群的数据。 首先,研究在参与者的发育阶段和年龄方面存在很大差异。 其次,研究在对照组中有所不同。 最后,任务设计,分析和基线条件的差异可能导致解释上的显着差异。 在适当的情况下,描述了在未来工作中尽量减少这些方法差异的建议和可能的策略。

表1    

发展性fMRI奖励研究.

什么是青春期?

研究中和研究之间未被充分认识的一个重要问题是确定人类青春期的问题。 青少年可以并且由多种方式定义,包括年龄,性成熟,青春期,教育等级,法律和/或经济独立,包括教育工作者,科学家,政策制定者和父母在内的众多专家。 鉴于看似无穷无尽的定义,青少年研究人员在决定将哪些人纳入其“青少年”样本时面临着艰巨的任务。 一些科学家将青春期确定为“从童年到成年的逐渐过渡期”(Spear, 2000; 达尔, 2004)”。 虽然这种广泛的定义在描述异质性工作时非常有用,但在文献综述中,并不是将参与者样本定义为包含在发育研究中的最合适的方法。 这不适合实证研究的原因是因为青春期在生理和社会方面具有巨大的异质性。

虽然有些团体限制将青少年样本纳入高中学生(Galván等, 2006; Geier等人, 2009并且一组包括一个年龄限制的青少年群体,无可争议地抓住了青春期(van Leijenhorst等人, 2009),表中列出的其余研究中的青少年组的年龄范围 Table11 差异很大。 例如,Bjork等人。 (2004),梅等人。 (2004)和恩斯特等人。 (2005)研究包括12岁儿童(后者研究包括年龄较小的儿童,9岁)在他们的“青少年”样本中。 虽然12岁可能被认为是某些学术界的早期青少年,但很难对9岁的孩子提出同样的要求。 此外,即使一个12岁的人可以被认为是早期或青春期前,这个人是一个非常不同的青少年,一个17岁的人,可能有更多的独立性,更有可能参与在风险和寻求奖励的行为,并有不同的金钱升值(这些研究中最常用的奖励)。 因此,该领域现在应该制定关于青少年如何分类的标准; 这一点尤为重要,因为我们有证据表明发育变化遵循许多大脑区域的非线性模式,这些区域在青春期中期达到峰值(Shaw等, 2008)。 至少,调查人员应该更加协调一致地报告如何定义年龄组。 这些定义可能包括学校的特定年龄,青春期或年份(例如,只有高中学生)。 虽然获得广泛的年龄范围通常是检查发展工作的理想标准 发展变化,这种方法只有在分析以了解年龄和发育连续性的方式进行时才有用。 也就是说,包括早期,中期和晚期青春期在内的广泛年龄范围仅在发育方面具有信息性,如果将年龄作为回归因素来检验个体在整个发育过程中的变异性。 相反,上述所有研究都将“青少年”样本分组,并将其与对照组进行比较,而不利用发育分布。 当研究被削减为摘要时,广义信息忽略了突出年龄的显着变化。

比较组

确定适合青少年的比较组几乎与定义青春期一样困难。 这种认同具有挑战性,因为儿童和青少年以及青少年和成人之间的界限往往是模糊的。 虽然一些调查人员会将12岁的孩子归类为孩子(van Leijenhorst等人, 2009),其他人将包括青少年组中的同一个孩子(Bjork等, 2004; 梅等人, 2004; 恩斯特等人, 2005)。 同样,大多数神经影像学研究,包括发育和成人研究,都包括18-和19-岁的成年人。 这种做法可能出现两个主要原因:(1)在美国,18岁的人被法律定义为成人,而(2)大学生是一个容易招募的主题库。 尽管许多研究记录了大脑在二十五世纪中后期的长期发展(Giedd, 2004)以及在这个青少年晚期范围内个人的可疑成熟处置。 因此,年龄相差仅几个月的个体(例如,17岁和18岁)很可能分别被分类为青少年和成年人(Geier等, 2009这引出了成人比较组是否真的是一个准确的比较组的问题。

任务设计

尽管提出了基本相同的问题(富含多巴胺的纹状体电路响应奖励的发展轨迹是什么?),但这里描述的两个实验范例都没有相似之处。 有些人专注于奖励幅度(Bjork et al。, 2004; Galván等人, 2006),其他人操纵奖励概率(May et al。, 2004; van Leijenhorst等人, 2009)或两者(Ernst等, 2005; Eshel等人, 2007)。 此外,除了一项研究之外的所有研究(van Leijenhorst等, 2009),奖励取决于参与者的行为反应,包括反应时间(例如,Bjork等, 2004)和响应准确性(Ernst等, 2005; Galván等人, 2006; Eshel等人, 2007)。 鉴于已知的反应时间速度和准确度能力的发展差异,任务的难度可能对神经激活模式产生很大影响。

表中列出的研究之间的另一个明显区别 Table11 是使用的广泛任务以及它们在发展上适合的程度。 任务选择不是一个微不足道的问题,因为任务参与和理解的差异会对神经激活产生重大影响。 虽然一些研究设计的任务是最大化发展人群发现他们参与的概率 (Galván等人, 2006; van Leijenhorst等人, 2009),例如通过使用类似卡通的刺激并将任务描述为视频游戏(例如,“你的目标是帮助这个视频游戏中的海盗赚取尽可能多的钱”), 其他人只是实施了为成年人设计的任务 (例如,Bjork等人, 2004; 梅等人, 2004)。 由于几个原因,后一种方法存在问题。 首先,在为成年人设计的fMRI任务的使用是在假设青少年会发现成人适合的任务与成人一样吸引人的情况下完成的。 其次,这也假设儿童和青少年将理解任务以及成人。 第三,这种方法可能是一个令人遗憾的例子,说明在研究儿童和青少年时要特别考虑更广泛的疏忽。 例如,如果调查人员习惯使用可能对儿童和青少年不感兴趣的任务,人们可能会怀疑调查人员是否同样忽略了实施特殊的儿童友好扫描实践(例如,确保孩子感到舒适并且体验如同尽可能减少焦虑。 为了确保尽可能使年轻人的任务,一些建议包括使用卡通或其他动画刺激,确保适当的儿童反应时间(因为过多的研究表明儿童的反应时间比成年人更长),并完成任务在没有儿童需要在线的多种条件和规则的情况下尽可能简单。 例如,虽然七项预测线索对于成年人在MID任务中要记住可能是合理的(Knutson等, 2001),青少年可能会发现这项任务需求更加困难(Bjork等, 2004并且随后变得更少参与任务。 与相对更多参与的成年人相比,这最终可以导致更少的神经激活。

任务分析

几乎肯定会导致结果差异的另一个考虑因素是分析的奖励处理阶段。 所有这些fMRI任务包括三个基本阶段:提示演示,对行为响应后的奖励预期和反馈。 在这里回顾的研究中,有三项研究检查了对奖励的预期(Bjork等, 2004; Galván等人, 2006; Eshel等人, 2007),三项研究分析了对反馈的反应(Bjork等, 2004; 恩斯特等人, 2005; van Leijenhorst等人, 2009)一项研究没有区分阶段,而是分析了整个试验(May et al。, 2004)。 分析奖励处理的这些不同阶段的困难在于,在fMRI分析中难以解析时间上的近端事件(例如,提示和预期阶段)。 在实践中,这意味着虽然只有一个相感兴趣,但来自其他阶段的MR信号可能已经流入激活状态。 换句话说,虽然研究人员可能打算检查任务的一个方面,但他们可能一直在测量(和报告)任务的另一个方面。 如果没有原始数据,如果是这样的话就不可能从论文中收集到。 即使分析的重点相同,这种可能性也可以解释报告的不同结果。 例如,虽然Bjork等人。 (2004)和Galván等人。 (2006)两者都检查了预期阶段,他们的数据完全相反。 此外,虽然Ernst等人。 (2005)和van Leijenhorst等人。 (2009)Bjork等报道,在反馈期间,与成人相比,青少年腹侧纹状体激活更强。 (2004)未能在任何反馈对比中检测到组之间的任何激活差异。

Geier等人最近的一项研究。 (2009)说明了青少年在任务的不同阶段如何具有不同的激活配置文件。 这些作者巧妙地巧妙地设计了这项任务,以便能够对任务的不同阶段进行去卷积。 在提示组件期间,与成人相比,青少年在腹侧纹状体中显示出减弱的反应。 然而,在奖励预期期间,与成人相比,同一地区的同一青少年表现出更高的活动。 总的来说,这些数据表明奖励任务的时间上不同的方面可能产生显着不同的结果,并且在对青少年纹状体和奖励敏感性做出全面概括时应该仔细考虑。

基线问题

对发育的功能成像研究的解释取决于用于检测这些变化的成像方法的灵敏度和准确性(Kotsoni等, 2006)。 由于血氧水平依赖(BOLD)信号被用作大多数fMRI研究中大脑活动的量度,因此包括心率,心率变异性和呼吸在内的各种变量可以影响血液动力学反应。 例如,儿童的心率和呼吸频率几乎是成人的两倍(Kotsoni等, 2006)。 这些发育过程中的生理差异是发育神经影像学研究中的一个重要问题,因为它们会因肺和膈肌的运动而在回声平面和螺旋成像中引入更大的噪声(van de Moortele等, 2002)。 因此,在确定适当的基线时应考虑这些发育差异。 托马森等人。 (2005)研究了参与者在不执行任务的情况下在扫描仪中正常呼吸时,呼吸的发育差异如何影响fMRI信号。 他们发现,除了儿童数据中的噪声更大之外,这种噪声还导致儿童相对于成人信号变化百分比的“基线”激活增加。 由于扫描仪中的被动休息(类似于托马森参加者收到的说明)通常用作比较所有认知任务条件的基线条件,因此这些差异可能对功能磁共振成像的结果和解释产生重大而有害的影响。 正如Schlaggar等人所述,对基线问题进行更广泛的讨论并不新鲜。 (2002)之前已经提出了适当的比较任务的问题。 如果在任务设计和数据分析期间未考虑和控制基线问题,那么当他们的数据与成人数据进行比较时,儿童(和青少年)是否显示休息基线状态的增加或减少将影响结果的最终结果和解释。

在此处描述的研究中使用至少三种类型的基线。 Bjork等。 (2004)将基线定义为整个时间序列中平均的平均信号值。 在恩斯特等人。 (2005)论文,18(129)试验是作为基线的固定试验。 也就是说,所有感兴趣的对比都被认为是参与者被认为除了盯着固定十字架之外什么都不做的试验(参见Thomason等, 2005 以上注意这可能是有问题的)。 同样,Galván等人。 (2006)使用间期间隔作为相对基线,在此期间向参与者呈现固定十字架。 最后,van Leijenhorst等人。 (2009)和Geier等人。 (2009)没有定义隐含基线,而是在不同试验类型之间生成对比图像(例如,某些与不确定的奖励试验类型)。 所有作者可能都有充分的理由选择他们所做的基线,并且该领域没有标准基线,但显然,基线的微小差异会对最终结果产生显着影响。 例如,如果青少年具有比成人更高(或更低)的静息基线,则在fMRI分析中使用的减法方法(例如,比较图像对比)可能导致不正确的解释。

虽然同意标准基线既不可行也不是最佳,因为问题和实验任务中的细微差别保证了个体基线要求,但有一些方法可以确保各个研究中所选择的基线在各组之间具有可比性。 避免静息fMRI信号的这些固有发育差异的一种方法是为每个组建立单独的基线,然后比较组内的任务条件。 一些神经影像软件包,例如FSL,允许这种类型的分析,而不会影响统计组比较。 第二种方式是首先确认在随后的认知任务比较之前,基线条件的信号激活差异在年龄组之间没有显着差异。 最后,一种不同的方法是仅比较显示相似基线激活模式的青年和成年人。 这种方法类似于 事后 前面描述的行为数据性能匹配(Schlaggar等, 2002).

奖励敏感度的个体差异

尽管到目前为止所提出的工作表明青春期是一个提高奖励敏感度的时期,但并非所有青少年都是奖励寻求者。 在成人样本中已经认识到检查个体行为和神经活动差异的重要性(例如,Tom等, 2007)但在发展人群中开展的工作较少。 寻求和冒险行为(例如,赌博和非法药物使用)在具有特定行为特征的个体中更为常见,例如提升的新奇感和寻求感觉(Willis等, 1994)。 与此评价相关的是,腹侧纹状体的预期激活可预测个体差异水平的奖励相关风险(Montague和Berns, 2002; 马修斯等人, 2004; Kuhnen和Knutson, 2005)。 例如,在赌博选择之前在腹侧纹状体中表现出更大激活的个体更有可能做出冒险而不是安全的选择(Kuhnen和Knutson, 2005)。 更一般地说,先前的研究已经记录了认知控制效率的显着个体差异(Fan等, 2002),这是奖励情况下自我监管所必需的。 事实上,在幼儿延迟满足任务期间将注意力从奖励刺激上引导出来的能力预示着生命后期的认知控制(Eigsti等, 2006)。 总之,这些研究强调了在检查复杂的大脑行为操作(例如发育人群中的奖励处理)时考虑个体在经验,行为和神经激活方面的差异的重要性。 在最近的一项研究中(Galván等人, 2007),我们研究了个体差异,以帮助弄清复杂性,这些复杂性是某些人更容易受到奖励驱动的行为和负面结果(如成瘾)的影响。 我们的方法是检查预期与金钱相关的神经回路中的活动与预期的大量金钱奖励与青春期冒险和冲动的人格特质度量之间的关联。 在年龄为7至29岁的人群中获得了功能磁共振成像扫描和风险行为,风险感知和冲动的匿名自我报告评级量表。 主要发现是,NAcc活动与在整个发展过程中从事危险行为的可能性之间存在正相关关系。 也就是说,在实验室中,最有可能在“现实生活”中报告更高频率的危险行为的人招募了腹侧纹状体。 这些发现表明,在青春期期间,某些人可能由于发展变化而富含多巴胺的区域而变得更容易从事危险行为,这与给定个体从事危险行为的倾向有关。 这些研究是研究个体差异在奖励敏感性中的作用的良好起点。 但是,未来的工作还需要检查结合性别,年龄,青春期和种族差异的奖励的神经相关性。

什么是对人类青少年的奖励?

上面回顾的大多数研究使用金钱作为奖励探针,因为它是操纵的简单奖励,引发富含多巴胺的电路的强大募集,并且已广泛用于成人奖励模型。 然而,青少年的动机不仅仅是货币奖励和利用社会,新颖性和初级强化奖励的研究,这些奖励也激励青少年可能会对奖励制度有新的启示。 什么是发展带来的回报变化,因此相对于儿童和成年人,青少年认为独特的回报可以告知该领域有关潜在的多巴胺系统。 例如,虽然儿童获得的主要强化物(如糖)得到的回报最多,但青少年发现同伴互动比儿童和成人更有价值(Csikszentmihalyi等, 1977)。 一项研究显示腹侧纹状体的募集增加被动观察社会期望但不是不受欢迎的同伴的图像(Guyer等, 2009)。 如果没有对社会期望的同龄人进行适当的操纵作为有益的刺激,就不可能知道青少年是否确实找到了比其他人更有益的社会期望的同龄人,但这项研究确实暗示了青少年对社会交往的敏感性中多巴胺丰富的回路。 因此, 什么 在比较青少年相对于其他群体的动机,行为和潜在奖励回路时,需要考虑重要因素。 这与青少年中充分表征的冒险行为特别相关(Steinberg, 2004)。 相对于成人或儿童,青少年更有可能将冒险行为归类为“有趣”或有回报(Maggs等, 1995); 这表明,在应对风险机会时,青少年可能比其他年龄组更有可能参与多巴胺系统,这可能导致他们增加冒险倾向。 这种现象已在其他地方得到广泛审查(例如,Steinberg, 2004; 恩斯特和穆勒, 2008; Somerville等人, 2009).

未来的调查领域

这篇综述没有包括关于荷尔蒙发育的大量文献,因为它们与青春期的行为变化有关,因为它在其他地方被多次审查过(Spear, 2000)。 然而,多巴胺系统与青春期激素变化之间的复杂相互作用可能有助于表达与奖赏相关的行为。 在未来的工作中,设计可以评估富含多巴胺的电路的功能如何通过激素的变化介导的实验可以为这种复杂的关联提供有用的见解。

此外,进一步研究睡眠模式的变化如何影响青春期的神经功能将是一个有用的研究领域。 越来越多的证据表明睡眠对大脑功能和发育至关重要(Benca, 2004; Hagenauer等人, 2009)。 最近对这个关键问题的研究提供了宝贵的见解,了解睡眠模式中正常发生的变化如何加剧有害的青少年典型行为(Dahl和Lewin, 2002; 霍尔姆等人, 2009)。 霍尔姆等人。 (2009)表明,在奖励预期和结果期间,睡眠质量差和睡眠时间减少与纹状体活动减弱有关(Holm等, 2009)。 这些数据强调了在整个发育过程中考虑背景效应对奖励相关神经敏感性的重要性。

各种报道都注意到动物模型中多巴胺系统发育的性别二态性(Andersen等, 1997)和结构MRI工作(Giedd等, 2004)。 然而,这一研究领域在功能性MRI研究中相对研究较少,可能是因为这些研究中相对有限的样本量所带来的实际限制。 这种影响是一个重要的研究领域,因为在几种可能与多巴胺功能异常有关的精神疾病的发病和维持方面存在显着的性别差异(Paus等, 2008).

结论

这篇综述从以下问题开始:多巴胺系统是否对青春期的奖励产生低反应或过度反应? 本次审查中描述的调查提供了明确的证据,证明奖励制度在青春期经历了巨大的变化。 此外,他们对多巴胺系统对青春期奖励的反应过度或过度参与的假设表示强烈支持。。 最初的神经影像学工作(Bjork等, 2004似乎为低反应性奖励系统假设提供了支持,因此许多研究产生的数据为青春期的过度活跃奖励系统提供了支持。 因此,该领域似乎正在收敛于后一个结论(Casey等, 2008; 斯坦伯格 2008; 恩斯特等人, 2009; Somerville等人, 2009)。 然而,实验操作,解释和环境背景中的细微差别对这种概括有显着影响。 最好的例子是Geier等人最近的工作。 (2009),奖励的不同方面与青春期的不同神经敏感性并行,因此奖励预测线索的初始呈现不会导致与即将到来的奖励的预期相似的多动。 在我们自己的工作中,人类青少年相对于儿童和成人,在富含多巴胺的NAcc中表现出更高的激活,以应对高回报,但表现出来 减少 在同一地区激活以应对低回报(Galván等, 2006)。 从而, 什么 对青少年有益的是会影响与奖励和冒险有关的电路,并且可能是后续行为。 奖励价值不是绝对的,奖励在其他可用奖励的背景下被欣赏。 青少年可能对这些不断变化的环境特别敏感。

总之,毫无疑问,奖励制度在青春期经历了戏剧性的发展变化,t在动物和人类文献中,这些成熟事件的精确特征不易确定,需要进一步探索。 通过对动物研究中多巴胺系统的研究,我们可以开始限制对人类工作数据的解释,以更好地了解纹状体多巴胺系统中究竟正在发生的变化,这使得青少年易于参与高回报行为。

利益冲突声明

作者声明,该研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

致谢

作者承认Galván实验室成员,两位匿名审稿人以及之前与Brad Schlaggar讨论基线问题的有益评论。

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