青少年成瘾神经科学:一个新时代(2015)

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16卷,十二月2015,页面192-193

发展性认知神经科学

物质使用和青少年脑:发育影响,干预和纵向结果


青春期早已被认为是身体和行为发生剧烈变化的时期。 最近,它被认为是大脑发生剧烈变化的时期。 神经影像技术的进步使得发育中大脑的解剖学和生理学知识越来越容易获得。

使用磁共振成像(MRI)来表征健康和疾病中青少年大脑成熟的几项大规模倡议,通常与遗传学和逐步复杂的行为和环境措施相结合,开始深入探讨为什么青春期既是机会又是脆弱的时期。

在青春期,大脑通过变得越来越大而不会成熟。 它通过变得更加互联和更专业化而成熟。

在多种模式和研究水平上展示了不断增加的相互关联性,或者包括精心嵌入的神经回路层次结构的不同大脑区域之间的通信。 长期增强的研究表明在青春期形成更强的突触连接。 通过使用EEG的研究显示电活动的更大一致性(一个区域中的活动可以通过另一个区域中的活动预测的程度)。 类似地,评估血液氧合的fMRI研究也显示出在空间上不同区域之间更大的共激活的总体趋势。 结构性MRI研究发现,青春期白质体积增加,反映了髓鞘形成,并伴随着神经沟通速度的增加。

大脑结构如何相互关联的表征极大地受益于图论的应用,图论是数学的一个分支,用于量化“节点”和“边缘”之间的关系。节点可以是从夸克到星系的任何物体或可测量的实体。 。 脑节点的示例可以是神经元,诸如海马的结构,或诸如前额皮质的区域。 边缘可以是节点之间的任何连接,来自诸如神经元之间的突触的物理连接或统计相关性,例如当在休息时或在给定的认知任务期间类似地激活大脑的两个部分时。 图论方法帮助我们量化不同神经回路成熟度之间的关系,以及成熟时间的差异如何与行为和认知的变化相关。

例如,早期成熟的边缘区域之间的平衡发生变化,这些区域在青春期发生剧烈变化,后期成熟的前额区域在第三个十年中继续经历实质性变化,这被假设为许多观察到的青春期现象的基础(Somerville等人,2010).

青少年大脑日益专业化的间接表现为第二个十年期间灰质体积的减少,尽管仍有许多工作要做,以了解观察所依据的分子和微观过程。 髓鞘形成的增加可能会使皮质内缘的MRI体素从灰色变为白色,这可能会导致灰质体积的“减少”,但会有来自死后研究和区域特定不匹配的证据。灰色和白色物质体积的发展轨迹表明其他过程也有贡献。 “修剪”突触对灰质体积减少的贡献程度尚不清楚。 这是一个需要解决的重要问题,以便阐明过度简化的概念,即通过更少但更快/更紧密的连接现象来实现专业化。 了解这些机制对于指导干预和改进未来调查的假设至关重要。

也许青少年大脑发育最显着的变化就是变化程度本身。 青少年大脑发育的一个关键特征是可塑性,即大脑根据环境需求而变化的能力。 在整个生命过程中保持一定程度的可塑性,但总的来说,随着髓鞘释放抑制轴突发芽和新突触产生的蛋白质如Nogo-A,MAG和OMgp,存在可塑性降低的发育梯度。Fields,2008)。 然而,人类具有独特的长期高可塑性,使我们能够适应各种条件。 长期可塑性可能与长期依赖护理人员的物种有关。 较长时间的依赖与更复杂的社会和食品保障行为有关。 通过在大脑专业化方面“保持选择开放”,人类可以评估其特定环境的需求并培养生存技能。 人类可以从寒冷的北极和南极到赤道上的温和岛屿到处茁壮成长。 我们也适应了文化变迁。 一万年前,从进化的角度来说,我们花了很多时间来获取食物和住所。 现在,大多数人可以用更少的时间和精力来保护住所和卡路里,这通过表观遗传或其他因素可能与早期青春期和更大的体型有关。 我们现在很多时候花费大部分时间与文字或符号互动,而不是保护食物。 这是一个值得注意的改编,因为阅读只有5000岁,并且在人类历史的大部分时间里都不存在。

对长期可塑性优势的进一步支持来自于观察到我们在500,000年前的大脑尺寸的最后一次增加与气候的严酷程度以及气候变化的程度无关。 这与我们亲密的遗传亲属尼安德特人形成鲜明对比。 成熟率可以从化石牙齿评估,就像树木年轮可以用来辨别树木的生长速度一样。 来自化石尼安德特人牙齿的证据表明它们的成熟速度更快(Ramirez Rozzi和Bermudez De Castro,2004)。 虽然大脑的10%大一些,并且它们能够在恶劣的环境中生存,但它们的工具使用在100,000年份没有变化。 他们缺乏人类的青春期可塑性和适应性。

青少年的大脑可塑性为我们的物种提供了良好的服务,但它需要付出代价。 它既会带来漏洞,也会带来机遇。 超过一半的精神疾病在青春期出现。 五分之一的青少年患有精神疾病,并将持续到成年期。 这是焦虑症,双相情感障碍,抑郁症,饮食失调和精神病的出现的高峰时期。 这也是药物滥用开始的最常见时间。

在这个特别版的发育认知神经科学领域的顶级专家报告了青少年物质滥用的神经生物学研究。 一致性主题是与大脑奖励,冲动控制和决策制定电路的变化相关的起始,使用量和使用类型之间的关系。 尽管这些研究代表了迄今为止最好的研究,但仍然存在重大挑战,以便辨别效应的特异性,因果关系动态和机制。

随着青少年大脑发育的路径,机制和影响正在被阐明更多的资源,更多的研究人员被吸引到该领域。 青春期越来越多地被认为是具有独特生物学的独特发育阶段,而不仅仅是儿童期和成年期之间的中间阶段。 这个特别版包含了许多着名研究人员的研究成果,这些研究人员探索了青少年神经生物学和成瘾之间的关系。

青春期是大多数精神疾病的发作的高峰时间,是几种主要生命选择的产生终生结果的时间,也是大脑可塑性可能使干预更加有效的时期。 但是,直到最近,用于青少年研究的资金只是预算的一小部分。 随着青少年大脑认知发展(ABCD)研究的改变,这是一项全国性的纵向举措,它将评估药物使用对大脑发育的短期和长期影响。 该项目将招募10,000名年轻人,让他们开始使用酒精,大麻,烟草和其他毒品,并在10年前跟随他们进入成年初期。 ABCD项目为年轻的或成熟的研究人员提供了一个绝佳的平台,使他们对青少年神经生物学产生兴趣,并且可以充当催化剂,为该领域带来急需的支持和人才。

參考資料

  1.  
    • Fields,2008
    • RD字段
    • 学习,认知和精神疾病中的白质
    • Trends Neurosci。,31(7)(2008),p。 361
    • 文章

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