相对于眶额皮质的伏隔核的早期发展可能是青少年冒险行为的基础(2006)

J Neurosci。 2006 Jun 21;26(25):6885-92.
 

来源

纽约康奈尔大学威尔医学院Sackler发育心理生物学研究所,纽约,10021,美国。 [电子邮件保护]

抽象

青春期的特点是冒险行为会导致致命的后果。 这项研究检查了涉及奖励寻求行为的神经系统的神经生物学发展。 使用事件相关的功能磁共振成像和参数化奖励值的范例对7名参与者(29-XNUMX岁)进行了扫描。 结果表明,与儿童和成人相比,青少年的伏隔活动相对于青少年的额叶前活动而言,被夸大了,这似乎是由这些地区不同的发展历程所驱动的。 尽管活动的程度被夸大了,但青少年的活动量和活动对奖励价值的敏感性都与成年人相似。 相反,与成人相比,青少年的眶额皮质活动程度看起来更像儿童,活动方式较少。 这些发现表明,相对于日后成熟的自上而下的控制系统,成熟的皮层下系统被过度激活,使青少年的行为偏向于长期的长期收益。

介绍

药物滥用的发生通常发生在青春期风险增加期间(Silveri等,2004)。 迄今为止,人们对于可能使青少年易于增加冒险行为的神经生物学因素知之甚少。 在成年人中,中脑边缘区域与奖励有关(Knutson等,2001; Elliott等人,2003; McClure等,2004),冒险(Kunnen和Knutson,2005)和成瘾(Hyman和Malenka,2001; Volkow等人,2004),但对这些系统的开发知之甚少。 这项研究的目的是检验这样一个假设,即青春期是一个发展期,其相对于儿童期和成年期的奖励响应度增加。 具体来说,我们检查了皮质下[例如伏隔核(NAcc)]相对于前额[例如,眼眶额叶皮质(OFC)]区域的发展是否可以表征这一发展时期的特征,以帮助解释冒险行为的增加。

青春期的特征在于涉及行为调节的前纹状体电路的持续结构和功能发展。 白癜风大鼠表现出纹状体中与奖赏相关的多巴胺传递增加(Laviola等,1999)和非人类灵长类动物在前额皮质(PFC)中表现出增加的多巴胺能神经支配(罗森伯格和刘易斯,1994, 1995)。 人体成像研究显示前纹状区域变化(Giedd等人,1999; Sowell等,1999; Casey等人,2005)似乎并行增加认知控制(Casey等人,1997; Rubia等,2000; Luna等,2001; Luna和Sweeney,2004; Steinberg,2004)。 这些变化似乎表明前额区域从扩散到更多焦点招募的激活转变(Casey等人,1997; Bunge等,2002; 摩西等人,2002; Durston等,2006)。 神经影像学研究无法明确地描述这种发育变化的机制(例如,突触修剪,髓鞘形成)。 然而,这些体积和结构变化可能反映了在成熟过程中来自这些脑区域的相互投影的细化和微调。 因此,这种解释只是推测性的。

最近,神经影像学研究已开始研究青少年的奖励相关处理,并显示NAcc激活,如成人所示(Bjork等,2004; May等人,2004; 恩斯特等人,2005)。 然而,关于青少年和成年人的活动有何不同,结果却不一。 这些研究主要集中在伏隔核区而不是OFC研究变化。 此外,很少关注从童年到成年的NAcc和OFC发展特征。 跟踪这一发展为青春期报告的变化是否特定于这一发展时期或反映成熟的线性变化提供了额外的限制。

在这里,我们使用功能磁共振成像(fMRI)来检查行为和神经反应,以奖励整个发展过程中的价值操纵。 鉴于先前的动物报告,我们专注于NAcc和OFC(Hikosaka和Watanabe,2000; Pecina等,2003),成像(O'Doherty等人,2001; Zald等,2004)和成瘾(Hyman和Malenka,2001)研究表明他们参与奖励相关的学习。 基于啮齿动物模型(Laviola等,1999; Spear,2000)和以前的成像工作(恩斯特等人,2005),我们假设,相对于儿童和成人,青少年会表现出夸大的伏伤反应,暗示在此期间伏隔内的精细局灶性激活,与自上而下的PFC区域中较不成熟的激活相一致。

材料和方法

参与者。

16名儿童(7名女性;年龄为7-11,平均年龄为9.8年),13青少年(6名女性;年龄13-17,平均年龄为16年),以及12右撇子健康成人(6名女性;年龄23-29,平均年龄为25年)参加了fMRI实验。 以前报告了对成人数据的单独统计分析(Galvan等,2005)。 由于过度运动(> 2 mm),三名儿童和一名青少年被排除在分析之外。 分析中包括的两个对象(一个孩子和一个成人)在任何方向上的运动都大于0.5体素(1.56毫米)。 从分析中消除这些受试者并没有改变结果,不同年龄组的平面内运动也没有显着差异(成人: x = 0.48, y = 0.76, z = 0.49; 青少年: x = 0.26, y = 0.58, z = 0.45; 儿童: x = 0.18, y = 0.76, z = 0.36)。 受试者没有神经或精神疾病史,并且每个人都给出了康奈尔大学威尔康奈尔医学院机构审查委员会批准的方案的知情同意书(父母同意和儿童对青少年和儿童的同意)。 在实验之前,在模拟扫描仪中模拟了对青少年和儿童的实验,其中他们暴露于他们在实际实验期间将听到的声音。

实验任务。

参与者使用先前在非人灵长类动物中使用的延迟响应双选任务的改编版本进行测试(Cromwell和Schultz,2003)并在前面描述过(Galvan等,2005)在事件相关的fMRI研究中(图。 1)。 在此任务中,三个提示(平衡)分别与不同的奖励值相关联。 指示受试者按下他们的食指或中指以指示出现提示时出现提示的一侧,并尽可能快地做出反应而不犯错误。

 

图1。

行为范式。 左图,三个线索各自配对一个独特的奖励值(在受试者之间平衡),在整个实验过程中保持不变。 右图,范例包括提示,响应和奖励,这些提示,响应和奖励在时间上与12的ITI分开。 总试验长度为20 s。

刺激参数如下。 三个海盗卡通图像中的一个以伪随机顺序呈现在1000 ms的居中固定的左侧或右侧(图。 1)。 在2000毫秒延迟后,受试者在固定两侧(2000 ms)出现两个宝箱的响应提示,如果海盗位于固定的左侧,则指示用右手食指按下按钮或如果海盗是在固定的右侧,他们的右手中指。 在另一个2000毫秒延迟之后,在屏幕中央(1000 ms)显示小,中或大量硬币的奖励反馈。 每个海盗都有不同的奖励金额。 在下一次试验开始之前有一个12的间期间隔(ITI)。 总试验长度为20 s。 如果受试者未能做出回应或者他们犯了错误,他们就不会得到奖励; 在这两种情况下,他们在收到奖励反馈时收到错误消息。

受试者被保证参加研究的$ 50被告知他们可以获得高达$ 25的额外收入,具体取决于任务的表现(以反应时间和准确度为指标)。 尽管奖励金额彼此明显不同,但每项奖励的确切价值并未向受试者披露,因为在试点研究期间,受试者报告在每次试验后计算金额,我们希望避免这种可能的分心。 使用集成功能成像系统(PST,匹兹堡,宾夕法尼亚州)使用磁共振(MR)扫描仪的孔中的液晶显示器视频显示器和光纤响应收集装置呈现刺激。

该实验包括五次18试验(小型,中型和大型奖励试验各六次),每次试验持续6 min和8。 每次运行有6个试验,每个奖励值以随机顺序呈现。 在每次运行结束时,受试者都会了解他们在运行期间赚了多少钱。 获得的金额在所有科目中都是一致的,并且所有人都获得了持续的强化计划(在100%的试验中获得奖励)。 在开始实验之前,向受试者展示他们可以赚取的实际金钱以确保动机。 他们收到了详细的说明,其中包括熟悉所使用的刺激。 例如,对象显示了他们在实验期间将看到的三个线索和三个奖励量。 他们没有被告知如何与奖励有关。 我们明确强调有三种奖励,一种是小的,另一种是中等,另一种是大的。 这些量在实验中在视觉上是显而易见的,因为刺激中的硬币数量随着奖励的增加而增加。 当在实验结束时对受试者进行汇报期间明确询问这种关联时,只有一个受试者可以清楚地表达特定刺激和奖励量之间的关联。

图像采集。

使用3T General Electric(Milwaukee,WI)MRI扫描仪使用正交头部线圈进行成像。 使用螺旋输入和输出序列获得功能扫描(格洛弗和托马森,2004)。 参数包括:重复时间(TR),2000 ms; 回波时间(TE),30 ms; 64×64矩阵; 29 5 mm冠状切片; 3.125×3.125 mm面内分辨率; 翻转,90°用于184重复,包括在每次运行开始时的四次丢弃采集。 收集解剖T1加权的面内扫描(TR,500; TE,min; 256×256;视野,200 mm; 5 mm切片厚度)与功能图像相同的位置以及三维在稳态图像中的高分辨率损坏梯度回忆采集的数据集(TR,25; TE,5; 1.5 mm切片厚度; 124切片)。

图像分析。

Brainvoyager QX(Brain Innovations,Maastricht,荷兰)软件包用于执行成像数据的随机效应分析。 在分析之前,对原始图像执行以下预处理程序:通过刚体变换,切片扫描时间校正(使用sinc插值),通过将所有体积空间对准第一体积来检测和校正小头部运动的三维运动校正。 ),线性趋势去除,高通时间滤波,以消除每个时间过程三个或更少周期的非线性漂移,以及使用具有4 mm全宽半高的高斯核进行空间数据平滑。 对于此分析中包含的主题,估计的旋转和平移运动从未超过2 mm。 通过对应点的对齐和手动调整将功能数据共同注册到解剖体积,以通过视觉检查获得最佳拟合,然后转化为Talairach空间。 从48.83 mm的采集体素尺寸内插功能体素3 分辨率为1 mm3 在Talairach转型期间。 NAAC和OFC由Talairach坐标结合参考Duvernoy脑图谱定义(Talairach和Tournoux,1988; Duvernoy,1999).

最初的综合一般线性模型(GLM)分析包括所有受试者和所有受试者(相对于预审基线)以确定对奖励敏感的区域(NAcc和OFC)。 为了确保对每个年龄组的相同区域进行统计分析,进行单独的GLM分析。 基于奖励与基线对比,每组在NAcc和OFC中显示活化。 通过Talairach坐标和Duvernoy脑图谱(参考Duvernoy脑图谱)分别进一步确定了这些区域的局部化(Talairach和Tournoux,1988; Duvernoy,1999) 如上所述。 以前的方法学研究表明,在目前的研究中测试的血管动力学反应的立体定向登记和时间过程并没有不同(Burgund等,2002; Kang等人,2003)。 随后的分析和 事后 对于所有组,对于用该初始综合GLM鉴定的区域进行对比,然后分别对每组进行对比。 最后,进行了连接分析,确定了在NAcc和OFC中所有三组中共同激活的体素(补充图1,可在 www.jneurosci.org as 补充材料)。 在结合分析中识别的感兴趣区域与用初始综合GLM识别的区域重叠,并且 事后 测试证实与上述分析获得的效果相似。

在整组分析中,综合GLM由整个试验中的所有运行组成(5运行×37受试者= 185 z - 正常化的功能时间课程)并以奖励幅度作为主要预测因子进行。 预测因子是通过理想的Boxcar响应的卷积(假设任务呈现量的1值和剩余时间点的0的体积)与血液动力学响应的线性模型获得的(Boynton等人,1996并且用于在实验中构建每个时间过程的设计矩阵。 仅包括正确的试验,并为错误试验创建了单独的预测因子。 每组的正确试验总数如下:儿童1130(n = 13),青少年1061(n = 12)和成人的1067(n = 12)。 通过增加一名儿童科目来纠正儿童的试验次数减少。

事后 然后基于对比分析进行对比分析 t 测试预测因子的β权重,以确定NAcc和OFC中的感兴趣区域。 使用随机效应分析进行对比。 整个试验的每个数据点(18 s)的MR信号的时间序列和百分比变化相对于试验开始前的固定2(总试验持续时间为20 s),使用与显着活跃的体素相关的事件相关平均来计算从对比分析中获得。 按年龄组在每个区域招募的体素数量的计算基于对上述每组进行的GLM分析。

多重比较的校正基于蒙特卡罗模拟,这些模拟使用AFNI内的AlphaSim程序运行(考克斯,1996),确定适当的连续性阈值,以达到校正的α水平 p <0.01(Forman等人,1995)基于450 mm的搜索量3 对于NAcc。 校正后的α水平 p 在OFC中<0.05是基于〜25,400 mm的搜索量3 (Forman等人,1995)。 OFC激活不能在更严格的阈值下存活 p 各组之间<0.01。a

成果

成像结果

成像数据的综合GLM分析确定了NAcc [right(x = 6, y = 5, z = -2)并离开(x = -8, y = 6, z = -2)]和右OFC(x = 46, y = 31, z = 1)描述于 图2, AC以相对于下一次试验开始前18的间期间隔(例如,奖励与基线对比)的所有受试者和整个试验的实验运行(2),以奖励值作为主要预测因子。 在这些地区,奖励价值有一个主要影响(F(2,72) = 8.424; p = 0.001)(图。 2B)在NAcc,但不在OFC(F(2,72) = 1.3; p = 0.44)(图。 2D). 事后 t 对NAcc奖励的主要影响的测试证实了大小之间的显着差异(t(36) = 4.35; p <0.001),大中(t(36) = 2.01; p <0.05),以及中小型(t(36) = 2.09; p <0.04)的奖励,激活程度越高,奖励越多。

 

图2。

伏隔核的定位(A)和眼眶额叶皮质(C)激活奖励。 伏隔核中的奖励值有一个主要影响(B) [对 (x = 6, y = 5, z = -2)并离开(x = -8, y = 6, z = -2)]但不在右侧眶额叶皮层(x = 46, y = 31, z = 1)(D)。 误差棒表示SEM。 星号表示小型和中型,中型和大型,小型和大型之间的显着差异。

奖励活动的幅度和程度的发展差异

因为这项研究的重点是奖励如何影响跨越发展的神经募集,我们检查了伏隔和OFC活动的幅度和程度的发展差异,以获得最大的奖励。 活动幅度计算为试验的第一个18平均MR信号相对于试验前的固定间隔时间(2 s)的平均变化,在整个实验中取平均值(90试验= 900)扫描)。 对每个组进行该计算。 使用相同的对比度,按组分别计算活动的活动量(体素的数量)。

活动的重要性。

伏隔核和OFC中,MR信号的百分比变化存在显着的发育差异(F(2,22) = 6.47, p <0.01; F(2,22) = 5.02, p = 0.01,分别)(图。 3A,B)。 在伏隔核中,青少年表现出最大的信号变化。 事后 测试证实青少年和儿童之间存在显着差异(t(11) = 4.2; p = 0.03)以及青少年和成年人之间(t(11) = 5.5; p 伏隔核活动的大小= 0.01)。 在OFC, 事后 测试证实儿童和青少年之间存在显着差异(t(11) = 4.9; p = 0.01)和儿童和成人(t(11) = 3.99; p = 0.01)。 因此,青少年在伏隔核中表现出增强的活性,这种模式与OFC以及儿童和成人的模式不同。

 

图3。

伏地和OFC活动的重要程度和奖励。 A,青少年表现出相对于儿童和成人伏安的MR信号的夸大百分比变化。 B,在OFC中,相对于青少年和成年人,儿童的MR信号变化百分比最大。 C,与青少年和成年人相比,儿童在伏隔核中表现出最大的活动量。 D儿童和青少年在OFC中表现出比成人更大的活动量。 误差棒表示SEM。 星号表示儿童和青少年与青少年和成年人之间存在明显的激活差异 A; 儿童相对于青少年和成年人的激活更大 B; 儿童相对于青少年和成年人的活动量较大 C; 与儿童相比,青少年和青少年的儿童活动量增加 D.

活动范围。

伏隔核的活动程度存在显着的发育差异(F(2,22) = 4.7; p <0.02)和OFC(F(2,22) = 5.01; p 0.01)。 事后 测试证实,相对于青少年(503±43插值体素),儿童伏隔(389±71插值体素)的活动量最大(t(22) = 4.2; p <0.05)和成人(311±84内插体素)(t(22) = 3.4; p <0.05)(图。 3C)。 青少年和成年人没有差异(t(22) = 0.87; p = 0.31)。 对于OFC,儿童(864±165插值体素)(t(22) = 7.1; p = 0.01)和青少年(671±54)(t(22) = 5.8; p = 0.01)显示相对于成人的最大活动范围(361±45体素)(图。 3D),但儿童和青少年之间没有显着差异(t(22) = 1.8; p = 0.07)。 这种活动模式反映了OFC相对于NAcc的长期发展(图。 4,图)。

 

图4。

根据活动的平均程度调整所有受试者的伏隔核和OFC的活动标准化程度(x - 每个地区的平均值/平均值。

奖励价值时间处理的发展差异

为了检查整个实验中神经募集的差异变化,我们检查了时间(早期,中期和晚期试验)对NAcc或OFC中MR信号变化的主要影响和相互作用。 时间的影响仅在伏隔的奖励中通过群体的时间相互作用观察到(F(8,136) = 3.08; p = 0.003)并且在OFC中不那么强劲(F(8,136) = 2.71; p = 0.02)。 这种相互作用主要是由实验后期试验中发生的变化驱动的(作为早期,中期和晚期试验的变化,见补充图.2,见于 www.jneurosci.org as 补充材料). 数字56 描绘了MR信号的时间变化过程,作为每个区域的组的后期试验的小,中和大奖励值的函数。 这些时间序列显示青少年相对于儿童或成人的伏隔核活动在响应后发生的小型和大型奖励试验以及所有三个年龄组显示MR信号变化的点时出现了夸大的变化。 该图案以图形方式说明 图7 为清楚起见(对于所有三个年龄组,此时间点OFC活动的变化,请参阅补充说明 图。 3,可在 www.jneurosci.org as 补充材料).

 

图5。

对于每个年龄组的实验的后期试验,伏隔核的时间变化作为小,中和大奖励值的函数。 灰色条对应于响应之后的点〜5-6。 误差棒表示SEM。 星号表示组之间的激活差异。

 

图6。

对于每个年龄组的实验的后期试验,眶额皮质的时间变化作为小,中和大奖励值的函数。 灰色条对应于响应之后的点〜5-6。 误差棒表示SEM。 星号表示组之间的激活差异。

 

图7。

相对于每个年龄组的预审基线,MR信号〜5-6 s的变化百分比,显示青少年相对于儿童或成人的伏隔核活动在小型和大型奖励试验中的夸大变化。 误差棒表示SEM。 星号表示组之间的激活差异。

行为结果

使用5(运行)×3(小,中和大奖励)×3(组)ANOVA测试时间对任务和奖励值的影响,用于正确试验的平均反应时间的因变量和平均准确度。 奖励价值有主要影响(F(2,72) = 9.51; p = 0.001)和组(F(2,220) = 4.37; p = 0.02)和奖励与时间的显着相互作用(F(8,288) = 4.176; p <0.001)并按时间分组奖励(F(16,272) = 3.01; p = 0.01)表示平均反应时间。 奖励的主要影响表明,在所有受试者中,平均反应时间更快到最大奖励(平均值,515.47; SD,178.75; t(36) = 3.8; p 相对于中等(平均值0.001; SD,556.89)或较小奖励(平均值180.53; SD,552.39)的<180.35)。 时间奖励的显着相互作用主要是由时间奖励的三向相互作用驱动的。 在实验结束时,成年人对所有三个奖励值的平均反应时间有所不同(图。 8)。 相对于中小奖励,青少年明显快于大,中奖和小奖励之间没有差异。 儿童对小,中或大奖励的平均反应时间没有显着差异。 平均反应时间或准确度与伏隔或眶额活动之间无显着相关性。

 

图8。

行为结果。 对于每个年龄组的实验的早期,中期和晚期试验显示作为小,中和大奖励值的函数的平均反应时间。 误差棒表示SEM。 星号表示相对于青少年中的小型和中型奖励的反应时间较慢,而相对于中等和中等的较小的反应时间相对于成人中的较大而言较慢。

奖励没有显着影响(F(2,72) = 0.26; p = 0.40),组(F(2,220) = 0.73; p = 0.80)或时间(F(4,476) = 0.57; p = 0.44)或平均准确度的相互作用。 所有受试者在奖励值上都具有高准确度(儿童:小,96%;中等,98%;大96%;青少年:小,98%;中等,99%;大,99%;和成人:小,98%;中,99%;大,99%)。

讨论

本研究检查了行为和神经反应,以奖励整个发展过程中的价值操纵。 我们的研究结果支持了我们的假设,即NAcc和OFC招募中的青少年与儿童和成人不同,这些地区以前涉及奖励处理(Knutson等,2001)和成瘾(Volkow等人,2004)。 我们的结果与啮齿动物一致(Laviola等,2003)和以前的发育成像(恩斯特等人,2005)青春期增强伏隔核活动的研究。 这些研究结果表明,这些地区的不同发展轨迹可能与在这一发展时期观察到的增加的冲动和危险行为有关。

结构和功能的发展变化

增强的伏隔核活动与青少年相对于儿童的精细活动模式相似,但与成人相似。 相比之下,青少年表现出更多的弥漫性OFC招募更像儿童而非成人。 我们将这些数据解释为表明NACC的发展可能先于青春期的OFC发展。 前额区域的持续发展,从弥漫性到局灶性募集的转变与基于MRI的神经解剖学一致(Sowell等,1999; 2003; Gogtay等,2004)和fMRI研究(Casey等人,1997, 2002; Brown等人,2005, Durston等,2006)前额开发(Casey等人,2005).

前纹状体区域内活动量的发育变化(Sowell等,1999)鉴于在此期间发生的已知发育过程(例如,树突状树枝状化,突触修剪,髓鞘形成),这是令人感兴趣的。 然而,fMRI和MRI都没有提供一定程度的分析,以明确地表征这种变化的机制。 体积测量部分用于限制对幅度差异的解释,但我们只能推测我们NAcc和OFC的体积和活动量的变化反映了该电路的经验和发展的微调。

一些发育性fMRI研究报道了前纹状体区域的差异募集(Casey等人,2002; Monk等,2003; Thomas等人,2004)。 通常,这些发现已被解释为未成熟的前额区域而不是前额叶和皮质下区域之间的不平衡。 鉴于前额区域在不同背景下指导适当行动的证据(米勒和科恩,2001)不成熟的前额活动可能会妨碍对未来结果的适当估计和对风险选择的评估,因此对奖励估值的影响可能低于伏隔。 这种模式与先前的研究结果一致,显示皮层下皮质活动相对于皮质活动升高,当决策受到直接长期收益的影响时(McClure等,2004)。 此外,伏隔核活动已显示与随后的冒险行为正相关(Kunnen和Knutson,2005).

与发展有关的奖励相关学习

本研究的一个目标是描述跨发展的奖励学习。 成年人对三个线索表现出行为上的区别,对大奖励线索的反应最快。 青少年的反应较少,儿童几乎没有学习。 跨越发展的较慢学习与长期OFC发展的成像结果相似,这可能阻碍预测事件和奖励结果之间的联想学习。 这种解释得到了动物的支持(Hikosaka和Watanabe,2000; Chudasama和Robbins,2003; Cetin等,2004; Hosokawa等,2005)和人体成像(Elliott等人,2000; O'Doherty等人,2003; McClure等,2004; Cox等,2005; Galvan等,2005)研究显示OFC在学习和表示预测事件(刺激和反应)和奖励结果之间的联系在优化选择行为方面的作用。

迄今为止,很少有关于奖励的成像研究能够显示出作为奖励结果函数的行为差异(Haruno等,2004; Delgado等,2005; Galvan等,2005)。 在这里,我们的数据表明奖励相关的神经反应影响行为输出。 最小的行为变异可能会阻止以前的作者确定不同的奖励条件是否会偏离行为输出。 我们能够区分行为差异的一个原因可能是因为我们的范例旨在通过使用连续强化计划来最大化行为反应和学习(Dickinson和Mackintosh,1978; Gottlieb,2004, 2005)。 动物研究显示,相对于间歇性加固计划,连续学习更快(Gottlieb,2004)这可能解释了对跨越受试者的大型奖励试验的更快响应以及通过晚期试验对成人中每个奖励值的不同行为模式。

奖励对于不同的背景和年龄是相对的

奖励偏好因奖励背景而异(Tversky和Kahneman,1981; Tremblay和Schultz,1999)。 来自我们研究的证据支持这样的观点:相对奖励偏好在青春期被夸大:青少年表现出对大奖励的抵抗反应增强以及相对于其他奖励和其他年龄的小奖励的活动减少。 在胜利条件下,青少年报告的积极情绪强度和成年人的BOLD信号强度均高于成年人(恩斯特等人,2005)。 青少年可能将小奖励看作是奖励的遗漏,类似于在给定时间缺乏预期事件,之前显示减少纹状体活动(Davidson等,2004)。 这一发现相当于较小奖励从早期到晚期试验的反应时间减慢,提供了额外的证据表明这种情况可能被认为对青少年更为消极。 总之,这些发现意味着奖励感知可能受到青春期神经系统变化的影响(Irwin,1993).

发展变化可能与学习变化相似

最近, Pasupathy和Miller(2005) 表明,在猴子中,纹状体区域首先检测到奖励突发事件,然后似乎将前额区域偏向采取行动。 其他工作表明,OFC似乎涉及将反应与结果联系起来(Elliott等人,2000; Galvan等,2005)。 然而,这种影响可能取决于前额系统的成熟度和前纹状体区域之间的相互联系(哈伯,2003)将行动与结果联系起来,因为儿童和青少年没有像成年人那样以平均反应时间为指标显示学习。 孩子们是否不能学会区分不同的奖励价值,或者他们是否像小额奖励那样获得小额奖励仍然是一个悬而未决的问题。

行为反应灵敏度低于年轻受试者神经反应的结果可能与之前的学习研究结果一致,表明神经变化先于行为变化(Tremblay等,1998)。 相对于其他奖励值,到实验结束时,青少年的速度明显快于较大的奖励试验,但被告对每个奖励值表现出与成年人相似的不同活动模式。 如果这个解释是正确的,我们可能会期望通过额外的培训,使青少年的行为表现最终会与伏击行为相吻合。 同样,人们希望在儿童中出现类似的模式,但需要进行更广泛的培训。

当前和之前发现的对比

虽然青少年夸大的伏伤反应复制了青少年的反应 梅等人。 (2004)恩斯特等人。 (2005), Bjork等。 (2004) 发现在增益期间相对于成人的伏隔核活动减少而没有增益对比。 而Bjork等人。 (2004)报告了整个实验中的MR信号变化,我们检查了整个实验以及早期和晚期试验中的MR变化,后来的试验显示青少年相对于成人的激活更大。

与现有文献相比,本研究的第二个不同之处(O'Doherty等人,2001, Elliott等人,2003, Galvan等,2005),OFC中各学科的奖励价值缺乏主要影响。 在研究这一主要影响时,我们在不同年龄组和整个实验中崩溃了OFC活动。 OFC的其他奖励研究尚未包括发展人群,他们在该地区拥有分散且多变的活动模式(Casey等人,1997)。 因此,包括发育群体增加了该区域的募集变异性,OFC活性的模式不太一致。 此外,我们的数据显示,对于实验的后续试验,相对于较小的奖励,OFC活动的差异较大,但相对于NAcc显示不太准确的映射到奖励值,其显示了跨年龄的每个奖励值的离散活动模式。小组,与我们以前的工作一致(Galvan等,2005)和其他人(Elliott等人,2003).

启示

我们的研究结果表明,自上而下的控制系统相对于与食欲行为有关的皮质下区域存在旷日持久的成熟变化。 这些不同的发展轨迹可能导致青少年的选择不是最佳,而是通过食欲系统而不是控制系统(Spear,2000)。 了解奖励相关的中脑边缘电路的结构和功能连接的发展可以进一步告知该领域在增加的寻求奖励和青少年发作成瘾的神经生物学基础上。

我们建议使用类似于我们在此提出的神经框架来解释成瘾。 因此,PFC被冲动的皮质下系统“劫持”,这可能使其无法在未来后果的背景下适当调整决策(Bechara,2005)。 我们的研究结果与此推测一致,但在典型的发展过程中发生。 因此,皮质下系统相对于前额调节系统的不成比例的贡献可能是导致青少年易于吸毒并最终成瘾的决策不良的基础。

脚注

    • 收到 1月5,2006。
    • 收到修订 月15 2006。
    • 已接受 月25 2006。
  • a 通过这些模拟确定伏隔核和OFC的6和10的簇大小。 青少年和儿童数据中的8和10的群集大小分别在更严格的阈值中存活(p <0.002并且 p 分别<0.001)。 在OFC中,青少年和儿童的簇大小分别为14和18,他们的阈值更为严格(p <0.004并且 p 分别<0.001)。

  • 这项工作部分由国家药物滥用药物研究所R01 DA18879和R21 DA15882,国家精神卫生研究所资助P50 MH62196(BJC)和国家眼科研究所资助T32 EY07138研究员(AG)提供支持。 我们非常感谢所有参与者及其家人参与本研究以及三位匿名审稿人。

  • 通讯应发给Adriana Galvan或BJ Casey,1300 York Avenue,Box 140,纽约,纽约10021。 电子邮件: [电子邮件保护] or [电子邮件保护]

參考資料

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