青少年大脑和行为的神经生物学:对物质使用障碍的影响(2010)

J Am Acad Child Adolesc Psychiatry。 2010 Dec; 49(12):1189-201; 测验1285。
 

来源

Sackler发育心理生物学研究所,威尔康奈尔医学院,纽约,纽约,10065,美国。 [电子邮件保护]

抽象

目的:

青春期是一个发展时期,需要在冒险行为和酒精和毒品实验方面发生重大变化。 了解大脑在此期间相对于儿童期和成年期的变化以及这些变化如何因人而异,这对于预测后期药物滥用和依赖的风险至关重要。

方法:

本文以青春期的新兴观点为背景,讨论了近期的人类成像和动物工作,其特征是早期新兴的“自下而上”系统表现出对动机刺激的过度反应,而后来成熟的“自上而下”的认知控制区域之间存在紧张关系。 。 行为,临床和神经生物学的证据被报告为使这两个系统发育分离。 在这两个系统的背景下,讨论了酒精对大脑的影响及其有益特性的文献。

结果:

总的来说,这些研究显示了激励行为的曲线发展和潜在的皮质下大脑区域,从13到17年的峰值变化。 相比之下,在自上而下的行为调节中具有重要意义的前额区域在年轻成年期表现出线性的发展模式,与冲动行为研究中的情况相似。

结论:

青春期这些发育系统之间的紧张或不平衡可能导致认知控制过程更容易受到基于激励的调节,并且更容易受到酒精和药物的动机特性的影响。 因此,面对食欲线索需要认知控制的行为挑战可以作为有用的生物行为标记,用于预测哪些青少年可能更大的酒精和物质依赖风险。

版权所有©2010美国儿童和青少年精神病学会。 由Elsevier Inc.出版。保留所有权利。

介绍

青春期是一个发展的过渡时期,同时经历了许多变化,包括身体成熟,独立的驱动,社会和同伴互动的显着增加以及大脑发育 13。 这个发展时期也是一个以冒险行为的变化为特征的时期,包括药物和酒精的实验,犯罪活动和无保护的性行为。 了解这些危险行为的神经基础是确定哪些青少年可能面临不良后果风险的关键,例如物质依赖和滥用。

已经假设了一些假设,为什么青少年可能会参与冲动和危险的行为。 传统的青春期记录表明,这是一个与认知控制能力逐步提高相关的发展时期。 认知控制的这种效率被描述为依赖于前额叶皮层的成熟,如通过成像所证明的 47 和验尸研究810 显示该地区的持续结构和功能发展到年轻的成年期。

随着前额皮质的发展而改善的认知控制与从儿童期到成年期的这种能力的线性增加一致。 然而,在青春期观察到的次优选择和行动代表了发展的变化 11 国家卫生统计中心关于青少年行为和死亡率的证据表明这在童年或成年期是独一无二的 12。 如果认知控制和不成熟的前额叶皮层是单独选择行为的基础,那么儿童应该看起来非常相似或者可能比青少年更糟糕,因为他们的前额皮质和认知能力欠发达 2。 这篇综述讨论了大脑在青春期如何变化的主要问题,这可能解释了风险和冲动行为的变化。 此外,我们提供了在这一发展阶段如何使用酒精和药物可能会进一步加剧这些变化并导致随后的滥用和依赖的实例。

为了准确捕捉青春期的认知和神经生物学变化,这个时期必须被视为过渡时期,而不是时间上的单个快照。 3。 换句话说,为了理解这个发展时期,为了区分这个时期的不同属性相对于发展中的其他时间点,过渡到青春期是必要的。 因此,在认知和神经过程中建立从儿童期到成年期的发育轨迹的经验数据对于表征这些转变至关重要,更重要的是限制对青春期大脑或行为变化的任何解释。

其次,准确描绘青春期需要改进这一时期的表型特征。 例如,在行为层面上,青少年通常被描述为冲动和更大的风险承担者,这些结构几乎同义使用。 然而,这些结构是截然不同的,并且认识到这种区别对于描述它们的发育轨迹和神经基础是很重要的。 我们提供行为,临床和神经生物学证据,表明冒险与环境激励(寻求感觉)的敏感性更紧密相关,而冲动与自上而下的认知控制不良有关。

为了从理论上对实证结果进行研究,我们为青春期提供了一个合理的神经生物学模型,并提出了在此期间的发展如何可能导致酒精和药物滥用的脆弱性增加。 本次审查的目的不是对青春期进行精神病理学治疗,而是解释为什么有些青少年而非其他青少年容易受到药物滥用的影响。 因此,我们试图确定潜在的生物和行为标记,以便早期识别和干预措施的结果评估。

青春期神经生物学模型

青少年发育的神经生物学模型 2 以啮齿动物模型为基础 13, 14 和最近的青春期成像研究 6, 7, 1520 描绘 图1。 该模型说明了皮层下和前额叶自上而下的控制区域必须如何作为电路一起考虑。 该动画片显示了这些区域的信号传递的不同发展轨迹,边缘投影比前额控制区域更早发展。 根据该模型,相对于青春期不太成熟的皮质回路(即,系统依赖性不平衡),青少年偏向于功能成熟的皮质下,与儿童相比,这种前边缘电路仍在发展; 与成年人相比,这些系统已经完全成熟。 随着发展和经验,这些区域之间的功能连接得到加强,并提供自上而下调制皮质下系统的机制 7。 因此,它是前纹状体电路,连同该电路内连接的功能强化,可提供一种机制来解释在整个开发过程中观察到的冲动性和冒险性的变化。

图1

横向发育的腹侧纹状体和前额叶皮层(PFC)相互作用的卡通模型。 更深的颜色表示更大的区域信号。 线表示功能连接,实线表示成熟连接和虚线表示 ...

该模型与之前的模型一致 2124 因为它提供了从儿童期到成年期行为中观察到的非线性变形的基础,这是由于相对于不太成熟的自上而下的前额叶皮层预测,皮质下预测的早期成熟。 具体来说,是三元模型 21 提出动机行为有三个不同的神经回路(接近,回避和监管)。 进近系统主要受腹侧纹状体控制,杏仁核避免系统控制,最后由前额叶皮层调节系统控制 25。 目前的模式与其他模式的不同之处在于,它的基础是大脑变化的经验证据,不仅是从青春期到成年期的过渡,而是过渡 从小就和以后的青春期 位客人评分中获得平均 青春期进入成年期。 此外,该模型并未表明纹状体和杏仁核对于接近和回避行为具有特异性,因为最近的研究表明这些结构具有独立性。 26,而是在检测环境中可能偏向行为的动机和情感相关线索中非常重要的系统。 在这篇综述中,我们在我们的模型背景下描述了青春期行为和人类成像研究的最新证据,该模型说明了从儿童到成年的过渡。

青春期的表型特征

抵制诱惑以支持长期目标的能力是一种认知控制的形式。 这种能力的失误被认为是青少年危险行为的核心 27。 在社会,发展和认知心理学的背景下研究了认知控制,其包括抵抗诱惑或延迟即时满足。 在发育方面,这种能力是通过评估幼儿能够抵抗立即奖励(例如,饼干)多长时间来支持更大的奖励(例如,两个饼干)来衡量的。 28。 尽管个体即使作为成年人也具有不同的这种能力,但是当个体可能特别容易受到诱惑时,发育研究表明发育的窗口。 这种能力被描述为一种冲动控制形式 29 它是多方面的 30, 31,但可以在操作上被定义为在面对突出的,竞争性的投入和行动时实现目标导向行为的能力 32.

从历史上看,发育研究显示从婴儿期到成年期的认知控制能力稳步提高 33。 这一观察得到了来自实验范例的大量行为证据的支持,这些实验范例包括Go-NoGo任务,Simon任务和任务切换范例,这些范例要求参与者覆盖优先响应以实现正确的响应。 32, 34。 然而,当抑制对激励相关线索的响应是有利的时,认知控制受到损害 20。 这种减少的控制在青春期尤为明显,当时性和药物相关行为的次优选择达到峰值 3, 11, 12, 14。 这些观察意味着认知控制中的发展轨迹是复杂的,并且可以通过情绪激动或强化的情境(例如,社交和性交互)来调节,其中认知控制需求与动机驱动或过程相互作用。

动机可以至少以两种方式调节认知控制。 首先,在特定任务中获得绩效奖励可以使人们更加努力工作,最终比没有奖励时表现更好 17。 其次,当需要抑制对食欲线索的思考和行动时,施加控制的能力可能受到挑战 20。 最近对青少年发展的研究已经开始比较相对中立和激励背景下的认知控制能力。 这些研究表明,对环境线索的敏感性发生了变化,尤其是在发育的不同阶段,基于奖励的线索,并表明在青少年时期动机对认知的独特影响。

在下一节中,我们将重点介绍青少年行为在情绪激动的情境中相对于成年人的差异性偏差的一些最新研究。

例如,恩斯特及其同事 35, 36 检查了一项antisaccade任务的表现,承诺获得经济回报,以便在某些试验中获得准确的表现, 结果显示,奖励的承诺,促进青少年认知控制行为比成人更多,这一发现已被复制 17 最近被扩展到社会奖励(例如幸福的面孔) 20).

虽然前面的例子提供了青少年激励表现增强的情况,但奖励也会在抑制对奖励的反应导致高收益时降低表现。 例如,使用赌博任务,在决策过程中立即提供奖励反馈(“热”试验,提高任务引发情感唤醒)或保留直到决定(“冷”故意决策试验),Figner及其同事 37 结果显示,与成人相比,青少年的赌博风险更高,但仅在“炎热”状态下。 使用类似的任务,爱荷华州赌博任务,Cauffman和同事 38 已经表明,这种对奖励和激励的敏感度实际上在青春期达到顶峰,从儿童晚期到青春期稳步增加,趋向于使用更有利的卡片组,然后从青春期后期到成年期逐渐下降。 这些研究结果说明了曲线函数,大致在13和17之间达到峰值,然后下降 27。 虽然爱荷华州赌博任务的先前发现表明随着年龄的增长,性能呈线性增长 39,这些研究没有持续观察年龄,也没有检查只有有利的卡片组的试验。

最近的研究表明,社会背景,特别是同龄人,也可能成为一种动机暗示,可能会减少青春期的认知控制。 已经表明,青少年同伴使用物质的程度与青少年自己使用的酒精或非法物质的数量成正比。 40。 使用模拟驾驶任务,Gardner及其同事 41 已经表明,青少年在同龄人面前做出比单独做出更有风险的决定,并且这些风险决策随着年龄呈线性下降 23, 40.

总之,这些研究表明,在青春期,潜在奖励的动机线索特别突出,并且当作为强化剂或奖励结果提供时可以导致改善的表现,但是当作为提示提供时风险选择或次优选择。 在后一种情况下,动机线索可以减少有效的目标导向行为。 此外,这些研究表明,对奖励和感觉寻求行为的敏感性不同于具有非常不同的发育模式的冲动(分别是曲线函数和线性函数)。 Steinberg等人最近的一项研究进一步证明了这种区别。 42 使用感知寻求和冲动的自我报告测量。 他们测试了在1000和10之间的近30个体中,不同时间表中经常混合的感觉寻求和冲动的结构是否发展。 结果显示,感觉寻求与年龄的差异遵循曲线模式,寻求感觉的峰值在10和15年之间增加,之后下降或保持稳定。 相比之下,冲动性的年龄差异遵循线性模式,随着年龄的变化,冲动性逐渐下降(见 图2 小组A)。 这些研究结果与基于实验室的研究结果一起表明,青春期风险承担的可能性增加“可能是由于寻求兴奋的相对较高的倾向和相对不成熟的自我控制能力的结合,这是这一发展时期的典型特征” 42.

图2

感觉寻求和冲动的不同发展课程的插图。 小组A.感觉寻求和冲动作为年龄函数的情节(改编自 42)。 小组B.对奖励敏感的大脑区域的活动模式图 ...

青春期神经生物学

如我们的青春期模型所示,涉及认知和动机行为的两个关键区域是前额叶皮质,已知对认知控制很重要 43 并且纹状体在检测和学习环境中的新颖和有益线索方面至关重要 44。 我们重点介绍了近期关于神经生物学变化的动物和人类影像学研究,这些研究支持这些动机和认知系统的发展,这些研究是在先前关于感觉寻求和冲动的发展的行为发现的背景下进行的。 我们使用先前描述的自上而下前额区域的线性发展的不平衡模型相对于曲线函数来发展自下而上的纹状体区域,所述自下而上的纹状体区域涉及检测环境中的显着线索以使结果接地。 检查电路而不是特定区域变化的重要性,特别是在构成不同形式的目标导向行为的前纹状电路中是至关重要的。 这种观点使得该领域远离检查每个区域如何孤立地成熟,以及它们如何在互连电路的环境中相互作用。

精囊动物和人类工作已经显示纹状体和前额皮质区域如何塑造目标导向行为 7, 27, 37, 38, 44。 在猴子中使用单单元录音,Pasupathy&Miller 45 研究表明,当灵活地学习一组奖励突发事件时,纹状体中非常早期的活动为基于奖励的关联提供了基础,而后来,更多审慎的前额外机制被用来维持可以最大化收益的行为输出,这些发现具有在病变研究中被复制 4648。 在前额叶区域激活开始之前,纹状体在奖励突发事件的早期时间编码中的作用也已扩展到人类 49。 这些发现表明了解区域之间的相互作用(以及它们的组成部分功能); 在纹状体外回路中,对于在青春期开发认知和动机控制模型至关重要。

在青春期,前纹状体回路经历了相当大的细节 5053 在多巴胺系统中尤其显着。 纹状体中多巴胺受体密度峰值D1和D2发生在青春期早期,随后年轻成年期受损这些受体 5456。 相比之下,直到青春期后期和青年期,前额叶皮质在D1和D2受体密度中没有出现峰值 57, 58。 类似的发育变化已经在其他奖励相关系统中显示,包括大麻素受体 59。 目前尚不清楚多巴胺系统的变化如何与动机行为有关,因为关于奖励敏感性是否受多巴胺系统调节仍存在争议(例如, 60, 61)以及它是否是较少活性或过敏的多巴胺系统的结果(例如, 62, 63)。 然而,鉴于青春期多巴胺丰富的电路发生了巨大变化,它可能与儿童期或成年期不同的奖励敏感度变化有关 50, 64。 除了多巴胺受体的显着变化之外,青春期还会出现明显的激素变化导致性成熟,并影响前纹状体回路中的功能活动。 65但是,详细讨论超出了本文的范围,请参阅 66, 67 有关该主题的详细评论。

人体成像研究已经开始为跨越发展的富含多巴胺的前纹状体电路的连接提供支持。 使用扩散张量成像和功能磁共振(fMRI),Casey及其同事 68, 69 和别的 70 已经显示出在整个发育过程中这些回路内的远端连接具有更大的强度,并且将前额叶和纹状体区域之间的连接强度与在典型和非典型发育个体中有效地参与认知控制的能力联系起来。 68, 69。 这些研究说明了皮质纹状体电路中信号传导的重要性,这些电路支持有效参与认知控制的能力。

同样,人类功能性神经影像学研究有越来越多的证据表明纹状体和前额皮质等皮质下系统如何相互作用,从而引起青少年的危险行为。 71。 大多数成像研究都集中在一个或另一个区域,显示前额皮质,被认为可以促进认知控制中与年龄相关的改善 7278 经历延迟成熟 4, 79, 80 而对新颖性和奖励操纵敏感的纹状体区域则更早发展 74, 81。 几个研究小组已经表明,与成人相比,青少年在预期和/或接受奖励时表现出更高的腹侧纹状体激活 6, 15, 17, 18,但其他人报告反应迟钝 82.

Galvan及其同事完成了从童年到成年期间检查整个发展过程中奖励相关过程的首批研究之一 6 在6到29岁的年龄。 他们表明,腹侧纹状体激活对不同程度的金钱奖励很敏感 49 并且相对于儿童和青少年,这种反应在青春期被夸大了 6 (见 图3),表示信号增加 6 或更持久的激活 83。 与腹侧纹状体中的图案相比,眼眶前额区域在这些年龄段表现出旷日持久的发展(图2b).

图3

腹侧纹状体活动,以奖励和与冒险相关联。 轴向平面(左图)中腹侧纹状体的局部化,通过奖励激活(中图)并与冒险相关(右图)(改编自 6, 16)

但是,腹侧纹状体信号的这种增强如何与行为相关? 在一项后续研究中,Galvan及其同事 16 研究了腹侧纹状体活动与大额金钱奖励与风险承担和冲动性的人格特质测量之间的关联。 在她的7到29岁的样本中获得了风险行为,风险感知和冲动的匿名自我报告评级量表。 Galvan等。 表明腹侧纹状体活动与大量奖励之间存在正相关,并且表现出参与危险行为的可能性(参见 图3这些发现与成人影像学研究一致,显示腹侧纹状体活动与风险选择 84, 85.

为了进一步支持青少年的危险行为与以过度的腹侧纹状体反应为指标的奖励敏感性之间的联系,Van Leijenhorst及其同事 18 使用赌博任务测试了这种关联。 任务包括获得小额金钱奖励的高风险赌博和获得较大金钱奖励的较小概率的高风险赌博。 功能磁共振成像结果证实,高风险选择与腹侧纹状体募集相关,而低风险选择与腹侧内侧前额叶皮层激活相关。 这些发现与以下假设一致:青春期的危险行为与由与我们的青春期神经生物学模型一致的皮质下奖励和前额叶调节大脑区域的不同发育轨迹引起的不平衡相关。

虽然在Galvan研究中,冒险行为与腹侧纹状体激活之间似乎存在关联 16 腹侧纹状体活动与冲动性之间没有相关性。 相反,冲动性评级与年龄相关,与许多成像研究一致,显示在脉冲控制任务期间前额皮质募集的年龄线性发展 7, 75, 77 (并查看评论 34, 86)。 此外,最近的研究表明,冲动收视率成反比健康男孩的样品中腹内侧前额叶皮质的量相关(7-17yrs) 87。 最后,与对照组相比,以ADHD等冲动性问题为特征的临床人群研究表明,脉冲控制受损,前额区活动减少, 88, 89 但是没有表现出对激励措施的高度回应 90.

这些研究结果为与冒险行为相关的风险承担和奖励敏感性相关结构的解离提供了神经生物学实证支持,前者表现出曲线模式,后者呈线性模式(见 图2 B.)。 因此,青春期的选择和行为不能仅通过前额皮质的冲动性或持久性发展来解释。 相反,必须考虑动机皮质下区域,以阐明为什么青少年行为不仅与成人不同,而且与儿童不同。 因此,腹侧纹状体似乎在兴奋程度中起作用 82, 91 和积极的影响 15 获得奖励时,以及寻求感情和冒险的倾向 16, 91。 更重要的是,这些研究结果表明,在青春期,一些人可能更容易从事风险行为,因为发展变化与特定个体参与风险行为的倾向的变化相一致,而不是冲动的简单变化。

一个受到较少关注的科学领域是确定认知控制和激励系统如何在发展过程中相互作用。 如前所述,恩斯特及其同事 35, 36 表明,金钱奖励的承诺比成年人更能促进青少年认知控制行为。 Geier等。 17 最近在功能性脑成像期间使用抗同步任务的变体鉴定了这种认知上调的神经基质。 在青少年和成年人中,资金匮乏的试验加速了表现并促进了准确性,但这种影响在青少年中更大。 在得到下一次试验获得奖励的提示之后,青少年在准备并随后执行抗痉挛时在腹侧纹状体中显示出夸张的激活。 在青少年中观察到的反应过度前额区域内沿着所述中央前沟,用于控制眼球运动重要的是,这表明一个奖励相关的上调在控制区域为好。

如上所述,奖励可以增强并减少目标导向的行为。 观察到青少年在出现食欲线索时承担更多风险而不是在赌博任务期间缺席这一点(例如, 37)。 在最近的成像研究中 20,Somerville等。 通过食欲线索确定了控制区下调的神经基质。 Somerville等。 测试了儿童,青少年和成年参与者,同时他们用热情的社交线索(快乐的面孔)和中性线索进行了nogo任务。 对于这种冲动控制任务,任务对中性线索的表现随着年龄的增长而稳步改善。 然而,在个人不得不抵制接近食欲暗示的试验中,青少年未能表现出预期的年龄依赖性改善。 青春期的这种性能下降与纹状体活动增强相平行。 相反,额下回的激活与总体准确性相关,并显示nogo与go试验的年龄变化的线性模式。 总之,这些研究结果表明,在没有成熟的认知控制反应的情况下,青少年的食欲性线索夸大的腹侧纹状体表现。

总的来说,这些数据表明,虽然青少年作为一个群体被视为冒险者 41一些青少年比其他青少年更容易从事危险行为,使他们面临更大的负面结果风险。 这些研究结果强调了在研究与发展人群中的冒险和冲动相关的复杂脑 - 行为关系时考虑个体差异的重要性。 此外,这些个体和发展差异可能有助于解释某些个体在与使用药物有关的风险承担方面的脆弱性,并最终成瘾 64.

青少年中的物质使用和滥用

青春期标志着药物和酒精实验增加的时期 92,酒精是青少年滥用最多的非法物质 11, 93, 94。 早期使用这些物质,如酒精,是后来依赖和滥用的可靠预测指标 95。 鉴于青春期和成年期之间酒精依赖性的激增在任何其他发育阶段都是无与伦比的 96,我们主要关注其在青少年和动机属性中的使用和滥用的选择性评论。

酒精以及其他滥用物质,包括可卡因和大麻素,已被证明具有增强作用。 这些物质影响中脑边缘多巴胺传递与富含多巴胺的前肢边缘电路中神经元的急性激活,包括腹侧纹状体 9799。 正如Hardin和Ernst(2009)所建议的那样 92,这些物质的使用可能会加剧已经增强的腹侧纹状体反应,从而提高或加强药物的增强特性。 罗宾逊和贝里奇 61, 63, 100 有人提出,这些滥用药物可以“劫持”与药物激励相关的系统,如腹侧纹状体,从而下调自上而下的前额控制区域。

由于在人类青少年中进行此类研究的伦理限制,大多数关于青少年使用酒精的实证研究都是在动物身上进行的。 乙醇动物模型也为青少年酒精相对于成人的不同影响提供了最多证据,并且与对乙醇效应相对不敏感的青少年的人类发现一致。 Spear及其同事已经证明青少年大鼠相对于成年人,对乙醇的社交,运动,镇静,急性戒断和“宿醉效应”不太敏感 101103。 这些发现具有重要意义,因为许多这些影响可以作为限制成人摄入量的线索 11。 同样,在青少年对可能有助于限制饮酒量的线索不敏感的同时,酒精的积极影响,如社会促进可能会进一步促进酒精使用 104。 人类中最危险的行为 - 包括酒精滥用 - 发生在社交场合 23当这种行为受到同龄人的重视时,可能会促使青少年更多地使用酒精和毒品。

与成人相比,青春期的酒精使用和滥用是如何改变大脑的? 虽然青少年可能对酒精的某些行为影响不太敏感,但他们似乎对某些神经毒性影响更敏感 94。 例如,生理学研究(例如, 105)显示更大的乙醇诱导的抑制NMDA介导的突触电位和青少年海马切片的长期增强比成人。 反复暴露中毒剂量的乙醇也会产生更大的海马依赖性记忆缺陷 106, 107 并且长时间的乙醇暴露与增加的树突棘大小有关 108。 这些后来的树突棘变化的发现提示可以稳定成瘾行为的大脑回路的改变 94.

来自脑成像研究的数据为人类提供了酒精对大脑的神经毒性作用的平行证据。 许多研究报道,与健康个体相比,酒精依赖性或滥用青少年和年轻人的大脑结构和功能发生了改变。 这些研究显示较小的额叶和海马体积,改变的白质微观结构和较差的记忆 109113。 此外,这些研究显示海马体积与首次使用年龄之间存在正相关关系 109 提示青春期早期可能是酒精神经毒性影响风险增加的时期。 持续时间与海马体积呈负相关,可能会加剧这种效应。

目前,只有少数研究检查了青少年对药物或酒精相关刺激(即酒精图片)的功能性大脑活动 114,虽然这是未来研究的一个领域(见 115)。 对高危人群的研究(例如,酒精依赖的家族负荷)表明,在药物使用暴露之前,正面功能受损是明显的(例如 116, 117并且可以预测以后的物质使用 118, 119。 然而,在早期行为研究中,8中的酒精对15患有低和高家族风险的男孩的影响 120,最重要的发现几乎没有任何行为改变或中毒试验的问题 - 即使在观察到成人人群中已经令人陶醉的给定剂量之后。 甚至在药物使用暴露之前,这些神经毒性作用以及对酒精的动机效应的敏感性增加以及较低的自上而下前额控制的证据表现出来 116 可能会建立一个远远超过青春期的酒精和药物滥用的长期过程 118, 119.

结论

总之,所描述的研究支持青少年大脑发育的观点,其特征在于早期出现的“自下而上”系统之间的紧张关系,其表达对动机刺激的夸大反应性和随后成熟的“自上而下”认知控制区域。 这种与追求感受和冒险行为相关的自下而上的系统随着“自上而下”监管的逐步出现逐渐失去竞争优势(例如, 2, 7, 15, 23, 64, 121123)。 这些发展中的系统在青春期之间的这种不平衡可能导致更容易受到冒险行为的影响,并且更容易受到滥用物质的动机特性的影响。

该综述提供了用于在发育上解离这些皮层下皮质系统的行为,临床和神经生物学证据。 来自实验室任务的行为数据和对儿童,青少年和成人进行的自我报告评级(例如, 18, 20, 37, 42)表明感觉寻求的曲线发展,大约在13和17年之间的峰值拐点,而冲动性从童年到成年期以线性方式降低。 人体成像研究显示对与行为数据平行的奖赏(腹侧纹状体)敏感的皮质下脑区域的活动模式。 具体而言,它们在这些地区呈现出曲线发展模式,其反应的程度与冒险行为有关。 相比之下,在自上而下的行为调节中起重要作用的前额区域显示出与冲动行为研究中所见的线性模式相似的线性模式。 此外,具有冲动控制问题的临床疾病表现出较少的前额活动,进一步将神经生物学基质与冲动性的表型构建联系起来。

在此期间,皮质下区域相对于前额皮质区域之间的张力可以作为观察到的高风险的可能机制,包括使用和滥用酒精和药物。 大多数青少年尝试过酒精 93,但这并不一定会导致滥用。 自上而下监管较少的个体可能特别容易受到酒精和药物滥用的影响,正如对高危人群的研究所表明的那样,他们在酒精和药物暴露之前表现出正面功能受损(例如 116, 117)。 在我们的青春期神经生物学模型的背景下,这些个体在皮质 - 皮质下控制中会有更大的不平衡。 这些发现也与ADHD人群的临床发现相一致,这些人群的前额叶活动减少,与健康对照相比,发生物质使用障碍的可能性是其四倍。 124。 皮质 - 皮质下控制的这种不平衡将进一步加剧青少年对运动的不敏感性和酒精的镇静作用,否则可能有助于限制摄入,以及酒精在社会促进中的积极影响,这可能进一步促进酒精使用 104。 正如Steinberg及其同事所示 23, 41,大多数危险行为 - 包括酒精和药物滥用 - 都发生在社交场合。 因此,当重视这种行为时,同伴可以鼓励和维持使用酒精和药物。

成瘾相关工作面临的挑战之一是开发生物行为标志物,以早期识别药物滥用风险和/或干预/治疗结果评估。 我们的研究结果表明,在存在诱人的食欲线索时需要进行认知控制的行为挑战可能是有用的潜在标志物。 这种行为测定的实例包括具有高风险和低风险的赌博任务或本评论中描述的“热”和“冷”条件 18, 37 或简单的冲动控制任务,需要抑制对食欲/诱惑提示的反应 20。 这些任务让人想起米歇尔所提出的延迟满足任务 125。 事实上,在青少年和成年人中进行简单冲动控制任务的表现与他们作为延迟满足任务的幼儿的表现有关。 28, 29。 Mischel及其同事在以后的生活中展示了这项任务的高度稳定性和预测价值。 与药物滥用有关的是,他们表明,作为幼儿延迟满足的能力,预测生命后期的药物滥用(例如可卡因)减少 126。 在我们目前的工作中,我们开始使用这些任务的组合来确定这种能力的神经基质,以进一步了解药物滥用的潜在风险因素。

总的来说,这些数据表明,尽管青少年作为一个群体被视为冒险者 41一些青少年比其他青少年更容易从事危险行为,使他们面临更大的负面结果风险。 但是,冒险在适当的环境中可以非常适应。 因此,而不是试图消除迄今为止尚未成功的企业的青少年冒险行为 23一个更具建设性的策略可能是在受控制的环境下提供风险和令人兴奋的活动(例如,在室内攀岩的课后计划),并限制有害的冒险机会。 由于青少年的大脑是经验的反映,有了这些安全的冒险机会,青少年可以通过微调自上而下的控制区域和自下而上的驱动器之间的连接来塑造长期行为,并使这个电路成熟。 其他成功的策略是认知行为疗法,其专注于拒绝技能或认知控制,以减少危险行为 127。 研究结果强调了在研究与发展人群中的冒险和冲动相关的复杂脑 - 行为关系时考虑个体差异的重要性。 此外,这些个体和发展差异可能有助于解释某些个体在与药物使用相关的风险承担中的脆弱性,并最终解释成瘾。

致谢

这项工作部分得到了NIDA R01 DA018879,NIDA博士前培训基金DA007274,Mortimer D. Sackler家族,Dewitt-Wallace基金以及威尔康奈尔医学院花旗集团生物医学成像中心和成像核心的支持。

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