Pomiar poziomu aktywności pojedynczych neuronów w mózgach szczurów pozwolił na opis uderzających różnic między dorastającymi i dorosłymi szczurami, mimo że osobniki z obu grup wiekowych zachowywały się podobnie w trakcie zadania, w którym zdobywały atrakcyjną nagrodę. To odkrycie może stanowić pewną wskazówkę co do neurologicznego podłoża skłonności do pewnych zachowań w wieku dorastania i szczególnej podatności na występowanie zaburzeń psychicznych w tej grupie wiekowej.

Z wielu dotychczasowych badań wynika, że w wieku dorastania mózg, zarówno u ludzi, jak w przypadku zwierząt, przechodzi głębokie przemiany i proces dojrzewania. Poprzez lepsze zrozumienie natury tych zmian naukowcy chcą wyjaśnić, dlaczego takie choroby psychiczne, jak schizofrenia i zaburzenia nastroju, często rozpoczynają się w okresie adolescencji, a także dlaczego wskaźniki nadużywania substancji psychoaktywnych i skłonność do podejmowania zachowań ryzykownych są większe w tej grupie wiekowej niż w jakiejkolwiek innej.

David Sturman i Bita Moghaddam, naukowcy z University of Pittsburgh, rejestrowali aktywność pojedynczych komórek nerwowych w mózgach młodocianych i dorosłych szczurów w czasie, gdy wykonywały one zadanie, po którym otrzymywały nagrodę pokarmową. Szczury uczyły się bardzo prostego zadania, wkładania nosów w świecący otwór, a po jego wykonaniu utrzymywały nagrodę. Wykonywanie tak prostych zadań stanowi podstawę bardziej skomplikowanych zachowań, co z kolei umożliwia pomiar aktywności mózgu związanych z wykonywaniem czynności.

Gdy szczury już wykonały to zadanie, badacze rejestrowali aktywność pojedynczych neuronów w okolicy czołowo-oczodołowej, która jest częścią mózgu zaangażowaną w przewidywanie otrzymania nagrody. Wcześniejsze badania wykazały, że właśnie ten rejon mózgu nie jest jeszcze w pełni ukształtowany u osobników młodocianych. W związku z tym, jak wskazują wyniki omawianych badań, jeżeli nawet dorosłe i młodociane osobniki zachowywały się w podobny sposób, aby otrzymać nagrodę, wzorce aktywności poszczególnych komórek w ich mózgach były odmienne. W porównaniu z dorosłymi szczurami w mózgach młodocianych osobników rejestrowano w kluczowych momentach wykonywania zadania (np. w momencie otrzymania nagrody) istotnie mniejsze nasilenie procesów hamowania aktywności. Odnotowano również różnice w rejestrowanych lokalnie poziomach potencjałów elektrycznych, które są skutkiem zsynchronizowanych wyładowań całych grup neuronów. Poziomy tych potencjałów odzwierciedlają zdolność do skoordynowanych wyładowań neuronalnych w poszczególnych częściach mózgu, a zaobserwowane różnice między dorosłymi i młodocianymi osobnikami można w związku z tym interpretować jako wyraz mniejszej dojrzałości i mniej wydajnych połączeń mózgowych w przypadku adolescentów.

Aktywność mózgu odzwierciedla bieżący stan równowagi miedzy dwoma procesami - pobudzeniem i hamowaniem. Wcześniejsze badania pozwoliły zidentyfikować różnice w aktywności mózgowej między dorosłymi i młodocianymi osobnikami; następnym celem, jaki badacze postawili przed sobą, było dotarcie do aktywności poszczególnych komórek nerwowych i zidentyfikowanie neuronalnego podłoża zaobserwowanych różnic w funkcji mózgu związanych z uzyskaniem nagrody. Najpierw zrobiono to u osobników młodocianych. Podejście wykorzystane w toku badań pozwoliło na przeprowadzenie obserwacji w czasie rzeczywistym, jak mózg młodocianego osobnika reaguje na otrzymanie nagrody w wyniku danego zachowania.

Autorzy podkreślają, że proces hamowania jest istotny z punktu widzenia zdolności neuronów do skoordynowanych wyładowań. Mniejsza siła procesów hamowania, obserwowana w przypadku mózgów młodocianych osobników, sugeruje, że mogą one odpowiadać znacznie bardziej intensywnie na uzyskanie nagrody. To może z kolei tłumaczyć podwyższoną podatność ludzkich adolescentów na nagradzającą wartość alkoholu i innych substancji psychoaktywnych. W dodatku, wykrycie różnic w przebiegu regulacji wyładowań neuronalnych, z którymi mamy do czynienia w przypadku osobników młodocianych, może pomóc w ostatecznym wyjaśnieniu, dlaczego schizofrenia, zaburzenie psychiczne związane z zaburzoną równowagą między procesami pobudzenia i hamowania w mózgu, tak często rozpoczyna się w okresie dorastania i wczesnej dorosłości. Zaburzona równowaga między pobudzeniem i hamowaniem w mózgu, którą zaobserwowano w tych badaniach, nakładająca się na genetycznie uwarunkowaną podatność na wystąpienie schizofrenii, może być czynnikiem przesądzającym o wystąpieniu choroby u konkretnej osoby. Monitorowanie, w jaki sposób procesy mózgowe przebiegają inaczej u osobników młodocianych i dorosłych, stwarza również możliwość lepszego zrozumienia słabszych stron młodych ludzi i rozwinięcie adekwatnych sposobów wczesnej interwencji.

[Tłum./oprac. C. O. Reless]

Źródło: NIMH

Referencje dokumentu: Sturman, D.A. and Moghaddam, B. Reduced neuronal inhibition and coordination of adolescent prefrontal cortex during motivated behavior. Journal of Neuroscience 31:1471-1478, 2011.