The Adolescent Brain
College 1 – Adolescent development from a neuroscience
perspective
Tentamen
Kritisch denken en dingen kunnen uitleggen
Open vragen
Wordt moeilijk gevonden: 60% slagingspercentage
Het is goed om extra literatuur ook te lezen
Introductie
Vraag: Welke van de volgende methoden werden in de 19e eeuw gebruikt en nu nog steeds?
Frenologie (NIET) = bobbels op je hoofd geven aan welke hersengebieden (en
bijbehorende functies) beter ontwikkeld zijn, je kunt op je hoofd voelen waar je goed
in bent of hoe je persoonlijkheid is. Maar wel belangrijk geweest omdat we nu nog
steeds denken dat bepaalde hersengebieden bepaalde functies hebben, alleen is het
nu niet zo zwart/wit. We weten dat er bepaalde netwerken zijn.
Laesie onderzoeken (WEL)
Post-mortem studies (WEL)
Phineas Gage kreeg een ongeluk waarbij een staaf door zijn frontaalkwab ging. Hierdoor
veranderde zijn persoonlijkheid (impulsief, agressief, geen sociale normen meer). Dit gaf
bewijs voor het feit dat deze hersenregio’s functies in impulsiviteit, agressiviteit en sociaal
gedrag hebben. Er zijn verschillende manieren om hersenfuncties te bekijken (zie de lijst op
de slides).
Locatie van alle kwabben weten.
Hoe zien de hersenen eruit?
De hersenen bestaan uit gyri (meervoud van gyrus) en sulci (meervoud van sulcus) die te
zien zijn aan de oppervlakte van de cortex. Een gyrus is een uitstulping en een sulcus is een
spleet.
Kenmerken van witte stof zijn dat dit zorgt voor verbindingen tussen hersengebieden en het
zijn die hersendelen die gemyelineerd zijn. Grijze stof daarentegen bestaat uit neuronale
cellichamen en bevindt zich vooral aan de oppervlakte van de cerebrale cortex, bij de
cerebellum en in subcorticale structuren.
Het axon van een neuron zorgt voor elektrische impulsen. Deze wordt omhuld door myeline,
wat zorgt voor een betere neurotransmissie.
Met leeftijd zijn er zowel veranderingen in hersenfunctie als in structuur. Een kind van 11 jaar
heeft meer hersencellen dan een volwassene. Tijdens de adolescentie neemt de
hoeveelheid grijze stof af.
Hoe verloopt de hersenontwikkeling?
,Op de leeftijd van 8 jaar is de grootte van de hersenen ongeveer 80% van die van een
volwassene. Tussen 0 en 5 jaar is er een grote toename in verbindingen in de hersenen. De
hersenontwikkeling begint gewoonlijk aan de achterkant van de hersenen en gaat steeds
verder naar voren toe, richting de frontaalkwab.
Grijze en witte stof
Afname in grijze stof is niet linear, wat wel zo is bij witte stof. Grijze stof neemt eerst een
tijdje toe en bereikt zijn piek in de adolescentie. Daarna neemt het af.
Grafieken met kleurenpuntjes: allerlei verschillende datasets, maar de trend is steeds
hetzelfde.
Redenen voor niet-lineaire afname grijze stof:
Synaptogenese.
Pruning. Cellen worden verwijderd omdat het niet efficiënt is om deze te hebben.
Witte stof ontwikkelt zich eerst achter in het brein en gaat dan geleidelijk aan naar voren (zie
gekleurde hersenen op slides). Paars is witte stof. Het patroon van myelinatie is niet
hetzelfde voor alle hersenregio’s. De prefrontale kwab krijgt dit als laatste.
Wat zijn MRI en fMRI?
fMRI is gebaseerd op het blood-oxygen level dependent (BOLD) signal. fMRI Dankt zijn
naam aan het feit dat het kijkt naar functies van hersenen (functionele MRI). Bij deze scan
krijg je een soort spiegel boven je ogen en je krijgt een soort afstandsbediening in je hand
om taken uit te voeren. De spiegel beweegt steeds omhoog en omlaag of opzij om een scan
van je hersenen te maken.
Wanneer je een bepaald hersengebied gebruikt heeft deze zuurstof nodig, wat wordt
aangevoerd via het bloed. Bij een fMRI wordt er gekeken naar veranderingen in
hemoglobine. Dit is een stofje in rode bloedcellen met magnetische eigenschappen.
Het voordeel van fMRI boven EEG is dat participanten hun haar niet hoeven te wassen
nadat ze aan het onderzoek hebben deelgenomen. Bij EEG moeten participanten hun haar
namelijk wassen met een speciaal stofje omdat je een haarkapje op moet. Zonder dit wassen
kan geen signaal opgepakt worden.
fMRI heeft echter een lage temporale resolutie. Dit betekent dat het lang duurt voordat er
een signaal opgepikt wordt. Dat komt omdat dit signaal helemaal van binnenin de hersenen,
uit het bloed moet komen. EEG heeft een hoge temporale resolutie en is dus sneller. Hierbij
worden de signalen namelijk buiten de hersenen verzameld. Daarnaast kun je EEG data
verzamelen over langere perioden in vergelijking met fMRI.
Wat moet je weten over de anatomie van de hersenen?
Wat dorsale, posterieure, anterieure en ventrale doorsneden van de hersenen zijn
Waar de MPFC (mediale prefrontal cortex) en LPFC (laterale prefrontal cortex) zich
bevinden. Lateraal is bij de zijkanten en mediaal is het midden van de frontale cortex
als je de hersenen tussen de ogen zou doorsnijden
Waar de striatum zich bevindt en wat zijn functies zijn. Deze is belangrijk bij o.a.
beloningen benaderen en straffen vermijden
Waar de insula zich bevindt (diep in de hersenen)
, Waar de TPJ (temporopariëtale junctie) en STS (superieure temporale sulcus) zich
bevinden. TPJ zit op de junctie van de temporale kwab rechts
Waar de precuneus zit
De prefrontale cortex is belangrijk voor gedragsregulatie
Striatum is belangrijk voor de verwerking van beloningen, net als de nucleus
accumbens (een deel van het striatum) en de ventromediale prefrontale cortex. Deze
laatste zit ongeveer boven je ogen
De amygdala is belangrijk bij de verwerking van emoties
Hersengebieden die belangrijke onderdelen van het sociale hersennetwerk zijn:
pSTS (posterieure superieure temporale sulcus), dmPFC (dorsomediale prefrontale
cortex) en TPJ
Belangrijk voor de regulatie van emoties zoals angst zijn de amygdala en prefrontale
cortex samen
We gebruiken onze hersenen op hetzelfde moment niet altijd 100%, maar er zijn
allerlei verschillende functies en we gebruiken over het algemeen wel ons hele brein.
Het is dus een mythe dat we onze hersenen maar voor 10% zouden gebruiken
Hoe zien experimenten met (f)MRI eruit?
Als je wilt onderzoeken welke hersengebieden gebruikt worden bij het zien van gezichten,
kun je dit doen door participanten tijdens het scannen door een fMRI verschillende beelden
te laten zien. Eerst komt er een foto van een gezicht, gevolgd door een zwart scherm met
een kruis en dan een foto van een huis. Als je deze metingen hebt (100 gezicht trials, 100
huis trials, 2500 ms per stimulus en 2000-5000 ms fixatie), kun je de gemiddelden hiervan
nemen. In de grafiek met het percentage signaalverandering op de y-as en de tijd in
seconden op de x-as, zie je het BOLD signal. Dit signaal gaat naar beneden bij de H-
condities (waar mensen een huis zagen). Dus als je een gezicht ziet (F-conditie) wordt het
signaal sterker in vergelijking met wanneer je een huis ziet.
Je moet veel onderzoeken doen om tot resultaten te kunnen komen, omdat we de hersenen
scannen van beneden naar boven en weer naar beneden of van links naar rechts en weer
naar links. Daarnaast worden hersendoorsneden omgezet in een grit (het vlak met heel veel
kleine vierkantjes op de slides) en 3 daarvan is een voxel (volumetric pixel). Je kan niet alle
informatie van overal in een keer meten, maar je moet wel doen alsof je deze informatie
hebt. Dus je hebt van verschillende sneden informatie nodig, maar dit kan nooit tegelijkertijd.
Houd er rekening mee dat het BOLD signal relatief is. Je moet dus kijken waarmee het wordt
vergeleken. Welke condities bevat het onderzoek? De controle conditie is ook heel belangrijk
om deze reden. Er zijn ten minste 20 trials per conditie nodig, afhankelijk van het
hersengebied wat je wilt bekijken en hoe sterk de activatie is. Als je alleen huizen en
gezichten hebt kun je er heel veel doen, want het is simpel. Maar als je 6 condities hebt duurt
dit veel te lang, dus moet je er minder doen. Het is namelijk vermoeiend voor participanten
en dat is ook niet goed voor het onderzoek. Ze kunnen in slaap vallen of verveeld raken. Het
is daarom ook goed om na te gaan hoe participanten betrokken worden. Moeten ze alleen op
een knop drukken of meer doen?
Wat is de adolescentie?
De adolescentie is het opgroeien tot een volwassene en dit is dus de periode tussen de
kindertijd en de volwassenheid. De adolescentie duurt ongeveer van 8 tot 25 jaar, maar we
kunnen niet een specifiek moment uitpikken waarop de adolescentie begint. We kunnen wel
, hormonale veranderingen meten. Bij meisjes begint het ongeveer rond hun 8e en bij jongens
rond hun 10e levensjaar. Ook de eindtijd van de adolescentie kunnen we niet precies weten.
We kunnen namelijk niet meten wanneer de prefrontale cortex precies volgroeid is en de
hersenen blijven het hele leven nog veranderen.
Artikel Nelson et al. (2005)
Nelson probeert de dramatische veranderingen in sociaal gedrag (sociale heroriëntatie)
tijdens de adolescentie te begrijpen. Hij zegt dat we de hersenen kunnen verdelen in de
detection node, affective node en cognitive-regulation node (zie de afbeelding op de slides).
Wanneer je sociale informatie verwerkt, ga je door verschillende stappen. Sommigen hiervan
gaan automatisch, zoals bij de detection node.
Detection node
Hier gaat het vooral om perceptuele verwerking. Dit deel is verantwoordelijk voor
gezichtsherkenning en het herkennen van emoties op basis van gezichtsuitdrukkingen.
Daarnaast kan dit biologische beweging herkennen. Je kunt daardoor snel achterhalen of
iets wat beweegt levend of niet-levend is (zoals een robot). Op deze manier kun je op
gepaste manier met mensen/dieren/spullen omgaan. Tegen mensen praat je bijvoorbeeld,
wat je niet zo snel tegen iets niet-levends zal doen.
Affective node
Deze node is verantwoordelijk voor de emotionele respons. Voornamelijk de subcorticale
structuren (striatum, amygdala, nucleus accumbens en insula) zijn verantwoordelijk voor
alles wat met emoties te maken heeft. Het gaat dus niet alleen om het bang/boos/verdrietig
zijn, maar ook om de emotionele waarden die bepalen of jij iets benadert of juist vermijdt. De
amygdala is vooral betrokken bij positieve en negatieve emotionele opwinding. De insula
gaat meer over negatieve emoties zoals afschuw, angst en oneerlijkheid. Oneerlijkheid is
hier een onderdeel van omdat negatieve emoties vaak gaan over iets wat is gebeurt tegen je
zin in. Dat is ook waar angst vandaan komt. De nucleus accumbens en striatum zijn
belangrijk bij beloningen.
Cognitive-regulation node
Deze node speelt vooral een rol bij de regulatie en het aansturen van perceptie en affectie.
Hier worden dus je emoties gereguleerd, maar ook gedrag en beslissingen die je maakt of
welk gedrag je kiest om een bepaald doel te bereiken. De mPFC is belangrijk bij zelfrefectie,
de dlPFC (dorsal lateral PFC) bij gedragscontrole en werkgeheugen en de ACC (anterior
cingulate cortex) bij het aansturen van een affectieve staat of actie.
Wanneer zijn deze drie volgroeid?
De detection node volgroeit al vroeg, terwijl de affective node volgroeit in de vroege
adolescentie en de cognitive-regulatory node zelfs in de late adolescentie.
Hoe ziet dit eruit in de affective node?
De affective node zorgt voor functionele en anatomische reorganisatie tijdens de puberteit.
Geslachtshormonen zoals oestradiol en testosteron zijn gerelateerd aan hoe structuren van
de affective node reageren op sociale stimuli. Er zijn daarnaast vele neurotransmitters
betrokken bij sociaal gedrag, zoals dopamine, serotonine, oxytocine en vasopressine. Deze
worden gereguleerd door geslachtshormonen. Oestrogeen niveaus kunnen bijvoorbeeld de
dichtheid van de oxytocine receptor laten toenemen in de amygdala en de nucleus
accumbens, welke gerelateerd zijn aan voedingsgedrag. In de affective node is er tijdens de
