Модель двух систем
Моде́ль дво́йственных систе́м (моде́ль дву́х систе́м), также известная как моде́ль дисбала́нса созрева́ния[1] — это теория, возникшая в рамках когнитивной нейробиологии развития, которая утверждает, что склонность к риску в подростковом возрасте является результатом сочетания повышенной чувствительности к вознаграждению и незрелого контроля над импульсами[2][3][4].
Общие сведения
| Модель двух систем | |
|---|---|
| англ. Dual systems model | |
| Область использования | Когнитивная нейробиология |
Определение
Согласно модели двух систем, раннее созревание социально-эмоциональной системы (включая такие области мозга, как полосатое тело) усиливает тягу подростков к захватывающим, приятным и новым видам деятельности в то время, когда системы когнитивного контроля (включая такие области мозга, как префронтальная кора) ещё не полностью развиты и, следовательно, не могут регулировать эти привлекательные и потенциально опасные импульсы. Временной разрыв в развитии социально-эмоциональной системы и системы когнитивного контроля создаёт период повышенной уязвимости к риску в середине подросткового возраста. В модели двойственных систем «чувствительность к вознаграждению» и «когнитивный контроль» относятся к нейробиологическим конструкциям, которые изучаются в рамках исследований структуры и функций мозга. Другими моделями, схожими с моделью двойственных систем, являются модель дисбаланса созревания, модель управляемых двойственных систем и триадная модель[5][6][7].
Однако концепция двух систем не безупречна. В сфере психологии развития и нейробиологии существуют разногласия относительно того, в каком возрасте префронтальная кора считается полностью сформированной и эффективной. Большинство лонгитюдных исследований показывают, что миелинизация серого вещества в лобной доле — это очень длительный процесс. Основные функции мозга достигают зрелого уровня в подростковом возрасте, в том числе те, которые отвечают за торможение реакций и контроль импульсов. Это позволяет предположить, что многие возрастные маркёры в конечном счёте могут быть условными[8][9].
Историческая перспектива
Модель двух систем возникла на основе данных когнитивной нейробиологии развития, которые позволили понять, как закономерности развития мозга могут объяснять некоторые аспекты принятия решений подростками. В 2008 году лаборатория Лоуренса Стейнберга (англ. Laurence Steinberg) в Университете Темпл и лаборатория Б. Дж. Кейси (англ. B.J. Casey) в Корнеллском университете независимо друг от друга предложили схожие теории принятия рискованных решений подростками, основанные на модели двух систем. Кейси и др. назвали свою модель моделью дисбаланса созревания[5][10][11].
Большинство доказательств в пользу модели с двумя системами получено с помощью ФМРТ. Однако в 2020 году модель получила поддержку в исследовании, посвящённом структурным показателям ткани мозга. Объёмный анализ и измерения механических свойств с помощью магнитно-резонансной эластографии показали, что индивидуальные различия в развитии микроструктуры тканей коррелируют со склонностью подростков к риску. Люди с более развитыми центрами склонности к риску в структуре мозга по сравнению с центрами когнитивного контроля с большей вероятностью принимали рискованные решения[12].
Модели
Модель двойственной системы, и модель дисбаланса созревания предполагают, что система когнитивного контроля развивается медленнее и достигает зрелости в позднем подростковом возрасте. Модель двойственной системы предполагает, что социально-эмоциональная система развивается по принципу перевёрнутой U-образной кривой, то есть восприимчивость к вознаграждению возрастает в раннем подростковом возрасте и снижается впоследствии. Модель дисбаланса созревания описывает социально-эмоциональную систему, которая достигает пика развития примерно в середине подросткового возраста, а затем стабилизируется и остаётся на одном уровне до зрелого возраста. Кроме того, модель двойственных систем предполагает, что развитие когнитивной и социально-эмоциональной систем происходит независимо друг от друга, в то время как теория дисбаланса созревания предполагает, что созревание когнитивной системы контроля приводит к ослаблению социально-эмоциональной реакции[1][2].
Модель с двумя управляемыми системами
Была предложена другая вариация модели двух систем, получившая название «управляемая модель двойных систем»[6]. Эта модель предлагает перевёрнутую U-образную траекторию реагирования социально-эмоциональной системы, аналогичную модели двойственных систем, но выдвигает гипотезу о траектории когнитивного контроля, которая достигает плато в середине подросткового возраста. Этот путь когнитивного контроля отличается от того, который описан в моделях двойных систем и дисбаланса созревания, которые стали более популярными в начале 20-х годов. Подобно модели управляемых двойственных систем, была предложена модель, включающая гиперактивную социально-эмоциональную систему, которая подрывает способность системы когнитивного контроля к регулированию. Эти более поздние модели предполагают, что развитие когнитивного контроля завершается к середине подросткового возраста, и объясняют повышенную склонность к риску в подростковом возрасте гиперактивностью социально-эмоциональной системы. Модель двойственных систем предполагает, что развитие когнитивного контроля продолжается и в раннем взрослом возрасте, а склонность к риску в подростковом возрасте объясняется дисбалансом развития, при котором социально-эмоциональная система находится на пике развития, а траектория развития системы когнитивного контроля отстаёт[13][14].
Триадная модель
В основе триадной модели лежит концепция, согласно которой в мозге существует третья система, которая отвечает за обработку эмоций и в первую очередь активирует миндалевидное тело. Согласно триадной модели, в подростковом возрасте эта эмоциональная система способствует усилению импульсивности, поскольку она увеличивает предполагаемые затраты, связанные с отсрочкой принятия решений. В этой концепции предполагается, что импульсивность и склонность к риску в подростковом возрасте объясняются взаимодействием нескольких факторов. Во-первых, это гиперактивные системы вознаграждения, которые побуждают подростков стремиться к стимулам, вызывающим удовольствие. Во-вторых, это системы обработки эмоций. Наконец, это слаборазвитая система когнитивного контроля, которая не может эффективно регулировать стремление к вознаграждению[15].
Склонность подростков к риску
В некоторых, но не во всех областях склонность к риску достигает своего максимума в подростковом возрасте. В частности, смертность и заболеваемость значительно увеличиваются в период от детства к подростковому возрасту, хотя в это время физические и умственные способности человека обычно развиваются. Основной причиной роста смертности и заболеваемости среди подростков являются травмы, которых можно было бы избежать[16][17]. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний, в 2014 году около 40 % всех смертей среди подростков (в возрасте 15-19 лет) были вызваны непреднамеренными несчастными случаями[18]. С 1999 по 2006 год почти половина всех смертей среди подростков (в возрасте 12-19 лет) была вызвана случайными травмами. Примерно две трети всех непреднамеренных травм связаны с ДТП. Также распространены случаи непреднамеренного отравления, утопления, несчастных случаев на наземном транспорте и стрельбы из огнестрельного оружия[19].
В соответствии с моделью двойственных систем, подростковый возраст считается периодом, когда биологическая предрасположенность к риску достигает своего пика. Однако, как показывают исследования, подростки старшего возраста могут демонстрировать более высокий уровень реального риска. Например, употребление алкоголя наиболее распространено среди людей в возрасте до 20 лет, но не из-за повышенной склонности к риску, а из-за наличия больших возможностей для его реализации[19][20]. Люди в возрасте около 20 лет, в отличие от подростков, имеют меньше контроля со стороны взрослых, больше финансовых ресурсов и больше юридических привилегий. Это позволяет им более свободно принимать рискованные решения[2][14].
Существует определённая закономерность между возрастом и склонностью к правонарушениям: молодые люди чаще совершают как насильственные, так и ненасильственные преступления. Эти данные связаны с тем, что в подростковом возрасте усиливается потребность в новых впечатлениях, которые могут быть как захватывающими, так и полезными. В то же время продолжается формирование самоконтроля, который позволяет регулировать своё поведение. Модель двойственных систем объясняет эту связь через развитие мозга[2][21][22].
Поиск награды
У многих видов живых существ, включая людей, грызунов и приматов, в подростковом возрасте наблюдается усиление стремления к получению вознаграждения[23][24]. Например, у молодых крыс повышается чувствительность к поощрительным стимулам по сравнению со взрослыми особями[25][26]. Они также проявляют более выраженную реакцию на новые стимулы и сверстников[27]. В подростковом возрасте люди и животные стремятся к новым впечатлениям[28][29]. Нейроны, отвечающие за восприятие денежного и социального поощрения, становятся более активными. Кроме того, люди начинают более явно оценивать значимость отсроченного вознаграждения. Кроме того, в этот период люди отдают предпочтение первичным вознаграждениям[30][31].
Желание испытать острые ощущения — это одна из форм стремления к поощрению, которая подразумевает поиск новых, увлекательных и приносящих радость стимулов. Исследования показали, что тяга к острым ощущениям становится сильнее в предподростковом возрасте, достигает своего максимума в подростковом периоде и ослабевает в раннем взрослом возрасте[32].
Импульсивность
В ходе исследований выяснилось, что импульсивность развивается иначе, чем стремление к получению награды или поиску острых ощущений. С возрастом импульсивность уменьшается, и этот процесс можно описать как линейный[2][32][33].
Социальное влияние
Подростки чаще идут на риск в присутствии сверстников, чем в присутствии взрослых[19][34]. Исследования на животных показали, что мыши-подростки, но не взрослые мыши, потребляют больше алкоголя в присутствии сверстников, чем в одиночестве[35]. В ходе исследования было выявлено, что наличие рядом сверстников способствует усилению активности полосатого тела и орбитофронтальной коры, которые отвечают за оценку рисков. В то же время, активация этих участков мозга у подростков позволяет прогнозировать их склонность к рискованному поведению в будущем, в отличие от взрослых людей. Возрастные различия в активации полосатого тела и лобной коры свидетельствуют о том, что склонность к риску в присутствии сверстников обусловлена влиянием сверстников на обработку вознаграждения, а не влиянием сверстников на когнитивный контроль[36].
Социально — эмоциональная система
Результаты экспериментов на животных позволяют предположить, что дофаминергическая система, которая соединяет вентральную тегментальную область с прилежащим ядром и обонятельным бугорком, является важным компонентом системы вознаграждения мозга. А полосатое тело, богатое дофамином, играет ключевую роль в обеспечении чувствительности мозга к вознаграждению[37][38].
В период полового созревания дофаминергическая система претерпевает значительные изменения[39]. В период среднего и позднего подросткового возраста наблюдается усиление дофаминовых проекций из мезолимбических областей (например, полосатого тела) в префронтальную кору[40][41]. В раннем взрослом возрасте эти проекции сокращаются/уменьшаются. У людей и грызунов в подростковом возрасте наблюдается пик количества дофаминовых рецепторов в полосатом теле. Кроме того, в подростковом возрасте увеличивается концентрация дофамина в префронтальной коре, а также количество дофаминовых проекций из префронтальной коры в полосатое тело (в частности, в прилежащее ядро)[42][43][44].
Гиперактивность
Нейровизуализационные исследования с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показали, что вентральное полосатое тело у подростков более активно по сравнению с детьми и взрослыми при получении денежных вознаграждений[45][46], первичных вознаграждений[31] и социальных вознаграждений[36][47].
Система когнитивного контроля
Система когнитивного контроля относится к латеральной префронтальной, латеральной теменной и передней поясной извилинам коры головного мозга. Наиболее часто исследуемой областью является префронтальная кора головного мозга, которая претерпевает значительное развитие на протяжении всего подросткового возраста. Развитие префронтальной коры головного мозга связано со способностью регулировать поведение и осуществлять тормозящий контроль. В результате синаптического сокращения и миелинизации префронтальной коры головного мозга в подростковом возрасте наблюдается улучшение исполнительных функций[45][48].
Синаптическая обрезка
В процессе развития мозг вырабатывает избыточное количество нейронов и их синаптических связей, а затем отсеивает те из них, которые не нужны для оптимального функционирования. Этот процесс развития приводит к уменьшению серого вещества по мере развития. В подростковом возрасте этот процесс отсеивания становится более специализированным: некоторые области теряют примерно половину своих синаптических связей, в то время как в других областях изменения незначительны. Общий объём серого вещества существенно сокращается примерно в период полового созревания. Процесс потери серого вещества (то есть созревания) происходит по-разному в разных областях мозга: лобные и затылочные полюса теряют серое вещество раньше, а префронтальная кора — только ближе к концу подросткового возраста[49][50].
Миелинизация
Помимо синаптической обрезки, в мозге происходит миелинизация, которая влияет на скорость передачи информации между областями мозга. Миелинизация заключается в том, что нейронные аксоны, соединяющие определённые области мозга, покрываются белым жироподобным веществом, называемым миелином, которое увеличивает скорость и эффективность передачи сигналов по аксонам. Миелинизация значительно усиливается в подростковом возрасте. Миелинизация способствует истончению или уменьшению количества серого вещества в префронтальной коре в подростковом возрасте[51][52].
Связи с ингибирующим контролем
Доказательства, подтверждающие теорию о замедленном созревании системы когнитивного контроля в рамках модели двух систем, включают данные о структурных изменениях, таких как истончение коры головного мозга, а также о менее диффузной активации лобных долей во время выполнения задач на сдерживание реакций в период от подросткового возраста до зрелости[50][53][54]. Независимо от возраста, повышенная активация префронтальной коры головного мозга связана с улучшением выполнения задач по подавлению реакции[55].
Критика
Большинство критических замечаний в адрес модели двойственных систем связаны с одним и тем же недочётом: отсутствием реальных данных, которые бы подтверждали наличие случайной связи между девиантным поведением молодых людей и нарушениями в работе мозга. В соответствии с результатами большинства доступных исследований, можно предположить, что способность к когнитивному контролю достигает своего максимума в подростковом периоде. Исследование, проведённое в 1995 году Линдой С. Сигел (англ. Linda S. Siegel) из Института исследований в области образования Онтарио, показало, что «рабочая память достигает пика в 15-16 лет». Это открытие было подтверждено в исследовании 2015 года, посвящённом пикам когнитивного функционирования мозга. Также результаты исследования, проведённого в 2004 году, демонстрируют, что к 14 и 15 годам у детей уже сформированы навыки «контроля над эмоциями» и «быстрого анализа информации», которые обычно свойственны взрослым. Ингибиторный контроль определяется как способность произвольно подавлять или регулировать преобладающие реакции внимания или поведения. Ингибиторный контроль —это умение концентрироваться на важных раздражителях, не обращая внимания на второстепенные, и сдерживать сильные, но неподходящие реакции[56][57][58][59].
Также зафиксировано, что сокращение префронтальной коры нормализуется к 15 годам[60][8]. Зафиксировано, что количество белого вещества увеличивается примерно до 45 лет, а затем оно теряется в результате прогрессирующего старения.
Кроме того, отсутствуют сведения, которые могли бы подтвердить, что лимбическая система достигает своего полного развития (а стремление к острым ощущениям достигает своего пика), в то время как исполнительные функции мозга остаются незрелыми. В одном длительном исследовании было обнаружено, что индивидуальные различия в рабочей памяти могут предсказывать последующие уровни стремления к острым ощущениям, даже с учётом возраста. Это позволяет предположить, что склонность к риску, основанному на стремлении к острым ощущениям, усиливается вместе с развитием исполнительных функций мозга[61].