L’adolescenza è un momento critico nella sperimentazione dell’uso di alcol a causa del continuo sviluppo del cervello durante questa fase. Questo periodo è considerato un punto essenziale per identificare i circuiti cerebrali che contribuiscono ai problemi più avanti nella vita, un fenomeno noto come pre-dipendenza .
Indipendentemente dal futuro consumo di alcol in età adulta, il consumo di alcol negli adolescenti è di per sé un comportamento negativo per la salute e rappresenta una delle principali cause di disabilità e mortalità. Identificando i meccanismi cerebrali associati al rischio precoce, l’obiettivo degli autori era facilitare lo sviluppo di nuovi approcci di prevenzione e intervento per contribuire a mitigare il consumo problematico di alcol.
Le teorie contemporanee sul rischio alcolico enfatizzano la duplice funzione dei sistemi inibitori dall’alto verso il basso che coinvolgono le strutture corticali prefrontali e i sistemi di ricompensa subcorticali dal basso verso l’alto. Tuttavia, la tipica maturazione cerebrale comporta una complessa riorganizzazione funzionale delle reti piuttosto che una semplice maturazione lineare delle singole regioni.
Le differenze sessuali nello sviluppo neurologico sono state ampiamente descritte. Le donne mostrano traiettorie di sviluppo accelerate rispetto agli uomini. Sono comunemente riportate anche differenze legate al sesso nel consumo di alcol durante l’adolescenza. Pertanto, questo studio mirava a identificare le reti neurali che conferiscono vulnerabilità al consumo di alcol negli adolescenti con una considerazione specifica delle differenze di sesso.
In un ampio campione di adolescenti sono stati utilizzati dati di neuroimaging acquisiti durante l’esecuzione di diversi compiti cognitivi: un compito di elaborazione della ricompensa e un compito di controllo inibitorio. È stato ipotizzato che le reti identificate durante i processi legati alla ricompensa sarebbero più rilevanti per predire i comportamenti di consumo di alcol negli adolescenti più giovani (~14 anni) rispetto agli adolescenti più grandi (~19 anni), e che le reti identificate durante l’inibizione dei processi legati alla ricompensa sarebbero più rilevanti rilevanti per prevedere i comportamenti di consumo di alcol negli adolescenti più grandi rispetto agli adolescenti più giovani.
| Metodi |
Il consorzio IMAGEN ha raccolto dati sull’alcol e di neuroimaging in 8 siti. I dati di base sono stati acquisiti all’età di 14 anni e i dati di follow-up all’età di 19 anni. L’analisi si è concentrata sulla previsione del rischio di consumo di alcol all’età di 19 anni. I dati di base sono stati utilizzati per identificare le reti associate al rischio futuro di consumo di alcol, e i dati di follow-up sono stati utilizzati per identificare le reti associate al rischio attuale di consumo di alcol.
I dati di neuroimaging sono stati elaborati utilizzando un metodo validato per generare matrici di connettività funzionale dei singoli partecipanti (di seguito denominati connettomi). I connettomi forniscono un riassunto multivariato del modello unico di organizzazione funzionale del cervello di un individuo. Sebbene i connettomi siano relativamente distinti tra gli individui (cioè capaci di identificare in modo univoco gli individui, un processo noto come impronta digitale neurale ), variano anche in funzione delle prestazioni del compito cognitivo o dello stato cerebrale individuale. Le analisi si sono concentrate sui connettomi derivati da dati di neuroimaging acquisiti durante compiti di ricompensa e inibitori.
Per lo studio è stato utilizzato un campione indipendente di studenti universitari di età compresa tra 17 e 23 anni . Il consumo di alcol è stato valutato utilizzando l’AUDIT, una misura di autovalutazione convalidata del rischio di alcol con punteggi totali compresi tra 0 e 40. I dati sono stati raccolti utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI) durante un compito di ricompensa e durante un compito di controllo inibitorio.
Il modello predittivo basato sul connettoma (CPM) comprende i seguenti passaggi: (1) selezione delle caratteristiche, in cui la regressione viene utilizzata per identificare le caratteristiche del connettoma associate a una variabile comportamentale di interesse (qui, gravità del consumo di alcol) su un set di dati di addestramento; (2) riduzione delle funzionalità, in cui le connessioni identificate vengono sommate per creare un valore riepilogativo per ciascun individuo nel set di dati di addestramento; (3) costruzione di modelli, in cui i punteggi riassuntivi (variabili indipendenti) sono associati linearmente alla variabile comportamentale (variabile dipendente); (4) applicazione del modello, in cui i modelli lineari risultanti vengono applicati a nuovi connettomi in un set di dati di test per generare previsioni; e (5) valutazione del modello, in cui viene valutata la sua capacità predittiva, in base alla corrispondenza tra quanto previsto dal modello e i punteggi effettivi di rischio di consumo di alcol.
Sono stati eseguiti modelli indipendenti dal sesso (entrambi i sessi combinati) e specifici per sesso (femmina e maschio separatamente).
| Risultati |
> Modelli di comportamento cerebrale con validazione incrociata
Dei 1.359 individui coinvolti nello studio, con un’età media di 14,4 anni, 729 (54%) erano donne. Le analisi dei dati di base (età 14 anni) hanno rilevato divergenze di genere nell’accuratezza predittiva dei PPM che valutano la gravità del futuro consumo di alcol. Nello specifico, i modelli indipendenti dal sesso e i modelli esclusivamente femminili hanno avuto successo nel predire la gravità del futuro consumo di alcol all’età di 19 anni, ma i modelli esclusivamente maschili non lo hanno fatto.
Lo stesso modello di risultati è emerso nelle analisi post hoc che hanno controllato la gravità del consumo di alcol iniziale e residuo. I modelli femminili hanno sovraperformato significativamente i modelli maschili.
Le analisi dei dati di follow-up (età 19 anni) hanno rilevato divergenze di genere nell’accuratezza predittiva dei PPM che valutano la gravità dell’attuale consumo di alcol. Nello specifico, sia i modelli indipendenti dal sesso che i modelli esclusivamente femminili hanno avuto successo nel prevedere la gravità attuale di entrambi i tipi di attività.
Al contrario, per gli uomini, i modelli sono riusciti a prevedere la gravità attuale utilizzando i dati di connettività acquisiti durante l’esecuzione dei compiti inibitori, ma non con i dati acquisiti durante l’esecuzione del compito di ricompensa, indicando la specificità del compito. nei modelli di rischio del consumo di alcol negli individui di sesso maschile.
Lo stesso modello di risultati è emerso nelle analisi post hoc controllando la gravità del consumo di alcol iniziale e residuo. Il modello femminile generato dai dati sulla ricompensa ha sovraperformato significativamente il modello maschile generato dagli stessi dati. Non sono state riscontrate differenze significative nelle prestazioni del modello predittivo tra i modelli femminili e maschili generati dai dati inibitori.
> Anatomia delle reti a rischio del consumo di alcol
Le connessioni predittive positive sono quelle per le quali una maggiore connettività predice positivamente il rischio di consumo di alcol. Le connessioni predittive negativamente sono quelle per le quali la diminuzione della connettività predice positivamente il rischio di consumo di alcol. Per definizione, le connessioni positive e negative non possono sovrapporsi direttamente (poiché una singola connessione non può essere sia un predittore positivo che negativo). Indipendentemente da ciò, le connessioni predittive positive e negative possono includere connessioni all’interno e tra reti neurali canoniche simili su larga scala.
Le reti neurali associate al futuro consumo di alcol utilizzando i dati provenienti da compiti di ricompensa o di controllo inibitorio erano simili tra gli adolescenti, indicando la rilevanza di entrambi i processi nel conferire vulnerabilità al rischio di consumo di alcol. Per entrambi i compiti, le connessioni positive includono un alto grado di connessioni cerebellari frontali, motorie e mediali all’interno della rete, nonché connessioni sostanziali con le reti cerebellari e sottocorticali.
Le lesioni virtuali post hoc hanno indicato che le reti con i carichi più elevati per le caratteristiche individuali, cioè la variazione nel futuro consumo di alcol associato alla connettività all’interno di una data rete canonica, includevano reti fronto-parietali, sensomotorie e cerebellari. .
Le reti positive tutte femminili generate da entrambi i compiti erano dominate da connessioni di rete sensomotoria, cerebellare, sottocorticale e di salienza, mentre le reti negative erano in gran parte caratterizzate da connessioni sensomotrici, di salienza e sottocorticali.
Per le ragazze adolescenti, le lesioni virtuali post hoc hanno indicato che le reti con i carichi più elevati per caratteristiche individuali, cioè la variazione nel consumo attuale di alcol associato alla connettività all’interno di una data rete canonica, includevano salienza, sensoriale, motoria e cerebellare. Per i maschi, le lesioni virtuali hanno indicato che le reti associate alla maggiore variazione nel consumo attuale di alcol includevano reti sensomotorie, cerebellari e sottocorticali.
Per i modelli di successo, i punteggi riassuntivi della rete dei singoli partecipanti sono emersi dalla somma dei punti di forza della connettività all’interno delle reti positive e negative. Tra le ragazze adolescenti, la connettività all’interno delle reti predittive del futuro consumo di alcol è aumentata significativamente dai 14 ai 19 anni. Sia negli adolescenti maschi che femmine, anche la connettività all’interno delle reti di controllo inibitorio predittive del consumo attuale è aumentata significativamente dai 14 ai 19 anni, mentre i cambiamenti nella connettività all’interno le reti di ricompensa non hanno raggiunto la significatività.
Nonostante le differenze significative nell’accuratezza predittiva, le reti identificate come associate ai comportamenti di consumo di alcol erano relativamente coerenti tra adolescenti maschi e femmine.
> Specificità e generalizzazione
Per determinare la specificità delle connessioni anatomiche identificate con il consumo di alcol, gli MPC sono stati ripetuti controllando la variazione dell’impulsività e del nevroticismo. Per tutti i modelli, l’accuratezza predittiva era robusta rispetto a questi fattori, indicando che le connessioni identificate erano specifiche per il consumo di alcol e che l’accuratezza del modello non era guidata da un fattore di personalità latente più generale.
I tassi di utilizzo della sostanza erano bassi all’età di 14 anni, ma erano più alti all’età di 19 anni. Le analisi post hoc hanno indicato associazioni significative tra l’uso della sostanza e la connettività all’interno del modello di inibizione maschile, in modo tale che la connettività era maggiore tra gli uomini con uso di sostanze non alcoliche. Le analisi di follow-up hanno indicato che le associazioni tra consumo di alcol e connessione sono rimaste significative all’interno di ciascun gruppo separatamente.
| Discussione |
Questo studio ha utilizzato i dati del consorzio IMAGEN per identificare le reti neurali associate al rischio di consumo di alcol utilizzando un approccio avanzato basato sul connettoma. Sono stati identificati substrati neurobiologici comuni e distinti del rischio di consumo precoce di alcol tra adolescenti maschi e femmine, nonché divergenze sessuali nell’accuratezza del modello.
Per le ragazze adolescenti, i modelli generati utilizzando dati di neuroimaging da entrambi i tipi di compiti sono stati in grado di identificare firme neurali affidabili del rischio attuale e futuro di consumo di alcol. Al contrario, per gli adolescenti maschi, solo il modello generato utilizzando i dati delle attività di controllo inibitorio ha avuto successo nel prevedere il rischio attuale di consumo di alcol e non è stata identificata alcuna firma affidabile del rischio futuro. La rete di rischio del consumo di alcol identificata può essere considerata un robusto neuromarcatore che può essere preso di mira nei futuri sforzi di prevenzione.
Tra le ragazze adolescenti, le connessioni identificate includevano sottocomponenti di molteplici reti di riposo ben consolidate, come le reti frontale mediale, frontoparietale, salienza, sensomotoria e cerebellare. La connettività all’interno di queste reti è generalmente aumentata dai 14 ai 19 anni, in concomitanza con l’aumento del consumo di alcol.
Inoltre, pur avendo caratteristiche simili, i pesi predittivi relativi delle sottocomponenti della rete associate al rischio di consumo di alcol futuro (14 anni) rispetto a quello attuale (19 anni) variavano nel tempo, in modo tale che le reti frontali, mediali e di salienza erano principalmente associate al rischio di consumo futuro di alcol, mentre le reti cerebellare e sensomotoria erano principalmente associate al rischio del consumo attuale di alcol.
Questi risultati sono coerenti con dati recenti che dimostrano alterazioni nelle traiettorie di crescita cerebellare tra gli adolescenti con un forte consumo di alcol, nonché con una letteratura molto più ampia che implica il sistema cerebellare e quello motorio nella fisiopatologia dell’uso di sostanze. Presi insieme, questi dati suggeriscono che il targeting delle regioni della corteccia prefrontale può essere particolarmente rilevante per gli sforzi di prevenzione negli adolescenti più giovani e che il targeting delle regioni cerebellari e sensomotorie potrebbe essere più rilevante per gli sforzi di intervento negli adolescenti più grandi. che hanno già iniziato a bere.
Gli stati cerebrali di controllo inibitorio (rispetto alla ricompensa) erano più rilevanti nel predire il consumo di alcol negli adolescenti più grandi; tuttavia, questo effetto era specifico per i maschi. Questi dati suggeriscono che gli interventi focalizzati sui processi di controllo inibitorio possono essere particolarmente efficaci nel combattere l’attuale rischio di consumo di alcol nei ragazzi adolescenti, ma che sia i processi inibitori che quelli legati alla ricompensa sono probabilmente rilevanti per i ragazzi adolescenti. Attuali comportamenti di consumo di alcol nelle donne.
| Conclusione |
Questi dati forniscono una valutazione a livello di connettoma delle reti neurali che gestiscono il rischio di consumo di alcol e identificano una firma neurale dimensionale del rischio di consumo di alcol negli adolescenti. La validazione esterna ha supportato questi risultati.
