デュアルシステムモデル

二重システムモデルと成熟不均衡モデルはいずれも、認知制御システムがよりゆっくりと発達し、青年期後期に成熟するという考え方に基づいている。二重システムモデルは、社会情緒システムの逆U字型の発達を提唱しており、報酬反応性は青年期初期に増加し、その後減少する。成熟不均衡モデルは、社会情緒システムが青年期中期頃にピークに達し、その後成人期まで横ばいになると描写している。さらに、二重システムモデルは認知制御システムと社会情緒システムの発達は独立していると提唱しているのに対し、成熟不均衡モデルは認知制御システムの成熟が社会情緒反応性の減衰につながると提唱している。^{[ 1 ] [ 2 ]}

最近、二重システムモデルの別のバリエーションとして「駆動型二重システムモデル」が提案されました。^{[ 5 ]}このモデルは、二重システムモデルと同様に、社会情緒システムの反応性の逆U字型の軌跡を提案していますが、認知制御の軌跡は青年期中期にプラトーに達すると仮定しています。この認知制御の軌跡は、20代前半まで増加し続ける二重システムモデルや成熟不均衡モデルで提案されているものとは異なります。駆動型二重システムモデルと同様に、認知制御システムの制御能力を損なう過活動な社会情緒システムを含むモデルが提案されています。^{[ 11 ]}これらの後期のモデルは、認知制御の発達は青年期中期までに完了し、青年期のリスクテイクの増加は社会情緒システムの過覚醒に起因すると仮定しています。二重システムモデルと成熟不均衡モデルは、認知制御の発達は青年期初期まで続き、青年期におけるリスクテイクの増加は、社会情緒システムが発達のピークに達している一方で認知制御システムの発達軌道が遅れているという発達不均衡に起因すると提唱している。^{[ 12 ]}

感情処理を担当する第3の脳システムを含む「三項モデル」は、主に扁桃体と関連している。^{[ 13 ]}この三項モデルは、この感情システムが意思決定の遅延の知覚コストを高めることで、思春期の衝動性を高めると提唱している。このモデルは、思春期の衝動性とリスク追求は、思春期の若者が食欲をそそる刺激に近づく原因となる過剰に活動的な報酬システム、行動を遅らせることの知覚コストを高め、潜在的に否定的な刺激の回避を減らす原因となる感情処理システム、および報酬追求行動を制御できない未発達の認知制御システムの組み合わせによるものだと仮定している。^{[ 13 ]}

ヒト、げっ歯類、非ヒト霊長類を含む多くの種において、青年期は報酬を求める行動のピークを示す。^{[ 21 ] [ 2 ]} 例えば、青年期のラットは成体ラットよりも報酬刺激に敏感であり^{[ 22 ]}、目新しさや仲間に対する行動反応が強化される。^{[ 23 ] [ 24 ]}青年期のヒトは、自己申告による感覚探索のピーク、^{[ 25 ]}金銭的および社会的報酬に対する神経活動の増加、^{[ 26 ] [ 27 ]}遅延報酬の時間割引の 増加、 ^{[ 28 ]}および一次報酬（甘い物質など）に対する嗜好の高まりを示す。^{[ 29 ]}

感覚探索は、目新しく、刺激的で、報酬が得られる刺激を求める傾向を伴う報酬探索の一種です。感覚探索は、思春期前に増加し、思春期中期にピークを迎え、成人初期に減少することがわかっています。^{[ 30 ]}

衝動性は、報酬や感覚の追求とは異なる発達軌跡を示すことがわかっています。^{[ 30 ]}衝動性は年齢とともに直線的に徐々に減少します。^{[ 31 ]}衝動性と感覚の追求がピークに達する思春期中期頃は、二重システムモデルによれば、リスクテイクの理論上のピーク年齢です。^{[ 2 ]}

思春期の危険行動は、大人に比べて仲間がいる場合に起こりやすい。^{[ 18 ] [ 32 ]}動物実験では、成体マウスではなく思春期マウスが、仲間がいる場合の方が単独の場合よりもアルコールを多く摂取することがわかっている。^{[ 33 ]}人間では、仲間がいると線条体と眼窩前頭皮質の危険行動の活性化が増加することがわかっており、これらの領域の活性化は、大人ではなく思春期の危険行動を予測する。^{[ 34 ]}線条体と前頭皮質の活性化の年齢差は、仲間がいる場合の危険行動の増加は、仲間が認知制御に及ぼす影響ではなく、報酬処理に及ぼす影響によるものであることを示唆していると解釈されている。^{[ 34 ]}

げっ歯類の研究からの証拠は、腹側被蓋野と側坐核および嗅結節を結ぶ経路であるドーパミン作動系が脳の報酬回路で重要な役割を果たしていることを示しており、ドーパミンが豊富な線条体は脳の報酬感受性に大きく寄与していると考えられている。^{[ 36 ] [ 37 ]}

思春期には、ドーパミン作動系は著しい再編成を受ける。^{[ 38 ]}中脳辺縁系領域（例えば線条体）から前頭前皮質へのドーパミン投射の増加が思春期中期から後期にかけて観察されている。^{[ 39 ] [ 40 ]これらの投射は成人初期に刈り込み/減少する。 [ 41 ]}ヒトとげっ歯類では、線条体のドーパミン受容体の思春期特有のピークが観察されている。^{[ 42 ]}さらに、前頭前皮質に投射するドーパミン濃度は思春期に増加し、前頭前皮質から線条体（すなわち側坐核）へのドーパミン投射も同様に増加する。^{[ 43 ]}

線条体は報酬処理、学習、動機付けと関連付けられています。^{[ 13 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}

発達期には、脳はニューロンとそのシナプス結合を過剰に生成し、最適な機能に不要なものを刈り込みます。^{[ 54 ]}この発達過程により、発達に伴って灰白質が減少します。思春期には、この刈り込み過程は特殊化され、シナプス結合の約半分を失う領域もあれば、ほとんど変化しない領域もあります。^{[ 55 ]}灰白質の総体積は、思春期頃から大幅に刈り込まれます。灰白質の減少（つまり成熟）の過程は、脳の領域によって異なり、前頭極と後頭極は早期に灰白質を失いますが、前頭前野は思春期の終わりにのみ灰白質を失います。^{[ 55 ]}

シナプス刈り込みに加えて、脳はミエリン化を受け、これは脳領域間の情報伝達速度に影響を与えます。ミエリン化とは、特定の脳領域を接続する神経軸索がミエリンと呼ばれる白い脂肪質で絶縁され、軸索に沿った伝達の速度と効率が向上することです。ミエリン化は思春期に劇的に増加します。^{[ 56 ]}ミエリン化は、思春期における前頭前皮質の灰白質の発達的な薄化または減少に寄与します。^{[ 57 ]}

認知制御システムの成熟が遅れるという二重システムモデル理論を支持する証拠は、皮質の菲薄化などの構造的変化^{[ 55 ]}や、思春期から成人期にかけて抑制制御課題中の前頭領域の拡散的活性化の低下^{[ 58 ] [ 59 ]}などの証拠によって裏付けられている。年齢に関係なく、前頭前野の活性化の増加は、反応抑制課題におけるパフォーマンスの向上と関連している^{[ 60 ] 。}

青年期の報酬行動を研究するために、主に3つの実験パラダイムが用いられます。(1)受動的な報酬の受領、(2)課題遂行に応じた報酬、(3)異なる種類の報酬オプションを選択する意思決定。

一般的な反応抑制課題には、Go/No-Go、Flanker、Stroop、Stop Signal、および抗サッケード課題があります。これらの課題で優れた成績を収める人は、一般的に、これらの課題で成績の悪い人よりも前頭前野をより大きく活性化します。^{[ 59 ] [ 68 ] [ 69 ]}これらの課題の成績は年齢とともに向上します。

Most criticism of the dual systems model arises from one continual error; the lack of actual evidence proving a casual relation between youth misbehavior and a dysfunctional brain. Despite countless studies of maturation of the adolescent brain, there has never been a notable study that necessarily confirms that cognitive control is immature.^[78] In fact, according to most available research, cognitive control likely has a plateau in the mid-teens. A 1995 study by Linda S. Siegel of the Ontario Institute for Studies in Education found that "working memory peaks at fifteen or sixteen".^[79] This finding was reinforced in a 2015 study on peaks in cognitive functioning of the brain.^[80] Additionally, a 2004 study indicated that "response inhibition" and "processing speed" reached adult levels by the age of fourteen and fifteen, respectively.^[81] Inhibitory control is defined as the capacity voluntarily to inhibit or regulate prepotent attentional or behavioral responses. Inhibitory control involves the ability to focus on relevant stimuli in the presence of irrelevant stimuli and to override strong but inappropriate behavioral tendencies. Knowing when this faculty reaches maturity could inform discussion on the matter.

Prefrontal cortex pruning is also recorded to level off by age 15,^[82] and has been seen to continue as late as into the sixth decade of life.^[7]White matter is recorded to increase up until around the age of 45, and then it is lost via progressive aging. If myelination continues into one's forties and fifties, this could potentially shed serious doubt on the commonly cited claim that myelination is only complete in the twenties.

There is also a lack of evidence indicating the limbic system being mature (and sensation seeking peaking) while the executive functioning of the brain remains immature. In one longitudinal study, individual differences in working memory predicted subsequent levels of sensation seeking even after controlling for age, suggesting that sensation-based risk taking rises in concert with executive function.^[83]

二重システム理論の提唱者の中には、普遍教育の拡大に関わる特定のアジェンダを推進しているとして非難されている者もいる。そのアジェンダには、若者は生物学的に未熟な傾向があり、教育を受けることでそれが矯正されるという考えが含まれている。この非難は20世紀初頭に遡り、G・スタンレー・ホールが思春期は避けられない人生の段階であると理論づけた。彼は大学生は大人としての責任を免除されるべきであり、学生は怠惰でいる自由を持つべきだと主張した。彼の定義では、思春期は女子が12歳から21歳、男子が14歳から25歳までとされていた。男女の脳がこの年齢で成熟するというよく引用される神話は、ここから生まれたのかもしれない。しかし、ホールの主張は証拠に裏付けられていなかった。彼は、労働の世界への参入を遅らせる新たな人生の段階を提案し、学校や大学で過ごす時間を制限しようとする試みは「より野蛮な状態に戻ろうとする試み」だと主張した。これは、問題児向け産業が教育システムを拡大しようとする動機によって動かされているという説に一定の信憑性を与えるものである。^{[ 89 ]}

2022年7月現在、思春期の脳研究者は研究の方向性を新たにし、「不均衡/未熟」理論を放棄し、思春期の脳は適応力が高いだけでなく、若い年齢で成人レベルの認知成熟度を備えているなど、特定の利点を持っていると考えるようになった。このため、思春期は特別な発達期であり、その期間は最終的に10歳から25歳までであるが、脳の発達はこの期間が終わる前に「不完全」になるわけでも、この期間で完全に終わるわけでもないことが指摘されている。上記のように、またより最新の研究で示されているように、脳の成熟は成人期の大部分にわたって続き、必ずしも「完了」日があるわけではない。^{[ 90 ]}