Definicja
Przycinanie synaptyczne to naturalny proces zachodzący w mózgu między wczesnym dzieciństwem a dorosłością. Podczas przycinania synaptycznego mózg eliminuje dodatkowe synapsy. Synapsy to struktury mózgowe, które umożliwiają neuronom przekazywanie sygnału elektrycznego lub chemicznego do innego neuronu.
Uważa się, że przycinanie synaptyczne jest sposobem mózgu na usuwanie połączeń w mózgu, które nie są już potrzebne. Naukowcy odkryli niedawno, że mózg jest bardziej „plastyczny” i plastyczny, niż wcześniej sądzono. Przycinanie synaptyczne jest sposobem naszego organizmu na utrzymanie wydajniejszego funkcjonowania mózgu w miarę starzenia się i przyswajania nowych, złożonych informacji.
W miarę jak dowiadujemy się więcej o przycinaniu synaptycznym, wielu badaczy zastanawia się również, czy istnieje związek między przycinaniem synaptycznym a początkiem niektórych zaburzeń, w tym schizofrenii i autyzmu.
Jak działa przycinanie synaptyczne?
W okresie niemowlęcym mózg doświadcza dużego wzrostu. Podczas wczesnego rozwoju mózgu następuje eksplozja tworzenia synaps między neuronami. Nazywa się to synaptogenezą.
Ten szybki okres synaptogenezy odgrywa kluczową rolę w uczeniu się, tworzeniu pamięci i adaptacji we wczesnym okresie życia. W wieku około 2 do 3 lat liczba synaps osiąga maksymalny poziom. Ale wkrótce po tym okresie wzrostu synaps mózg zaczyna usuwać synapsy, których już nie potrzebuje.
Gdy mózg utworzy synapsę, można ją wzmocnić lub osłabić. Zależy to od częstotliwości używania synapsy. Innymi słowy, proces przebiega według zasady „wykorzystaj albo strać”: synapsy, które są bardziej aktywne, są wzmacniane, a synapsy, które są mniej aktywne, są osłabiane i ostatecznie przycinane. Proces usuwania nieistotnych synaps w tym czasie nazywany jest przycinaniem synaptycznym.
Na wczesne przycinanie synaptyczne największy wpływ mają nasze geny. Później opiera się na naszych doświadczeniach. Innymi słowy, na to, czy synapsa zostanie przycięta, czy nie, mają wpływ doświadczenia rozwijającego się dziecka z otaczającym je światem. Ciągła stymulacja powoduje, że synapsy rosną i stają się trwałe. Ale jeśli dziecko otrzyma niewielką stymulację, mózg zachowa mniej tych połączeń.
Kiedy następuje przycinanie synaptyczne?
Czas przycinania synaptycznego różni się w zależności od regionu mózgu. Niektóre cięcia synaptyczne rozpoczynają się bardzo wcześnie, ale najszybsze przycinanie ma miejsce między mniej więcej 2 a 16 rokiem życia.
Wczesny etap embrionalny do 2 lat
Rozwój mózgu w zarodku rozpoczyna się już kilka tygodni po poczęciu. W siódmym miesiącu ciąży płód zaczyna emitować własne fale mózgowe. W tym czasie mózg tworzy bardzo szybko nowe neurony i synapsy.
W pierwszym roku życia liczba synaps w mózgu niemowlęcia rośnie ponad dziesięciokrotnie. W wieku 2 lub 3 lat niemowlę ma około 15 000 synaps na neuron.
W korze wzrokowej mózgu (części odpowiedzialnej za widzenie) produkcja synaps osiąga swój szczyt w wieku około 8 miesięcy. W korze przedczołowej szczytowe poziomy synaps występują gdzieś w pierwszym roku życia. Ta część mózgu jest wykorzystywana do różnych złożonych zachowań, w tym planowania i osobowości.
Od 2 do 10 lat
W drugim roku życia liczba synaps drastycznie spada. Przycinanie synaps następuje bardzo szybko w wieku od 2 do 10 lat. W tym czasie około 50 procent dodatkowych synaps jest eliminowanych. W korze wzrokowej przycinanie trwa do około 6 roku życia.
Adolescencja
Przycinanie synaptyczne trwa przez okres dojrzewania, ale nie tak szybko jak wcześniej. Całkowita liczba synaps zaczyna się stabilizować.
Podczas gdy naukowcy kiedyś uważali, że mózg przycina synapsy tylko do wczesnego okresu dojrzewania, niedawne postępy odkryły drugi okres przycinania w późnym okresie dojrzewania.
Wczesna dorosłość
Według nowszych badań, przycinanie synaptyczne faktycznie trwa do wczesnej dorosłości i zatrzymuje się pod koniec lat 20.
Co ciekawe, w tym czasie przycinanie odbywa się głównie w korze przedzębnej mózgu, która jest częścią mózgu silnie zaangażowaną w procesy decyzyjne, rozwój osobowości i krytyczne myślenie.
Czy przycinanie synaptyczne wyjaśnia początek schizofrenii?
Badania dotyczące związku między przycinaniem synaptycznym a schizofrenią są wciąż na wczesnym etapie. Teoria głosi, że mózgi schizofreniczne są „nadmiernie przycinane”, a to nadmierne przycinanie jest spowodowane mutacjami genetycznymi, które wpływają na proces przycinania synaptycznego.
Na przykład, kiedy badacze przyjrzeli się obrazom mózgów osób z zaburzeniami psychicznymi, takimi jak schizofrenia, odkryli, że osoby z zaburzeniami psychicznymi miały mniej synaps w okolicy przedczołowej w porównaniu z mózgami osób bez zaburzeń psychicznych.
Następnie w dużym badaniu przeanalizowano pośmiertną tkankę mózgową i DNA od ponad 100 000 osób i stwierdzono, że osoby ze schizofrenią mają określony wariant genu, który może być związany z przyspieszeniem procesu przycinania synaps.
Potrzeba więcej badań, aby potwierdzić hipotezę, że nieprawidłowe przycinanie synaptyczne przyczynia się do schizofrenii. Chociaż jest to jeszcze daleko, przycinanie synaptyczne może stanowić interesujący cel leczenia osób z zaburzeniami psychicznymi.
Czy przycinanie synaptyczne jest związane z autyzmem?
Naukowcy wciąż nie określili dokładnej przyczyny autyzmu. Jest prawdopodobne, że w grę wchodzi wiele czynników, ale ostatnio badania wykazały związek między mutacjami w niektórych genach związanych z funkcją synaptyczną a zaburzeniami ze spektrum autyzmu (ASD).
W przeciwieństwie do badań nad schizofrenią, w których zakłada się, że mózg jest „nadmiernie przycięty”, naukowcy wysuwają hipotezę, że mózgi osób z autyzmem mogą być „niedostatecznie przycięte”. Teoretycznie więc to niedocinanie prowadzi do nadmiernej podaży synaps w niektórych częściach mózgu.
Aby przetestować tę hipotezę, naukowcy przyjrzeli się tkance mózgowej 13 dzieci i nastolatków z autyzmem i bez autyzmu, którzy zmarli w wieku od 2 do 20 lat. Naukowcy odkryli, że mózgi nastolatków z autyzmem mają o wiele więcej synaps niż mózgi neurotypowych nastolatków.. Małe dzieci w obu grupach miały mniej więcej taką samą liczbę synaps. Sugeruje to, że stan ten może wystąpić podczas procesu przycinania. To badanie pokazuje tylko różnicę w synapsach, ale nie pokazuje, czy ta różnica może być przyczyną lub skutkiem autyzmu, czy tylko związkiem.
Ta teoria niedostatecznego przycinania może pomóc w wyjaśnieniu niektórych typowych objawów autyzmu, takich jak nadwrażliwość na hałas, światła i doświadczenia społeczne, a także napady padaczkowe. Jeśli jest zbyt wiele synaps wyzwalanych jednocześnie, osoba z autyzmem prawdopodobnie doświadczy przeciążenia hałasem, a nie dostrojonej odpowiedzi mózgu.
Ponadto wcześniejsze badania powiązały autyzm z mutacjami w genach, które działają na białko znane jako kinaza mTOR. W mózgach pacjentów z autyzmem wykryto duże ilości nadaktywnego mTOR. Wykazano również, że nadmierna aktywność w szlaku mTOR jest związana z nadmierną produkcją synaps. Jedno z badań wykazało, że myszy z nadaktywnym mTOR miały wady w przycinaniu synaps i wykazywały zachowania społeczne podobne do ASD.
Dokąd zmierzają badania nad przycinaniem synaptycznym?
Przycinanie synaptyczne jest istotną częścią rozwoju mózgu. Pozbywając się synaps, które nie są już używane, mózg staje się bardziej wydajny wraz z wiekiem.
Obecnie większość pomysłów dotyczących rozwoju ludzkiego mózgu opiera się na koncepcji plastyczności mózgu. Naukowcy szukają teraz sposobów kontrolowania przycinania za pomocą leków lub terapii celowanej. Zastanawiają się również, jak wykorzystać to nowe rozumienie przycinania synaptycznego do poprawy edukacji dzieci. Naukowcy badają również, w jaki sposób kształt synaps może odgrywać rolę w upośledzeniu umysłowym.
Proces przycinania synaps może być obiecującym celem leczenia osób ze schizofrenią i autyzmem. Jednak badania są wciąż na wczesnym etapie.
