Определение
Синаптическая обрезка - это естественный процесс, который происходит в мозгу между ранним детством и взрослой жизнью. Во время синаптической обрезки мозг устраняет дополнительные синапсы. Синапсы - это структуры мозга, которые позволяют нейронам передавать электрический или химический сигнал другому нейрону.
Синаптическая обрезка считается способом удаления мозговых связей, которые больше не нужны. Исследователи недавно узнали, что мозг более «пластичен» и поддается формованию, чем считалось ранее. Синаптическая обрезка - это способ нашего организма поддерживать более эффективную работу мозга по мере взросления и изучения новой сложной информации.
Поскольку больше известно о синаптической обрезке, многие исследователи также задаются вопросом, существует ли связь между синаптической обрезкой и началом определенных расстройств, включая шизофрению и аутизм.
Как работает синаптическая обрезка?
В младенчестве мозг испытывает большой рост. Во время раннего развития мозга происходит взрыв образования синапсов между нейронами. Это называется синаптогенезом.
Этот быстрый период синаптогенеза играет жизненно важную роль в обучении, формировании памяти и адаптации в раннем возрасте. В возрасте от 2 до 3 лет количество синапсов достигает пикового уровня. Но вскоре после этого периода синаптического роста мозг начинает удалять синапсы, которые ему больше не нужны.
Когда мозг формирует синапс, его можно усилить или ослабить. Это зависит от того, как часто используется синапс. Другими словами, процесс следует принципу «используй или потеряй»: более активные синапсы усиливаются, а менее активные синапсы ослабляются и в конечном итоге сокращаются. Процесс удаления ненужных синапсов в течение этого времени называется синаптической обрезкой.
Ранняя синаптическая обрезка в основном зависит от наших генов. Позже, это основано на нашем опыте. Другими словами, обрезка синапса зависит от опыта, который развивается у ребенка с окружающим миром. Постоянная стимуляция заставляет синапсы расти и становиться постоянными. Но если ребенок получает небольшую стимуляцию, мозг будет сохранять меньше таких связей.
Когда происходит синаптическая обрезка?
Время синаптической обрезки зависит от области мозга. Некоторая синаптическая обрезка начинается очень рано в развитии, но наиболее быстрая обрезка происходит примерно в возрасте от 2 до 16 лет.
Ранняя эмбриональная стадия до 2 лет
Развитие мозга у эмбриона начинается через несколько недель после зачатия. К седьмому месяцу беременности плод начинает излучать собственные мозговые волны. Новые нейроны и синапсы формируются мозгом с чрезвычайно высокой скоростью в течение этого времени.
В течение первого года жизни количество синапсов в мозге младенца увеличивается более чем в десять раз. К 2 или 3 годам у ребенка около 15 000 синапсов на нейрон.
В зрительной коре головного мозга (часть, ответственная за зрение), производство синапсов достигает своего пика в возрасте около 8 месяцев. В префронтальной коре максимальные уровни синапсов возникают где-то в течение первого года жизни. Эта часть мозга используется для различных сложных форм поведения, включая планирование и личность.
Возраст от 2 до 10 лет
В течение второго года жизни количество синапсов резко падает. Синаптическая обрезка происходит очень быстро в возрасте от 2 до 10 лет. За это время удаляется около 50 процентов дополнительных синапсов. В зрительной коре обрезка продолжается до 6 лет.
подростковый возраст
Синаптическая обрезка продолжается в подростковом возрасте, но не так быстро, как раньше. Общее количество синапсов начинает стабилизироваться.
В то время как исследователи когда-то думали, что мозг только сокращал синапсы до ранней юности, недавние достижения обнаружили второй период обрезки в поздней юности.
Ранняя зрелость
Согласно новым исследованиям, синаптическая обрезка фактически продолжается в раннем взрослом возрасте и прекращается где-то в конце 20-х годов.
Интересно, что в это время обрезка в основном происходит в префонтальной коре головного мозга, которая является частью мозга, активно участвующей в процессах принятия решений, развития личности и критического мышления.
Объясняет ли синаптическая обрезка начало шизофрении?
Исследование, которое рассматривает связь между синаптической обрезкой и шизофренией, все еще находится на ранних стадиях. Теория заключается в том, что шизофренический мозг «перерезан», и это перерезание вызвано генетическими мутациями, которые влияют на процесс синаптической обрезки.
Например, когда исследователи смотрели на изображения мозга людей с психическими расстройствами, такими как шизофрения, они обнаружили, что у людей с психическими расстройствами было меньше синапсов в префронтальной области по сравнению с мозгом людей без психических расстройств.
Затем большое исследование проанализировало посмертные ткани мозга и ДНК более чем 100 000 человек и обнаружило, что люди с шизофренией имеют специфический вариант гена, который может быть связан с ускорением процесса синаптической обрезки.
Необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить гипотезу о том, что аномальная синаптическая обрезка способствует шизофрении. Хотя это еще далеко, синаптическая обрезка может представлять интересную цель для лечения людей с психическими расстройствами.
Связано ли синаптическое обрезание с аутизмом?
Ученые до сих пор не определили точную причину аутизма. Вполне вероятно, что в игру вовлечены несколько факторов, но в последнее время исследования показали связь между мутациями в некоторых генах, связанных с синаптической функцией и расстройствами аутистического спектра (ASD).
В отличие от исследований по шизофрении, которые предполагают, что мозг «перерезан», исследователи выдвигают гипотезу о том, что мозг людей с аутизмом может быть «перерезан». Таким образом, теоретически эта недостаточная обрезка приводит к переизбытку синапсов в некоторых частях мозга.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи изучили ткани мозга 13 детей и подростков с аутизмом и без него, которые скончались в возрасте от 2 до 20 лет. Ученые обнаружили, что мозг подростков с аутизмом имел гораздо больше синапсов, чем мозг нейротипических подростков., Маленькие дети в обеих группах имели примерно одинаковое количество синапсов. Это говорит о том, что условие может возникнуть во время процесса обрезки. Это исследование показывает только разницу в синапсах, но не в том, может ли эта разница быть причиной или следствием аутизма или просто ассоциацией.
Эта теория о сокращении может помочь объяснить некоторые из распространенных симптомов аутизма, такие как повышенная чувствительность к шуму, свету и социальному опыту, а также эпилептические припадки. Если одновременно запускается слишком много синапсов, человек с аутизмом, скорее всего, будет испытывать перегрузку шумом, а не тонко настроенную реакцию мозга.
Кроме того, прошлые исследования связывают аутизм с мутациями в генах, которые действуют на белок, известный как киназа mTOR. Большое количество сверхактивного mTOR было обнаружено в мозге пациентов с аутизмом. Также было показано, что чрезмерная активность в пути mTOR связана с избыточной продукцией синапсов. Одно исследование показало, что мыши с гиперактивным mTOR имели дефекты синаптической обрезки и демонстрировали ASD-подобное социальное поведение.
Куда направляются исследования по синаптической обрезке?
Синаптическая обрезка является важной частью развития мозга. Избавившись от синапсов, которые больше не используются, мозг становится более эффективным с возрастом.
Сегодня большинство идей о развитии человеческого мозга опираются на эту идею пластичности мозга. Исследователи в настоящее время ищут способы контролировать обрезку с помощью лекарств или целевой терапии. Они также изучают, как использовать это новое понимание синаптической обрезки для улучшения образования детей. Исследователи также изучают, как форма синапсов может играть роль в умственных отклонениях.
Процесс синаптической обрезки может быть многообещающей целью для лечения людей с такими заболеваниями, как шизофрения и аутизм. Тем не менее, исследования все еще находятся на ранних стадиях.
