Що таке синаптична обрізка?

Визначення

Як працює синаптична обрізка?

У дитинстві мозок відчуває значний ріст. Під час раннього розвитку мозку відбувається вибух утворення синапсів між нейронами. Це називається синаптогенезом.

Цей швидкий період синаптогенезу відіграє життєво важливу роль у навчанні, формуванні пам’яті та адаптації на початку життя. Приблизно у віці від 2 до 3 років кількість синапсів досягає максимального рівня. Але незабаром після цього періоду синаптичного зростання мозок починає видаляти синапси, які йому більше не потрібні.

Як тільки мозок утворює синапс, його можна як посилити, так і ослабити. Це залежить від того, як часто використовується синапс. Іншими словами, процес йде за принципом «використовуйте або втратите»: синапси, які є більш активними, зміцнюються, а синапси, які є менш активними, ослаблені та в кінцевому підсумку обрізаються. Процес видалення невідповідних синапсів протягом цього часу називається синаптичним обрізанням.

На раннє синаптичне обрізання в основному впливають наші гени. Пізніше це ґрунтується на нашому досвіді. Іншими словами, обрізання синапсу чи ні, залежить від досвіду дитини, що розвивається, з навколишнім світом. Постійна стимуляція призводить до того, що синапси ростуть і стають постійними. Але якщо дитина отримує мало стимуляції, мозок збереже менше цих зв’язків.

Коли відбувається синаптична обрізка?

Час синаптичного обрізання залежить від області мозку. Деяка синаптична обрізка починається дуже рано в розвитку, але найшвидша обрізка відбувається приблизно у віці від 2 до 16 років.

Рання ембріональна стадія до 2 років

Розвиток мозку у ембріона починається всього через кілька тижнів після зачаття. На сьомому місяці вагітності плід починає випромінювати власні мозкові хвилі. Нові нейрони і синапси формуються в мозку з надзвичайно високою швидкістю протягом цього часу.

Протягом першого року життя кількість синапсів у головному мозку немовляти зростає більш ніж у десятки разів. До 2-3 років дитина має приблизно 15 000 синапсів на нейрон.

У зоровій корі головного мозку (частина, що відповідає за зір), вироблення синапсів досягає свого піку приблизно у 8-місячному віці. У префронтальній корі пікові рівні синапсів припадають на перший рік життя. Ця частина мозку використовується для різноманітних складних видів поведінки, включаючи планування та особистість.

Вік від 2 до 10 років

На другому році життя кількість синапсів різко падає. Синаптична обрізка відбувається дуже швидко у віці від 2 до 10 років. За цей час усувається близько 50 відсотків зайвих синапсів. У зоровій корі обрізка триває приблизно до 6-річного віку.

Підлітковий вік

Синаптична обрізка триває протягом підліткового віку, але не так швидко, як раніше. Загальна кількість синапсів починає стабілізуватися.

У той час як дослідники колись думали, що мозок обрізає синапси лише до раннього підліткового віку, останні досягнення виявили другий період обрізання в пізньому підлітковому віці.

Рання дорослість

Згідно з новими дослідженнями, синаптична обрізка фактично триває в ранньому дорослому віці і припиняється десь наприкінці 20-х років.

Цікаво, що в цей час обрізка в основному відбувається в префонтальной корі мозку, яка є частиною мозку, яка активно бере участь у процесах прийняття рішень, розвитку особистості та критичного мислення.

Чи пояснює синаптичне обрізання виникнення шизофренії?

Дослідження, які вивчають зв’язок між синаптичним обрізанням і шизофренією, все ще знаходяться на ранніх стадіях. Теорія полягає в тому, що шизофренічний мозок «надмірно обрізаний», і це надмірне обрізання спричинене генетичними мутаціями, які впливають на процес синаптичного обрізання.

Наприклад, коли дослідники розглядали зображення мозку людей з психічними розладами, такими як шизофренія, вони виявили, що люди з психічними розладами мали менше синапсів у префронтальній області порівняно з мозком людей без психічних розладів.

Тоді а велике дослідження проаналізував посмертну тканину мозку та ДНК понад 100 000 людей і виявив, що люди з шизофренією мають специфічний варіант гена, який може бути пов’язаний із прискоренням процесу синаптичного обрізання.

Необхідні додаткові дослідження, щоб підтвердити гіпотезу про те, що аномальне синаптичне обрізання сприяє шизофренії. Хоча до цього ще далеко, синаптична обрізка може бути цікавою мішенню для лікування людей з психічними розладами.

Чи пов’язане синаптичне обрізання з аутизмом?

Вчені досі не встановили точну причину аутизму. Цілком імовірно, що є багато факторів, але останнім часом дослідження показали зв’язок між мутаціями в певних генах, пов’язаних із синаптичною функцією, та розладами аутичного спектру (ASD).

На відміну від дослідження шизофренії, яке передбачає, що мозок «надмірно обрізаний», дослідники припускають, що мозок людей з аутизмом може бути «недорізаним». Таким чином, теоретично це недостатнє обрізання призводить до надлишку синапсів у деяких частинах мозку.

Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідники досліджували тканини мозку 13 дітей і підлітків з аутизмом і без нього, які померли у віці від 2 до 20 років. Вчені виявили, що мозок підлітків з аутизмом мав набагато більше синапсів, ніж мозок нейротипових підлітків. Маленькі діти в обох групах мали приблизно однакову кількість синапсів. Це говорить про те, що ця умова може виникнути в процесі обрізки. Це дослідження показує лише різницю в синапсах, але не про те, чи може ця різниця бути причиною чи наслідком аутизму, чи просто асоціацією.

Ця теорія недостатнього обрізання може допомогти пояснити деякі поширені симптоми аутизму, як-от надмірна чутливість до шуму, світла та соціальних переживань, а також епілептичні напади. Якщо одночасно запускається занадто багато синапсів, людина з аутизмом, швидше за все, відчує перевантаження шумом, а не точно налаштовану реакцію мозку.

Крім того, минулі дослідження пов’язували аутизм з мутаціями в генах, які діють на білок, відомий як кіназа mTOR. У мозку пацієнтів з аутизмом виявлено велику кількість надактивного mTOR. Було також показано, що надмірна активність на шляху mTOR пов’язана з надмірною продукцією синапсів. один вивчення виявили, що миші з надактивним mTOR мали дефекти в їх синаптичному обрізанні і демонстрували соціальну поведінку, подібну до ASD.

Куди спрямовані дослідження синаптичного обрізання?

Синаптична обрізка є важливою частиною розвитку мозку. Позбавляючись від синапсів, які більше не використовуються, мозок стає більш ефективним з віком.

Сьогодні більшість ідей про розвиток людського мозку спирається на цю ідею пластичності мозку. Зараз дослідники шукають способи контролювати обрізку за допомогою ліків або цільової терапії. Вони також вивчають, як використовувати це нове розуміння синаптичного обрізання для покращення освіти дітей. Дослідники також вивчають, як форма синапсів може відігравати роль у розумових вадах.

Процес синаптичного обрізання може бути перспективною метою для лікування людей із такими захворюваннями, як шизофренія та аутизм. Однак дослідження все ще на початковій стадії.