Що таке синаптична обрізка?

Зміст

• Визначення
• Як працює синаптична обрізка?
• Коли відбувається синаптична обрізка?
• Рання ембріональна стадія до 2 років
• Вік від 2 до 10 років
• Підлітковий вік
• Рання зрілість
• Чи пояснює синаптична обрізка початок шизофренії?
• Чи пов’язана синаптична обрізка з аутизмом?
• Куди спрямовано дослідження синаптичної обрізки?

Визначення

Синаптична обрізка - це природний процес, який відбувається в мозку між раннім дитинством та дорослим віком. Під час обрізки синаптиків мозок усуває зайві синапси. Синапси - це мозкові структури, що дозволяють нейронам передавати електричний або хімічний сигнал іншому нейрону.

Вважається, що синаптична обрізка - це спосіб мозку усунути зв’язки в мозку, які більше не потрібні. Нещодавно дослідники дізналися, що мозок є більш «пластичним» і піддається формуванню, ніж вважалося раніше. Синаптична обрізка - це спосіб нашого організму підтримувати ефективніші функції мозку у міру того, як ми старіємо та вивчаємо нову складну інформацію.

Оскільки більше дізнається про синаптичну обрізку, багато дослідників також цікавляться, чи існує зв'язок між синаптичною обрізкою та початком певних розладів, включаючи шизофренію та аутизм.

Як працює синаптична обрізка?

Під час дитинства мозок відчуває велику кількість зростання. 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 ранніх стадіях життя. Приблизно у віці від 2 до 3 років кількість синапсів досягає пікового рівня. Але незабаром після цього періоду синаптичного росту мозок починає видаляти синапси, які йому більше не потрібні.

Після того, як мозок формує синапс, його можна або зміцнити, або послабити. Це залежить від того, як часто використовується синапс. Іншими словами, процес слідує принципу «використовуй це або загуби його»: синапси, які активніші, зміцнюються, а менш активні синапси послаблюються і в кінцевому підсумку обрізаються. Процес видалення неактуальних синапсів протягом цього часу називають синаптичною обрізкою.

На ранню синаптичну обрізку здебільшого впливають наші гени. Пізніше це базується на нашому досвіді. Іншими словами, обрізання синапсу чи ні залежить від досвіду дитини, що розвивається, з навколишнім світом. Постійна стимуляція змушує синапси рости і ставати постійними. Але якщо дитина отримує незначну стимуляцію, мозок буде тримати менше цих зв’язків.

Коли відбувається синаптична обрізка?

Час синаптичної обрізки залежить від регіону мозку. Деякі синаптичні обрізки починаються дуже рано в процесі розвитку, але найшвидше обрізання відбувається приблизно у віці від 2 до 16 років.

Рання ембріональна стадія до 2 років

Розвиток мозку у ембріона починається лише через кілька тижнів після зачаття. На сьомому місяці вагітності плід починає випускати власні мозкові хвилі. За цей час мозок утворює нові нейрони та синапси надзвичайно швидко.

Протягом першого року життя кількість синапсів у мозку немовляти зростає більш ніж у десять разів. До 2 або 3 років у немовляти налічується близько 15 000 синапсів на нейрон.

У зоровій корі мозку (тій частині, яка відповідає за зір), вироблення синапсів досягає свого піку приблизно у віці 8 місяців. У префронтальній корі пікові рівні синапсів відбуваються десь протягом першого року життя. Ця частина мозку використовується для різноманітної складної поведінки, включаючи планування та особистість.

Вік від 2 до 10 років

Протягом другого року життя кількість синапсів різко падає. Синаптична обрізка відбувається дуже швидко у віці від 2 до 10 років. За цей час приблизно 50 відсотків зайвих синапсів усуваються. 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.

Хоча колись дослідники думали, що мозок обрізає синапси лише до раннього підліткового віку, останні досягнення виявили другий період обрізки в кінці підліткового віку.

Рання зрілість

Згідно з новими дослідженнями, синаптична обрізка насправді триває і до раннього дорослого життя і припиняється десь наприкінці 20-х років.

Цікаво, що в цей час обрізка здебільшого відбувається в префонтальній корі головного мозку, яка є частиною мозку, активно задіяною в процесах прийняття рішень, розвитку особистості та критичному мисленні.

Чи пояснює синаптична обрізка початок шизофренії?

Дослідження, що вивчають взаємозв’язок між синаптичною обрізкою та шизофренією, все ще перебувають на ранніх стадіях. Теорія полягає в тому, що мозок шизофренії «надмірно обрізаний», і це надмірне обрізання спричинене генетичними мутаціями, які впливають на процес обрізки синаптиків.

Наприклад, коли дослідники розглядали зображення мозку людей з психічними розладами, наприклад, шизофренією, вони виявили, що люди з психічними розладами мають менше синапсів у передфронтальній області порівняно з мозком людей без психічних розладів.

Потім, проаналізувавши патологоанатомічну тканину мозку та ДНК понад 100 000 людей, виявили, що люди, хворих на шизофренію, мають специфічний варіант гена, який може бути пов’язаний з прискоренням процесу синаптичної обрізки.

Потрібні додаткові дослідження, щоб підтвердити гіпотезу про те, що ненормальна синаптична обрізка сприяє шизофренії. Хоча до цього ще далеко, синаптична обрізка може стати цікавою метою лікування людей з психічними розладами.

Чи пов’язана синаптична обрізка з аутизмом?

Вчені досі не визначили точну причину аутизму. Цілком ймовірно, що в цьому є кілька факторів, але нещодавно дослідження показали зв’язок між мутаціями певних генів, пов’язаними із синаптичною функцією та розладами аутистичного спектру (АСД).

На відміну від досліджень шизофренії, які теоретизують, що мозок «надмірно обрізаний», дослідники припускають, що мозок людей з аутизмом може бути «недостатньо обрізаний». Тоді теоретично ця недостатня обрізка призводить до надлишку синапсів у деяких відділах мозку.

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

Ця теорія недооцінки може допомогти пояснити деякі загальні симптоми аутизму, такі як надмірна чутливість до шуму, світла та соціального досвіду, а також епілептичні напади. Якщо одразу вистрілює занадто багато синапсів, людина з аутизмом, швидше за все, відчує перевантаження шуму, а не тонко налаштовану реакцію мозку.

Крім того, минулі дослідження пов’язали аутизм з мутаціями генів, які діють на білок, відомий як mTOR кіназа. У мозку хворих на аутизм виявлено велику кількість надмірно активного mTOR. Також було показано, що надмірна активність у шляху mTOR пов’язана з надмірною продукцією синапсів. Одне дослідження показало, що миші з надмірно активним mTOR мали дефекти синаптичної обрізки і виявляли ASD-подібну соціальну поведінку.

Куди спрямовано дослідження синаптичної обрізки?

Синаптична обрізка є важливою частиною розвитку мозку. Позбувшись синапсів, які вже не використовуються, мозок стає ефективнішим із віком.

Сьогодні більшість ідей про розвиток мозку людини спираються на цю ідею пластичності мозку. Зараз дослідники шукають шляхи контролю обрізки за допомогою ліків або цілеспрямованої терапії. Вони також розглядають, як використовувати це нове розуміння синаптичної обрізки для покращення дитинської освіти. Дослідники також вивчають, як форма синапсів може відігравати роль при психічних вадах.

Процес обрізки синаптиків може бути перспективною метою лікування людей з такими захворюваннями, як шизофренія та аутизм. Однак дослідження все ще перебувають на ранніх стадіях.