Co je to synaptické prořezávání?

Definice

Jak funguje synaptické prořezávání?

Během dětství mozek zažívá velký růst. Během raného vývoje mozku dochází k explozi tvorby synapsí mezi neurony. Toto se nazývá synaptogeneze.

Toto rychlé období synaptogeneze hraje zásadní roli v učení, tvorbě paměti a adaptaci v raném věku. Přibližně ve 2 až 3 letech dosahuje počet synapsí nejvyšší úrovně. Krátce po tomto období synaptického růstu však mozek začne odstraňovat synapse, které již nepotřebuje.

Jakmile mozek vytvoří synapsi, může být buď posílen, nebo oslaben. To závisí na tom, jak často se synapse používá. Jinými slovy, proces se řídí principem „použij to, nebo to ztrať“: synapse, které jsou aktivnější, jsou posíleny a synapse, které jsou méně aktivní, jsou oslabeny a nakonec prořezány. Proces odstraňování irelevantních synapsí během této doby se nazývá synaptické prořezávání.

Časné synaptické prořezávání je většinou ovlivněno našimi geny. Později to vychází z našich zkušeností. Jinými slovy, to, zda je synapse oříznuta či nikoli, je ovlivněno zkušenostmi vyvíjejícího se dítěte s okolním světem. Neustálá stimulace způsobuje, že synapse rostou a stávají se trvalými. Pokud však dítě dostává malou stimulaci, mozek si zachová méně těchto spojení.

Kdy dochází k synaptickému prořezávání?

Načasování synaptického prořezávání se liší podle oblasti mozku. Některé synaptické prořezávání začíná velmi brzy ve vývoji, ale k nejrychlejšímu prořezávání dochází zhruba mezi 2. a 16. rokem.

Rané embryonální stadium do 2 let

Vývoj mozku v embryu začíná jen několik týdnů po početí. V sedmém měsíci těhotenství začíná plod vydávat vlastní mozkové vlny. Během této doby mozek extrémně vysokou rychlostí vytváří nové neurony a synapse.

Během prvního roku života naroste počet synapsí v mozku kojence více než desetinásobně. Ve věku 2 nebo 3 má dítě asi 15 000 synapsí na neuron.

Ve zrakové kůře mozku (část zodpovědná za vidění) dosahuje produkce synapsí svého vrcholu asi v 8 měsících věku. V prefrontálním kortexu dochází k vrcholným úrovním synapsí někdy během prvního roku života. Tato část mozku se používá pro různé komplexní chování, včetně plánování a osobnosti.

Věk 2 až 10 let

Během druhého roku života počet synapsí dramaticky klesá. Synaptické prořezávání probíhá velmi rychle mezi 2. a 10. rokem věku. Během této doby je eliminováno asi 50 procent nadbytečných synapsí. Ve zrakové kůře pokračuje prořezávání zhruba do 6 let věku.

Dospívání

Synaptické prořezávání pokračuje během dospívání, ale ne tak rychle jako dříve. Celkový počet synapsí se začíná stabilizovat.

Zatímco výzkumníci si kdysi mysleli, že mozek pouze prořezává synapse až do rané adolescence, nedávný pokrok objevil druhé období prořezávání během pozdního dospívání.

Raná dospělost

Podle novějších výzkumů synaptické prořezávání skutečně pokračuje do rané dospělosti a zastaví se někdy koncem 20. let.

Je zajímavé, že během této doby k prořezávání většinou dochází v mozkové prefontální kůře, což je část mozku, která je silně zapojena do rozhodovacích procesů, rozvoje osobnosti a kritického myšlení.

Vysvětluje synaptické prořezávání nástup schizofrenie?

Výzkum, který se zabývá vztahem mezi synaptickým prořezáváním a schizofrenií, je stále v raných fázích. Teorie říká, že schizofrenní mozky jsou „nadměrně prořezávané“ a toto nadměrné prořezávání je způsobeno genetickými mutacemi, které ovlivňují proces synaptického prořezávání.

Když se například vědci podívali na snímky mozků lidí s duševními poruchami, jako je schizofrenie, zjistili, že lidé s duševními poruchami mají méně synapsí v prefrontální oblasti ve srovnání s mozky lidí bez duševních poruch.

Pak velká studie analyzovali posmrtnou mozkovou tkáň a DNA od více než 100 000 lidí a zjistili, že lidé se schizofrenií mají specifickou genovou variantu, která může být spojena se zrychlením procesu synaptického prořezávání.

K potvrzení hypotézy, že abnormální synaptické prořezávání přispívá ke schizofrenii, je zapotřebí dalšího výzkumu. I když je to ještě daleko, synaptické prořezávání může představovat zajímavý cíl pro léčbu lidí s duševními poruchami.

Je synaptické prořezávání spojeno s autismem?

Vědci stále neuvedli přesnou příčinu autismu. Je pravděpodobné, že ve hře je více faktorů, ale nedávno výzkum ukázal souvislost mezi mutacemi v určitých genech souvisejících se synaptickou funkcí a poruchami autistického spektra (ASD).

Na rozdíl od výzkumu schizofrenie, který teoretizuje, že mozek je „přeříznutý“, vědci předpokládají, že mozek lidí s autismem může být „podřezaný“. Teoreticky tedy toto podřezávání vede k nadměrnému zásobení synapsí v některých částech mozku.

Chcete-li otestovat tuto hypotézu, výzkumníci zkoumali mozkovou tkáň 13 dětí a dospívajících s autismem a bez něj, kteří zemřeli ve věku 2 až 20 let. Vědci zjistili, že mozek adolescentů s autismem měl mnohem více synapsí než mozky neurotypických adolescentů. Malé děti v obou skupinách měly zhruba stejný počet synapsí. To naznačuje, že k tomuto stavu může dojít během procesu prořezávání. Tento výzkum ukazuje pouze rozdíl v synapsích, ale ne zda tento rozdíl může být příčinou nebo důsledkem autismu, nebo jen asociací.

Tato teorie podřezávání může pomoci vysvětlit některé běžné příznaky autismu, jako je přecitlivělost na hluk, světlo a sociální zážitky, stejně jako epileptické záchvaty. Pokud se spustí příliš mnoho synapsí najednou, osoba s autismem pravděpodobně zažije přetížení hlukem spíše než vyladěnou mozkovou reakci.

Minulé výzkumy navíc spojovaly autismus s mutacemi v genech, které působí na protein známý jako kináza mTOR. V mozcích pacientů s autismem bylo nalezeno velké množství hyperaktivního mTOR. Ukázalo se také, že nadměrná aktivita v dráze mTOR je spojena s nadměrnou produkcí synapsí. Jeden studie zjistili, že myši s hyperaktivním mTOR měly defekty v jejich synaptickém prořezávání a vykazovaly sociální chování podobné ASD.

Kam směřuje výzkum synaptického prořezávání?

Synaptické prořezávání je nezbytnou součástí vývoje mozku. Tím, že se mozek zbaví synapsí, které se již nepoužívají, bude s přibývajícím věkem výkonnější.

Dnes většina představ o vývoji lidského mozku čerpá z této myšlenky plasticity mozku. Vědci nyní hledají způsoby, jak kontrolovat prořezávání pomocí léků nebo cílené terapie. Zkoumají také, jak využít toto nové chápání synaptického prořezávání ke zlepšení vzdělávání dětí. Vědci také studují, jak by tvar synapsí mohl hrát roli u mentálních postižení.

Proces synaptického prořezávání může být slibným cílem pro léčbu lidí s onemocněními, jako je schizofrenie a autismus. Výzkum je však stále v rané fázi.