SiNAPSA, sobota, 14. december 2019

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Možgani mladostnikov: ali strukturna nerazvitost vodi v slabše odločitve?

Saša Koprivec

V času adolescence smo bolj kot v drugih življenjskih obdobjih nagnjeni k sprejemanju iracionalnih in impulzivnih odločitev in tveganjem. Znanstveniki si zastavljajo pomembno vprašanje, ali so razlike v razmišljanju posledica razvojne nerazvitosti živčnega sistema. Deli možganov, ki so odgovorni za procese odločanja, se v tem času namreč še vedno aktivno razvijajo.

Zanimanje za delovanje človeških možganov izvira že iz stare Grčije, ko je Hipokrat pravilno predvidel, da so možgani centralni in najpomembnejši organ za čutenje in kognitivno izkustvo. Razvoj sodobnih neinvazivnih tehnik, kot je magnetnoresonančno slikanje (ang. magnetic resonance imaging, MRI), znanstvenikom danes omogoča boljše razumevanje strukture in funkcije možganov kot tudi sledenje razvoja možganov in pojasnjevanje patofiozoloških sprememb 1.

S časom adolescence, pogosteje kot v odrasli dobi, povezujemo določene vedenjske vzorce, npr. višje privzemanje tveganja, impulzivno obnašanje, čustvene pretrese in nagnjenost k iskanju novega. Moderne študije nakazujejo, da so možgani v tem času podvrženi dramatičnemu preoblikovanju in so bolj občutljivi na okoljske vplive, kar lahko vpliva na pojav socialno nesprejemljivega vedenja. Najstniki so zelo dovzetni za sprejemanje socialnih vplivov, kot so pritiski vrstnikov in vpliv medijev, ti vplivi pa so lahko tudi negativni. Pretirana raba alkohola, hitre prehrane, energetskih napitkov in drog vpliva na dinamično preoblikovanje možganov, in ker se navade iz najstniških let pogosto prenašajo naprej v odraslo dobo, to povzroča trajne primanjkljaje pri nevrološkem razvoju možganov 2.

Razvoj možganov

Nevralni razvoj se prične kmalu po spočetju (slika 1) in se glede na najnovejša dognanja nadaljuje tekom celotnega življenja posameznika 3. Razvoj možganov je posledica kompleksnega zaporedja dinamičnih in prilagoditvenih procesov, ki se dogajajo znotraj omejenega, genetsko organiziranega okolja 4. Zigota že vsebuje vse potrebne genetske informacije obeh staršev, ki usmerjajo njen razvoj. Tekom embrionalnega razvoja se preko razvoja različnih celičnih slojev oblikujejo tipične možganske strukture, ki omogočajo prenos informacij. Živčne progenitorske celice so osnova za nastanek vseh možganskih struktur v procesu asimetrične celične delitve 1. Izražanje genetskih produktov in okoljski vložek sta bistvenega pomena za normalen razvoj, njun vpliv se med sabo dopolnjuje 4.

 Slika 1. Zaporedje kritičnih dogodkov v procesu razvoja možganov s pripadajočo časovnico (prirejeno po Lenroot in Giedd, 2006).
Slika 1. Zaporedje kritičnih dogodkov v procesu razvoja možganov s pripadajočo časovnico (prirejeno po Lenroot in Giedd, 2006).

Do konca embrionalnega obdobja razvoja (8. teden gestacije) so poglavitne strukture možganov in perifernega živčevja vzpostavljene. V fetalnem obdobju (9.–40. teden gestacije) pride do hitre rasti in izpopolnitve kortikalnih in subkortikalnih struktur 5. V tem obdobju so spremembe v makroskopski anatomiji (ang. gross morphology) podprte s spremembami, ki se dogajajo na celičnem nivoju. Prične se produkcija, migracija in diferenciacija nevronov, ki je v večini zaključena do sredine gestacijskega obdobja, to je hkrati tudi kritična faza izoblikovanja neokorteksa, ki skrbi za procesiranje informacij. Nevroni migrirajo v različne predele možganov in že pričnejo s povezovanjem v živčne mreže 4. Do rojstva so poglavitne poti (tudi talamokortikalna, ki skrbi za prenos senzorično-motoričnih informacij) vzpostavljene 5. Po rojstvu se razvoj nadaljuje in do 6. leta starosti možgani dosežejo približno 90 % volumna odraslih možganov 6. Vendar se strukturne spremembe v sivi in beli snovi nadaljujejo skozi celotno otroštvo in puberteto. Spremembe strukture potekajo vzporedno s spremembami v organizaciji in se odražajo v vzorcih obnašanja posameznika 4.

Pri razvoju možganov pa prihaja tudi do dveh pomembnih dogodkov, ki vključujeta izgubo nevralnih elementov. Naravno prisoten mehanizem celične smrti, ki povzroča odmiranje nevronov v različnih možganskih regijah se večinoma odvija v prenatalnem obdobju. Proces sinaptičnega obrezovanja (ang. synaptical prunning) pa se večinoma dogaja v zgodnjem otroštvu in najstniških letih, ko se naši možgani znebijo odvečnih povezav, ki smo jih nakopičili v stopnji pospešenega učenja. Tako se s starostjo krepijo kvalitetne povezave, kvantitativno pa se njihovo število zmanjšuje. Na to, katere povezave se bodo obdržale in katere ne, pomembno vplivajo še aferentni signali (signali, ki jih preko čutil privzemamo iz okolice) 4.

Pomen izkušenj in vplivov iz okolice

Za razumevanje in prepoznavanje ključnih dejavnikov, ki vplivajo na razvoj odvisnosti ali sprejemanje slabih odločitev (uživanje nedovoljenih substanc, nezaščiteni spolni odnosi, vključevanje v življenje ogrožajoče dejavnosti, kot je divja vožnja z avtomobilom ipd.), je potrebno poznavanje poti normalnega razvoja možganov tekom adolescence – določitev t. i. bazalne linije razvoja. Bazalno linijo lahko določimo s študijami, pri katerih osebam sledimo že od starosti 9 ali 10 let – tako lahko pri pojavu odvisnosti ali psihoz tekom pubertete primerjamo možganske strukture pred in po dogodku in prepoznavamo možne dejavnike tveganja 7. Ena takšnih študij, študija ABCD (ang. The Adolescent Brain Cognitive Development Study), poteka v sodelovanju z Nacionalnim institutom za zdravje (NIH) v ZDA, kjer ocenjujejo, da bodo z uporabo MRI sledili razvoju možganov 10.000 otrok od zgodnje mladosti do odrasle dobe https://www.addictionresearch.nih.gov/abcd-study. S tem bi pridobili pomembne podatke, kako se možgani najstnikov razvijajo in do kakšnih strukturnih sprememb prihaja pri vedenjih, ki odstopajo od normalnega.
Neokorteks, filogenetsko najpozneje razviti del možganske skorje, za normalen razvoj potrebuje različne oblike vnosa – intrinzične v obliki molekulskega signaliziranja in predvsem ekstrinzične signale, to so specifične izkušnje posameznika v odvisnosti od njegove okolice. V kolikor določenih signalov posameznik ne dobi, se pojavljajo alternativni vzorci organizacije možganov, ki odražajo dejansko sprejete signale iz okolice. Sposobnost adaptacije na razmere v okolju je namreč poglavitna značilnost razvoja možganov sesalcev 4. Iz okolja lahko naši možgani sprejemajo obogatitvene signale ali pa se razvijajo v stanju pomanjkanja (izkušenj, pohvale, uspeha) – obe vrsti vnosa imata dramatičen učinek na strukturno in funkcionalno organizacijo razvijajočih se možganov. Razvoj znotraj kompleksnega in bogatega okolja poveča gostoto kortikalnih sinaps, količino celic, ki sodelujejo pri podpori možganskih funkcij in kompleksnost žilnega sistema. Razvoj novih sinaps je vezan na učenje in je stabilen proces, saj povezave ostanejo prisotne tudi, ko primarnega signala ni več. Zato je v najstniških letih vnos informacij iz okolja ključen za razvoj možganov 8.

Omejenost kognitivnega nadzora

Poglavitno neravnovesje v mladosti izhaja iz razlik med zgodnjim razvojem povezav v limbičnem sistemu, ki skrbi za čustva ter impulzivnost (v veliki meri tudi v odvisnosti od socialnega okolja) in kasnejšim razvojem povezav prefrontalnega korteksa, ki uravnava zdravorazumsko presojo in nadzor nad čustvi (Slika 2) 9.

 Slika 2. V času adolescence prihaja do razvojnega neskladja zaradi različne stopnje dozorelosti dveh poglavitnih možganskih regij, limbične regije (vijolična), ki nadzoruje čustvovanje, in prefrontalnim korteksom (zelena), ki je odgovoren za razumsko uravnavanje (povzeto po Giedd, 2015).
Slika 2. V času adolescence prihaja do razvojnega neskladja zaradi različne stopnje dozorelosti dveh poglavitnih možganskih regij, limbične regije (vijolična), ki nadzoruje čustvovanje, in prefrontalnim korteksom (zelena), ki je odgovoren za razumsko uravnavanje (povzeto po Giedd, 2015).

Velikost možganov se bistveno ne spreminja, glavno vlogo igra lastnost možganov, ki ji pravimo plastičnost – njihova sposobnost spreminjanja in reorganizacije preko vzpostavljanja novih povezav/selekcije uspešnejših povezav. Povečano število povezav se na MRI-posnetkih vidi kot večja količina bele možganovine – z mielinom ovitih možganskih vlaken, ki informacije prenašajo do 100 × hitreje kot nemielizirani nevroni. V najstniških letih poteka specializacija delovanja možganov – neuporabne povezave so odstranjene, tiste, ki se pogosto uporabljajo, pa se okrepijo. S kognitivnim zorenjem pogosteje izbiramo večje in dolgoročne nagrade in ne kratkotrajnih nagrad, kot je to značilno za obdobje adolescence. Funkcije prefrontalnega korteksa (izražanje osebnosti, načrtovanje kompleksnega kognitivnega obnašanja, sprejemanje in izvrševanje odločitev, omejevanje socialnih odzivov) namreč so prisotne, niso pa tako dobro razvite, kot bodo šele postale v odrasli dobi. Prefrontalni korteks igra ključno vlogo pri socialnem dojemanju – naši sposobnosti razumevanja kompleksnih socialnih odnosov, ločevanja prijateljev od sovražnikov, iskanju zaščite znotraj skupine in seveda pritegnitev pozornosti partnerja. Po drugi strani pa ima pomanjkanje kognitivnega nadzora pomembno pozitivno vlogo pri oblikovanju identitete – omogoča nam ločitev od udobja in zaščite, ki nam ga nudi primarna družina, da lahko raziskujemo nova okolja in s tem zorimo. Plastičnost možganskega razvoja ima torej tako prednosti kot slabosti in samo uravnovešeno prejemanje signalov vodi v pravilni razvoj možganov 10,11.

Adolescenca je čas, v katerem se lahko razvijejo duševna obolenja, kot so anksioznost, bipolarna motnja, depresija, motnje hranjenja, psihoze in odvisnosti. Znanje o tem, kako možgani najstnikov ocenjujejo in se odzivajo na tveganja, nam omogoča razkrivanje napovedi stanja duševnega zdravja 9. Prefrontalni korteks ni sposoben v polni meri opravljati svoje izvršitvene funkcije, zato lahko starši in učitelji k razvoju veliko pripomorejo preko vzpostavitve konstruktivnega dialoga 10. Steinberg in sodelavci 12 so na primer v zanimivi študiji preučevali povezave med aktivacijo določenih možganskih regij in privzemanjem tveganja v odvisnosti od socialnih vplivov (pritisk sovrstnikov). Ugotovili so, da glede privzemanja tveganja v normalnih razmerah (čustveno nevtralne situacije) ne prihaja do bistvenih razlik med najstniki in odraslimi. Ko so najstniki podvrženi pritisku sovrstnikov, se aktivirajo možganske regije za nagrajevanje (npr. ventralni striatum) in obstaja večja verjetnost, da bodo sodelovali v določenih aktivnostih kljub zavedanju tveganja, ki jih le-te prinesejo. Ob prisotnosti staršev se prej aktivirajo področja prefrontalnega korteksa in privzemanje tveganja je nižje. Če se mladostniki znajdejo v situacijah, kjer se počutijo socialno izolirane ali nastopajo v vlogi žrtve, so bolj podvrženi privzemanju tveganja. Vendar pa isti sistem nagrajevanja in čustvene kognicije mladostnike žene tudi, da privzemajo pozitivna tveganja, ki odražajo osebno rast in napredovanje. Pomembno je poznavanje obeh vidikov kognitivnega nadzora in uspešno žongliranje med obema 12.

Zaključek

Možgani za normalen razvoj potrebujejo kritične genetske signale in osnovne okoljske informacije. Na vsaki stopnji razvoja intrinzični in ekstrinzični faktorji med seboj sodelujejo in omogočajo razvoj kompleksnih in dovršenih struktur. Boljše poznavanje procesov, ki so odgovorni za razvoj možganov v adolescenci, nam omogoča prepoznavanje markerjev, s pomočjo katerih bomo lahko hitreje in bolj uspešno zdravili ali preprečevali odvisnosti in mentalne bolezni 7, 10.

    ___
  1. Houston SM, Herting MM, Sowell ER. The neurobiology of childhood structural brain development: conception through adulthood. Current topics in behavioral neurosciences. 2014;16:3-17. 

  2. Watanabe M. The teenage brain issue. Birth defects research. 2017;109;20:1611-12. 

  3. Lenroot RK, Giedd JN. Brain development in children and adolescents. Insights from anatomical magnetic resonance imaging. Neuroscience and biobehavioral reviews. 2006;30:718-729. 

  4. Stiles J, Jernigan TL. The basics of brain development. Neuropsychology Review. 2010;20:327-348. 

  5. Kostović I, Jovanov-Milosević N. The development of cerebral connections during the first 20-45 weeks’ gestation. Seminars in fetal and neonatal medicine. 2006;11;6:415-22. 

  6. Reiss AL, Abrams MT, Singer HS, Ross JL, Denckla MB. Brain development, gender and IQ in children. A volumetric imaging study. Brain, a journal of neurology. 1996; 119;5:1763-74. 

  7. Wadman M. Watching the teen brain grow. Science. 2018;359:13-14. 

  8. Markham JA, Greenough WT. Experience-driven brain plasticity: beyond the synapse. Neuron glia biology. 2004;1;4:351-363. 

  9. Smith K. Sex, drugs and self-control. Nature. 2018;554:426-428. 

  10. Giedd JN. The amazing teen brain. Scientific american. 2015:33-36. 

  11. Romer D et al. Beyond stereotypes of adolescent risk taking: placing the adolescent brain in developmental context. Developmental cognitive neuroscience. 2017;27:19-34. 

  12. Chein J, Albert D, O’Brien L, Uckert K, Steinberg L. Peers increase adolescent risk taking by enhancing activity in the brain’s reward circuitry. Developmental science. 2011;14;2:F1-10. 

dr. Saša Koprivec, univ. dipl. bioteh.
Laboratorij za genomiko
Inštitut za predklinične vede
Veterinarska fakulteta UL