Definīcija
Sinaptiskā atzarošana ir dabisks process, kas notiek smadzenēs no agras bērnības līdz pieauguša cilvēka vecumam. Sinaptiskās atzarošanas laikā smadzenes novērš papildu sinapses. Sinapses ir smadzeņu struktūras, kas ļauj neironiem pārraidīt elektrisko vai ķīmisko signālu uz citu neironu.
Tiek uzskatīts, ka sinaptiskā atzarošana ir smadzeņu veids, kā smadzenēs noņemt savienojumus, kas vairs nav nepieciešami. Pētnieki nesen uzzināja, ka smadzenes ir vairāk “plastiskas” un veidojamas, nekā tika domāts iepriekš. Sinaptiskā atzarošana ir mūsu ķermeņa veids, kā saglabāt efektīvāku smadzeņu darbību, novecojot un apgūstot jaunu, sarežģītu informāciju.
Tā kā ir uzzināts vairāk par sinaptisko atzarošanu, daudzi pētnieki arī domā, vai pastāv saikne starp sinaptisko atzarošanu un noteiktu traucējumu sākšanos, ieskaitot šizofrēniju un autismu.
Kā darbojas sinaptiskā atzarošana?
Zīdaiņa vecumā smadzenes piedzīvo lielu izaugsmi. Agrīnā smadzeņu attīstības laikā starp neironiem notiek sinapses veidošanās eksplozija. To sauc par sinatoģenēzi.
Šim straujajam sinatoģenēzes periodam ir būtiska loma mācīšanās, atmiņas veidošanās un adaptācijas agrīnā dzīves posmā. Apmēram 2 līdz 3 gadu vecumā sinapsu skaits sasniedz maksimumu. Bet tad neilgi pēc šī sinaptiskā augšanas perioda smadzenes sāk noņemt sinapses, kas tām vairs nav vajadzīgas.
Kad smadzenes veido sinapses, tās var vai nu stiprināt, vai vājināt. Tas ir atkarīgs no tā, cik bieži tiek izmantota sinapse. Citiem vārdiem sakot, process notiek pēc principa “izmantojiet vai pazaudējiet”: aktīvākās sinapses tiek stiprinātas, un mazāk aktīvās sinapses tiek novājinātas un galu galā atzarotas. Neatbilstošo sinapsu noņemšanas procesu šajā laikā sauc par sinaptisko atzarošanu.
Agrīnu sinaptisko atzarošanu galvenokārt ietekmē mūsu gēni. Vēlāk tas balstās uz mūsu pieredzi. Citiem vārdiem sakot, to, vai sinapse tiek atzarojusies, ietekmē bērna jaunattīstības pieredze ar apkārtējo pasauli. Pastāvīga stimulēšana izraisa sinapses augšanu un pastāvīgu darbību. Bet, ja bērns saņem nelielu stimulāciju, smadzenes saglabās mazāk šo savienojumu.
Kad notiek sinaptiskā atzarošana?
Sinaptiskās atzarošanas laiks atšķiras atkarībā no smadzeņu reģiona. Dažu sinaptisko atzarošanu sāk ļoti agrīnā attīstības stadijā, bet visātrākā atzarošana notiek aptuveni 2–16 gadu vecumā.
Agrīnā embrionālā stadijā līdz 2 gadiem
Smadzeņu attīstība embrijā sākas tikai dažas nedēļas pēc apaugļošanās. Līdz septītajam grūtniecības mēnesim auglis sāk izdalīt savus smadzeņu viļņus. Šajā laikā smadzenes ar ārkārtīgi lielu ātrumu veido jaunus neironus un sinapses.
Pirmā dzīves gada laikā sinapsu skaits zīdaiņa smadzenēs palielinās vairāk nekā desmit reizes. Līdz 2 vai 3 gadu vecumam zīdainim ir apmēram 15 000 sinapses vienā neironā.
Smadzeņu redzes garozā (daļā, kas atbildīga par redzi) sinapses produkcija sasniedz maksimumu aptuveni 8 mēnešu vecumā. Prefrontālajā garozā sinapses maksimālais līmenis rodas dažreiz pirmā dzīves gada laikā. Šī smadzeņu daļa tiek izmantota dažādām sarežģītām darbībām, ieskaitot plānošanu un personību.
Vecumā no 2 līdz 10 gadiem
Otrā dzīves gada laikā sinapsu skaits dramatiski samazinās. Sinaptiskā atzarošana notiek ļoti ātri no 2 līdz 10 gadu vecumam. Šajā laikā tiek izvadīti aptuveni 50 procenti no papildu sinapsēm. Redzes garozā atzarošana turpinās līdz apmēram 6 gadu vecumam.
Pusaudža gados
Sinaptiskā atzarošana turpinās pusaudža gados, bet ne tik ātri kā agrāk. Kopējais sinapsu skaits sāk stabilizēties.
Lai gan pētnieki kādreiz domāja, ka smadzenes tikai sinapses atzaro līdz agrīnai pusaudža vecumam, nesenie sasniegumi ir atklājuši otro atzarošanas periodu vēlīnā pusaudža gados.
Agrīnā pieaugušā vecumā
Saskaņā ar jaunākiem pētījumiem sinaptiskā atzarošana faktiski turpinās agrīnā pieaugušā vecumā un dažreiz apstājas 20. gadu beigās.
Interesanti, ka šajā laikā atzarošana galvenokārt notiek smadzeņu priekšējā garozā, kas ir smadzeņu daļa, kas ir ļoti iesaistīta lēmumu pieņemšanas procesos, personības attīstībā un kritiskā domāšanā.
Vai sinaptiskā atzarošana izskaidro šizofrēnijas sākšanos?
Pētījumi, kas aplūko saistību starp sinaptisko atzarošanu un šizofrēniju, joprojām ir sākuma stadijā. Teorija ir tāda, ka šizofrēnijas smadzenes ir “pārlieku atzarotas”, un šo pārlieku atzarošanu izraisa ģenētiskas mutācijas, kas ietekmē sinaptiskās atzarošanas procesu.
Piemēram, kad pētnieki apskatīja attēlu ar smadzenēm cilvēkiem ar garīgiem traucējumiem, piemēram, šizofrēniju, viņi atklāja, ka cilvēkiem ar garīgiem traucējumiem prefrontālajā reģionā bija mazāk sinapses, salīdzinot ar cilvēkiem bez garīgiem traucējumiem.
Tad lielā pētījumā tika analizēti pēcnāves smadzeņu audi un DNS no vairāk nekā 100 000 cilvēku un atklāts, ka cilvēkiem ar šizofrēniju ir noteikts gēna variants, kas var būt saistīts ar sinaptiskās atzarošanas procesa paātrināšanos.
Nepieciešami vairāk pētījumu, lai apstiprinātu hipotēzi, ka patoloģiska sinaptiskā atzarošana veicina šizofrēniju. Lai arī tas vēl ir tāls, sinaptiskā atzarošana var būt interesants mērķis cilvēkiem ar garīgās attīstības traucējumiem.
Vai sinaptiskā atzarošana ir saistīta ar autismu?
Zinātnieki joprojām nav precīzi noskaidrojuši autisma cēloni. Iespējams, ka spēlē vairāki faktori, taču nesen pētījumi parādīja saikni starp noteiktu gēnu mutācijām, kas saistītas ar sinaptisko funkciju, un autisma spektra traucējumiem (ASD).
Atšķirībā no šizofrēnijas pētījumiem, kas teorē, ka smadzenes ir “pārlieku atzarotas”, pētnieki izvirza hipotēzi, ka cilvēkiem ar autismu smadzenes var būt “nepietiekami atzarotas”. Teorētiski šī nepietiekamā atzarošana dažās smadzeņu daļās izraisa sinapses pārmērīgu piegādi.
Lai pārbaudītu šo hipotēzi, pētnieki aplūkoja smadzeņu audus 13 bērniem un pusaudžiem ar autismu un bez tā, kuri miruši no 2 līdz 20 gadu vecumam. Zinātnieki atklāja, ka pusaudžiem ar autismu smadzenēm bija daudz vairāk sinapsu nekā neirotipisku pusaudžu smadzenēm.. Maziem bērniem abās grupās bija aptuveni vienāds sinapsu skaits. Tas liek domāt, ka stāvoklis var rasties atzarošanas procesā. Šis pētījums parāda tikai atšķirības sinapsēs, bet ne to, vai šī atšķirība varētu būt autisma cēlonis vai sekas, vai tikai asociācija.
Šī nepietiekamas atzarošanas teorija var palīdzēt izskaidrot dažus izplatītos autisma simptomus, piemēram, paaugstinātu jutību pret troksni, gaismu un sociālo pieredzi, kā arī epilepsijas lēkmes. Ja vienlaikus tiek dedzināts pārāk daudz sinapses, cilvēkam ar autismu, iespējams, radīsies trokšņa pārslodze, nevis precīzi noregulēta smadzeņu reakcija.
Turklāt iepriekšējie pētījumi autismu ir saistījuši ar gēnu mutācijām, kas iedarbojas uz olbaltumvielu, kas pazīstama kā mTOR kināze. Autisma slimnieku smadzenēs ir atrasts liels daudzums hiperaktīvu mTOR. Ir pierādīts, ka pārāk liela aktivitāte mTOR ceļā ir saistīta ar pārmērīgu sinapses veidošanos. Vienā pētījumā atklājās, ka pelēm ar hiperaktīvu mTOR bija sinaptiskās atzarošanas defekti un tām bija raksturīga ASD līdzīga sociālā uzvedība.
Kur notiek sinaptiskās atzarošanas izpēte?
Sinaptiskā atzarošana ir būtiska smadzeņu attīstības sastāvdaļa. Atbrīvojoties no vairs neizmantotajām sinapsēm, novecojot, smadzenes kļūst efektīvākas.
Mūsdienās lielākā daļa ideju par cilvēka smadzeņu attīstību balstās uz šo smadzeņu plastiskuma ideju. Tagad pētnieki meklē veidus, kā kontrolēt atzarošanu ar medikamentiem vai mērķtiecīgu terapiju. Viņi arī apsver, kā šo jauno izpratni par sinaptisko atzarošanu izmantot, lai uzlabotu bērnības izglītību. Pētnieki arī pēta, kā sinapses formai varētu būt nozīme garīga rakstura traucējumos.
Sinaptiskās atzarošanas process var būt daudzsološs ārstēšanas mērķis cilvēkiem ar šizofrēniju un autismu. Tomēr pētījumi vēl ir sākuma stadijā.
