Что такое синаптическая обрезка?

Содержание

• Определение
• Как работает синаптическая обрезка?
• Когда происходит синаптическая обрезка?
• Ранняя эмбриональная стадия до 2 лет
• Возраст от 2 до 10 лет
• Подростковый возраст
• Ранняя зрелость
• Объясняет ли синаптическая обрезка начало шизофрении?
• Связано ли сокращение синапсов с аутизмом?
• Куда движутся исследования по сокращению синапсов?

Определение

Синаптическая обрезка - это естественный процесс, который происходит в мозге в период между ранним детством и взрослой жизнью. Во время отсечения синапсов мозг удаляет лишние синапсы. Синапсы - это структуры мозга, которые позволяют нейронам передавать электрический или химический сигнал другому нейрону.

Считается, что синаптическая обрезка - это способ мозга удалить ненужные связи в мозге. Исследователи недавно узнали, что мозг более «пластичен» и пластичен, чем считалось ранее. Синаптическая обрезка - это способ нашего тела поддерживать более эффективную работу мозга по мере того, как мы стареем и узнаем новую сложную информацию.

По мере того, как все больше узнается о синаптической обрезке, многие исследователи также задаются вопросом, есть ли связь между синаптической обрезкой и возникновением определенных расстройств, включая шизофрению и аутизм.

Как работает синаптическая обрезка?

В младенчестве мозг значительно увеличивается. На раннем этапе развития мозга происходит взрывное образование синапсов между нейронами. Это называется синаптогенезом.

Этот быстрый период синаптогенеза играет жизненно важную роль в обучении, формировании памяти и адаптации в раннем возрасте. Примерно в возрасте 2–3 лет количество синапсов достигает максимального уровня. Но вскоре после этого периода синаптического роста мозг начинает удалять синапсы, которые ему больше не нужны.

Как только мозг формирует синапс, его можно либо усилить, либо ослабить. Это зависит от того, как часто используется синапс. Другими словами, процесс следует принципу «используй или потеряй»: более активные синапсы укрепляются, а менее активные синапсы ослабляются и в конечном итоге обрезаются. Процесс удаления нерелевантных синапсов в это время называется синаптическим сокращением.

На раннюю синаптическую обрезку в основном влияют наши гены. Позже это основано на нашем опыте. Другими словами, то, обрезается синапс или нет, зависит от опыта развивающегося ребенка в окружающем мире. Постоянная стимуляция заставляет синапсы расти и становиться постоянными. Но если ребенок получает слабую стимуляцию, мозг сохранит меньше этих связей.

Когда происходит синаптическая обрезка?

Время обрезки синапсов зависит от области мозга. Некоторая обрезка синапсов начинается на очень ранней стадии развития, но самая быстрая обрезка происходит примерно в возрасте от 2 до 16 лет.

Ранняя эмбриональная стадия до 2 лет

Развитие мозга у эмбриона начинается всего через несколько недель после зачатия. К седьмому месяцу беременности плод начинает излучать собственные мозговые волны. В это время мозг с чрезвычайно высокой скоростью формирует новые нейроны и синапсы.

В течение первого года жизни количество синапсов в мозгу младенца увеличивается более чем в десять раз. К 2–3 годам у младенца на нейрон будет около 15 000 синапсов.

В зрительной коре головного мозга (часть, отвечающая за зрение) производство синапсов достигает своего пика примерно в 8-месячном возрасте. В префронтальной коре пиковые уровни синапсов происходят примерно в течение первого года жизни. Эта часть мозга используется для множества сложных форм поведения, включая планирование и личность.

Возраст от 2 до 10 лет

На втором году жизни количество синапсов резко падает. Синаптическая обрезка происходит очень быстро в возрасте от 2 до 10 лет. За это время удаляется около 50 процентов лишних синапсов. В зрительной коре обрезка продолжается примерно до 6 лет.

Подростковый возраст

Синаптическая обрезка продолжается в подростковом возрасте, но не так быстро, как раньше. Общее количество синапсов начинает стабилизироваться.

В то время как исследователи когда-то думали, что мозг сокращает только синапсы до раннего подросткового возраста, недавние достижения обнаружили второй период сокращения в позднем подростковом возрасте.

Ранняя зрелость

Согласно последним исследованиям, сокращение синапсов действительно продолжается в раннем взрослом возрасте и прекращается где-то в конце 20-х годов.

Интересно, что в это время сокращение в основном происходит в префонтальной коре головного мозга, которая является частью мозга, активно участвующей в процессах принятия решений, развитии личности и критического мышления.

Объясняет ли синаптическая обрезка начало шизофрении?

Исследования, изучающие взаимосвязь между сокращением синапсов и шизофренией, все еще находятся на начальной стадии. Теория состоит в том, что мозг шизофреников «чрезмерно сокращен», и это чрезмерное сокращение вызвано генетическими мутациями, влияющими на процесс синаптического сокращения.

Например, когда исследователи смотрели на изображения мозга людей с психическими расстройствами, такими как шизофрения, они обнаружили, что у людей с психическими расстройствами меньше синапсов в префронтальной области по сравнению с мозгом людей без психических расстройств.

Затем, проанализировав посмертную ткань мозга и ДНК более 100000 человек, было обнаружено, что у людей с шизофренией есть определенный вариант гена, который может быть связан с ускорением процесса синаптической обрезки.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить гипотезу о том, что аномальная синаптическая обрезка способствует шизофрении. Хотя до этого еще далеко, обрезка синапсов может представлять интересную цель для лечения людей с психическими расстройствами.

Связано ли сокращение синапсов с аутизмом?

Ученые до сих пор не установили точную причину аутизма. Вполне вероятно, что здесь задействовано несколько факторов, но недавно исследования показали связь между мутациями в определенных генах, связанных с синаптической функцией, и расстройствами аутистического спектра (РАС).

В отличие от исследований шизофрении, которые предполагают, что мозг «чрезмерно обрезан», исследователи предполагают, что мозг людей с аутизмом может быть «недостаточно обрезан». Таким образом, теоретически эта недостаточная обрезка приводит к избытку синапсов в некоторых частях мозга.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи изучили ткани головного мозга 13 детей и подростков с аутизмом и без него, которые скончались в возрасте от 2 до 20 лет. Ученые обнаружили, что в мозге подростков с аутизмом гораздо больше синапсов, чем в мозге нейротипичных подростков. . У маленьких детей в обеих группах было примерно одинаковое количество синапсов. Это говорит о том, что заболевание может возникнуть в процессе обрезки. Это исследование показывает только разницу в синапсах, но не показывает, может ли эта разница быть причиной или следствием аутизма, или просто ассоциацией.

Эта теория недостаточной обрезки может помочь объяснить некоторые общие симптомы аутизма, такие как повышенная чувствительность к шуму, свету и социальным переживаниям, а также эпилептические припадки. Если одновременно запускается слишком много синапсов, человек с аутизмом, скорее всего, испытает перегрузку шумом, а не точно настроенную реакцию мозга.

Кроме того, прошлые исследования связали аутизм с мутациями в генах, которые действуют на белок, известный как киназа mTOR. Большое количество сверхактивного mTOR было обнаружено в мозге пациентов с аутизмом. Также было показано, что чрезмерная активность пути mTOR связана с избыточным образованием синапсов. Одно исследование показало, что у мышей с гиперактивным mTOR были дефекты синаптического отсечения и социальное поведение, подобное ASD.

Куда движутся исследования по сокращению синапсов?

Синаптическая обрезка - важная часть развития мозга. Избавившись от синапсов, которые больше не используются, мозг становится более эффективным с возрастом.

Сегодня большинство представлений о развитии человеческого мозга основано на этой идее пластичности мозга. Сейчас исследователи ищут способы контролировать обрезку с помощью лекарств или таргетной терапии. Они также изучают, как использовать это новое понимание синаптической обрезки для улучшения детского образования. Исследователи также изучают, как форма синапсов может влиять на психические расстройства.

Процесс синаптической обрезки может быть многообещающей целью для лечения людей с такими состояниями, как шизофрения и аутизм. Однако исследования все еще находятся на начальной стадии.