معلومة

اتصال متشابك في دماغ الوليد

اتصال متشابك في دماغ الوليد


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في فهمي ، يرتبط التعلم بتقوية وإضعاف الروابط المشبكية. قال تقريبًا: الوصلات المشبكية التي يتم استخدامها غالبًا يتم تقويتها ، ونادرًا ما تضعف تلك التي يتم استخدامها. هذا هو في الأساس قاعدة هب.

بافتراض أن قاعدة هب تنطبق على الأقل جزئيًا (بالطبع ، هناك عوامل أخرى في العمل أثناء التعلم) ، أتساءل عما إذا كانت المناطق التي يتم التعلم فيها متساوية في دماغ المولود الجديد ضعيف متصلة بواسطة نقاط الاشتباك العصبي (لذا فإن المسارات سوف "تُبنى") أو تكون متساوية بقوة (الحد الأقصى) متصل (لذلك سيتم "اقتطاع" المسارات) أو شيء في المنتصف. أم أن هناك مناطق من كلا النوعين / من جميع الأنواع؟

(أفترض أن هناك قوة اتصال قصوى لا يحدث بعدها مزيد من التعزيز.)


أتساءل عما إذا كانت المناطق التي سيحدث فيها التعلم في دماغ المولود الجديد مرتبطة بشكل ضعيف بنفس القدر من خلال نقاط الاشتباك العصبي (لذلك سيتم "بناء" المسارات) أو أنها متصلة بقوة (إلى أقصى حد) (لذلك سيتم "اقتطاع المسارات") أو شيء في المنتصف. أم أن هناك مناطق من كلا النوعين / من جميع الأنواع؟

وفقًا لورقة بقلم باحثة جامعة برنستون ديبورا ساندوفال:

في وقت الولادة ، يتكون دماغ الإنسان من حوالي 100 مليار خلية عصبية في القشرة (جامعة مين 2001). خلال المراحل المبكرة من التطور (بين الرضاعة والمراهقة) ، يزداد وزن وحجم الدماغ بشكل ملحوظ (بنسبة تصل إلى 5). لا تساهم هذه الزيادة في الكثافة في إنشاء عدد كبير من الخلايا العصبية الجديدة (تكوين الخلايا العصبية) ، بل تساهم في زيادة أسية في نمو متشابك، المعروف باسم التوليف الغزير (Huttenlocher & Drabholkar ، 1998). في الطفولة ، يتوسط كل خلية عصبية 2500 نقطة الاشتباك العصبي، وفي ذروة التوليف الغزير (حوالي 2-3 سنوات من العمر) يزداد العدد إلى ما يقرب من 15,000 (جامعة مين 2001).

بعد فترة وجيزة من هذه الفترة من النمو التشابكي ، تواجه الشبكة انخفاضًا في كثافة المشابك حيث تتم إزالة الاتصالات العصبية التي يتم استخدامها على الأقل في كثير من الأحيان من الشبكة. تُعرف عملية القضاء على / إضعاف نقاط الاشتباك العصبي غير الملائمة وغير الفعالة خلال فترة النمو هذه باسم التقليم المتشابك. يُنظر إلى التقليم التشابكي على أنه آلية تعلم ، حيث يعتمد "تقليم" أو إزالة المشبك على استجابات الخلايا العصبية للعوامل البيئية والمحفزات الخارجية (Craika & Bialystokb ، 2006). ارتبطت عمليتا التكوّن المشبكي والتقليم التشابكي في مراحل نمو الدماغ بـ "الفترة الحرجة" للفرد ، وهو الوقت الذي يكون فيه الفرد شديد الاستجابة للمحفزات البيئية ، وبالتالي التعلم (دراكمان ، 2005).

بالنظر إلى الادعاءات الواردة في تلك المقاطع ، يبدو أن التعلم (للرضع) يتم من خلال تطوير عدد كبير جدًا من الوصلات العصبية (على الأرجح بسبب التعرض الهائل للمعلومات) ، ثم تقليم المواقع المشبكية بشكل انتقائي بسبب نقص العديد من الوصلات العصبية. المحفزات الخارجية التي تحافظ على تلك المحاور / التشعبات / المشابك النشطة ؛ ثم يتم تعزيز الاتصالات المتبقية (متحمس باستمرار). لذلك ، على حد تعبيرك ، هو سيكون يبدو أن دماغ الرضيع "يتراكم" و "تقطع" الاتصالات العصبية من أجل التعلم.

لدعم هذه الفكرة بشكل أكبر ، ضع في اعتبارك صور الرنين المغناطيسي الوظيفي التالية التي تصور الاتصال الوظيفي لدماغ الرضيع في السنة الأولى من العمر. (الاتصال الوظيفي لدماغ الإنسان الرضيع)

دفع إشعار خاص لاختلافات التلوين بين الصفوف ، داخل عمود معين ، للطفل (الصفوف الخمسة الأولى). نظرًا لأن اللون الأحمر الداكن هو الأقل وظيفية ، والأصفر الساطع هو الأكثر فاعلية ، يمكن بسهولة ملاحظة أنه مع تقدم الطفل في السن (يتعلم) ، تميل تكرارات اللون الأصفر إلى تكوين مجموعات داخل مناطق حمراء ، مما يشير إلى مواقع وظيفية أعلى نشاط الشبكة.

إذا واصلت بعد ذلك هذا النمط وقارنت المناطق الأكثر وظيفية التي تنتمي إلى فحص الرضع لمدة 12 شهرًا ، مع تلك الخاصة بالبالغين (الصف السفلي) ، يمكنك أن ترى أن المناطق الصفراء المركزة في فحص الرضع تصبح عامة (حمراء) المناطق الوظيفية في فحص البالغين. يشير هذا أيضًا إلى أن تلك المناطق الوظيفية الأولية ذات الدلالة الصفراء (التي تنتمي إلى الرضيع) ، قد نضجت إلى مناطق وظيفية أكثر كثافة في الدماغ البالغ ، من خلال عملية تقليم الروابط غير الضرورية (مما يؤدي إلى إنشاء مناطق وظيفية أصغر) ، بينما في نفس الوقت زيادة قوة الإشارة بين الخلايا العصبية المجاورة (التوليف العصبي).

أخيرًا ، لتقييم القوة الأولية لكل اتصال عصبي لدماغ الرضيع: عند النظر إلى عمليات المسح التي تم إجراؤها لمدة شهر واحد ، يبدو أن معظم مناطق الدماغ لها لون يقع ضمن النطاق العددي المرتبط من 0.4 إلى. 8 ، مما يوحي بأن الدماغ ، ككل، يبدأ في حالة شبه "محايدة".


يتم إنشاء تدرجات منقوشة مكانيًا للتوصيل المشبكي في وقت مبكر من نمو الشبكية

تتلقى الخلايا العصبية في شبكية العين مدخلات من خلايا أخرى عبر المشابك ، ويعكس موضع هذه المشابك على الخلايا العصبية مناطق الشبكية التي يتم تلقي المعلومات منها. دراسة جديدة في التطور العصبي يثبت أن التوزيع المكاني للمدخلات المشبكية الاستثارية يظهر في بداية تكوين المشبك بدلاً من ظهوره نتيجة للتغيرات أثناء إعادة تنظيم الخلايا العصبية.

كيف تظهر الأنماط التشابكية المناسبة للتوصيل أثناء التطور؟ ما هي العلاقة بين العمارة التغصنية للخلايا العصبية واتصالها التشابكي؟ لقد حيرت هذه الأسئلة علماء البيولوجيا العصبية التنموية لسنوات عديدة ، ولكن مؤخرًا فقط ، مع ظهور تقنيات جديدة لوضع العلامات العصبية والتصوير ، تم الحصول على إجابات لهذه الأسئلة في الكائن الحي. في مقال حديث في التطور العصبيمورغان وآخرون. [1] تناول الآليات التنموية التي يتم من خلالها توزيع المدخلات المشبكية المثيرة عبر الخلايا العصبية في شبكية العين بحيث يمكن نقل المعلومات المرئية الموثوقة إلى الدماغ. توضح هذه الدراسة أن المدخلات المشبكية للخلايا العصبية الإسقاطية للشبكية تكون منقوشة مكانيًا من المراحل المبكرة من التطور التغصني وأن كثافة المدخلات تظل ثابتة ، حتى مع إعادة تشكيل الدوائر الشبكية وتنضجها.

يوفر الهيكل الرقائقي المنظم لشبكية الفقاريات (الشكل 1 أ) نموذجًا ممتازًا لدراسة كيفية إنشاء الدوائر التشابكية أثناء التطور وإلى أي مدى تساهم الإشارات الجوهرية مقابل الإشارات الخارجية في هذه العملية. تقوم الدوائر المشبكية في شبكية العين بتحويل المعلومات المرئية التي يتم جمعها بواسطة المستقبلات الضوئية إلى إشارات كهربائية وكيميائية ، والتي يتم نقلها بعد ذلك إلى الخلايا العقدية للشبكية (RGCs) ، الخلايا العصبية الناتجة في شبكية العين. تنقل RGCs المعلومات المرئية إلى الدماغ من خلال محاور الإسقاط الطويلة. وتتلقى هذه الخلايا الجذعية ، التي توجد أجسامها الخلوية في طبقة الخلايا العقدية ، مدخلات متشابكة على التشعبات في طبقة الضفيرة الداخلية على شكل مشابك مشابكة مثبطة ومثبطة من الخلايا ثنائية القطب وخلايا أماكرين. المشابك المثبطة للإشارة باستخدام حمض γ-aminobutyric (GABA) ، في حين أن المشابك الاستثارة تشير باستخدام الغلوتامات. يتم إعادة تشكيل التشعبات الخاصة بـ RGCs على نطاق واسع أثناء التطور: في البداية ، يتم تشكيل أول مشابك GABAergic المثبطة بين خلايا amacrine و RGCs ، ثم استجابةً لأول مدخلات جلوتامات مثيرة من الخلايا ثنائية القطب إلى RGCs [2 ، 3]. تعمل إعادة التشكيل الديناميكي هذه للأشجار الشجرية [4] جنبًا إلى جنب مع الإشارات الجزيئية [5] لتنظيم المدخلات في طبقات فرعية مختلفة في طبقة الضفيرة الداخلية استجابة للإشارات المرئية. وبهذه الطريقة ، فإن الأنواع المميزة من RGCs تحقق التصفيح الشجيري المميز ، والهندسة المعمارية والاتصال التشابكي.

وصلات الشبكية وإعادة تشكيلها. (أ) رسم تخطيطي مبسط لدائرة شبكية ، يوضح تنظيم المدخلات من مستقبلات الضوء إلى الخلايا ثنائية القطب إلى الخلايا العقدية الشبكية (RGCs). تنقل المستقبلات الضوئية (الصفراء) المعلومات المرئية إلى الخلايا ثنائية القطب (الزرقاء) التي تلامس بدورها التشعبات في الخلايا الجذعية للأنسجة (باللون الأحمر). توفر خلايا Amacrine (باللون الرمادي) أيضًا مدخلات متشابكة لـ RGCs. (ب) تمثيل تخطيطي للعلاقة بين العمارة التغصنية والتوصيل التشابكي لـ RGC النامية. يمكن تصور المواقع المشبكية المثيرة على التشعبات RGC من خلال التوزيع النقطي لـ PSD95-YFP (الأخضر) على الخلايا العصبية التي تعبر عن بروتين فلوري أحمر (أحمر). أثناء التطوير ، يمتد الشجرة التغصنية لـ RGC منطقة التشابك (البيضاوي) من خلال إعادة التشكيل الديناميكي لفروعها. يظل عدد جهات الاتصال المشبكية لكل وحدة مساحة من سطح الخلية ثنائية القطب (التي يمثلها الشكل السداسي) ثابتًا حيث يتم إعادة تشكيل التشعبات ويتم تقليم الفروع الوافرة للخلف. يتم الحفاظ على كثافة المشابك من خلال زيادة عدد و / أو كثافة المشابك على تلك الفروع التي يتم الاحتفاظ بها. من أجل الوضوح البصري ، يتم توضيح المواقع المشبكية فقط في جزء من الشجرة المتفرعة. GCL ، طبقة الخلايا العقدية IPL ، طبقة الضفيرة الداخلية.

تم الحصول على دليل على الآليات الديناميكية للتكوين المشبكي وعلاقتها ببنية الشجرة التغصنية في الدراسات الحديثة التي عبرت عن مكونات ما بعد المشبكية ذات العلامات الفلورية في الخلايا العصبية الفردية في أجنة الأسماك الحية والضفادع والفئران [6-8]. بروتين الكثافة بعد المشبك PSD-95 هو بروتين سقالة يشارك في نضوج المشبك ، وقد خدم كعلامة لمواقع الجلوتاماتيرج بعد المشبكي. في الجسم الحي [9]. في دراستهم الجديدة ، أظهر مورغان وزملاؤه [1] ارتباطًا جديدًا لظهور المدخلات المشبكية الجلوتاماتيكية على الخلايا الجذعية المتشعبة مع هيكل الشجرة التغصني من خلال تحليل RGCs التي تعبر عن PSD-95 الموسومة بالبروتين الأصفر الفلوري (YFP) في المراحل الرئيسية في دائرة الشبكية تطوير. لقد طوروا مجموعة من أدوات القياس الأنيقة لفحص كثافة وتوزيع مواقع التشابك الجلوتاماتيكية المفترضة على التشعبات RGC (مدخلات الخلايا ثنائية القطب) في شبكية عين الفأر المستأصلة ، من اليوم الخامس بعد الولادة ، قبل تسجيل الاستجابات الوظيفية للجلوتامات ، حتى الشهر الأول بعد الولادة ، عندما تنضج الدوائر الوظيفية. ركزوا على RGCs أحادي و ON و OFF bistratified لتحديد ما إذا كانت الأنماط المكانية المتميزة لمدخلات الخلايا ثنائية القطب قد تم إنشاؤها في بداية التشابك العصبي أو ما إذا كانت تظهر من خلال عملية إعادة التشكيل. تضع RGCs الأحادي (ON-center أو خارج المركز) التشعبات الخاصة بها في أحد اثنين من sublaminae لتلقي مدخلات وظيفية من المسارات المرئية ON أو OFF. تحتوي RGCs Bistratified على التشعبات التي تتفرع أو تتفرع في كل من sublaminae وتتلقى مدخلات من كل من المسارات المرئية ON و OFF.

تأكيد الملاحظات السابقة على أن تعبير PSD-95 الوهمي يترجم إلى نقاط الاشتباك العصبي المحددة بالبنية التحتية في الجسم الحي [7] ، وجد المؤلفون [1] أن تعبير PSD95-YFP على التشعبات RGC المترجمة إلى المواقع التي تتشكل فيها مشابك الخلايا ثنائية القطب. تم العثور على مواقع التشابك الموزعة بالتساوي على طول الشجرة التغصنية RGC (والتي تم تصورها من خلال التعبير عن البروتين الفلوري الأحمر td-Tomato) قبل أن يمكن تسجيل استجابات الغلوتامات المشبكية ، وتم الحفاظ على التوزيع المنقوش للمواقع المتشابكة على الفروع الفردية الشجرة المتغصنة طبقية ومُعاد تشكيلها. يظهر التدرج المركزي المحيطي للعدد المشبكي ، مع المزيد من نقاط الاشتباك العصبي الأقرب إلى جسم الخلية ، في وقت مبكر ، عندما تشكل الخلايا ثنائية القطب نقاط الاشتباك العصبي على الخلايا الجذعية الجنينية ، ويتم الحفاظ على هذا التدرج على الرغم من إعادة النمذجة المستمرة وتكوين التشابك العصبي. من المحتمل أن يتم إنشاء تدرجات المشبك المركزي المحيطي عن طريق التنافس بين المدخلات ثنائية القطب عند حدود الشجرة التغصنية ، حيث يتم تحديد موقع حدود مجال RGC المستقبلي. يمكن الآن استخدام التصوير الحي للمواقع المتشابكة على الفروع البعيدة [3] لإثبات وجود عملية تنافسية ديناميكية عند حدود المجال الاستقبالي.

باستخدام أداة تقيس فهرس التصفيح للفروع الشجيرية والمواقع المتشابكة ، مورغان وآخرون. [1] كشف أيضًا أن العرش الشجيري لـ RGCs يبدأ في تقسيم كل من فروعها ونقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها في الوقت الذي يبدأ فيه النقل العصبي للجلوتامات المشبكي (أيام ما بعد الولادة 7-12 في الماوس). خلال هذه الفترة ، عندما يتم توسيع الشجرة التغصنية بنشاط وتنقيتها أيضًا عن طريق تشذيب التشعبات الخلفية ، يتم الحفاظ على عدد جهات الاتصال المشبكية لكل وحدة مساحة من سطح الخلية ثنائية القطب من خلال زيادة كثافة المشابك على تلك الفروع التي يتم الحفاظ عليها (الشكل 1 ب). وهكذا ، مع نضوج دارة الشبكية ، تتحسن العرش الشجيري ولكن يتم الاحتفاظ بكثافة المدخلات لكل خلية ثنائية القطب من خلال زيادة كثافة نقاط الاشتباك العصبي على التغصنات. يمكن تحديد التوزيع المستمر لنقاط الاشتباك العصبي للخلايا ثنائية القطب على الغشاء التغصني لـ RGCs من خلال تقييد عدد الاتصالات المشبكية التي يمكن أن تقوم بها الخلية ثنائية القطب ، وهذا القيد سيضمن نقل المعلومات بشكل موثوق مع نضوج الخلايا العصبية. تم اقتراح التوزيع المكاني للنمط للمشابك المثيرة التي لوحظت مع نضوج الشبكية مؤخرًا ليكون مسؤولاً عن ضبط حساسية أنواع RGC المختلفة للمحفزات البصرية [10] ، وكما هو موضح في هذه الدراسة [1] ، فإنه يرتبط ارتباطًا مباشرًا بـ كثافة ومدى وطبقية الفروع التغصنية.

التحليل التفصيلي الذي يتم التحكم فيه جيدًا لتوزيع المشابك ونموها وتقسيمها إلى طبقات لعينة RGC المتغصنة في مراحل مختلفة من التطور التي أجراها Morgan وآخرون. [1] يشير أيضًا إلى أن الفروع التي يتم إزالتها أو تقليمها مرة أخرى أثناء صقل الشجرة تحمل جهات اتصال متشابكة ، ويمكن أن تكون هذه الفروع هي تلك التي تتلامس مع الخلايا ثنائية القطب قبل المشبكي. تتفق هذه الفكرة مع الملاحظات التي تم إجراؤها في الدراسات التي اتبعت مكونات ما قبل وما بعد المشبكي في الفروع الفردية عن طريق التصوير الفاصل الزمني للمحاور والتشعبات في الجسم الحي [6 ، 11-13]. تشير هذه الدراسات إلى أن الخلايا الجذعية الجنينية ، مثل الخلايا العصبية المركزية الأخرى ، تنتقل من حالة استكشافية إلى حالة ناضجة عن طريق إزالة الاتصالات العابرة التي تتم بواسطة الفروع المتغصنة الزائدة. يبدو أن الآليات الديناميكية لإعادة تشكيل الشجرة التشابكية والتشجيرية متشابهة بالنسبة لـ RGCs التي تحافظ على ترتيبها الطبقي (التشعبات من RGCs ON و OFF) وتلك التي تنتقل من الشجرة غير الناضجة إلى جذع شجيري أحادي. يمكن الآن استخدام دراسات التصوير بالفاصل الزمني للكشف عن تسلسل الأحداث التي يتم من خلالها إنشاء تدرجات نمطية للتوصيل المشبكي وصقلها في دائرة الشبكية ، وللتأكد من مساهمة المدخلات المثبطة المبكرة والمتأخرة في هذه العملية الديناميكية.

باختصار ، تقدم الدراسة الأنيقة التي أجراها مورجان وزملاؤه [1] رؤى جديدة للآليات التي تشكل المجال الاستقبالي الوظيفي لـ RGC وهذا يساهم في فهمنا للآليات الخلوية والجزيئية التي تتحكم في التوصيل التشابكي في شبكية العين النامية. من المعروف أن الاتصال بين الخلايا بين الخلايا الجذعية الجنينية والخلايا العصبية قبل المشبكية (amacrine والخلايا ثنائية القطب) ، في شكل إشارات تعتمد على النشاط بالإضافة إلى الإشارات الجزيئية ، هي المسؤولة عن إعادة تشكيل وشكل العريشة المتغصنة. يتم التوسط في التقسيم الطبقي والصقل الرقائقي عن طريق التفاعلات بين جزيئات التعرف عبر الغشاء التي يتم الحفاظ عليها من خلال التطور والتي توجه الأنماط المتفرعة للأنواع الفرعية العصبية المتميزة [5]. يتم تعديل الصقل الصفحي والمتشابك أيضًا عن طريق الإشارات المعتمدة على النشاط ، والتي بدورها قد تتحكم في التعبير ووظيفة البروتينات المهمة ، مثل عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) ، داخل دائرة شبكية العين المحلية. يساهم BDNF في التفرع الشجيري RGC والتحسين الصفحي ، حيث يعمل محليًا داخل شبكية العين وأيضًا من خلال آليات رجعية تعمل على الهدف (الأهداف) المحورية [14-17]. إلى أي مدى تساهم هذه الإشارات الجزيئية المحلية وغيرها في التوزيع المنقوش للمدخلات المشبكية المثيرة في دائرة الشبكية ، وكيف يتم تعديل هذا النمط من خلال النشاط والإشارات المرتدة المحتملة من الدماغ ، أصبح الآن مفتوحًا لإجراء تحقيق جديد. بدأت الدراسات التي تستخدم التحليلات الثابتة والديناميكية للمكونات المشبكية في الخلايا العصبية الحية في بيئتها الطبيعية في توفير نافذة طال البحث عنها للدماغ النامي.


قم بتنزيل وطباعة هذه المقالة لاستخداماتك العلمية والبحثية والتعليمية الشخصية.

شراء عدد واحد من علم مقابل 15 دولارًا أمريكيًا فقط.

علم

المجلد 333 ، العدد 6048
09 سبتمبر 2011

أدوات المادة

الرجاء تسجيل الدخول لإضافة تنبيه لهذه المقالة.

بقلم روزا سي باوليشيلي ، جوليا بولاسكو ، فرانشيسكا باجاني ، لورا ماجي ، ماريا سياني ، باتريزيا بانزانيلي ، موريزيو جوستيتو ، تياغو ألفيس فيريرا ، إيفا جويدوتشي ، لورا دوماس ، دافيد راجوزينو ، كورنيليوس تي جروس

علم 09 سبتمبر 2011: 1456-1458

يحتاج العقل الجيد إلى مكنسة كهربائية جيدة.


كيف تتطور أدمغة الأطفال - رؤى جديدة

© UNICEF / BANA2014-00573 / Mawa الأطفال الصغار في بنغلاديش يتعرفون على الأبجدية.

في السادس عشر من نيسان (أبريل) ، عُقد اجتماع لافت ، وربما يكون الأول من نوعه ، في اليونيسف بنيويورك. ناقش ستة عشر من علماء الأعصاب (ليس بالتزامن مع التاريخ) وناقشوا تأثير التجربة المبكرة على نمو الدماغ ووظيفته. قدم هؤلاء العلماء ، الذين يمثلون المجالات فائقة التخصص في علم الأعصاب ، وعلم الأحياء ، وعلم التخلق ، والطب النفسي ، والتغذية ، والكيمياء ، ونمو الطفل ، إجابات ورؤى حول سبب أهمية تنمية الطفولة المبكرة للتطور الفردي والمجتمعي ، وكيف يمكن لهذا العلم أن يؤثر على اليونيسف. نهج لتحقيق نتائج للأطفال.

وماذا حدث عندما دخلت البيولوجيا من الباب الأمامي؟ وسلمت ثلاث رسائل رئيسية إلى اليونيسف.

إثراء الدماغ: رؤى من الدكتور شاول سيبل والدكتور محمد ميقاتي والدكتور ذو الفقار بوتا والدكتور ستيفن بورجيس. تم التقاط الأفكار الرئيسية من الجلسات المختلفة في اجتماع تنمية الدماغ بشكل إبداعي في هذه اللوحات بواسطة Image Think. (ج) راي ستابلباين

الرسالة الأولى: العلاقة بين الجينات والبيئة أقرب مما نتخيله. تتنبأ الجينات بنمو دماغنا ولكن التجربة هي التي تنحته
الجدل بين الطبيعة والتنشئة قد انتهى. نحن في خضم تحول ثوري في طريقة تفكيرنا في نمو الدماغ ، مع التركيز على التحول النموذجي فيما يتعلق بالدور الذي تلعبه الطبيعة والتنشئة في كيفية تشكيل أدمغتنا. يشكل التفاعل المستمر بين خبراتنا وعلم الوراثة أدمغتنا ، وبالتالي فإن التجارب المبكرة (في وقت مبكر من الرحم وحتى قبل الحمل) تكون مدمجة في دماغنا. لأن الدماغ عضو اجتماعي ، فإن تطوره يعتمد على التفاعلات الاجتماعية. يحتاج الدماغ إلى الخبرة ويعتمد عليها.

لا يكمن تعقيد الدماغ في الجينات فحسب ، بل يكمن أيضًا في التفاعل مع العالم الخارجي ، الذي يشكل الدماغ وفقًا لذلك. بصرف النظر عن الاستعدادات الوراثية ، ينمو دماغ الطفل بناءً على الخبرات والفرص التي يُمنحها الدماغ لتشكيل نفسه مع نمو الطفل.

The Three Pound Universe: رؤى من الدكتور جاك شونكوف ، والدكتورة سوزانا هيركولانو هوزيل ، والدكتور سو كارتر والدكتور ستيفن ماثيوز. (ج) راي ستابلباين

الرسالة 2: الدماغ معقد لأنه ليس عضوًا متجانسًا ولكنه عضو مترابط للغاية ومتكامل
يبلغ وزن دماغ الإنسان 3 أرطال (1.36 كجم) فقط ، وهو نظام شديد التعقيد تطور على مدى ملايين السنين ، ويميز البشر كأنواع فريدة من نوعها. مناطق مختلفة من الدماغ لها أدوار مميزة وتتطور الوظائف بطريقة هرمية.

أقدم هياكل الدماغ هي جذع الدماغ والمخيخ - التي تتحكم في وظائف الجسم الحيوية لمعدل ضربات القلب والتنفس. الدماغ الحوفي ، الذي يتكون من الحُصين واللوزة والوطاء ، مسؤول عن العواطف والقيم والوظائف الفريدة الأخرى التي تتحكم في الكثير من سلوكنا البشري. القشرة الدماغية ، الغالبية العظمى منها هي القشرة المخية الحديثة ، وأحدث منطقة في الدماغ (من حيث تطورنا) ، ولكنها تشمل أيضًا القشرة قبل الجبهية ، هي المسؤولة عن اللغة ، والإدراك ، والوظيفة التنفيذية ، والوعي - في بعبارة أخرى أعلى من التفكير والخيال الآخر الذي يؤثر على التعلم الفردي وتطور الثقافة والمجتمع على نطاق أوسع.

بناء عقول أفضل: رؤى من الدكتور فرانك أوبيركليد ، والدكتور أندريا دانيس ، والدكتور فرانشيسكو برانكا ، والدكتورة جودي كاميرون. (ج) راي ستابلباين

الرسالة 3: التدخل المبكر هو الجواب: يصبح حل المشكلات أكثر صعوبة بشكل تدريجي
يحدث تطور الدماغ بعد فترة وجيزة من الحمل ويتقدم بوتيرة سريعة جدًا في السنوات القليلة الأولى من الحياة ، حيث تشكل الخلايا العصبية روابط جديدة بمعدل مذهل يبلغ 700-1000 في الثانية. تشكل هذه الوصلات المشبكية المبكرة أساس قدرة الشخص مدى الحياة على التعلم والتكيف مع التغيير والقدرة على الصمود في حالة الظروف غير المتوقعة ، وكذلك الصحة الجسدية والعقلية. بينما يمكن أن يستمر نمو الدماغ خلال الحياة ، إلا أنه يكون أسرع قبل الولادة وخلال فترة الطفولة المبكرة. بينما يطور الدماغ ذروته كمية الخلايا العصبية والمشابك ، ثم يمر بعملية التقليم والتخصص.

عندما يفشل دماغنا في الحصول على ما يتوقعه ويحتاجه ، خاصة في فترات زمنية حرجة أو حساسة معينة ، فإن مقدار الجهد المطلوب لإعادته إلى المسار الصحيح يكون هائلاً وتكون النتائج المثلى أقل احتمالاً. على سبيل المثال ، في حالة الرعاية والتحفيز المبكر ، أظهر بحث تشارلز نيلسون من مشروع بوخارست للتدخل المبكر (BEIP) أنه عندما حدث وضع الطفل في أسرة (أو "التنسيب في رعاية عالية الجودة") من قبل بعمر سنتين ، كان الأطفال أكثر شبهاً بنمو الأطفال بشكل نموذجي ، ولكن عندما حدث التنسيب بعد 24 شهرًا ، فإن التنسيب في أسرة لم ينتج عنه نتائج إيجابية.

إن التطور المبكر للدماغ ووظيفته أمر رائع. تطرق هذا الاجتماع فقط إلى قمة جبل الجليد فيما يجب أن نتعلمه ويمكن أن نستخدمه لتحسين فعالية برامجنا للأطفال الصغار في جميع أنحاء العالم. بعد هذا الاجتماع ، هناك ضيف واحد مرحب به دائمًا في اليونيسف - علم الأحياء!

بيا بريتو هي كبيرة مستشاري تنمية الطفولة المبكرة ومقرها في مقر اليونيسف في نيويورك.

وجع الدماغ: رؤى من الدكتور تشارلز نيلسون وستيف سومي والدكتور باراك مورغان والدكتور مايكل جورجيف. (ج) راي ستابلباين

شاهد المقابلات مع بعض الخبراء من الاجتماع حول نمو الدماغ عند الأطفال:


مناقشة

لقد حققنا هنا في أدوار الحمض الدهني DHA الغذائي ω-3 في تطوير الاتصال المشبكي والوظيفة القشرية. بهدف تحديد التأثيرات في الدماغ الناضج ، قررنا أن مكملات DHA اليومية للفئران منذ الولادة زادت من وفرة التخصصات التشابكية المثيرة في القشرة البصرية. بالاتفاق ، كان لـ DHA تأثيرات قوية على العلامات المشبكية الاستثارة والمثبطة وتعقيد التغصنات في الخلايا العصبية المستزرعة. تضمنت هذه التأثيرات زيادة تعتمد على جرعة DHA في عدد وحجم تخصصات ما قبل المشبكي وما بعد المشبكي ، وتم محاذاة هذه المواقع المضافة بشكل صحيح. تم تحسين الاتصال الوظيفي في وجود DHA أيضًا ، ودعم هذا الحمض الدهني ω-3 كيف ينشأ النشاط المزخرف في تطوير الشبكات العصبية. علاوة على ذلك ، أظهرت التسجيلات من القشرة البصرية في الحيوانات الناضجة آثارًا مفيدة لـ DHA على حدة البصر ، وهو مقياس لمعالجة المعلومات في هذه المنطقة القشرية.

زادت مكملات DHA منذ الولادة من وفرة التخصصات الاستثارية قبل المشبكي وما بعد المشبكي في القشرة البصرية للفئران المقاسة بالكيمياء المناعية. تتوافق هذه البيانات الموجودة في الجسم الحي مع تأثيرات DHA عند إعطائها للقوارض البالغة والمسنة ، والتي ترفع في الحصين عدد الأشواك المتغصنة ، والمواقع ما بعد المشبكية التي تتشكل عليها معظم المشابك المثيرة ، وتعزز القوة التشابكية (ساكاموتو وآخرون. 2007 كونور وآخرون. 2012). في المقابل ، تحتوي الكسور المشبكية من الفئران البالغة المحرومة من DHA على كميات أقل من البروتينات المشبكية (Sidhu et al.. 2011 Lozada et al. 2017). يتم الحفاظ على أدوار DHA في تعديل عدد المشابك تطوريًا لأنها ضرورية لتطور المشبك الطبيعي في الخلايا العصبية التكتية في Xenopus laevis الضفادع الصغيرة ، التي كانت تحتوي على عدد أقل من المواقع المثيرة بعد المشبكي عندما حُرمت الأمهات من DHA (Igarashi et al. 2015). تظهر نتائجنا الآن أن توفير DHA منذ الولادة يمكن أن يعزز بالفعل عدد المشابك.

قدم تحليلنا الخلوي في الخلايا العصبية المستزرعة دليلًا إضافيًا على أن علاج DHA يعزز كثافة وحجم الوصلات المشبكية. تتفق نتائجنا مع الدراسات السابقة وتوسع نطاقها في الخلايا العصبية المنفصلة التي أبلغت عن زيادة تلطيخ العلامة قبل المشبكي والنشاط المرتفع عند العلاج باستخدام DHA (Cao et al.. 2009 كيم وآخرون. 2011 أ). تشير النتائج التي توصلنا إليها أن DHA زادت من كثافة كل من مواقع التشابك المثيرة والمثبطة إلى أنه بينما يتم زيادة اتصال الشبكة ، فإنها تظل متوازنة. في الواقع ، تتطابق التحسينات التي يسببها DHA في التوصيل المشبكي الذي قمنا بقياسه باستخدام الكيمياء الخلوية المناعية مع النضج المعزز لخصائص الشبكة الفسيولوجية في وجود هذا الحمض الدهني ω-3 كما هو مسجل باستخدام الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف. على وجه التحديد ، ارتفاع نشاط الاندفاع والاندفاع المرتفع DHA ، جنبًا إلى جنب مع قوة انفجار أعلى وتزامن انفجار ، وسلوك تذبذب أكثر تعقيدًا. قد تساهم الزيادة المعتمدة على DHA في حجم المشبك في هذه التأثيرات حيث أن زيادة القوة على مستوى المشابك الاستثارة الفردية مرتبطة بتضخم العمود الفقري (Harvey and Svoboda 2007) وحجم الحبة قبل المشبكي (Meyer et al. 2014). لا تشير نتائجنا إلى أن الشبكات تكون متصلة بشكل أفضل في وجود DHA فحسب ، بل تشير أيضًا إلى اتصال عصبي أكثر ديناميكية وقابلية للضبط.

تُستكمل هذه التأثيرات من خلال التعقيد العالي للتغصنات عند علاج DHA ، وهو الدور الذي يبدو أيضًا محفوظًا لأن الضفادع الصغيرة من الأمهات المحرومات من DHA قامت بتبسيط الأشجار المتغصنة (Igarashi et al.. 2015). يؤثر هذا الحمض الدهني ω-3 بالتالي على جوانب متعددة من تمايز الخلايا العصبية ، ونتائجنا أنه يزيد من كثافة المشبك لكل طول التغصن والطول التراكمي للأجزاء المتغصنة يدعم أنه يزيد بشكل كبير من العدد الإجمالي للمدخلات المتشابكة لكل خلية عصبية. وبالتالي ، فإن علاج DHA يعزز بقوة إمكانية الاتصال العصبي في الخلايا العصبية الناضجة.

أجرينا تحليلات وظيفية لـ DHA في القشرة البصرية الناضجة. تم اختيار هذه المنطقة لسببين ، أولاً ، لأن النضج النمطي بعد الولادة للأنظمة الحسية يمكّن من تمييز تأثيرات العلاج بسهولة وثانيًا ، لأن تحليل الاستجابات العصبية للإشارات البصرية يمكن أن يحدد ميزات المعالجة القشرية بوضوح (Espinosa and Stryker 2012). استخدمنا الفئران لأنها كائن نموذجي راسخ لأبحاث الرؤية بسبب الاتصال المحفوظ للنظام البصري مقارنة بالرئيسيات والتطور المطول بعد الولادة لحدة البصر في الفئران (Prusky and Douglas 2003 Niell and Stryker 2008). علاوة على ذلك ، فإن النضج الوظيفي للقشرة البصرية في الفئران يتبع نمطًا قليل التباين بين الأفراد ، مما يضمن نتائج قوية (Freeman and Marg 1975 Fagiolini et al. 1994 Huang et al.. 1999 Heimel et al. 2007). حددت تسجيلات حدة البصر لدينا في P28 ، أي بعد أسبوعين من فتح العين في الفئران ، أن DHA يعزز بشكل كبير معالجة المدخلات القشرية بالفعل في هذه المرحلة. يكتمل نضج القشرة البصرية بواسطة P35 ، وأظهرت تسجيلاتنا في هذه المرحلة اللاحقة أن مكملات DHA المستمرة تحسن حدة البصر حتى بعد تطور القشرة البصرية. وهذا يتفق مع الآثار المفيدة لمكملات DHA على حدة البصر عند الرضع الأصحاء (SanGiovanni et al. 2000 Birch et al. 2010). تدعم هذه النتائج أن هذا الحمض الدهني ω-3 يعزز إنشاء وظيفة القشرة بعد الولادة.

كيف تحقق هيئة الصحة بدبي تأثيراتها؟ تم تحسين المعلمات المشبكية التي قمنا بقياسها في المختبر مع تبعيات مختلفة للجرعة ورفع كميات DHA أولاً يزيد من عدد المشابك قبل جعلها أكبر. يشير هذا إلى أن هيئة الصحة بدبي تشارك الآليات التي يتم تنشيطها عند عتبات محددة لتعزيز الجوانب المختلفة لتطوير المشبك. الآليات التي من خلالها يمكن أن يدعم هذا الحمض الدهني بيتا -3 تمايز الخلايا العصبية معقدة (سالم وآخرون 2001 كيم وآخرون 2011 أ ، ب كالدر 2012). يتم توفير مسار واحد بواسطة مستقلب DHA N-docosahexaenoylethanolamide الذي يزيد من عدد مواقع ما قبل المشبكية المثيرة عبر مستقبل G-protein المقترن GPR110 (ADGRF1 Lee et al. 2016). تتضمن الآليات الإضافية التأثيرات الفيزيائية الحيوية لـ DHA التي تجعل الأغشية أكثر قابلية للتشوه (Manni et al. 2018) وتغير سيولة الغشاء والمجالات المرتبة بالسوائل (Hashimoto et al. 1999 Stillwell et al. 2005 Pinot et al. 2014). بالإضافة إلى ذلك ، ينظم DHA الغذائي التعبير الجيني ، والذي يتضمن تنشيط مستقبلات الريتينويد النووي X (de Urquiza et al.2000 Kitajka et al.2002). علاوة على ذلك ، قد تتضمن التأثيرات التي نبلغ عنها لـ DHA في التوصيل المشبكي عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF). يؤدي النقص الغذائي في DHA أثناء نضوج الدماغ إلى خفض كمية BDNF في الدماغ عبر الأنواع وإعاقة إشارات BDNF (Bhatia et al. 2011 Igarashi et al.. 2015) ، في حين أن مكملات DHA للقوارض البالغة كافية لزيادة BDNF (Wu et al. 2008). نظرًا لأدوار إشارات BDNF في تكوين ونضج المشابك (Huang and Reichardt 2001 Zweifel et al. 2005 Park and Poo 2013) ، قد يكون هذا البروتين العصبي أساسًا جزئيًا لتأثيرات DHA. ومن المثير للاهتمام أن عوامل النمو BDNF و IGF-1 تعمل على تحسين حدة البصر في القوارض المشابهة لـ DHA في دراستنا (Huang et al.. 1999 بيع وآخرون. 2004 Ciucci et al. 2007 ماردينلي وآخرون. 2016). يمكن للعمل المستقبلي التحقيق إلى أي مدى يتم تعديل مسارات الإشارات هذه بواسطة DHA.

تحدث تأثيرات DHA التي نبلغ عنها هنا خلال فترة رئيسية لنضج الدماغ بعد الولادة. تم تقييم أن المرحلة التنموية للقشرة الحسية في الفئران عند P28 تتوافق تقريبًا مع القشرة الحسية الحركية البشرية عند عمر 15 شهرًا (Workman et al. 2013). في القوارض والقرود ، تتشكل المشابك بوتيرة سريعة تسبق هذه الفترات. تبلغ ذروتها التشابك العصبي في قشرة الفأر خلال الأسبوعين الثاني والثالث بعد الولادة (Aghajanian and Bloom 1967 Micheva and Beaulieu 1996). في الرئيسيات ، يحدث التشابك العصبي السريع في القشرة البصرية حتى عمر 8 أشهر تقريبًا ، يليه إدخال تحسين وتقليم (Huttenlocher et al. 1982 Rakic ​​et al.. 1986). بالتزامن مع ذلك ، تتحسن حدة البصر لدى الأطفال بشكل طفيف في الأشهر الستة الأولى ثم تزداد بثبات بعد 12 شهرًا من العمر حتى تستقر عند 5 سنوات (Dobson and Teller 1978 Mayer and Dobson 1982). بالاتفاق مع أهمية الترجمة لنتائجنا ، فإن مكملات DHA المستمرة للرضع الأصحاء تدعم حدة البصر (SanGiovanni et al.. 2000 بيرش وآخرون. 2010) ويحسن الإعاقات البصرية لدى الأطفال الخدج (Molloy et al. 2012). يبدو أن DHA يعمل بشكل أقوى خلال نوافذ معينة. DHA treatment for only 7 days up until P35, that is, after maturation of the visual cortex is mostly complete, did not improve visual acuity, though other aspects of cortical function may still be supported. Regarding visual acuity, this lack of an effect after temporary treatment differs from the strong benefits of DHA administration from birth at P28 and later. These results support that DHA is more effective when already provided during development, and its early administration may set the stage to further advance brain maturation. DHA may not only involve improved synapse development but also processes such as synaptic remodeling and input refinement, which can be tested in future studies.

The findings reported here agree with the important roles of polyunsaturated fatty acids in brain development and neurotransmission ( Uauy et al. 2001 Innis 2008 Bazinet and Laye 2014) and support that the progressive synaptic membrane enrichment of DHA in the postnatal brain ( Tulodziecka et al. 2016) is functionally relevant. These roles can be viewed in the context of the complex lipidome of the mammalian brain, especially of the human brain, and the dynamic lipid composition of synaptic membranes ( Dotti et al. 2014 Bozek et al. 2015). DHA amounts fluctuate strongly with dietary intake and show higher variability than other long-chain polyunsaturated fatty acids in breast milk ( Smit et al. 2002 Brenna et al. 2007). Steadily supplied dietary DHA may both increase and stabilize brain DHA levels and even contribute to the long-term benefits of maternal DHA supplementation during lactation on cognitive functions of toddlers and preschool children ( Helland et al. 2003 Jensen et al. 2005). Together, our results underline that micronutrients, including dietary lipids, can support the wiring of neuronal networks and cortical information processing in the maturing brain.


How Many Brain Cells Does a Child Have

A baby is born with roughly 86 billion neurons 𔁯​ , almost all the neurons the human brain will ever have 𔁰​ .

Although a newborn has about the same number of neurons as an adult, it has only 25% of its adult brain volume.

That&rsquos because infant&rsquos neurons are connected by فقط some 50 trillion neural connections, called synapses, whereas a grownup has about 500 trillion of them 𔁱​ .

This network of synaptic connections will ultimately determine how a child thinks and acts.

What Is Synaptic Pruning in Early Brain Development

Synaptic pruning is the process in which unused neurons and neural connections are eliminated to increase efficiency in neuronal transmissions.

The network of synapses grows rapidly during the first year and continues to do so during toddlerhood.

By age 3, the synaptic connections have grown to 1000 trillion.

But not all of the synapses will remain as the child&rsquos brain grows.

Life experience will activate certain neurons, create new neural connections among them and strengthen existing connections, called myelination.

Unused connections will eventually be eliminated. This is called synaptic pruning 𔁲​ .

Synaptic pruning is the process in which unused neurons and neural connections are eliminated to increase efficiency in neuronal transmissions.

Building massive connections, creating and strengthening them through life experiences and pruning unused ones is a remarkable characteristic of human brains.

This experience-based plasticity allows babies to adapt flexibly to any environment they&rsquore born into without the constraint of too many hardwired neural connections 𔁳​ .

For more help on calming tantrums, check out this step-by-step guide

The Use It Or Lose It Brain Sculpting Property

The benefits of developing a baby&rsquos brain this way are enormous, but so are the costs and the risks 𔁴​ .

First, children require a lot of care, i.e. life experiences, before they can be independent.

Second, what parents do or don&rsquot do during the formative years can have a profound impact on the child&rsquos mental health and life.

Here&rsquos a synaptic pruning example. Let&rsquos say a parent consistently shows a toddler love and care, then the &ldquolove-and-care connections&rdquo will develop or strengthen over time. But if the parent constantly punishes or is harsh to the child, then the &ldquopunitive-and-harsh connections&rdquo will be stronger instead. And because the love-and-care experience is missing, those corresponding brain cells will wither and eventually be removed from the child&rsquos brain circuits. As a result, the child grows up lacking the love-and-care understanding that is essential to create healthy, meaningful relationships in his future life 𔁵​ .

Why The Early Years Matter in Baby Brain Development

Early years of life is a period of unique sensitivity during which experience bestows enduring effects 𔁶​ .

Although this experience-based brain plasticity is present throughout one&rsquos life, a child&rsquos brain is a lot more plastic than a mature one.

Brain cell pruning also occurs most rapidly during a child&rsquos preschool years.

The density of these connections during adulthood will reduce to half of that in a toddler at age two.

This is why nurturing and positive parenting are so important.

Things can go seriously wrong for children deprived of basic social and emotional nurturing.

Critical Periods and Sensitive Periods in the Developing Brain

Within early childhood, there are also windows of time when different regions of the developing brain become relatively more sensitive to life experiences.

These periods of time are called critical periods or sensitive periods.

During a critical period, synaptic connections in those brain regions are more plastic and malleable. Connections are formed or strengthened given the appropriate childhood experiences. After the critical period has passed, the synapses become stabilized and a lot less plastic.

For example, a young child can learn a new language and attain proficiency more easily before puberty. So the sensitive period for language skills mastery is from birth to before puberty.

Another example is emotional regulation. Emotional self-regulation forms the foundation of the brain architecture. It&rsquos a person&rsquos ability to monitor and regulate emotions.

Emotion regulation is not a skill we&rsquore born with. Yet it&rsquos an essential skill in a child&rsquos healthy development 𔁷​ .

The sensitive period of learning this crucial life skill is before a child turns two. Critical or sensitive period is another reason why early life experiences matter so much.


The Synaptic Connection

W ithin the brains of all animals and humans, continuous interactions and chemical communications occur between cells called neurons. These cells have the appearance of long fibers with fingerlike projections at both ends. At one end, the fingers serve as antennae at the other end, as transmitters.

Neurons do not physically touch each other. The spaces between the transmitters of one and the antennae of another are called synapses. The receipt of a messenger molecule (neurotransmitter) at the antenna triggers a sequence of cellular activity that results in another messenger molecule being transmitted from the opposite end of the cell. These molecules cross the synapse to the next antenna, and so it goes, like a wave of dominoes. Messenger molecules are degraded or reabsorbed, and the neuron is again at rest, ready for the next wave.

Many thousands of neurons may be interconnected through these fingers, not only in series but also in a practically infinite variety of branching networks. Each cell becomes a hub, with spokes leading to other areas of the brain.

While the physical alignment of neural cells is presently seen as being determined genetically, the synaptic connections between cells are malleable and constantly changing. One could say the genes determine the floor plan of our mental house, but experience opens and closes doors, and moves and arranges the furniture to complete the living space of the brain.

But this arrangement, our “state of mind” as one could call it, is not rigidly set. During a lifetime of experiences, synaptic connections are continually made and unmade, forming a vast, ever changing neural network. The brain is different today than it was yesterday. As the brain provides the physical substrate of mind, we can therefore say that, at some level, our minds are constantly changing.

Coming to understand the synaptic processes that gather, store and retrieve information throughout the brain is the cutting edge of modern neuroscience. The impact of learning through experience is being shown to be more important than evolutionary psychology’s concept of innate determinism. In other words, the furniture within our mental house is not bolted to the floor, the doors are neither locked nor propped open. We should diligently manage and care for our mental household if it is to remain of good character, rightly integrated.


معلومات الكاتب

الانتماءات

HHMI Janelia Research Campus, Ashburn, VA, USA

Julia Buhmann, Arlo Sheridan, Caroline Malin-Mayor, Tom Kazimiers, Renate Krause, Larissa Heinrich, Stephan Saalfeld, Srinivas C. Turaga & Jan Funke

Institute of Neuroinformatics, University of Zurich and ETH Zurich, Zurich, Switzerland

Julia Buhmann, Renate Krause & Matthew Cook

MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK

Philipp Schlegel & Gregory S. X. E. Jefferis

Harvard Medical School, Boston, MA, USA

Stephan Gerhard, Tri M. Nguyen & Rachel Wilson

UniDesign Solutions GmbH, Zürich, Switzerland

F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children’s Hospital, Boston, MA, USA

University of Vermont, Burlington, VA, USA

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

S.C.T. and J.F. conceived the work. W.-C.A.L., R.W., M.C. and J.F. acquired funding. J.B., A.S., C.M.-M., S.G., R.K., T.M.N., L.H., P.S., S.S. and J.F. developed software. J.B., C.M.-M. and J.F. carried out validation and evaluation. P.S., G.S.X.E.J. and D.D.B. generated evaluation data. J.B., T.K., S.G. and J.F. disseminated data. م. and J.K. supervised the work. J.B., A.S., C.M.-M., P.S. and J.F. produced visualizations. J.B., P.S. and J.F. drafted the manuscript. All authors reviewed and edited the manuscript.

المؤلف المراسل


Neonatal Neurology

Bobbi Fleiss , Pierre Gressens , in Handbook of Clinical Neurology , 2019

Neuroinflammation and microglial activation

Microglia are the innate immune cell of the brain, but during development they have critical functions in synaptic pruning and, as such, regulating large-scale connectivity ( Paolicelli et al., 2011 Schafer et al., 2012 Zhan et al., 2014 ) there are even promyelinogenic microglial subtypes ( Hagemeyer et al., 2017 Wlodarczyk et al., 2017 ). Microglia share many characteristics with macrophage but numerous cell-fate mapping studies have established that they are a unique subtype of cell ( Kierdorf et al., 2013 Melief et al., 2016 ). Microglia are activated as a consequence of systemic inflammation or injury to the brain. Systemic inflammation activates microglia indirectly by acting via interleukin-1 (IL-1) receptors on the vast network of endothelial cells coating the blood vessels in the brain. IL-1 is an almost ubiquitous cytokine found in the blood during infection or injury ( Dinarello, 1997 ). Activation of these endothelial cell-situated receptors leads to the production of proinflammatory prostaglandins in the parenchyma that activate microglia. Microglia are also activated by brain injury, such as hypoxia or HI, as these events lead to cell injury and the release of damage-associated messenger proteins (DAMPS) and/or the production of toxic metabolites that also activate microglia directly ( Lafemina et al., 2006 Gao et al., 2011 ). In vitro, hypoxia and hypoxia-ischemia have been shown to have a direct effect on microglia, including by altering receptor and transcription factor expression ( Weinstein et al., 2010 Hellstrom Erkenstam et al., 2016 Chhor et al., 2017 ). The activation of microglia is a general term to describe a disruption away from their typically homeostatic roles in brain development, maintenance and surveying. The activation state of microglial is characterized based on their expression of receptors, enzymes and functions such as phagocytosis, which together give us clues as to the overall effect of the cell on the brain, or an invading pathogen. Activation can take a number of forms and, in paradigms of brain injury, a simplified nomenclature is needed but in reality, cells can transition between activation states and express markers of multiple states. The general activation states of microglia include a M1-like classically proinflammatory state, M2a classically antiinflammatory or regenerative state, and M2b immune-regulatory activation profile ( Chhor et al., 2013 ). Of note, microglia activated to a proinflammatory state generate proinflammatory cytokines and reactive oxygen species ( Fig. 15.1 ). Numerous in vitro systems and in vivo models of EP have shown that microglial activation can lead to oligodendrocyte precursor (OPC) blockade or death and subsequent myelin deficit (see the following section) ( Pang et al., 2010 Favrais et al., 2011 Scafidi et al., 2014 Xie et al., 2016 ). In addition, activated microglia will lose their normal functions in synapse development, function, and plasticity, having potentially a detrimental effect on neuronal differentiation and connectivity. This double hit (production of toxic factors for neighboring neural cells and loss of normal microglial functions to shape axonal connectivity and synaptic elimination/function) has emerged recently as one key hallmark of EP.

Fig. 15.1 . Schematic representation of the pathophysiology of EP induced by inflammation.


Late-Life Pruning?

Some of the same immune mechanisms have also been implicated in neurodegenerative disease, raising questions about whether developmental pruning machinery may be reactivated by reduced synaptic activity or other disease processes. One hypothesis, Stevens says, is that these mechanisms are dysregulated by a challenge such as disease, injury, or aging. Aberrant activation of the developmental pruning mechanism could follow.

Many Alzheimer’s risk genes are also expressed or enriched in microglia, Stevens notes. “In this case, the genetics are telling us that the microglia are really part of the disease mechanism,” she says. What’s less clear, says Shatz, is “what molecules at the synapse are being regulated by neural activity—and whether these molecules are needed to protect the synapse from being removed or are part of a punishment system that is killing off those synapses that do not have activity.”

To that end, Shatz and others are exploring another family of immune molecules called major histocompatibility complex class I (MHC-I), which can regulate neural plasticity and synaptic activity. An MHC-I receptor called paired immunoglobulin-like receptor B, or PirB, is important for synaptic pruning during development. But Shatz was intrigued by the fact that the molecule is expressed throughout life.

To see whether it might play a part in disease, Shatz’s group knocked out the PirB gene in a mouse model of Alzheimer’s disease. “And to our amazement, we found that the mice were protected from memory loss even though they had…the same high levels of plaques and the bad beta-amyloid and everything as regular Alzheimer’s mice,” Shatz says.

They went on to show, in 2013, that PirB binds to the soluble form of beta-amyloid, which accumulates in neurons of Alzheimer’s patients (15). That binding leads the neuron to destroy the actin cytoskeleton in synaptic structures, providing a possible mechanism for amyloid-triggered destabilization of synapses, which may then mark them for removal. Shatz hypothesizes that a shift in the balance from strengthening toward weakening of synapses may occur early on in disease and could serve as a biomarker, enabling intervention sooner than is currently possible. Stevens and others have also found, in experiments with mouse models of Alzheimer’s, that blocking complement signaling mitigated synapse loss as well as some of the animals’ behavioral and cognitive deficits.

Still, understanding how the pieces fit together in the context of the whole brain has been challenging. الكثير من في الجسم الحي work has been done in the relatively well-understood and easily accessible visual system. But it’s possible—even likely—that there are distinct mechanisms and molecules at play in different brain regions and at different times in development.

What’s more, it’s not clear how pathological synapse loss relates to the highly regulated pruning events seen during development, Shatz says. For example, synapse loss in disease could result from the death of cells or axons rather than from low activity. But the molecular studies are providing a roadmap that may lead toward better understanding—and ultimately treatment—of neurological disorders.

“Now that we know what to look for,” Stevens says, “we have the ability…to look in human tissue, human samples like [cerebrospinal fluid], to see if there are changes in these pathways in the human brain, especially early in the courses of these diseases.”


شاهد الفيديو: أعراض خفية تدل على إصابتك بسرطان الرأس (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Dotilar

    عبارة ممتعة للغاية

  2. Fyfe

    برافو ، الجواب الممتاز.

  3. Clinttun

    من السهل تخويف الشرطي



اكتب رسالة