Yksilön matka minuksi - miten aivot kehittyvät? Tiina Parviainen, Director, Centre for Interdisciplinary Brain Research, University of Jyväskylä

Transkriptio

1 Yksilön matka minuksi - miten aivot kehittyvät? Tiina Parviainen, Director, Centre for Interdisciplinary Brain Research, University of Jyväskylä

2 Aivot ovat kaiken inhimillisen toiminnan taustalla Elintoiminnot, havainnot, muisti, päättely, motoriikka, tunteet, tietoisuus...

3

4 Aivojen toiminta aikuisuudessa

5 Yhteiskunta Yhteisöt, ryhmät Ihminen Aivot, aivoalueet Hermosolut Atomit ja molekyylit Neuroeducation, neuroergonomics, neurophilosophy Social neuroscience Cognitive neuroscience Systems neuroscience Molecular and cellular neuroscience 5

6 Aivojen toiminta Laskennallinen perusyksikkö on hermosolu, joita toisiinsa kytkeytyneenä n. 100 miljardia Aivojen kehitys = hermosolujen välisen verkoston rakentaminen

7 Aivojen toiminta Rajapinta ympäristöön: aistinsolut ja motoriset solut, suurin osa kytköksistä aivojen sisäisiä Viesti kulkee aistinelimistä keskusyksikköön (bottom- up), ja toisaalta hermoverkon tila ohjaa aistitiedon käsittelyä (top- down) esim. motivaation ja tunteiden vaikutus havaintoon Informaationkulun perusperiaate hermosolussa on yksinkertainen, yhteydet ratkaisevat (n. 7000/solu)

8 Aivojen rakenne heijastaa evoluutiohistoriaa

9 George A. Mashour, and Michael T. Alkire PNAS 2013;;110: Theories of brain evolution.

10 Aivojen kehitys

11 Aivojen kehityksen päätapahtumat ü Hermosolujen syntyminen (jakautuminen) ü Hermosolujen vaeltaminen oikealle paikalleen aivokuorella ü Ylimääräisten hermosolujen karsiminen ü Yhteyksien (synapsien) muodostuminen hermosolujen välille ü Ylimääräisten synapsien karsiminen ü yhteyksien nopeuden lisääminen (myelinisaatio)

12 Aivojen kehityksen päätapahtumat Developmental course of human brain development Experience-dependent synapse formation and dendritic arborization Parietal and temporal association cortex Prefrontal cortex Sensorimotor cortex Neurulation Cell proliferation and migration Synaptogenesis and synaptic pruning Myelination Conception Months Months Years Birth Hermosolujen syntyminen ja vaeltaminen oikeaan paikkaan Yhteyksien muodostuminen hermosolujen välille, yhteyksien nopeuden lisääminen lisääntyminen TRENDS in Cognitive Sciences

13 Geenit vs. ympäristö? Aivojen kehitys etenee vaiheittain. Vaiheiden järjestys on geneettisesti ohjattu, mutta kussakin plastisuuden ikkunassa ympäristö muovaa verkostoa Tässä vuorovaikutuksessa muodostuu aivojen rakenne ensimmäisen 20 elinvuoden aikana Varhaisessa vaiheessa muutokset aivoissa ovat nopeita ja dramaattisia Näiden rakenteiden ohjaamia yhteyksiä voidaan hienosäätää läpi elämän

14 Palaute ympäristöstä on elinehto hermosoluille ja yhteyksille Turhat hermosolut karsitaan pääasiassa ennen syntymää (ylituotanto noin 50 %) Synapsit, jotka eivät osallistu aktiivisen tiedonsiirtoon, karsiutuvat kehityksen aikana, huippu 2-10 v iässä (50-70% ylimääräistä)

15 Palaute ympäristöstä on elinehto hermosoluille ja yhteyksille experience expectant development Hermosolut hakevat aktiivisesti signaalia ohjaamaan käsivarsien ojennuksia muihin soluihin experience dependent learning Hermosolut ja verkostot tarvitsevat vuorovaikutusta muodostaakseen ja ylläpitääkseen toiminnallisia verkkoja Aivoissa tämä näkyykemiallisina signaaleina Esim. Neurokasvutekijä (NGF)

16 In vitro tutkimus: aivojen kehitys

17 Psychoneuroendocrinology (2006) 31, Raised plasma nerve growth factor levels associated with early-stage romantic love Enzo Emanuele a, *, Pierluigi Politi b, Marika Bianchi a, Piercarlo Minoretti a, Marco Bertona a, Diego Geroldi a Figure 1 Scattergram and regression line showing a significant positive relationship (rz0.34; pz0.007) between NGF concentrations in plasma and the passionate love scale (PLS) scores in 58 subjects in love.

18 Aivojen kuvantaminen Magneettikuvaus Magnetic Resonance Imaging, MRI Aivosähkökäyrä ja aivomagneettikäyärä Elektroenkefalografia, EEG ja magnetoenkefalografia, MEG

19 MRI kuvantaminen: aivojen kehitys Gogtay et al., 2004

20 Aikuisiän muutoksia aivoissa Aivojen rakenteelliset ominaisuudet muuttuvat jatkuvasti biologisten prosessien ohjaamana

21 Aivot ja kielellinen kehitys Lapsen kielen kehitystä ohjaa pyrkimys sosiaaliseen vuorovaikutukseen Äänteellisen tiedon havaintoprosessit kehittyvät ensin, muttanäiden päälle rakentuvat merkityksenkäsittelyn aivomekanismit toimivat jo 1- vuotiaalla Lukemaan oppiessa lapsi joutuu palaamaan äänteiden havaitsemiseen, jottaoppiikirjain äänne - yhteyden

22 Aivot ja kielellinen kehitys

23 Aivot ja itse- reflektion kehitys Teini- iässä itsen arviointi muuttuu ja tarkentuu, muiden ihmisten arvioiden merkitys korostuu ja lapsi hahmottaa muiden näkökulman olemassaolon (korostuneesti) imaginary audience ilmiö Teini- iässä myös sosiaalisten tunteiden merkitys korostuu (häpeä, syyllisyys vs. pelko, inho)

24 Aivot ja itse- reflektion kehitys Itsen arvioinnin kannalta keskeinen aivoalue sijaitsee etuotsalohkon sisäosissa (dorsal MPFC) Tämän alueen anatominen kehitys on yksi pisimmistä

25 Aivot ja itse- reflektion kehitys I am popular I have many friends I get invited to lots of parties I always dress cool I make friends easily I never eat lunch by myself I m never lonely at school Popular kids like me I don t get teased at school My friends are popular I wish I had more friends Other kids ignore me Nobody wants to talk to me I get left out at school I often eat lunch by myself I feel lonely at school I often get teased at school Kids don t want to be around me Nobody wants to be my friend My friends are unpopular

26 Aivot ja itse reflektion kehitys Kysymyksiä arvioitiin Omasta näkökulmasta Fiktiivisen, tutun henkilön puolesta(harry Potter) Nuorilla voimakkaampiaktivaatio kuin aikuisilla erityisestiitsensä arviointiin liittyvässätehtävässä Sama alue aktivoituu nuorilla voimakkaammin kuin aikuisilla sosiaalisten tunteiden (häpeä, syyllisyys) käsittelyn aikana verrattuna perustunteisiin (pelko, inho)

27 Aivot ja itse reflektion kehitys Nuorilla aktiivisuus enemmän aivojen etuosissa, kehityksen myötä siirtyy eri alueille Nuorilla ei näy eroja itsen vs. toisen kokemien tunteiden arvioinnissa samalla tavoin kuin aikuisilla: nojaavat enemmän simulaatio tyyppiseen strategiaan kuin aikuiset? Erot voivatselittyä joko A) eri neurokognitiivisillastrategioilla B) aivoalueiden kypsymättömyydellä

28 Motorisen toiminnan vaikutus oppimiseen

29 Plastisuuden ikkuna nuoruusiässä? Plas cty Ahdistavaan tai traumaattiseen tapaukseen liittyvät muistot/reaktiot eivät häviä nuoruusiässä samalla tavoin kuin nuoremmilla lapsilla tai aikuisilla. Sama ilmiö nähdään myös eläimillä. (A) Ex nc on index (B) Adolescence 60 Ex nc on index Human ex nc on Key: Model A Model B Model C Children Adolescents Adults *** Age 40 0 *** Mouse ex nc on Juveniles Adolescents Adults

30 Muuttuvat aivot ü Aivot eivät ole koskaan staattisessa tilassa, vaan muuttuvat jatkuvastiihmisen toiminnan seurauksena Aistimukset, motorisettoiminnot, suunnitelmat, tietoisuus ü Aivojen plastisuus tarkoittaa hermoston valmiutta muuttua ympäristön vaatimuksiin sopivaksi Luonnon keino päihittää geneettisen ohjauksen rajallisuus; reagoida muuttuvaanympäristöön ü Aivojen kyky muutokseen mahdollistaa hyvät muutokset, mutta altistaamyösepäedullisille vaikutuksille

31 Aivojen kypsyminen Aivojen rappeutuminen Aivosairaudet Aivot Kasvatus, opetus Harrastukset, kulttuuri Stressi, mielen sairastuminen Liikunta, fyysinen aktiivisuus, Rentoutustekniikat, meditaatio Kehon sairastuminen, ravinto Mieli Keho

32 Monta polkua rakentaa minuuden elementit. Tärkeintä täyttää ne ympäristön reunaehdot, jotka mahdollistavat aivojen kehityksen omalla erityisellä tavallaan, tunnistaa ympäristön ja biologisten tekijöiden tuomat haasteet joihin voidaan vaikuttaa. Kasvualusta aivoille fyysinen, sosiaalinen ja emotionaalinen ympäristö Aktiiviset aivot hakevat ympäristöltään sopivaa responssia kuhunkin kehitysvaiheeseen, oman toiminnan merkitys