Bu yazı dizisi https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK225562/ kaynağından derlenerek oluşturulmuştur.

Gelişen Beyin

Özellikle tıp bilimi açısından son 25-30 yılda beynin homeostasis sağlayan kontrol merkezi düşüncesinden beyin, zihin yaratan organdır paradigmasına geçiş yaptık. Bu bilimsel devrimle birlikte beynin vücutta denge oluşturan organ olduğu bilgisi daha temel bir bilgi olarak kaldı. Temelde beyin, uyumun nihai organıdır. Bilgiyi alır ve insanların bazen harika, bazen de korkunç şekillerde hareket etmesine izin veren karmaşık davranışsal repertuarları düzenler. İnsanların "benlik" olarak düşündüklerinin çoğu - ne düşündüğümüz, ne hatırladığımız, ne yapabileceğimiz, nasıl hissettiğimiz - doğumdan sonra meydana gelen deneyimlerden beyin tarafından edinilir. Kalpten kalbe bir yol olarak düşünüyoruz ancak aşk da beyindedir. Bu bilgilerin bir kısmı, beynin belirli türdeki bilgileri almaya benzersiz bir şekilde hazır göründüğü kritik veya hassas gelişim dönemlerinde elde edilirken, diğer bilgiler yetişkinliğe kadar uzayabilen geniş gelişim alanlarında elde edilebilir. Bu olasılıklar yelpazesi, hem erken çocukluk dönemini karakterize eden olağanüstü hızlı beyin gelişiminin hem de beynin yaşam boyu büyüme ve değişim kapasitesinin kanıtlarının çakışmasıyla iyi bir şekilde yakalanmıştır. Erken beyin gelişiminin kalıcı önemi ile etkileyici sürekli esnekliği arasındaki denge, erken deneyimin beyin üzerindeki etkileri hakkındaki tartışmaların merkezinde yer almaktadır.

 

Geçtiğimiz 20 yıl, beynin nasıl geliştiğini ve özellikle doğum öncesi ve doğum sonrası erken gelişim sırasında meydana gelen hem devrelerinde hem de nörokimyasındaki olağanüstü değişiklikleri anlamada benzeri görülmemiş bir ilerleme kaydedildi. Genlerin ve çevrenin beynin olgunlaşmasını etkilemek için etkileşime girme yollarına ilişkin bilgiler genişledi. Örneğin, insan genomunun bilgisi, genlerin beyinde nasıl ifade edildiğine dair bilgiye giderek daha fazla dönüştürüleceğinden, önümüzdeki yıllar daha da nefes kesici ilerlemeler getireceği düşünülüyor. Bu, hem beyin gelişimini hem de davranışsal gelişimi etkilediği için genetik ve çevresel etkilerin iç içe geçmesini anlama yeteneğinde çarpıcı bir genişleme vaat ediyor.

 

Beyin bilgisindeki büyüme, doğal olarak, çocuk yetiştirmenin ve özellikle onların gelişimini iyileştirmenin ne anlama geldiğine dair sorulara yol açmaktadır. Buna göre, ortaya çıkan bu bilgiyi kamu tüketimi için tercüme etme çabaları son yıllarda çoğalmıştır. Bu bilgilerin bir kısmı iyi ve doğru bir şekilde tasvir edilmiş, ancak bir kısmı yapılmamıştır. Bu bilgilerin anne babalar, diğer bakım verenler ve küçük çocukların öğretmenlerinin ne yapması gerektiği için ne anlama geldiğini çözmenin zorluğu çok büyük. Aslında çok küçük çocuklarla ilgili çok az sinirbilim çalışması vardır ve mevcut olanlar genellikle biliş, duygular ve diğer karmaşık gelişimsel görevleri etkileyen beyin bölgelerine odaklanmamıştır.

 

Beyin gelişimi hakkındaki temel bilgilerin çoğu, hayvanlar üzerinde yapılan deneysel çalışmalara dayanmaktadır. Bu bilginin temel sinirbilimden insanlara uygulama kurallarına dönüştürülmesi, ilgili mekanizmalar insanlarda ve hayvanlarda, gelişen görsel sistemde olduğu gibi çok benzer olduğunda oldukça basit olabilir. Ancak hayvanlardan elde edilen diğer verilerin veya hatta insanlardan alınan bazı verilerin (çeşitli yaşlardaki çeşitli beyin bölgelerindeki sinaps yoğunluğunun tahminleri gibi) yorumlanması, beyin biliş, dil ve sosyal mekanizmalar kullanıldığında olağanüstü karmaşık veya uygunsuz olabilir. Bu bağlamda, tüm yeni öğrenmelerle ilgili heyecanı, bugün anlaşılanların sınırları konusunda dikkatle dengelemek esastır.

Gelişmekte olan beyin hakkındaki bu yazı, erken beyin gelişiminde deneyimin rolüne odaklanmaktadır. Gelişmekte olan beynin nasıl çalışılacağına dair kısa bir tartışmanın ardından, gebe kalmadan erken çocukluk yıllarına kadar erken beyin gelişimine genel bir bakış yer almaktadır. Daha sonra erken deneyimlerin beyin gelişimine nasıl katkıda bulunduğuna dair bir tartışmalar yer almaktadır. Bu bölüm boyunca dört tema çalışır:

 

1.

Gelişimsel sinirbilim araştırması, gelişmekte olan beyin için tehlike oluşturan ve küçük çocukların korunması gereken durumlar hakkında çok şey söylüyor. Gelişmiş veya hızlandırılmış beyin gelişimi yaratmak için ne yapılması gerektiği hakkında neredeyse hiçbir şey söylemez.

 

2.

Gelişmekte olan beyin, geniş gelişim dönemleri boyunca etkili deneyimlere açıktır. Bu deneyime açıklık, gelişmekte olan zihnin dikkate değer uyum yeteneğini açıklayan şeyin bir parçasıdır. Beyin büyümesinin belirli zamanlarda belirli türden deneyimler gerektiren birkaç yönü olmasına rağmen, şu anda bildiğimiz kadarıyla bu, insan beyni büyümesi için normdan çok istisnadır.

 

3.

Sağlıklı beyin gelişiminin bağlı olduğu erken deneyim türleri, tıpkı doğanın amaçladığı gibi, tipik erken insan deneyiminde her yerde bulunur. Ancak bu, görme bozukluğu, işitsel işleme sorunları, büyük algısal-motor gecikmeler ve diğer temel eksiklikler nedeniyle gelişen sinir sisteminin bağlı olduğu bu deneyimleri elde edemeyen çocuklara ilgi gösterilmesi gerektiği anlamına gelir.

 

4.

Kötüye kullanım veya ihmalkâr bakım, tehlikeli veya toksik bir ortamda büyümek ve ilgili koşullar, sağlıklı beyin gelişimi için açık risklerdir. Bu uç noktaların ötesinde, kısmen bilişsel, dil ve sosyo-duygusal büyümenin karmaşıklığı ve kümülatif başarıları nedeniyle, sağlıklı beyin büyümesi için gerekli çevresel koşulların doğası ve sınırları daha az bilinmektedir. Bu alandaki keşif, son teknoloji araştırmalardır.

GELİŞEN BEYİNİN ÇALIŞMALARI

Sinirbilim teknikleri önemli ölçüde ilerlemiş, küçük çocukların beyinleriyle ilgili çalışmaları yakın geçmişe göre daha uygulanabilir ve bilgilendirici hale getirmiştir. Bu teknikler, bilim insanlarının bebeklerin beyinlerinin gelişimle nasıl değiştiği ve çevresel zararlara karşı ne kadar savunmasız veya dirençli oldukları hakkında daha fazla bilgi edinmelerini sağladı. Ancak, okul öncesi çağındaki ve hatta daha küçük yaştaki çocuklarla kullanılabilecek tekniklerin repertuarı hala sınırlıdır. Daha doğrudan yöntemlerden bazıları (yani, beyne bakmak) ya invazivdir (örneğin, pozitron emisyon tomografisi, bir radyoaktif maddenin enjeksiyonunu gerektirir) veya uzun süre hareketsiz kalmayı gerektirir (örneğin, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme). Bununla birlikte, araştırmacılar, elektroensefalogram, olayla ilgili potansiyeller ve manyetik ensefalografi ile beynin aktivitesini dışarıdan izleyerek, çok küçük çocuklarda beyin işleyişi hakkında bilgi edinebilirler. Örneğin bilim insanları, çocuğa farklı uyaranlar (örneğin konuşma sesleri) sunulurken beynin elektriksel veya manyetik aktivitesini kaydedebilir ve çocuklar farklı şeyler yaparken beynin hangi bölümlerinin aktif olduğunu ve ne kadar aktif olduklarını belirleyebilirler. Bu yaklaşım, yüzleri ve yüz ifadelerini tanımak için nöral alt tabakanın bebeklerde ve yetişkinlerde oldukça benzer olduğunu ve bebeklerin beyinlerinin ana dillerini öğrendikçe değiştiğini gösteriyor.

 

Ek olarak, lokalize beyin hasarı olan çocuklar, nöropsikolojik araçlar kullanılarak incelenebilir. Bunlar, küçük çocuklara belirli beyin fonksiyonlarını (örneğin, işleyen bellek, uzamsal planlama) içerdiği gösterilen davranışsal görevler vermeyi ve performansın beynin hasar gören belirli bir bölümüne göre nasıl değiştiğini gözlemlemeyi gerektirir. Yaşamlarının ilk aylarında fokal beyin hasarı çeken çocuklarda dil gelişimi üzerine yapılan boylamsal bir çalışmada kullanılan bu yaklaşım, bu çocuklarda dil işlevlerinin düzelmesi için geniş kapasiteyi ortaya çıkardı. Son olarak, tıbbi durumları beyinlerinin incelenmesini gerektiren çocuklar arasında, pozitron emisyon tomografisi, sinaptik büyüme ve erken gelişimde meydana gelen budama ile uyumlu metabolik kalıpları ortaya çıkarmıştır.

ERKEN BEYİN GELİŞİMİNDE NELER GELİŞİR?

Beynin gelişimi, gebe kaldıktan sonraki birkaç gün içinde başlayan ve ergenlik ve sonrasında devam eden uzun bir yörüngeye sahiptir. Sinir sistemi en dramatik gelişimini yaşamın ilk birkaç yılında yaşar. Yine de, sinir hücrelerini birbirine bağlayan gelişen sinaps ağları ve nöronların sinaptik ağları içinde oynayacakları roller için aşamalı ince ayarı ile mümkün kılınan, beynin yapısını ve işleyişini oluşturan süreçler, ergenlik döneminde de devam eder. Doğum öncesi dönemden okula girişe kadar olan beyin gelişiminin kilometre taşları, beyin hücrelerinin gelişmesi ve beyinde ait oldukları yere göç etmesi, yeni aksonların filizlenmesi veya dendritik yüzeyin genişletilmesi yoluyla sinir hücrelerinin süslenmesi; sinir hücreleri arasında bağlantıların veya sinapsların oluşumu; ve diğer hücre türlerinin, özellikle glia'nın doğum sonrası eklenmesi. Beyin gelişiminin en erken evrelerine duyulan hayranlık bu şekilde anlaşılabilir. Bu dönemde omurilik oluşur, olgun beynin milyarlarca nöronunun neredeyse tamamı üretilir, nöral farklılaşma ve hücre göçünün ikili süreçleri nöronun fonksiyonel rollerini belirler ve sinaptogenez hızla ilerler. Bu süreçler, gen aktivitesi ile çocuğun içindeki ve dışındaki çevre ortamlar arasındaki ayrıntılı bir etkileşimi temsil eder.

 

Zaman içinde, kamuoyunun dikkatini çeken beyin gelişiminin yönlerinde önemli değişiklikler oldu. Yirmi yıl önce insanlar, beynin farklı bölgelerindeki nöronların, sinir hücrelerini izole eden ve sinir uyarılarının hızını etkileyen beyaz, yağlı maddeye (miyelin) sarılma derecesindeki gelişimsel değişiklikleri ölçme yeteneğinden büyülenmişlerdi. Miyelinizasyon, aslında, küçük çocuğun davranışsal deneyimlerinden ve beslenmesinden etkilenir. Günümüzde, sinaps gelişim hızı hakkında tamamı yeni olmayan bilgilere daha fazla odaklanılıyor, özellikle yaşamın erken dönemlerinde muazzam bir sinaps oluşumu patlaması olduğunu, ardından sinaps sayısında bir düşüş olduğunu, görünüşe göre uzayıp gittiğini gösteren araştırmalara odaklanılıyor. Kullanılan sinapsların korunduğu ve kullanılmayanların ortadan kaldırıldığına dair kanıtlarla birleştiğinde, yaşamın ilk yıllarında “kullan ya da kaybet” olarak ifade edilen bir endişe çılgınlığı yaşanmıştır. Bununla birlikte, sinaps eliminasyonunun gelişimin normal bir parçası olduğu ortaya çıktı. Beynin bağlantılarıyla karşılaştırıldığında, beynin deneyimlerden öğrenme kapasitesi için gerekli olan ve davranışların düzenlenmesinde önemli bir rol oynaması muhtemel olan erken beyin gelişiminin nörokimyasına çok daha az ilgi gösterilmiştir.

Beynin Bağlantı Şemasının Geliştirilmesi

Beyin gelişimi örtüşen aşamalarda ilerler: beyin hücrelerinin yapılması (nörülasyon ve nörogenez), hücrelerin olması gereken yere getirilmesi (göç), diğer sinir hücreleriyle bağlantı kurmak için gerekli yapılar olan akson ve dendritlerin büyümesi (nöronal farklılaşma ve yol bulma), diğer hücrelerle sinapslar veya iletişim noktaları geliştirmek (sinaptogenez), bu sinapsları rafine etmek (olgunlaşma ve budama) ve son olarak, sinir hücrelerini çevreleyen ve aralarında verimli iletişim sağlayan destekleyici dokuyu oluşturmak (gliagenez veya miyelinasyon).

 

Beyin ve omurilik, nöral plaka adı verilen gelişmekte olan embriyonun arkasındaki (dorsal kısım) bir dizi hücreden ortaya çıkar. İki sıra hızla bölünen hücre, uzunluğu boyunca her iki taraftaki plakadan çıkar ve merkezi olarak nöral tüpün içine katlanır. Nöral tüpün ön veya baş ucu, beynin çeşitli bölümlerine yol açan bir dizi genişlemeyi oluşturur - serebral hemisferleri içeren ön beyin, ön beyne giden ve giden önemli yolları içeren orta beyin ve beyin sapını içeren arka beyin ve beyincik. Nöral tüpün geri kalanı, vücuttaki omurilik, periferik sinirler ve belirli endokrin veya hormon bezleri haline gelir. Düzenleyici genlerin kontrolü altında beyin hücreleri, nihai olarak hizmet edecekleri işlevlere göre ait oldukları yere göç ederler. Bu genler, belirli hücre gruplarına embriyonik beyinde ne yapacaklarını ve nereye gideceklerini söyleyen gelişimsel yönergeler sağlar.

Sinaptik Aşırı Üretim ve Kayıp

20 yıl önce başlayarak, Huttenlocher ilk olarak insan serebral korteksinde sinapsların hızlı çoğalması ve aşırı üretimi ile karakterize edilen bir sinaptogenez modeli olduğunu ve ardından bir sinaps eliminasyonu aşaması olduğunu gösterdi. veya sonunda toplam sinaps sayısını yetişkin seviyelerine indiren budama olduğunu gösterdi. Bu süreç, ergenliğe kadar uzanabilmesine rağmen, yaşamın ilk birkaç yılında en coşkuludur. Ancak bu gelişim süreci içinde, farklı işlevlere sahip farklı beyin bölgelerinin farklı zaman dilimlerinde geliştiği görülmektedir. Huttenlocher, görsel kortekste sinaptik aşırı üretimin zirvesinin, yaşamın ilk yılının ortalarında meydana geldiğini, ardından okul öncesi dönemin ortasından sonuna kadar kademeli bir geri çekilmenin gerçekleştiğini ve bu sırada sinaps sayısının yetişkin seviyelerine ulaştığını tahmin etti. Beynin işitme ve dile hizmet eden alanlarında, biraz daha geç olsa da benzer bir zaman akışı gözlemlendi. Ancak prefrontal kortekste (beynin üst düzey bilişin gerçekleştiği bölge) çok farklı bir tablo ortaya çıkıyor. Burada aşırı üretimin zirvesi yaklaşık bir yaşında meydana gelir ve yetişkin sinaps sayılarının elde edilmesi orta ila geç ergenlik dönemine kadar olmaz.

 

 

Bilim insanları, sinaptik aşırı üretim ve kaybın amacını çok uzun bir süre düşündüler. İlk gözlemlerden biri İspanyol nöroanatomist ve Nobel ödüllü Santiago Ramon y Cajal tarafından yapılmıştır.

“ (Nöronal) Oluşum sırasındaki her dallanmanın, dendritik veya aksonik, kaotik bir dönemden geçtiğini fark ettim, tabiri caizse, çoğu yok olmaya mahkûm olan rastgele deney iletkenlerinin gönderildiği bir denemeler döneminden geçiyor. Hangi gizemli güçler süreçlerin ortaya çıkmasından önce gelir, büyümelerini ve dallanmalarını teşvik eder ve nihayet destansı bir aşk hikayesinin son coşkusunu oluşturuyor gibi görünen o protoplazmik öpücükleri, hücreler arası eklemlenmeleri kurar?”

Aşk hikayesinin daha modern bir formülasyonu, Cragg'in (1975) kedi görsel korteksinin gelişim sırasında yetişkinlikte koruduğundan daha fazla sayıda sinaps ürettiğini bildiren raporuyla başladı. Hubel ve Wiesel ve onların araştırma ortaklarının maymunlar ve kediler üzerinde sonraki çalışmaları, görsel korteksin fizyolojik işleyişi daha rafine ve kesin hale geldikçe, anatomik sinaptik bağlantıların da rafine edildiğini gösterdi. Amaçlanan kalıba uyanlar tutuldu ve uymayanlar elendi.

 

Bilim insanları ayrıca görsel deneyimin bu süreçte gerekli bir rol oynadığını gösterdi. Örneğin, bir göz diğerinden çok daha fazla uyarı alacak şekilde deneyim çarpıtıldıysa, bağlantıları normalden daha az sert bir şekilde azaltıldı ve deneyimsiz gözle bağlantılar normalden daha fazla budandı. Kısacası, görsel kortekste desenli organizasyonun gelişimi görsel deneyime bağlıydı ve desene uygun olmayan seçici bağlantı kaybını içeriyordu. Aktivite geçmişlerinin tam olarak bilinmeyen bazı yönlerine dayanarak, işlevsel olarak doğrulanmadıkları takdirde sinapslar ortadan kaldırılmak üzere programlanmış gibi görünmektedir. Genel olarak, daha deneyimli gözlerinki gibi sıklıkla aktif olan bağlantıların hayatta kalma olasılığı daha yüksektir.

 

Veriler diğer duyular için o kadar eksiksiz olmasa da, duyusal ve motor gelişimi yönlendiren organize nöral sistemlerin inşasının, sistemi daha kesin bir şekilde organize edilmiş bir modelde bırakan bir tür budama tarafından takip edilen aşırı bağlantıların üretimini içerdiği oldukça açıktır. Ayrıca, hem insanlarda hem de hayvanlarda, deneyimin bu sistemler üzerindeki etkileri – normal veya anormal – zamanla giderek geri döndürülemez hale gelir. Yavru kedilerde, görmede geri dönüşü olmayan kusurlar, doğumdan sonra sadece 2-3 ay süren yoksunlukla sonuçlanacaktır. İnsanlarda, şaşılık (kas zayıflığı nedeniyle bir gözün normal olarak çalışan diğer gözden sapması ve diğer normal işlevli gözden uyum sağlayamaması) gibi optik durumlar için düzeltmeler yapılmadığında, görmede geri dönüşü olmayan kusurlar mevcuttur. Bu tür eksiklikler, daha uzun süreli görsel yoksunluk ile daha belirgin hale gelir. Bu nedenle, görme için hassas bir dönem vardır, ancak keskin bir şekilde sınırlandırılmak yerine yavaş yavaş incelir.

Daha sonra tartışılan insan beyninin gelişen sinaptik bağlantılarına deneyimin nasıl dahil edildiğini değerlendirmenin yararlı bir yolu Greenough ve Black tarafından önerildi. Beyin gelişimini yönlendiren deneyime dayalı ve deneyime bağlı mekanizmalar arasında ayrım yaptılar. Deneyim-beklenen sinaptogenez, türe özgü bir deneyimin (yani, bir türün tüm üyelerinin deneyimlediği, son derece anormal koşullar dışında deneyimlediği bir şey) sinir sisteminin gelişimsel organizasyonunda gerekli bir rol oynadığı durumları ifade eder. Normal beyin büyümesi, bu çevresel maruz kalma biçimlerine dayanır. Örneğin, görsel korteks ışığa ve desenli görsel bilgilere maruz kalmayı “bekler” ve bu girdileri normal gelişim için kullanmak üzere genetik olarak programlanmıştır. Bu her yerde ve temel çevresel girdi biçimlerinden yoksun bırakılması, davranışsal işleyişi kalıcı olarak tehlikeye atabilir; bu nedenle, beklenen deneyimlerin saptanmasına ve kaydedilmesine müdahale eden erken duyusal eksiklikleri tespit etmek ve tedavi etmek esastır. (örn. katarakt, şaşılık, işitsel eksiklikler)

Buna karşılık, deneyime bağlı sinaptogenez, yaşam boyunca meydana gelen, yeni beyin büyümesini ve mevcut beyin yapılarının iyileştirilmesini teşvik eden ve her bireye göre değişen yeni deneyimlerin kodlanması anlamına gelir. Bu süreç, bireyin çevrenin belirli ve muhtemelen benzersiz özelliklerine uyumunu optimize eder. Deneyime dayalı gelişimde tüm beyinler normal gelişmek için aynı temel deneyimlere bağlıyken, deneyime bağlı gelişimde beyin gelişimindeki bireysel farklılıklar yaşam boyunca karşılaşılan kendine özgü deneyimlere bağlıdır. Deneyime bağlı gelişim de sinaptogenez ile bağlantılıdır, ancak bu durumda bildiğimiz tek şey, deneyimin nöronlar arasında daha bol bağlantıları tetiklediğidir. Bunun bir aşırı üretim ve budama süreci yoluyla mı yoksa daha sürekli bir büyüme modeli mi söz konusu olduğunu bilmiyoruz. Spesifik mekanizma ne olursa olsun, deneyime bağlı beyin gelişimi, kalıcı bir esneklik ve günlük yaşamın taleplerine uyum sağlama kaynağıdır. Ve deneyime dayalı süreçlerin kullanımından deneyime bağlı beyin gelişimi süreçlerinin kullanımına ani bir geçişin olmadığı görülüyor. Aslında, genç hayvanları karakterize eden yoksunluk veya hasardan kurtulma için daha büyük potansiyelin, muhtemelen her iki mekanizmanın da mevcudiyetini yansıtıyor olması muhtemel görünmektedir.

 

Doğum Sonrası Nörogenez

Şimdi, insan beyninin erken çocukluk yıllarından sonra gelişmeye devam ettiği mekanizmalar repertuarına doğum sonrası nörogenez (doğum sonrası yeni sinir hücrelerinin üretimi) olasılığının eklenmesi gerekiyor. Beyin gelişimi hakkında, özellikle yetişkin insan beyninin yeni nöronlar üretmediği konusundaki yaygın bilgi, son zamanlarda yetişkin beyin gelişimine ilişkin yeni anlayışlarla sorgulanmıştır. Spesifik olarak, hipokampal dentat girus (kişinin deneyimindeki olaylar ve yerler arasındaki gerçekler ve ilişkiler için bellek oluşturma ile ilgili olan) gibi önemli ön beyin bölgeleri, insanlarda yetişkinliğe yeni sinir hücreleri almaya devam eder. Maymunlardaki son bulgular, her gün yeni nöronların da oluştuğunu ve prefrontal korteksi, planlama ve karar verme merkezini içeren alanlara göç ettiğini göstermektedir. Yetişkinlikte nöronal ilavelerin beynin işleyişine ne kadar önemli olduğu henüz belirlenmemiş olsa da, beynin sürekli olarak kendini yeniden şekillendirdiği argümanına kesinlikle daha fazla destek vermektedir.

Erken Beyin Gelişiminin Nörokimyası

Sinir sisteminde mesajların gönderilmesi ve alınması kimyasal ileticilere bağlıdır. Bu kimyasal ileticilerin bir kısmı sinir hücrelerindeki gen ifadesini, sinirlerin nasıl büyüdüğü, uyarılara nasıl tepki verdiği ve çalıştığı üzerinde uzun süreli etkileri olan yollarla etkiler. Bu nedenle sinir sisteminin büyümesi ve gelişmesi ile sinirsel plastisite ile yakından ilgilidirler. Son yirmi yılda bu kimyasal ileticiler hakkında bir bilgi patlaması yaşandı. Klasik nörotransmitterlere ek olarak, beyin üzerinde doğrudan etkileri olan 60'tan fazla peptit ve steroid molekülü tanımlanmıştır. Şu anda, bu alandan doğrudan insani gelişmeye güvenle uygulanabilecekler sınırlıdır. Bununla birlikte, nörokimya çalışması, insanların sinir sistemi hakkında düşünme biçiminde zaten devrim yaratıyor ve bu çalışmadan bazı temel fikirlere kısa bir genel bakış garanti ediliyor.

Beyni etkileyen kimyasal ileticiler, çoğu sinir hücrelerinin dendritlerinde ve sinapslarında bulunan reseptörler aracılığıyla çalışır. Kilitler ve anahtarlar gibi, kimyasal ileticilerin sinir hücresine etki edebilmesi için ileticinin (anahtarın) fiziksel yapısının alıcının (kilit) fiziksel yapısına uyması gerekir. Alıcılar özeldir. Tipik olarak sadece bir doğal molekülü tanır veya ona bağlanırlar. Uzun yıllar boyunca, bu tür bir özgüllük, bilimin, belirli nörokimyasalları belirli davranışlara bağlayabileceği ve ilaç tedavisi yoluyla yüksek düzeyde odaklanmış davranış manipülasyonlarına izin verebileceği umudunu doğurdu. Bununla birlikte, popüler basına sızan şeylere rağmen (örneğin, düşük serotonin seviyeleri saldırganlığa neden olur), beynin biyokimyasının çalışma şekli, bir kimyasalın bir davranışla eşleşmesinden çok daha karmaşıktır. Örneğin, şimdi, beyin fonksiyonunu etkileyen kimyasalların birçoğunun birkaç farklı reseptörün kilidini açabildiği görülüyor. Bu, aynı (veya oldukça benzer) kimyasalın farklı işlevlere sahip olmasına ve çoklu (genellikle ilişkili) davranış sistemlerinde rol oynamasına izin verir.

 

Beyin ayrıca kimyasalın reseptörlerinin varlığını, yapısını (yapısını) ve kullanılabilirliğini değiştirerek kimyasal bir ileticiye karşı duyarlılığını değiştirebilir. Reseptör değişiklikleri genellikle sinir hücresinin nörokimyasal deneyiminin geçmişini yansıtır. Reseptör üzerinde çalışan kimyasalın yüksek seviyeleri sıklıkla o kimyasal için sinir reseptörlerinde bir azalmaya neden olur (aşağı regülasyon adı verilen bir süreç); bazen bir sinirin işleyişinde önemli olan bir kimyasalın eksikliği, reseptör sayısında bir artışa (yani, yukarı regülasyon) neden olur. Yukarı ve aşağı düzenleme saatler ve günler boyunca gerçekleşir, kısmen bazı psikoaktif ilaçların davranışı etkilemeye başlamadan önce neden zaman aldığını ve bazı ilaçların neden aynı etkilere sahip olmak için zamanla daha yüksek ve daha yüksek dozlarda alınması gerektiğini kısmen açıklar. Kimyasal iletici-alıcı sistemlerindeki bu değişimlerin bazıları, belki de özellikle hızlı gelişme dönemlerinde meydana gelenler gibi, nispeten kalıcı görünmektedir; diğerleri daha geçicidir ve reseptörlerin normal dönüşümünü (üretim, düşüş, değiştirme) yansıtır. Bu karmaşıklık, beynin gizemlerini çözmeye çalışanlar için işleri karmaşık hale getirebilir, ancak beynin son derece esnek olmasına, işleyişini son derece nüanslı şekillerde, genellikle oldukça hızlı bir şekilde düzenlemesine izin verir.

Nörokimyasal reseptör sistemleri de beynin fiziksel yapısını nasıl değiştirdiğinin merkezinde yer alır. Çeşitli farklı sinir büyüme faktörleri (yani dendritlerin ve sinapsların büyümesinde rol oynayan kimyasallar) tanımlanmıştır. Bu büyüme faktörleri, normal beyin gelişiminde rol oynayan genler tarafından düzenlenen, beynin gelişiminin farklı noktalarında farklı miktarlarda ve yerlerde bulunur. Ayrıca, sinir hasarına tepki olarak konsantrasyonlarında değişiklik yaparak, beynin travmayı takiben uyum sağlama ve işleyişini yeniden sağlama girişimlerinde rol oynarlar. Alıcı sistemler, hem deneyime bağlı hem de deneyimden beklenen nöral plastisitede kritik roller oynar. NMDA (N-metil-D-aspartat) reseptörü, nöral plastisitede rol oynayan bir reseptördür, ancak tek reseptör değildir. “Uzun vadeli güçlenme” olarak adlandırılan şeyi teşvik etmeye yardımcı olarak öğrenmeyi destekliyor gibi görünüyor. Artan sinaptik gücü içeren bir bellek “modeli” olan uzun süreli güçlenme, yeni edinilen bilgilerde yer alan nöral devrelerdeki sürekli, hızlı aktivite ile ortaya çıkar, yeni bir telefon numarasını ezberlemek için tekrar etmeye benzer. Ayrıca sinir sistemlerinin gelişimindeki kritik noktalarda bazen NMDA reseptörlerinde bir artış olduğu görülmektedir. Bu artış, NMDA reseptörlerinin sayısı azaldığında pencerenin kapanmasıyla, uyarımın büyük etkilere sahip olmasına izin vererek, bu sinir sisteminin gelişimi için bir pencere açıyor gibi görünüyor.

 

Kimyasal iletim sistemlerdeki ve reseptörlerindeki değişiklikler, belirli davranışlara neden olmak yerine, uyaranlara duyarlılığı ve yanıt olasılıklarını değiştirerek sinir sistemini tonlama eğilimindedir. Aşağıdaki düşünce deneyi iyi bir örnek teşkil etmektedir. Birkaç haftadır düşük kalorili bir diyettesiniz (ve buna bağlı kaldınız). Bu yarı açlık beyninizdeki sayısız nörokimyasal değişikliği harekete geçirdi. Tüm bu değişiklikler, garsonun önünüze koyduğu o lezzetli yiyeceğiniz anlamına gelmiyor. Ama yarı açlığın beyninizde harekete geçirdiği sayısız nörokimyasal değişiklik, muhtemelen sizi yemeğin ne kadar güzel koktuğuna karşı daha duyarlı hale getirecek, daha fazla salya salgılamanızı sağlayacak, o yemeği uzun süre hatırlamanızı sağlayacak ve benzeri; tüm değişiklikler, vücudunuzun aslında "ihtiyaç duyduğu" yemeği parçalama ve yeme olasılığınızı artırmaya yardımcı olmak için düzenlenmiştir. Bu düşünce deneyinin gösterdiği gibi, nörokimyadaki değişikliklerin davranışsal etkisi bağlama ve bireyin geçmişine bağlıdır. Bir kişinin mizacında olduğu gibi, değişiklikler, bir davranışın her zaman ifade edileceğini katı bir şekilde belirlemek yerine, belirli şekillerde yanıt verme eğilimini veya eğilimini düzenleme eğilimindedir. Bazı araştırmacılar, mizacın ve duyguların sinirsel temellerini anlamak için, gelişim boyunca beynin bu karmaşık nörokimyasal sistemlerini düzenleyen genetik ve deneyimsel süreçleri anlamaları gerektiğine inanıyor.

 

Karakteristik olarak, beynin nörokimyasal sistemleri hem çevreden gelen girdilere hem de beyin dışında vücutta meydana gelen olaylara açıktır. Çevrenin beyin nörokimyasının bazı yönlerini düzenlemede rol oynadığına dair artan hayvan kanıtları var. Örneğin, anne sıçanın yavrularını (bebek sıçanlar) yalaması ve tımarlaması, her ikisi de beyin gelişiminin nörokimyasında önemli olan serotonin ve tiroid hormonu üretimini arttırıyor gibi görünmektedir. Ayrıca, erken bakım verme unsurlarının ağrı ve sıkıntıya dahil olan nörokimyasalları modüle etmeye yardımcı olabileceğine dair artan kanıtlar vardır. Bu nedenle, anne sütündeki yağlar ve şekerler, merkezi opioid (doğal ağrı kesici) yollarına bağlı tat reseptörlerini uyararak hafif analjeziyi uyarıyor gibi görünmektedir. Benzer şekilde, ağzın dokunsal uyarılması, stresi kontrol eden beyin yollarını etkileyen, opioidleri içermeyen nörokimyasal mekanizmalar aracılığıyla çalışıyor gibi görünmektedir. Bu etkilerin bazıları insan yavrularında da gösterilmiştir. Nöroaktif kimyasal sistemlerin düzenlenmesinin temel bakım faaliyetlerine kadar uzandığına dair kanıtlar, çoğu hala sadece hayvanlarda gösterilmiş olmasına rağmen heyecan vericidir. Bu kanıt, yaşamın erken dönemlerinde çevredeki değişikliklerin beyin gelişimi üzerinde nasıl geniş kapsamlı etkilere sahip olabileceğini ve farklı yetiştirme geçmişleri olan çocuklar için davranışsal tepki modellerini nasıl değiştirebileceğini açıklamaya yardımcı olmayı vaat ediyor.

Dizinin bir sonraki yazısı Beyin Erken Deneyimden Nasıl Etkilenir? başlığı ile devam edecektir.