Alai

Mozog v prvních dvou letech

Nejdramatičtější fyzické změny, ke kterým dochází během prvních dvou let vývoje mozku. Narodíme se s většinou mozkových buněk, které kdy budeme mít; to znamená asi 85 miliard neuronů, jejichž funkcí je ukládání a přenos informací (Huttenlocher & Dabholkar, 1997). I když je většina mozkových neuronů přítomna již při narození, nejsou ještě zcela zralé

Obrázek 3.4.1. Výzkumy ukazují, že již ve věku 4-6 měsíců využívají kojenci ke zpracování informací podobné oblasti mozku jako dospělí. Obrázek z Deen et al. 2017.

Komunikace v centrální nervové soustavě (CNS), která se skládá z mozku a míchy, začíná nervovými buňkami zvanými neurony. Neurony se spojují s jinými neurony prostřednictvím sítí nervových vláken zvaných axony a dendrity. Každý neuron má obvykle jeden axon a mnoho dendritů, které jsou rozprostřeny jako větve stromu (někdo řekne, že to vypadá jako ruka s prsty). Axon každého neuronu dosahuje k dendritům jiných neuronů na křižovatkách zvaných synapse, což jsou kritické komunikační spoje v mozku. Axony a dendrity se nedotýkají, místo toho elektrické impulsy v axonech způsobují uvolňování chemických látek nazývaných neurotransmitery, které přenášejí informace z axonu vysílajícího neuronu do dendritů přijímajícího neuronu.

Obrázek 3.4.2. Neuron.

Synaptogeneze a synaptické prořezávání

Většina ze 100 až 200 miliard neuronů v mozku je sice přítomna již při narození, nejsou však zcela zralé. Každá nervová dráha vytváří během kojeneckého a batolecího věku tisíce nových spojení. Synaptogeneze neboli tvorba spojení mezi neurony pokračuje od prenatálního období tvorbou tisíců nových spojení během kojeneckého a batolecího věku. Během několika následujících let projdou dendrity neboli spoje mezi neurony obdobím přechodného bujení neboli dočasného dramatického růstu (bujení proto, že je tak rychlé, a přechodné proto, že některé z nich jsou dočasné). Během těchto prvních let dochází k takovému rozmnožení těchto dendritů, že ve věku 2 let může mít jeden neuron tisíce dendritů.

Po tomto dramatickém nárůstu dojde k eliminaci nepoužívaných nervových drah prostřednictvím procesu zvaného synaptické prořezávání, kdy se redukují nervová spojení, a tím se výrazně posílí ta, která se používají. Předpokládá se, že prořezávání způsobuje efektivnější fungování mozku, což umožňuje zvládnutí složitějších dovedností (Hutchinson, 2011). Zkušenosti určují, která z těchto spojení se zachovají a která se ztratí. Nakonec se ztratí asi 40 % těchto spojení (Webb, Monk a Nelson, 2001). K přechodnému bujení dochází během několika prvních let života a prořezávání pokračuje během dětství a v dospívání v různých oblastech mozku. K této činnosti dochází především v mozkové kůře neboli tenkém vnějším obalu mozku, který se podílí na dobrovolné činnosti a myšlení.

Video 3.4.1. Jak se vyvíjí dětský mozek vysvětluje některé změny v mozku, které se očekávají v prvních letech života.

Myelinizace

Další významnou změnou, ke které dochází v centrální nervové soustavě, je vývoj myelinu, což je povlak tukové tkáně kolem axonu neuronu (Carlson, 2014). myelin pomáhá izolovat nervovou buňku a urychlit rychlost přenosu impulzů z jedné buňky do druhé. Tento nárůst zlepšuje budování nervových drah a zlepšuje koordinaci a kontrolu pohybu a myšlenkových procesů. Během dětství myelinizace postupuje rychle a stále větší počet axonů získává myelinové pochvy. To koresponduje s rozvojem kognitivních a motorických dovedností, včetně porozumění jazyku, osvojení řeči, zpracování smyslů, plazení a chůze. Myelinizace v motorických oblastech mozku v raném až středním dětství vede k výraznému zlepšení jemné a hrubé motoriky. Myelinizace pokračuje i v období dospívání a rané dospělosti, a přestože je v této době z velké části dokončena, mohou se myelinové pochvy v oblastech šedé hmoty, jako je mozková kůra, přidávat po celý život.

Struktury mozku

Při narození má mozek asi 25 % své hmotnosti v dospělosti a ve dvou letech dosahuje 75 % své hmotnosti v dospělosti. Většina nervové činnosti probíhá v mozkové kůře neboli tenkém vnějším obalu mozku, který se podílí na dobrovolné činnosti a myšlení. Mozková kůra je rozdělena na dvě hemisféry a každá hemisféra je rozdělena na čtyři laloky, které jsou od sebe odděleny záhyby známými jako štěrbiny. Pokud se podíváme na mozkovou kůru počínaje přední částí mozku a postupujeme po ní, vidíme nejprve čelní lalok (za čelem), který je zodpovědný především za myšlení, plánování, paměť a úsudek. Za čelním lalokem následuje temenní lalok, který se táhne od středu k zadní části lebky a který je zodpovědný především za zpracování informací o hmatu. Následuje týlní lalok na samé zadní straně lebky, který zpracovává zrakové informace. A konečně před týlním lalokem, mezi ušima, se nachází spánkový lalok, který je zodpovědný za sluch a řeč.

Obrázek 3.4.3. Spánkový lalok. Mozkové laloky.

Ačkoli mozek v dětství rychle roste, specifické oblasti mozku nedozrávají stejnou rychlostí. Primární motorické oblasti se vyvíjejí dříve než primární senzorické oblasti a prefrontální kůra, která se nachází za čelem, je vyvinuta nejméně. Jak prefrontální kůra dozrává, dítě je stále více schopno regulovat nebo ovládat emoce, plánovat činnosti, vytvářet strategie a mít lepší úsudek. Toto zrání není plně dokončeno v kojeneckém a batolecím věku, ale pokračuje během dětství, dospívání a v dospělosti.

Lateralizace

Lateralizace je proces, při kterém se různé funkce lokalizují především na jedné straně mozku. Například u většiny dospělých je levá hemisféra aktivnější než pravá při produkci jazyka, zatímco při úkolech zahrnujících vizuoprostorové schopnosti je pozorován opačný vzorec (Springer & Deutsch, 1993). Tento proces se vyvíjí v průběhu času, nicméně strukturální asymetrie mezi hemisférami byly zaznamenány i u plodů (Chi, Dooling, & Gilles, 1997; Kasprian et al., 2011) a kojenců (Dubois et al., 2009).

Neuroplasticita

Nakonec, neuroplasticita označuje schopnost mozku měnit se, a to jak fyzicky, tak chemicky, aby se zvýšila jeho adaptabilita na změny prostředí a kompenzovala zranění. Neuroplasticita nám umožňuje učit se a pamatovat si nové věci a přizpůsobovat se novým zkušenostem. Na plasticitu mozku mají vliv jak zkušenosti z prostředí, například podněty, tak události v těle člověka, například hormony a geny. Stejně tak i věk. Náš mozek je nejvíce „plastický“, když jsme malé děti, protože v tomto období se nejvíce učíme o svém okolí. Mozek dospělých vykazuje neuroplasticitu, ale je ovlivňován pomaleji a v menší míře než mozek dětí (Kolb & Whishaw, 2011).

Video 3.4.2. Mozek dospělých. Dlouhodobá potenciace a synaptická plasticita vysvětluje, jak dochází k učení prostřednictvím synaptických spojení a plasticity.

Kontrola některých specifických tělesných funkcí, jako je pohyb, zrak a sluch, probíhá v určitých oblastech mozkové kůry. Pokud jsou tyto oblasti poškozeny, jedinec pravděpodobně ztratí schopnost vykonávat příslušnou funkci. Například pokud dojde u kojence k poškození oblastí pro rozpoznávání obličeje ve spánkovém laloku, pravděpodobně nebude nikdy schopen rozpoznávat obličeje (Farah, Rabinowitz, Quinn, & Liu, 2000). Na druhou stranu mozek není rozdělen zcela rigidně. Mozkové neurony mají pozoruhodnou schopnost reorganizovat se a rozšiřovat se tak, aby plnily určité funkce v reakci na potřeby organismu, a napravovat poškození. V důsledku toho mozek neustále vytváří nové neuronové komunikační trasy a přepojuje ty stávající.

Dozrávání mozku v dětství

Mozku je do tří let věku asi 75 procent jeho hmotnosti v dospělosti. V šesti letech dosahuje 95 procent své dospělé hmotnosti (Lenroot & Giedd, 2006). V mozkové kůře pokračuje myelinizace a vývoj dendritů, a jak se tak děje, pozorujeme odpovídající změny v tom, co je dítě schopno dělat. Větší rozvoj prefrontální kůry, oblasti mozku za čelem, která nám pomáhá myslet, vytvářet strategie a kontrolovat pozornost a emoce, umožňuje stále více potlačovat emoční výbuchy a chápat, jak hrát hry

Obrázek 3.4.4. Corpus Callosum.

Růst hemisfér a corpus callosum

Mezi 3. a 6. rokem života dochází k dramatickému růstu levé mozkové hemisféry. Tato strana mozku nebo hemisféra se obvykle podílí na jazykových dovednostech. Pravá hemisféra roste i v průběhu raného dětství a podílí se na úkolech, které vyžadují prostorové dovednosti, jako je rozpoznávání tvarů a vzorů. Corpus callosum, hustý pás vláken, který spojuje obě mozkové hemisféry, obsahuje přibližně 200 milionů nervových vláken, která spojují obě hemisféry (Kolb & Whishaw, 2011).

Tělo mozkové se nachází několik centimetrů pod podélnou štěrbinou, která probíhá po celé délce mozku a odděluje obě mozkové hemisféry (Garrett, 2015). Protože obě hemisféry vykonávají různé funkce, komunikují spolu a integrují své činnosti prostřednictvím corpus callosum. Kromě toho, protože příchozí informace směřují do jedné hemisféry, například vizuální informace z levého oka směřují do pravé hemisféry, corpus callosum sdílí tyto informace s druhou hemisférou.

Tělo mozkové prochází mezi 3. a 6. rokem života růstovým spurtem, což má za následek lepší koordinaci mezi úkoly pravé a levé hemisféry. Například ve srovnání s ostatními jedinci vykazují děti mladší 6 let potíže s koordinací hračky Etch A Sketch, protože jejich corpus callosum není dostatečně vyvinuté, aby integrovalo pohyby obou rukou (Kalat, 2016).

Vývoj mozku dospívajících

Lidský mozek není plně vyvinutý do doby, než člověk dosáhne puberty. Mezi 10. a 25. rokem věku dochází v mozku ke změnám, které mají důležitý vliv na chování. Mozek dosahuje 90 % své dospělé velikosti v době, kdy je člověku šest nebo sedm let. Během dospívání se tedy mozek příliš nezvětšuje. Záhyby v mozku však pokračují až do pozdního dospívání a stávají se složitějšími. K nejvýznamnějším změnám v záhybech mozku v tomto období dochází v částech mozkové kůry, které zpracovávají kognitivní a emoční informace. Změny mozku přímo ovlivňují změny chování a duševních procesů. O některých z nich budeme hovořit.

Obrázek 3.4.5. Mozek jako takový. Mozek dosahuje své největší velikosti na počátku dospívání, ale pokračuje ve zrání i po dvacítce.

Změny mozku

Do puberty pokračuje rozkvět mozkových buněk v čelní oblasti. K jedněm z vývojově nejvýznamnějších změn v mozku dochází v prefrontální kůře, která se podílí na rozhodování a kognitivní kontrole, stejně jako na dalších vyšších kognitivních funkcích. Během dospívání se v prefrontální kůře zvyšuje myelinizace a synaptické prořezávání, což zlepšuje efektivitu zpracování informací, a posilují se nervová spojení mezi prefrontální kůrou a dalšími oblastmi mozku. Tento růst však trvá dlouho a je nerovnoměrný.

Limbický systém

Limbický systém se vyvíjí o několik let dříve než prefrontální kůra. Vývoj v limbickém systému hraje zásadní roli při určování odměn a trestů a zpracování emočních zkušeností a sociálních informací. Pubertální hormony se zaměřují přímo na amygdalu a silné vjemy se stávají přesvědčivými (Romeo, 2013). Skenování mozku potvrzuje, že kognitivní kontrola, kterou odhalily studie fMRI, není plně vyvinuta až do dospělosti, protože prefrontální kůra má omezená spojení a zapojení (Hartley & Somerville, 2015). Připomeňme, že tato oblast je zodpovědná za úsudek, kontrolu impulzů a plánování a dozrává ještě v raném dospělém věku (Casey, Tottenham, Liston, & Durston, 2005).

Obrázek 3.4.6. Způsoby, jakými se tato oblast vyvíjí. Limbický systém.

Změny hladin obou neurotransmiterů dopaminu a serotoninu v limbickém systému navíc způsobují, že dospívající jsou emotivnější a více reagují na odměny a stres. Dopamin je neurotransmiter v mozku spojený s potěšením a přizpůsobením se prostředí při rozhodování. Během dospívání se zvyšuje hladina dopaminu v limbickém systému a zvyšuje se vstup dopaminu do prefrontální kůry. Zvýšená aktivita dopaminu v dospívání může mít důsledky pro riskování a zranitelnost vůči nudě u dospívajících. Serotonin se podílí na regulaci nálady a chování. Na mozek působí různě. Serotonin, známý jako „uklidňující chemická látka“, zmírňuje napětí a stres. Serotonin také brzdí vzrušení a někdy i bezohlednost, které může vyvolat dopamin. Pokud dojde k poruše zpracování serotoninu v mozku, může dojít k impulzivnímu nebo násilnému chování.

Prefrontální kůra

Prefrontální kůra, část čelních laloků ležící hned za čelem, je často označována jako „generální ředitel mozku“, centrum kognitivní kontroly. Tato oblast mozku je zodpovědná za kognitivní analýzu, abstraktní myšlení, mírnění „správného“ chování v sociálních situacích, schopnost správného úsudku, seberegulaci a orientaci v budoucnosti. Prefrontální kůra přijímá informace ze všech smyslů a organizuje myšlenky a činy k dosažení konkrétních cílů (Casey, Jones, & Hare, 2008; Walsh, 2004). Kolem 11. roku věku začíná v této oblasti mozku rozsáhlý proces prořezávání a myelinizace, který je dokončen až ve věku kolem 25 let. Tato oblast mozku je jednou z posledních, které dosahují zralosti. Toto zpoždění může pomoci vysvětlit, proč se někteří adolescenti chovají tak, jak se chovají. Mezi výkonné funkce lidské prefrontální kůry patří tzv:

• Soustředění pozornosti
• Organizace myšlenek a řešení problémů
• Předvídání a zvažování možných důsledků chování
• Zohledňování budoucnosti a vytváření předpovědí
• Tvorba strategií a plánování
• Schopnost vyvažovat krátko-dlouhodobé odměny s dlouhodobými cíli
• Změna/úprava chování při změně situace
• Kontrola impulzů a odkládání uspokojení
• Modulace intenzivních emocí
• Potlačování nevhodného chování a iniciování vhodného chování
• Současné zvažování více informačních toků, když čelí složitým a náročným informacím

Obrázek 3.4.7. Vývoj mozku pokračuje až do 20. roku života. V této fázi je důležitý zejména vývoj čelního laloku

Rozdíl v načasování vývoje limbického systému a prefrontální kůry přispívá k většímu riskování během dospívání. Protože adolescenti jsou motivováni k vyhledávání vzrušení, které někdy pramení z rizikového chování, častěji se dopouštějí bezohledného řízení, kouření nebo pití alkoholu a nemají ještě vyvinutou kognitivní kontrolu, která by jim umožnila odolávat impulzům nebo se stejně soustředit na potenciální rizika (Steinberg, 2008). Jeden z předních světových odborníků na vývoj dospívajících Laurence Steinberg to přirovnává k zapnutí silného motoru předtím, než je v provozu brzdový systém. Výsledkem je, že dospívající jsou náchylnější k rizikovému chování než děti nebo dospělí.

Integrace mozkových oblastí

Studie magnetické rezonance mozku ukazují, že vývojové procesy mají tendenci probíhat v mozku ve směru odzadu dopředu, což vysvětluje, proč se prefrontální kůra vyvíjí jako poslední. Tyto studie také zjistily, že dospívající mají ve srovnání s dospělými méně bílé hmoty (myelinu) v čelních lalocích mozku, ale toto množství se s věkem dospívajících zvyšuje. S větším množstvím myelinu rostou důležitá mozková spojení, což umožňuje lepší tok informací mezi oblastmi mozku. Výzkum magnetickou rezonancí také odhalil, že během dospívání dochází ke zvětšování bílé hmoty v corpus callosum, svazku nervových vláken spojujících pravou a levou mozkovou hemisféru. Tento vývoj umožňuje lepší komunikaci mezi hemisférami, což umožňuje uplatnit celou škálu analytických a tvůrčích strategií při řešení složitých dilemat, která mohou v životě mladého člověka nastat (Giedd, 2004).

Shrnem lze říci, že období dospívání je obdobím hlubokých změn v mozku. Zajímavé je, že dvě z primárních mozkových funkcí se vyvíjejí různou rychlostí. Výzkumy mozku naznačují, že část mozku, která vnímá odměny z rizika, limbický systém, se na začátku dospívání rozjíždí na plné obrátky. Část mozku, která kontroluje impulzy a zabývá se dlouhodobější perspektivou, čelní laloky, dozrává později. Toto zpoždění může vysvětlovat, proč dospívající v polovině dospívání riskují více než starší dospívající.

S tím, jak se vyvíjejí čelní laloky, dochází ke dvěma věcem. Zaprvé se rozvíjí sebekontrola, protože dospívající jsou schopni lépe posoudit příčinu a následek. Za druhé, do zpracování emocí se zapojuje více oblastí mozku a dospívající lépe interpretují emoce druhých.

Video 3.4.4. Změny mozku v dospívání popisuje některé fyzické změny, ke kterým dochází během dospívání.

Vzdělávací neurověda

Vzdělávací neurověda (nebo také neuroedukace) je nově vznikající vědní obor, který spojuje vědce z oblasti neurovědy, psychologie, vzdělávání a dokonce i technologií, aby prozkoumali vzájemné působení biologických procesů a vzdělávání. Výzkumníci v oblasti vzdělávací neurovědy zkoumají nervové mechanismy procesů, jako je učení, paměť, pozornost, inteligence a motivace. Jejich výzkum se zabývá také obtížemi, včetně dyslexie, dyskalkulie a ADHD, které souvisejí se vzděláváním. Výzkumníci v této oblasti mohou propojit základní poznatky kognitivní neurovědy se vzdělávacími technologiemi a pomoci tak při zavádění učebních osnov pro konkrétní akademické oblasti, jako je výuka matematiky a čtení. Vzdělávací neurověda si klade za cíl vytvářet základní a aplikovaný výzkum, který poskytne nový transdisciplinární popis učení a výuky, jenž je schopen informovat o vzdělávání.

Video 3.4.5. Vzdělávací neurověda. Úvod do vzdělávací neurovědy pojednává o tom, jak může neurověda informovat o vzdělávání, a vyvrací několik běžných mýtů o fungování mozku, které mají učitelé a studenti.

.