Alai

Hjernen i de første to år

Nogle af de mest dramatiske fysiske forandringer, der sker i løbet af de første to år af hjernens udvikling. Vi fødes med de fleste af de hjerneceller, som vi nogensinde vil få; det vil sige omkring 85 milliarder neuroner, hvis funktion er at lagre og overføre information (Huttenlocher & Dabholkar, 1997). Selv om de fleste af hjernens neuroner er til stede ved fødslen, er de ikke fuldt ud modne.

Figur 3.4.1. Forskning viser, at spædbørn allerede fra 4-6 måneder bruger de samme områder af hjernen som voksne til at behandle oplysninger. Billede fra Deen et al., 2017.

Kommunikationen i centralnervesystemet (CNS), som består af hjernen og rygmarven, begynder med nerveceller, der kaldes neuroner. Neuroner er forbundet med andre neuroner via netværk af nervefibre kaldet axoner og dendritter. Hver neuron har typisk et enkelt axon og mange dendritter, der er spredt ud som grene på et træ (nogle vil sige, at det ligner en hånd med fingre). Axonet i hver enkelt neuron rækker ud mod dendriterne i andre neuroner ved krydsningspunkter kaldet synapser, som er vigtige kommunikationsforbindelser i hjernen. Axoner og dendritter berører hinanden ikke, men i stedet forårsager elektriske impulser i axonerne frigivelse af kemikalier kaldet neurotransmittere, som overfører information fra det afsendende neurons axon til det modtagende neurons dendritter.

Figur 3.4.2. Neuron.

Synaptogenese og synaptisk beskæring

Selv om de fleste af hjernens 100 til 200 milliarder neuroner er til stede ved fødslen, er de ikke fuldt modne. Hver neurale bane danner tusindvis af nye forbindelser i løbet af spæd- og småbørnsalderen. Synaptogenese, eller dannelsen af forbindelser mellem neuroner, fortsætter fra den prænatale periode og danner tusindvis af nye forbindelser i løbet af spædbarns- og småbørnsalderen. I løbet af de næste mange år vil dendriterne eller forbindelserne mellem neuroner gennemgå en periode med forbigående overdreven vækst eller midlertidig dramatisk vækst (overdreven, fordi den er så hurtig, og forbigående, fordi noget af den er midlertidigt). Der sker en sådan spredning af disse dendritter i disse tidlige år, at en enkelt neuron i 2-årsalderen kan have tusindvis af dendritter.

Efter denne dramatiske forøgelse vil de neurale baner, der ikke bruges, blive elimineret gennem en proces, der kaldes synaptisk beskæring, hvor neurale forbindelser reduceres, hvorved de neurale forbindelser, der bruges, bliver meget stærkere. Man mener, at beskæring får hjernen til at fungere mere effektivt, hvilket gør det muligt at beherske mere komplekse færdigheder (Hutchinson, 2011). Erfaring vil forme, hvilke af disse forbindelser der bevares, og hvilke af disse forbindelser der går tabt. I sidste ende vil omkring 40 procent af disse forbindelser gå tabt (Webb, Monk og Nelson, 2001). Forbigående overskud opstår i løbet af de første par år af livet, og beskæringen fortsætter gennem barndommen og ind i ungdomsårene i forskellige områder af hjernen. Denne aktivitet sker primært i cortex eller det tynde ydre hylster af hjernen, der er involveret i frivillig aktivitet og tænkning.

Video 3.4.1. How Baby Brains Developing forklarer nogle af de ændringer i hjernen, der forventes i de første leveår.

Myelinisering

En anden væsentlig ændring, der sker i centralnervesystemet, er udviklingen af myelin, en belægning af fedtvæv omkring neuronets axon (Carlson, 2014). myelin hjælper med at isolere nervecellen og fremskynde overførslen af impulser fra en celle til en anden. Denne forøgelse forbedrer opbygningen af neurale baner og forbedrer koordination og kontrol af bevægelser og tankeprocesser. I løbet af spædbarnsalderen skrider myeliniseringen hurtigt frem, idet et stigende antal axoner får myelinskeder. Dette svarer til udviklingen af kognitive og motoriske færdigheder, herunder sprogforståelse, taleindlæring, sansebehandling, krybe- og gåfærdigheder. Myelinisering i hjernens motoriske områder i den tidlige og mellemste barndom fører til store forbedringer i fin- og grovmotoriske færdigheder. Myeliniseringen fortsætter gennem ungdomsårene og det tidlige voksenliv, og selv om myelinskederne stort set er færdige på dette tidspunkt, kan der tilføjes myelinskeder i områder med grå substans, f.eks. i hjernebarken, hele livet igennem.

Hjernestrukturer

Hjernen udgør ved fødslen ca. 25 % af sin voksenvægt, og ved to års alderen udgør den 75 % af sin voksenvægt. Det meste af den neurale aktivitet foregår i cortex eller det tynde ydre hylster af hjernen, der er involveret i frivillig aktivitet og tænkning. Hjernebarken er opdelt i to halvkugler, og hver halvkugle er opdelt i fire lapper, der hver især er adskilt af folder, der kaldes sprækker. Hvis vi ser på hjernebarken ved at begynde foran i hjernen og bevæge os hen over toppen, ser vi først frontallappen (bag panden), som primært er ansvarlig for tænkning, planlægning, hukommelse og dømmekraft. Efter frontallappen følger parietallappen, som strækker sig fra midten til bagsiden af kraniet, og som primært er ansvarlig for at behandle oplysninger om berøring. Dernæst kommer occipitallappen, der ligger helt bagest i kraniet, og som behandler visuelle oplysninger. Endelig er der foran baghovedlommen, mellem ørerne, tindingelappen, som er ansvarlig for hørelse og sprog.

Figur 3.4.3. Hjernens lober.

Og selv om hjernen vokser hurtigt i løbet af barndommen, modnes specifikke hjerneområder ikke med samme hastighed. De primære motoriske områder udvikles tidligere end de primære sensoriske områder, og den præfrontale cortex, som ligger bag panden, er den mindst udviklede. Efterhånden som den præfrontale cortex modnes, er barnet i stigende grad i stand til at regulere eller kontrollere følelser, planlægge aktiviteter, lægge strategier og have en bedre dømmekraft. Denne modning er ikke fuldt ud gennemført i spæd- og småbørnsalderen, men fortsætter gennem barndommen, ungdomsårene og ind i voksenalderen.

Lateralisering

Lateralisering er den proces, hvor forskellige funktioner bliver lokaliseret primært på den ene side af hjernen. For eksempel er den venstre hjernehalvdel hos de fleste voksne mere aktiv end den højre under sprogproduktion, mens det omvendte mønster observeres under opgaver, der involverer visuospatiale evner (Springer & Deutsch, 1993). Denne proces udvikler sig over tid, men strukturelle asymmetrier mellem hemisfærerne er blevet rapporteret selv hos fostre (Chi, Dooling, & Gilles, 1997; Kasprian et al., 2011) og spædbørn (Dubois et al., 2009).

Neuroplasticity

Sidst henviser neuroplasticity til hjernens evne til at ændre sig, både fysisk og kemisk, for at forbedre dens tilpasningsevne til miljømæssige ændringer og kompensere for skader. Neuroplasticitet gør os i stand til at lære og huske nye ting og tilpasse os til nye oplevelser. Både miljømæssige oplevelser, som f.eks. stimulation, og begivenheder i en persons krop, som f.eks. hormoner og gener, påvirker hjernens plasticitet. Det gør alderen også. Vores hjerner er mest “plastiske”, når vi er små børn, da det er i denne periode, at vi lærer mest om vores omgivelser. Voksne hjerner udviser neuroplasticitet, men de påvirkes langsommere og mindre omfattende end børns hjerner (Kolb & Whishaw, 2011).

Video 3.4.2. Langtidspotentiering og synaptisk plasticitet forklarer, hvordan læring sker gennem synaptiske forbindelser og plasticitet.

Kontrollen af nogle specifikke kropsfunktioner, som f.eks. bevægelse, syn og hørelse, udføres i bestemte områder af cortex. Hvis disse områder beskadiges, vil den enkelte sandsynligvis miste evnen til at udføre den tilsvarende funktion. Hvis et spædbarn f.eks. lider skade på områderne for ansigtsgenkendelse i tindingelappen, vil han eller hun sandsynligvis aldrig kunne genkende ansigter (Farah, Rabinowitz, Quinn, & Liu, 2000). På den anden side er hjernen ikke opdelt på en helt fastlåst måde. Hjernens neuroner har en bemærkelsesværdig evne til at reorganisere og udvide sig selv for at udføre bestemte funktioner som svar på organismens behov og til at reparere skader. Som følge heraf skaber hjernen konstant nye neurale kommunikationsveje og omlægger eksisterende kommunikationsveje.

Hjernens modning i løbet af barndommen

Hjernen er omkring 75 procent af sin voksenvægt i treårsalderen. Ved 6 års alderen er den på 95 procent af sin voksenvægt (Lenroot & Giedd, 2006). Myeliniseringen og udviklingen af dendritter fortsætter med at finde sted i cortexen, og efterhånden som det sker, ser vi en tilsvarende ændring i det, barnet er i stand til at gøre. Større udvikling i den præfrontale cortex, det område af hjernen bag panden, der hjælper os med at tænke, lægge strategier og kontrollere opmærksomhed og følelser, gør det i stigende grad muligt at hæmme følelsesmæssige udbrud og forstå at spille spil.

Figur 3.4.4.4. Corpus Callosum.

Vækst i hjernehalvdelene og Corpus Callosum

Mellem 3 og 6 år vokser den venstre hjernehalvdel dramatisk. Denne side af hjernen eller hemisfære er typisk involveret i sproglige færdigheder. Den højre hjernehalvdel fortsætter med at vokse i hele den tidlige barndom og er involveret i opgaver, der kræver rumlige færdigheder, som f.eks. at genkende former og mønstre. Corpus callosum, et tæt bånd af fibre, der forbinder de to hjernehalvdele, indeholder ca. 200 millioner nervefibre, der forbinder hjernehalvdele (Kolb & Whishaw, 2011).

Corpus callosum ligger et par tommer under den langsgående revne, der løber i hjernens længde og adskiller de to hjernehalvdele (Garrett, 2015). Fordi de to hjernehalvdele udfører forskellige funktioner, kommunikerer de med hinanden og integrerer deres aktiviteter gennem corpus callosum. Fordi indkommende information er rettet mod den ene hjernehalvdel, f.eks. visuel information fra venstre øje, der er rettet mod højre hjernehalvdel, deler corpus callosum desuden denne information med den anden hjernehalvdel.

Corpus callosum gennemgår en vækstspurt mellem 3 og 6 år, og dette resulterer i en forbedret koordinering mellem opgaver i højre og venstre hjernehalvdel. I sammenligning med andre personer udviser børn under 6 år for eksempel vanskeligheder med at koordinere et Etch A Sketch-legetøj, fordi deres corpus callosum ikke er udviklet nok til at integrere begge hænders bevægelser (Kalat, 2016).

Hjerneudvikling hos teenagere

Den menneskelige hjerne er ikke fuldt udviklet, når en person når puberteten. Mellem 10 og 25 år gennemgår hjernen forandringer, der har vigtige konsekvenser for adfærd. Hjernen har nået 90 % af sin voksenstørrelse, når en person er seks eller syv år gammel. Hjernen vokser altså ikke meget i størrelse i ungdomsårene. Men hjernens folder fortsætter med at blive mere komplekse indtil de sene teenageår. De mest markante ændringer i hjernens folder i denne periode sker i de dele af hjernebarken, der behandler kognitiv og følelsesmæssig information. Ændringer i hjernen har direkte indflydelse på ændringer i adfærd og mentale processer. Vi vil diskutere nogle af disse spørgsmål.

Figur 3.4.5. Hjernen når sin største størrelse i de tidlige teenageår, men fortsætter med at modnes langt ind i 20’erne.

Hjerneforandringer

Op til puberteten fortsætter hjernecellerne med at blomstre i den forreste del af hjernen. Nogle af de mest udviklingsmæssigt betydningsfulde ændringer i hjernen sker i den præfrontale cortex, som er involveret i beslutningstagning og kognitiv kontrol samt i andre højere kognitive funktioner. I løbet af ungdomsårene øges myeliniseringen og den synaptiske beskæring i den præfrontale cortex, hvilket forbedrer effektiviteten af informationsbehandlingen, og de neurale forbindelser mellem den præfrontale cortex og andre regioner i hjernen styrkes. Denne vækst tager imidlertid tid, og væksten er ujævn.

Det limbiske system

Det limbiske system udvikler sig flere år før den præfrontale cortex. Udviklingen i det limbiske system spiller en væsentlig rolle i bestemmelsen af belønninger og straffe og i behandlingen af følelsesmæssige oplevelser og social information. Pubertetshormoner retter sig direkte mod amygdala, og stærke fornemmelser bliver overbevisende (Romeo, 2013). Hjernescanninger bekræfter, at kognitiv kontrol, som afsløret af fMRI-undersøgelser, ikke er fuldt udviklet før voksenalderen, fordi den præfrontale cortex er begrænset i forbindelser og engagement (Hartley & Somerville, 2015). Husk, at dette område er ansvarligt for dømmekraft, impulskontrol og planlægning, og det er stadig ved at modnes i det tidlige voksenliv (Casey, Tottenham, Liston, & Durston, 2005).

Figur 3.4.6. Det limbiske system.

Dertil kommer, at ændringer i både niveauerne af neurotransmitterne dopamin og serotonin i det limbiske system gør unge mere følelsesmæssige og mere lydhøre over for belønninger og stress. Dopamin er en neurotransmitter i hjernen, der er forbundet med nydelse og tilpasning til omgivelserne under beslutningstagning. I løbet af ungdomsårene stiger dopaminniveauerne i det limbiske system, og dopamintilførslen til den præfrontale cortex øges. Den øgede dopaminaktivitet i ungdomsårene kan have betydning for unges risikotagning og sårbarhed over for kedsomhed. Serotonin er involveret i reguleringen af humør og adfærd. Det påvirker hjernen forskelligt. Serotonin, der er kendt som det “beroligende kemikalie”, mindsker spændinger og stress. Serotonin sætter også en bremse på den spænding og til tider hensynsløshed, som dopamin kan give anledning til. Hvis der er en defekt i serotoninbehandlingen i hjernen, kan der opstå impulsiv eller voldelig adfærd.

Den præfrontale cortex

Den præfrontale cortex, den del af frontallapperne, der ligger lige bag panden, omtales ofte som “hjernens administrerende direktør”, det kognitive kontrolcenter. Denne hjerne region er ansvarlig for kognitiv analyse, abstrakt tænkning, moderering af “korrekt” adfærd i sociale situationer, evnen til at udøve god dømmekraft, selvregulering og fremtidsorientering. Den præfrontale cortex modtager oplysninger fra alle sanser og styrer tanker og handlinger for at nå specifikke mål (Casey, Jones, & Hare, 2008; Walsh, 2004). Omkring 11-årsalderen begynder denne region af hjernen en langvarig proces med beskæring og myelinisering, og den er ikke afsluttet, før den er tæt på 25-årsalderen. Denne region af hjernen er en af de sidste, der når modenhed. Denne forsinkelse kan være med til at forklare, hvorfor nogle unge opfører sig, som de gør. De såkaldte “eksekutive funktioner” i den menneskelige præfrontale cortex omfatter bl.a:

• Fokusering af opmærksomhed
• Organisering af tanker og problemløsning
• Forudsigelse og afvejning af mulige konsekvenser af adfærd
• Opmærksomhed på fremtiden og forudsigelser
• Formning af strategier og planlægning
• Evne til at balancere kort-belønninger på kort sigt med langsigtede mål
• Omskifte/tilpasse adfærd, når situationer ændrer sig
• Impulskontrol og udsættelse af tilfredsstillelse
• Modulering af intense følelser
• Indhæmning af uhensigtsmæssig adfærd og iværksættelse af hensigtsmæssig adfærd
• Simultan hensyntagen til flere informationsstrømme, når man står over for komplekse og udfordrende oplysninger

Figur 3.4.7. Hjernens udvikling fortsætter ind i de tidlige 20’ere. Især udviklingen af frontallappen er vigtig i denne fase.

Den forskellige timing af udviklingen af det limbiske system og den præfrontale cortex bidrager til mere risikovillighed i ungdomsårene. Fordi unge er motiveret til at søge spænding, som nogle gange kommer fra risikabel adfærd, er de mere tilbøjelige til at deltage i hensynsløs kørsel, rygning eller drikkeri, og de har endnu ikke udviklet den kognitive kontrol til at modstå impulserne eller fokusere lige så meget på de potentielle risici (Steinberg, 2008). En af verdens førende eksperter i ungdomsudvikling, Laurence Steinberg, sammenligner dette med at sætte en kraftig motor i gang, før bremsesystemet er på plads. Resultatet er, at unge er mere tilbøjelige til at udvise risikabel adfærd end børn eller voksne.

Integration af hjerneområder

MRI-undersøgelser af hjernen viser, at udviklingsprocesser har en tendens til at foregå i hjernen i et mønster fra ryg til front, hvilket forklarer, hvorfor den præfrontale cortex udvikles sidst. Disse undersøgelser har også vist, at teenagere har mindre hvidt stof (myelin) i hjernens frontallapper sammenlignet med voksne, men at denne mængde stiger, efterhånden som teenageren bliver ældre. Med mere myelin følger væksten af vigtige hjerneforbindelser, hvilket giver mulighed for en bedre informationsstrøm mellem hjerneområderne. MRI-undersøgelser har også afsløret, at der i ungdomsårene sker en forøgelse af det hvide stof i corpus callosum, det bundt af nervefibre, der forbinder højre og venstre hjernehalvdel. Denne udvikling giver mulighed for forbedret kommunikation mellem hjernehalvdelene, hvilket gør det muligt at anvende en hel række analytiske og kreative strategier til at reagere på de komplekse dilemmaer, der kan opstå i et ungt menneskes liv (Giedd, 2004).

Sammenfattende er ungdomsårene en tid med dybtgående ændringer i hjernen. Det er interessant, at to af de primære hjernefunktioner udvikler sig med forskellig hastighed. Hjerneforskningen viser, at den del af hjernen, der opfatter belønninger fra risiko, det limbiske system, går i højeste gear i den tidlige ungdom. Den del af hjernen, der styrer impulser og har et mere langsigtet perspektiv, frontallapperne, modnes senere. Denne forsinkelse kan forklare, hvorfor teenagere i midten af ungdomsårene tager flere risici end ældre teenagere.

Når frontallapperne bliver mere udviklede, sker der to ting. For det første udvikles selvkontrollen, da teenagere er bedre i stand til at vurdere årsag og virkning. For det andet bliver flere områder af hjernen involveret i behandling af følelser, og teenagere bliver bedre til at fortolke andres følelser præcist.

Video 3.4.4.4. Brain Changes in Adolescence beskriver nogle af de fysiske forandringer, der sker i ungdomsårene.

Educational Neuroscience

Educational neuroscience (eller neuropædagogik) er et nyt videnskabeligt område, der samler forskere inden for neurovidenskab, psykologi, pædagogik og endda teknologi for at udforske samspillet mellem biologiske processer og uddannelse. Forskere inden for pædagogisk neurovidenskab undersøger de neurale mekanismer for processer som f.eks. indlæring, hukommelse, opmærksomhed, intelligens og motivation. Deres forskning beskæftiger sig også med vanskeligheder, herunder dysleksi, dyskalkuli og ADHD, i forbindelse med uddannelse. Forskere på dette område kan forbinde grundlæggende resultater inden for kognitiv neurovidenskab med undervisningsteknologi for at hjælpe med gennemførelsen af læseplaner for specifikke akademiske områder som f.eks. matematik og læseundervisning. Pædagogisk neurovidenskab har til formål at generere grundforskning og anvendt forskning, der vil give en ny tværfaglig redegørelse for læring og undervisning, som kan informere undervisningen.

Video 3.4.5. Introduktion til pædagogisk neurovidenskab diskuterer, hvordan neurovidenskab kan informere undervisningen og afliver flere almindelige myter om hjernens funktion, som lærere og elever har.