Alai

Az agy az első két évben

Az agyfejlődés első két évében végbemenő fizikai változások közül néhány a legdrámaibb. A valaha is meglevő agysejtek többségével születünk, azaz körülbelül 85 milliárd neuronnal, amelyek feladata az információ tárolása és továbbítása (Huttenlocher & Dabholkar, 1997). Bár az agy neuronjainak nagy része már születéskor is jelen van, még nem teljesen érettek.

3.4.1. ábra. A kutatások azt mutatják, hogy a csecsemők már 4-6 hónapos korukban hasonló agyterületeket használnak az információ feldolgozásához, mint a felnőttek. A kép Deen et al. 2017-ből származik.

A központi idegrendszeren (CNS) belüli kommunikáció, amely az agyból és a gerincvelőből áll, az idegsejtekkel, az úgynevezett neuronokkal kezdődik. A neuronok az axonoknak és dendriteknek nevezett idegrostok hálózatán keresztül kapcsolódnak más neuronokhoz. Minden idegsejtnek általában egyetlen axonja és számos dendritje van, amelyek úgy helyezkednek el, mint egy fa ágai (egyesek szerint úgy néz ki, mint egy kéz ujjakkal). Az egyes neuronok axonja más neuronok dendritjei felé nyúlik a szinapszisoknak nevezett kereszteződésekben, amelyek az agyon belüli kritikus kommunikációs kapcsolatok. Az axonok és a dendritek nem érintkeznek, ehelyett az axonokban az elektromos impulzusok az úgynevezett neurotranszmitterek felszabadulását okozzák, amelyek a küldő neuron axonjától a fogadó neuron dendritjeihez viszik az információt.

3.4.2. ábra. Neuron.

Szinaptogenezis és szinaptikus metszés

Míg az agy 100-200 milliárd neuronjának nagy része születéskor már jelen van, nem teljesen érett. Minden idegpálya több ezer új kapcsolatot alakít ki csecsemő- és kisgyermekkorban. A szinaptogenezis, vagyis a neuronok közötti kapcsolatok kialakulása a prenatális periódustól kezdve folytatódik, több ezer új kapcsolatot képezve csecsemő- és kisgyermekkorban. A következő néhány év során a dendritek, vagyis a neuronok közötti kapcsolatok átmeneti túlburjánzáson vagy átmeneti drámai növekedésen mennek keresztül (túlburjánzás, mert olyan gyors, és átmeneti, mert egy része átmeneti). Ezekben a korai években a dendritek annyira elszaporodnak, hogy 2 éves korukra egyetlen neuron akár több ezer dendritet is tartalmazhat.

Ez után a drámai növekedés után a nem használt idegpályák megszűnnek a szinaptikus metszésnek nevezett folyamat révén, amelynek során az idegi kapcsolatok csökkennek, ezáltal a használtak sokkal erősebbé válnak. Úgy gondolják, hogy a metszés hatására az agy hatékonyabban működik, lehetővé téve az összetettebb készségek elsajátítását (Hutchinson, 2011). A tapasztalat alakítja ki, hogy ezek közül a kapcsolatok közül melyek maradnak fenn, és melyek vesznek el. Végül ezeknek a kapcsolatoknak körülbelül 40 százaléka fog elveszni (Webb, Monk és Nelson, 2001). Az átmeneti túlburjánzás az élet első néhány évében következik be, és a metszés folytatódik a gyermekkorban és a serdülőkorban az agy különböző területein. Ez a tevékenység elsősorban az agykéregben vagy az agy vékony külső burkában zajlik, amely az akaratlagos tevékenységben és a gondolkodásban vesz részt.

Videó 3.4.1. How Baby Brains Develop magyarázza az élet első néhány évében várható agyi változásokat.

Myelinizáció

A központi idegrendszerben bekövetkező másik jelentős változás a mielin, a neuron axonja körüli zsírszövetek bevonata, a myelin kialakulása (Carlson, 2014). a myelin segít szigetelni az idegsejtet és gyorsítja az impulzusok egyik sejtről a másikra történő átvitelének sebességét. Ez a növekedés fokozza az idegpályák kiépülését, és javítja a mozgás és a gondolkodási folyamatok koordinációját és irányítását. Csecsemőkorban a mielinizáció gyorsan fejlődik, egyre több axon szerzi meg a mielinhüvelyt. Ez megfelel a kognitív és motoros készségek fejlődésének, beleértve a nyelvi megértést, a beszéd elsajátítását, az érzékszervi feldolgozást, a kúszást és a járást. A korai és középső gyermekkorban az agy motoros területeinek myelinizációja a finom és durva motoros készségek nagymértékű fejlődéséhez vezet. A myelinizáció a serdülőkorban és a korai felnőttkorban is folytatódik, és bár ekkorra nagyrészt befejeződik, a szürkeállomány régióiban, például az agykéregben, egész életünk során myelinhüvelyeket lehet hozzáadni.

Agyszerkezetek

A születéskor az agy a felnőttkori súlyának körülbelül 25 százalékát, kétéves korára pedig a felnőttkori súlyának 75 százalékát éri el. A legtöbb idegi tevékenység az agykéregben vagy az agy vékony külső burkolatában zajlik, amely az akarati tevékenységben és a gondolkodásban vesz részt. Az agykéreg két féltekére oszlik, és mindkét félteke négy lebenyre tagolódik, amelyeket hasadékoknak nevezett redők választanak el egymástól. Ha az agykéreget az agy elülső részéből kiindulva és a tetején haladva nézzük, először a homloklebenyt látjuk (a homlok mögött), amely elsősorban a gondolkodásért, a tervezésért, az emlékezetért és az ítélőképességért felelős. A homloklebenyt követi a fali lebeny, amely a koponya közepétől a hátsó részig terjed, és amely elsősorban a tapintással kapcsolatos információk feldolgozásáért felelős. Ezután következik a nyakszirti lebeny, a koponya leghátsó részén, amely a vizuális információkat dolgozza fel. Végül a nyakszirti lebeny előtt, a fülek között található a halántéklebeny, amely a hallásért és a nyelvért felelős.

3.4.3. ábra. Az agy lebenyei.

Bár az agy csecsemőkorban gyorsan növekszik, az egyes agyi régiók nem azonos ütemben érnek. Az elsődleges motoros területek hamarabb fejlődnek, mint az elsődleges érzékszervi területek, és a homlok mögött elhelyezkedő prefrontális kéreg a legkevésbé fejlett. Ahogy a prefrontális kéreg érik, a gyermek egyre inkább képes az érzelmek szabályozására vagy ellenőrzésére, a tevékenységek megtervezésére, a stratégiaalkotásra és a jobb ítélőképességre. Ez az érés nem teljesedik ki teljesen csecsemő- és kisgyermekkorban, hanem folytatódik a gyermekkor, a serdülőkor és a felnőttkor folyamán.

Lateralizáció

Lateralizációnak nevezzük azt a folyamatot, amelynek során a különböző funkciók elsősorban az agy egyik oldalán lokalizálódnak. Például a legtöbb felnőttnél a nyelvi produkció során a bal félteke aktívabb, mint a jobb, míg a vizuospatialis képességeket igénylő feladatok során fordított mintázat figyelhető meg (Springer & Deutsch, 1993). Ez a folyamat idővel fejlődik, azonban a féltekék közötti strukturális aszimmetriákról már magzatoknál (Chi, Dooling, & Gilles, 1997; Kasprian et al., 2011) és csecsemőknél (Dubois et al., 2009) is beszámoltak.

Neuroplaszticitás

Végül a neuroplaszticitás az agy azon képességére utal, hogy fizikailag és kémiailag is képes megváltozni, hogy növelje a környezeti változásokhoz való alkalmazkodóképességét és kompenzálja a sérüléseket. A neuroplaszticitás teszi lehetővé, hogy új dolgokat tanuljunk és emlékezzünk, valamint alkalmazkodjunk az új tapasztalatokhoz. Mind a környezeti tapasztalatok, például az ingerek, mind a személy testén belüli események, például a hormonok és a gének befolyásolják az agy plaszticitását. Ugyanígy az életkor is. Agyunk akkor a legplasztikusabb, amikor kisgyermekek vagyunk, mivel ebben az időszakban tanuljuk a legtöbbet a környezetünkről. A felnőttek agya is mutat neuroplaszticitást, de lassabban és kevésbé kiterjedten hat rájuk, mint a gyermekeké (Kolb & Whishaw, 2011).

Videó 3.4.2. A hosszú távú potenciálás és a szinaptikus plaszticitás elmagyarázza, hogyan történik a tanulás a szinaptikus kapcsolatok és a plaszticitás révén.

A kéreg meghatározott területein történik egyes meghatározott testi funkciók, például a mozgás, a látás és a hallás irányítása. Ha ezek a területek károsodnak, az egyén valószínűleg elveszíti a megfelelő funkció ellátásának képességét. Ha például egy csecsemő a halántéklebenyben lévő arcfelismerő területek károsodását szenvedi el, valószínűleg soha nem lesz képes felismerni az arcokat (Farah, Rabinowitz, Quinn, & Liu, 2000). Másrészt az agy nem teljesen merev módon van felosztva. Az agy neuronjai figyelemre méltó képességgel rendelkeznek arra, hogy a szervezet igényeihez igazodva újraszerveződjenek és kibővüljenek, hogy bizonyos funkciókat lássanak el, és hogy a károsodásokat helyreállítsák. Ennek eredményeképpen az agy folyamatosan új idegi kommunikációs útvonalakat hoz létre, és újrahuzalozza a meglévőket.”

Agyi érés gyermekkorban

Az agy hároméves korára felnőttkori súlyának körülbelül 75 százalékát teszi ki. Hatéves korára felnőttkori súlyának 95 százalékát éri el (Lenroot & Giedd, 2006). Az agykéregben továbbra is zajlik a mielinizáció és a dendritek fejlődése, és ennek során ennek megfelelő változást látunk abban, amire a gyermek képes. A prefrontális kéreg – az agy homlok mögötti területe, amely segít a gondolkodásban, a stratégiaalkotásban, a figyelem és az érzelmek szabályozásában – nagyobb mértékű fejlődése egyre inkább lehetővé teszi az érzelmi kitörések gátlását és a játék megértését.

3.4.4. ábra. Corpus Callosum.

A féltekék és a Corpus Callosum növekedése

3 és 6 éves kor között az agy bal féltekéje drámaian megnő. Az agynak vagy féltekének ez az oldala jellemzően a nyelvi készségekben vesz részt. A jobb félteke az egész korai gyermekkorban tovább növekszik, és a térbeli készségeket igénylő feladatokban vesz részt, például a formák és minták felismerésében. A corpus callosum, az agy két féltekéjét összekötő sűrű rostszalag, körülbelül 200 millió idegrostot tartalmaz, amelyek összekötik a féltekéket (Kolb & Whishaw, 2011).

A corpus callosum néhány centivel a hosszanti hasadék alatt található, amely az agy hosszában fut, és elválasztja a két agyféltekét (Garrett, 2015). Mivel a két félteke különböző funkciókat lát el, a corpus callosumon keresztül kommunikálnak egymással és integrálják tevékenységeiket. Továbbá, mivel a beérkező információk az egyik félteke felé irányulnak, például a bal szem vizuális információi a jobb félteke felé, a corpus callosum megosztja ezeket az információkat a másik féltekével.

A corpus callosum 3 és 6 éves kor között növekedési rohamon megy keresztül, és ez a jobb és bal féltekei feladatok jobb koordinációját eredményezi. Például más egyénekkel összehasonlítva a 6 évesnél fiatalabb gyermekek nehézséget mutatnak egy Etch A Sketch játék koordinálásában, mert a corpus callosumuk nem elég fejlett ahhoz, hogy mindkét kéz mozgását integrálja (Kalat, 2016).

A serdülőkori agyfejlődés

Az emberi agy nem fejlődik ki teljesen, mire az ember eléri a pubertást. A 10 és 25 éves kor között az agy olyan változásokon megy keresztül, amelyek fontos hatással vannak a viselkedésre. Az agy hat-hét éves korára eléri felnőttkori méretének 90%-át. Az agy tehát a serdülőkorban nem sokat növekszik. Az agy ráncai azonban egészen a késő tizenéves korig tovább bonyolódnak. Az agy ráncainak legjelentősebb változásai ebben az időszakban az agykéreg azon részein következnek be, amelyek a kognitív és érzelmi információkat dolgozzák fel. Az agyban bekövetkező változások közvetlenül befolyásolják a viselkedés és a mentális folyamatok változásait. Ezek közül néhányat tárgyalunk.

3.4.5. ábra. Az agy a korai tinédzserkorban éri el legnagyobb méretét, de az érés jóval a 20-as évekig folytatódik.

Agyi változások

A pubertáskorig az agysejtek tovább virágoznak a frontális régióban. Az agy fejlődési szempontból legjelentősebb változásai közül néhány a prefrontális kéregben történik, amely részt vesz a döntéshozatalban és a kognitív kontrollban, valamint más magasabb kognitív funkciókban. Serdülőkorban a prefrontális kéregben fokozódik a mielinizáció és a szinaptikus metszés, ami javítja az információfeldolgozás hatékonyságát, és megerősödnek a prefrontális kéreg és az agy más régiói közötti idegi kapcsolatok. Ez a növekedés azonban időbe telik, és a növekedés egyenetlen.

A limbikus rendszer

A limbikus rendszer évekkel a prefrontális kéreg előtt fejlődik. A limbikus rendszer fejlődése alapvető szerepet játszik a jutalmak és büntetések meghatározásában, valamint az érzelmi tapasztalatok és a szociális információk feldolgozásában. A pubertáskori hormonok közvetlenül az amygdalát célozzák meg, és az erőteljes érzések kényszerítő erejűvé válnak (Romeo, 2013). Az agyi szkennelések megerősítik, hogy az fMRI-vizsgálatok által feltárt kognitív kontroll felnőttkorig nem fejlődik ki teljesen, mivel a prefrontális kéreg kapcsolatai és elkötelezettsége korlátozott (Hartley & Somerville, 2015). Emlékezzünk arra, hogy ez a terület felelős az ítélőképességért, az impulzuskontrollért és a tervezésért, és még a korai felnőttkorban is érik (Casey, Tottenham, Liston, & Durston, & Durston, 2005).

3.4.6. ábra. A limbikus rendszer.

A limbikus rendszerben mind a dopamin, mind a szerotonin neurotranszmitterek szintjének változása érzelmesebbé és a jutalmakra és a stresszre érzékenyebbé teszi a serdülőket. A dopamin egy olyan neurotranszmitter az agyban, amely az élvezethez és a környezethez való alkalmazkodáshoz kapcsolódik a döntéshozatal során. Serdülőkorban a limbikus rendszerben megnő a dopamin szintje, és a prefrontális kéregbe történő dopamin bevitel is fokozódik. A serdülőkorban megnövekedett dopamin-aktivitás hatással lehet a serdülőkori kockázatvállalásra és az unalommal szembeni sebezhetőségre. A szerotonin részt vesz a hangulat és a viselkedés szabályozásában. Különbözőképpen hat az agyra. A “nyugtató vegyi anyagként” ismert szerotonin enyhíti a feszültséget és a stresszt. A szerotonin fékezi az izgatottságot és néha a vakmerőséget is, amit a dopamin okozhat. Ha az agyban a szerotonin feldolgozásában hiba van, impulzív vagy erőszakos viselkedés alakulhat ki.

A prefrontális kéreg

A prefrontális kéreg, a homloklebeny közvetlenül a homlok mögött fekvő része, gyakran nevezik az “agy vezérigazgatójának”, a kognitív irányítóközpontnak. Ez az agyi régió felelős a kognitív elemzésért, az elvont gondolkodásért, a társas helyzetekben a “helyes” viselkedés mérsékléséért, a jó ítélőképességért, az önszabályozásért és a jövőorientációért. A prefrontális kéreg az összes érzékszervből származó információt befogadja, és a konkrét célok elérése érdekében hangszereli a gondolatokat és a cselekvéseket (Casey, Jones, & Hare, 2008; Walsh, 2004). Az agynak ez a régiója 11 éves kora körül megkezdi a metszés és a myelinizáció kiterjedt folyamatát, és csak 25 éves kora közelében fejeződik be. Az agynak ez a régiója az utolsók között érik el az érettséget. Ez a késés magyarázatot adhat arra, hogy egyes serdülők miért viselkednek úgy, ahogyan viselkednek. Az emberi prefrontális kéreg úgynevezett “végrehajtó funkciói” a következők:

• A figyelem összpontosítása
• A gondolatok szervezése és problémamegoldás
• A viselkedés lehetséges következményeinek előre látása és mérlegelése
• A jövő mérlegelése és előrejelzések készítése
• Stratégiák kialakítása és tervezés
• Képesség a rövid- és hosszú távú egyensúlyozásra.a hosszú távú jutalmakat a hosszú távú célokkal
• Viselkedésváltás/beállítás a helyzetek változásakor
• Impulzuskontroll és a kielégülés késleltetése
• Intenzív érzelmek modulálása
• Gátlás nem megfelelő viselkedés gátlása és a megfelelő viselkedés kezdeményezése
• több információáramlás egyidejű mérlegelése, amikor összetett és kihívást jelentő információkkal szembesülünk

3. ábra.4.7. Az agy fejlődése a 20-as évek elején is folytatódik. Különösen a homloklebeny fejlődése fontos ebben a szakaszban.

A limbikus rendszer és a prefrontális kéreg fejlődésének időbeli különbsége hozzájárul a serdülőkori nagyobb kockázatvállaláshoz. Mivel a serdülők motiváltak az izgalmak keresésére, amelyek néha a kockázatos viselkedésből fakadnak, nagyobb valószínűséggel vesznek részt vakmerő vezetésben, dohányzásban vagy ivásban, és még nem alakult ki bennük a kognitív kontroll, hogy ellenálljanak az impulzusoknak, vagy egyformán összpontosítsanak a lehetséges kockázatokra (Steinberg, 2008). A serdülőkori fejlődés egyik vezető szakértője, Laurence Steinberg ezt egy erős motor beindításához hasonlítja, mielőtt a fékrendszer a helyén lenne. Az eredmény az, hogy a serdülők hajlamosabbak a kockázatos viselkedésre, mint a gyerekek vagy a felnőttek.

Agyrégiók integrációja

Az agy MRI-vizsgálatai azt mutatják, hogy a fejlődési folyamatok az agyban általában hátulról előrehaladó mintázatban zajlanak, ami megmagyarázza, hogy miért a prefrontális kéreg fejlődik ki utoljára. Ezek a vizsgálatok azt is megállapították, hogy a tizenévesek agyának homloklebenyében kevesebb fehérállomány (myelin) található a felnőttekhez képest, de ez a mennyiség a tizenévesek életkorával növekszik. A több mielinnel együtt nőnek a fontos agyi kapcsolatok, lehetővé téve a jobb információáramlást az agyi régiók között. Az MRI-kutatások azt is kimutatták, hogy serdülőkorban a fehérállomány megnő a corpus callosumban, az agy jobb és bal féltekéjét összekötő idegrostkötegben. Ez a fejlődés lehetővé teszi a féltekék közötti fokozott kommunikációt, ami lehetővé teszi, hogy a fiatal életében felmerülő összetett dilemmák megválaszolásához az analitikus és kreatív stratégiák teljes skáláját bevethessük (Giedd, 2004).

Összefoglalva, a serdülőkor a mélyreható agyi változások időszaka. Érdekes módon két elsődleges agyi funkció eltérő ütemben fejlődik. Az agykutatás azt jelzi, hogy az agynak az a része, amely a kockázatból származó jutalmakat érzékeli, a limbikus rendszer, a korai serdülőkorban nagy sebességbe kapcsol. Az agynak az impulzusokat irányító és a hosszabb távú perspektívával foglalkozó része, a homloklebenyek később érnek. Ez a késés magyarázhatja, hogy a serdülőkor közepén a tizenévesek miért vállalnak több kockázatot, mint az idősebbek.

Amint a homloklebenyek fejlettebbé válnak, két dolog történik. Először is fejlődik az önkontroll, mivel a tizenévesek jobban fel tudják mérni az okot és a következményt. Másodszor, az agy több területe vesz részt az érzelmek feldolgozásában, és a tizenévesek jobban képesek mások érzelmeinek pontos értelmezésére.

Videó 3.4.4. Brain Changes in Adolescence (Agyváltozások serdülőkorban) ismerteti a serdülőkorban bekövetkező néhány fizikai változást.

A nevelési idegtudomány

A nevelési idegtudomány (vagy neuropedagógia) egy feltörekvő tudományterület, amely az idegtudomány, a pszichológia, az oktatás, sőt a technológia kutatóit is összefogja, hogy a biológiai folyamatok és az oktatás közötti kölcsönhatásokat vizsgálja. Az oktatási idegtudomány kutatói az olyan folyamatok idegi mechanizmusait vizsgálják, mint a tanulás, a memória, a figyelem, az intelligencia és a motiváció. Kutatásaik az oktatással kapcsolatos nehézségekkel, többek között a diszlexiával, a diszkalkuliával és az ADHD-val is foglalkoznak. Az ezen a területen dolgozó kutatók összekapcsolhatják a kognitív idegtudományok alapvető megállapításait az oktatási technológiával, hogy segítsék a tantervek végrehajtását bizonyos tanulmányi területeken, például a matematika és az olvasás oktatásában. Az oktatási idegtudomány célja olyan alap- és alkalmazott kutatások létrehozása, amelyek a tanulás és tanítás új, transzdiszciplináris beszámolóját nyújtják, amely képes informálni az oktatást.

3.4.5. videó. Bevezetés az oktatási idegtudományokba megvitatja, hogy az idegtudományok hogyan szolgálhatnak információval az oktatás számára, és eloszlat számos, a tanárok és diákok által az agyműködésről vallott általános mítoszt.