Alai

Creierul în primii doi ani

Câteva dintre cele mai dramatice schimbări fizice care au loc în primii doi ani de dezvoltare a creierului. Ne naștem cu cea mai mare parte a celulelor cerebrale pe care le vom avea vreodată; adică aproximativ 85 de miliarde de neuroni a căror funcție este de a stoca și transmite informații (Huttenlocher & Dabholkar, 1997). În timp ce majoritatea neuronilor creierului sunt prezenți la naștere, ei nu sunt complet maturi.

Figura 3.4.1. Cercetările arată că, încă de la 4-6 luni, sugarii utilizează zone similare ale creierului ca și adulții pentru a procesa informațiile. Imagine din Deen et al., 2017.

Comunicarea în cadrul sistemului nervos central (SNC), care constă din creier și măduva spinării, începe cu celule nervoase numite neuroni. Neuronii se conectează la alți neuroni prin intermediul unor rețele de fibre nervoase numite axoni și dendrite. Fiecare neuron are, de obicei, un singur axon și numeroase dendrite care sunt răspândite ca ramurile unui copac (unii vor spune că arată ca o mână cu degete). Axonul fiecărui neuron se îndreaptă spre dendritele altor neuroni la intersecții numite sinapse, care sunt legături critice de comunicare în cadrul creierului. Axonii și dendritele nu se ating, în schimb, impulsurile electrice din axoni determină eliberarea unor substanțe chimice numite neurotransmițători care transportă informația de la axonul neuronului emițător la dendritele neuronului receptor.

Figura 3.4.2. Neuron.

Sinaptogeneza și pruningul sinaptic

În timp ce majoritatea celor 100 până la 200 de miliarde de neuroni ai creierului sunt prezenți la naștere, ei nu sunt complet maturi. Fiecare cale neuronală formează mii de conexiuni noi în timpul copilăriei și copilăriei. Sinaptogeneza, sau formarea de conexiuni între neuroni, continuă din perioada prenatală formând mii de conexiuni noi în timpul copilăriei și al vârstei mici. În următorii câțiva ani, dendritele, sau conexiunile dintre neuroni, vor trece printr-o perioadă de exuberanță tranzitorie sau de creștere dramatică temporară (exuberantă pentru că este atât de rapidă și tranzitorie pentru că o parte din ea este temporară). Există o astfel de proliferare a acestor dendrite în timpul acestor primii ani, încât la vârsta de 2 ani un singur neuron ar putea avea mii de dendrite.

După această creștere dramatică, căile neuronale care nu sunt folosite vor fi eliminate printr-un proces numit pruning sinaptic, în care conexiunile neuronale sunt reduse, făcându-le astfel pe cele care sunt folosite mult mai puternice. Se crede că pruning-ul determină creierul să funcționeze mai eficient, permițând stăpânirea unor abilități mai complexe (Hutchinson, 2011). Experiența va modela care dintre aceste conexiuni sunt menținute și care dintre ele sunt pierdute. În cele din urmă, aproximativ 40 la sută dintre aceste conexiuni vor fi pierdute (Webb, Monk și Nelson, 2001). Exuberanța tranzitorie apare în primii câțiva ani de viață, iar tunderea continuă pe parcursul copilăriei și până în adolescență în diferite zone ale creierului. Această activitate are loc în principal în cortex sau învelișul exterior subțire al creierului implicat în activitatea voluntară și în gândire.

Video 3.4.1. Cum se dezvoltă creierul bebelușilor explică unele dintre schimbările cerebrale așteptate în primii câțiva ani de viață.

Mielinizarea

O altă schimbare semnificativă care are loc în sistemul nervos central este dezvoltarea mielinei, un înveliș de țesuturi grase în jurul axonului neuronului (Carlson, 2014). mielina ajută la izolarea celulei nervoase și la accelerarea vitezei de transmitere a impulsurilor de la o celulă la alta. Această creștere potențează construirea căilor neuronale și îmbunătățește coordonarea și controlul mișcărilor și al proceselor de gândire. În timpul copilăriei, mielinizarea progresează rapid, cu un număr tot mai mare de axoni care dobândesc învelișuri de mielină. Acest lucru corespunde cu dezvoltarea abilităților cognitive și motorii, inclusiv înțelegerea limbajului, dobândirea vorbirii, procesarea senzorială, târârea și mersul. Mielinizarea în zonele motorii ale creierului în timpul copilăriei timpurii și mijlocii duce la îmbunătățiri vaste în ceea ce privește abilitățile motorii fine și grosiere. Mielinizarea continuă în adolescență și la începutul vârstei adulte și, deși este în mare parte completă în acest moment, învelișurile de mielină pot fi adăugate în regiunile de materie cenușie, cum ar fi cortexul cerebral, pe tot parcursul vieții.

Structuri ale creierului

La naștere, creierul are aproximativ 25 la sută din greutatea sa de adult, iar la vârsta de doi ani, acesta are 75 la sută din greutatea sa de adult. Cea mai mare parte a activității neuronale are loc în cortex sau învelișul exterior subțire al creierului implicat în activitatea voluntară și în gândire. Cortexul este împărțit în două emisfere, iar fiecare emisferă este împărțită în patru lobi, fiecare fiind separat de falduri cunoscute sub numele de fisuri. Dacă privim cortexul începând din partea din față a creierului și mergând spre partea superioară, vedem mai întâi lobul frontal (în spatele frunții), care este responsabil în primul rând de gândire, planificare, memorie și judecată. După lobul frontal urmează lobul parietal, care se întinde din mijlocul până în spatele craniului și care este responsabil în primul rând de procesarea informațiilor despre atingere. Urmează lobul occipital, aflat chiar în partea din spate a craniului, care procesează informațiile vizuale. În cele din urmă, în fața lobului occipital, între urechi, se află lobul temporal, care este responsabil cu auzul și limbajul.

Figura 3.4.3. Lobii creierului.

Deși creierul crește rapid în timpul copilăriei, regiunile specifice ale creierului nu se maturizează în același ritm. Zonele motorii primare se dezvoltă mai devreme decât zonele senzoriale primare, iar cortexul prefrontal, care este situat în spatele frunții, este cel mai puțin dezvoltat. Pe măsură ce cortexul prefrontal se maturizează, copilul este din ce în ce mai capabil să reglementeze sau să controleze emoțiile, să planifice activități, să elaboreze strategii și să aibă o judecată mai bună. Această maturizare nu se realizează pe deplin în copilărie și în copilărie, dar continuă pe parcursul copilăriei, adolescenței și până la vârsta adultă.

Lateralizarea

Lateralizarea este procesul prin care diferite funcții devin localizate în principal pe o parte a creierului. De exemplu, la majoritatea adulților, emisfera stângă este mai activă decât cea dreaptă în timpul producerii limbajului, în timp ce modelul invers este observat în timpul sarcinilor care implică abilități visuospațiale (Springer & Deutsch, 1993). Acest proces se dezvoltă în timp, cu toate acestea, asimetriile structurale între emisfere au fost raportate chiar și la fetuși (Chi, Dooling, & Gilles, 1997; Kasprian et al., 2011) și la sugari (Dubois et al., 2009).

Neuroplasticitate

În cele din urmă, neuroplasticitatea se referă la capacitatea creierului de a se schimba, atât fizic, cât și chimic, pentru a-și spori adaptabilitatea la schimbările de mediu și pentru a compensa leziunile. Neuroplasticitatea ne permite să învățăm și să ne amintim lucruri noi și să ne adaptăm la experiențe noi. Atât experiențele de mediu, cum ar fi stimularea, cât și evenimentele din corpul unei persoane, cum ar fi hormonii și genele, afectează plasticitatea creierului. La fel și vârsta. Creierul nostru este cel mai „plastic” atunci când suntem copii mici, deoarece în această perioadă învățăm cel mai mult despre mediul nostru. Creierele adulților dau dovadă de neuroplasticitate, dar sunt influențate mai lent și mai puțin extensiv decât cele ale copiilor (Kolb & Whishaw, 2011).

Video 3.4.2. Potențializarea pe termen lung și plasticitatea sinaptică explică modul în care are loc învățarea prin conexiuni sinaptice și plasticitate.

Controlul unor funcții corporale specifice, cum ar fi mișcarea, vederea și auzul, se realizează în zone specifice ale cortexului. Dacă aceste zone sunt deteriorate, individul își va pierde probabil capacitatea de a îndeplini funcția corespunzătoare. De exemplu, dacă un copil suferă leziuni la nivelul zonelor de recunoaștere facială din lobul temporal, probabil că acesta nu va putea niciodată să recunoască fețele (Farah, Rabinowitz, Quinn, & Liu, 2000). Pe de altă parte, creierul nu este împărțit într-un mod complet rigid. Neuronii creierului au o capacitate remarcabilă de a se reorganiza și de a se extinde pentru a îndeplini anumite funcții, ca răspuns la nevoile organismului, și de a repara daunele. Ca urmare, creierul creează în mod constant noi căi de comunicare neuronală și le reconectează pe cele existente.

Maturarea creierului în timpul copilăriei

Creierul are aproximativ 75% din greutatea sa de adult la vârsta de trei ani. La vârsta de 6 ani, acesta este la 95 la sută din greutatea sa de adult (Lenroot & Giedd, 2006). Mielinizarea și dezvoltarea dendritelor continuă să aibă loc în cortex și, pe măsură ce acest lucru se întâmplă, observăm o schimbare corespunzătoare în ceea ce copilul este capabil să facă. O dezvoltare mai mare în cortexul prefrontal, zona creierului din spatele frunții care ne ajută să gândim, să elaborăm strategii și să controlăm atenția și emoțiile, face din ce în ce mai posibilă inhibarea izbucnirilor emoționale și înțelegerea modului de a juca jocuri.

Figura 3.4.4. Corpul calos.

Creșterea emisferelor și a corpului calos

Între vârstele de 3 și 6 ani, emisfera stângă a creierului crește în mod spectaculos. Această parte a creierului sau emisferă este de obicei implicată în abilitățile lingvistice. Emisfera dreaptă continuă să crească pe tot parcursul copilăriei timpurii și este implicată în sarcini care necesită abilități spațiale, cum ar fi recunoașterea formelor și modelelor. Corpul calos, o bandă densă de fibre care leagă cele două emisfere ale creierului, conține aproximativ 200 de milioane de fibre nervoase care leagă emisferele (Kolb & Whishaw, 2011).

Corpul calos este situat la câțiva centimetri sub fisura longitudinală, care se întinde pe toată lungimea creierului și separă cele două emisfere cerebrale (Garrett, 2015). Deoarece cele două emisfere îndeplinesc funcții diferite, ele comunică între ele și își integrează activitățile prin intermediul corpului calos. În plus, deoarece informațiile primite sunt direcționate către o emisferă, cum ar fi informațiile vizuale de la ochiul stâng care sunt direcționate către emisfera dreaptă, corpul calos împărtășește aceste informații cu cealaltă emisferă.

Corpul calos suferă un puseu de creștere între 3 și 6 ani, iar acest lucru duce la o mai bună coordonare între sarcinile emisferei drepte și cele ale emisferei stângi. De exemplu, în comparație cu alte persoane, copiii mai mici de 6 ani demonstrează dificultăți în coordonarea unei jucării Etch A Sketch, deoarece corpul lor calos nu este suficient de dezvoltat pentru a integra mișcările ambelor mâini (Kalat, 2016).

Dezvoltarea creierului la adolescenți

Creierul uman nu este complet dezvoltat până în momentul în care o persoană ajunge la pubertate. Între 10 și 25 de ani, creierul suferă modificări care au implicații importante pentru comportament. Creierul atinge 90% din dimensiunea sa de adult în momentul în care o persoană are șase sau șapte ani. Astfel, creierul nu crește foarte mult în dimensiune în timpul adolescenței. Cu toate acestea, pliurile din creier continuă să devină mai complexe până la sfârșitul adolescenței. Cele mai semnificative modificări ale pliurilor creierului în această perioadă au loc în părțile cortexului care procesează informațiile cognitive și emoționale. Modificările la nivelul creierului influențează în mod direct modificările comportamentului și ale procesului mental. Vom discuta unele dintre aceste aspecte.

Figura 3.4.5. Creierul atinge cea mai mare dimensiune la începutul adolescenței, dar continuă să se maturizeze până la vârsta de 20 de ani.

Schimbări ale creierului

Până la pubertate, celulele cerebrale continuă să înflorească în regiunea frontală. Unele dintre cele mai semnificative modificări ale creierului din punct de vedere al dezvoltării au loc în cortexul prefrontal, care este implicat în luarea deciziilor și controlul cognitiv, precum și în alte funcții cognitive superioare. În timpul adolescenței, mielinizarea și tunderea sinaptică în cortexul prefrontal cresc, îmbunătățind eficiența procesării informațiilor, iar conexiunile neuronale dintre cortexul prefrontal și alte regiuni ale creierului sunt întărite. Cu toate acestea, această creștere necesită timp, iar creșterea este inegală.

Sistemul limbic

Sistemul limbic se dezvoltă cu ani înainte de cortexul prefrontal. Dezvoltarea sistemului limbic joacă un rol esențial în determinarea recompenselor și pedepselor și în procesarea experiențelor emoționale și a informațiilor sociale. Hormonii pubertății vizează direct amigdala, iar senzațiile puternice devin convingătoare (Romeo, 2013). Scanările cerebrale confirmă faptul că controlul cognitiv, relevat de studiile fMRI, nu este pe deplin dezvoltat până la vârsta adultă, deoarece cortexul prefrontal este limitat în ceea ce privește conexiunile și implicarea (Hartley & Somerville, 2015). Reamintim că această zonă este responsabilă cu judecata, controlul impulsurilor și planificarea și este încă în curs de maturizare până la începutul vârstei adulte (Casey, Tottenham, Liston, & Durston, 2005).

Figura 3.4.6. Sistemul limbic.

În plus, modificările atât ale nivelurilor de neurotransmițători dopamină și serotonină din sistemul limbic îi fac pe adolescenți mai emoționali și mai receptivi la recompense și stres. Dopamina este un neurotransmițător din creier asociat cu plăcerea și armonizarea cu mediul înconjurător în timpul luării deciziilor. În timpul adolescenței, nivelurile de dopamină din sistemul limbic cresc, iar aportul de dopamină către cortexul prefrontal crește. Activitatea crescută a dopaminei în adolescență poate avea implicații în ceea ce privește asumarea de riscuri de către adolescenți și vulnerabilitatea la plictiseală. Serotonina este implicată în reglarea stării de spirit și a comportamentului. Aceasta afectează creierul în mod diferit. Cunoscută drept „substanța chimică de calmare”, serotonina atenuează tensiunea și stresul. Serotonina frânează, de asemenea, entuziasmul și, uneori, nesăbuința pe care le poate produce dopamina. Dacă există un defect în procesarea serotoninei în creier, poate rezulta un comportament impulsiv sau violent.

Cortexul prefrontal

Cortexul prefrontal, partea lobilor frontali care se află chiar în spatele frunții, este deseori numit „directorul general al creierului”, centrul de control cognitiv. Această regiune a creierului este responsabilă pentru analiza cognitivă, gândirea abstractă, moderarea comportamentului „corect” în situații sociale, capacitatea de a exercita o bună judecată, autoreglarea și orientarea spre viitor. Cortexul prefrontal preia informații de la toate simțurile și orchestrează gândurile și acțiunile pentru a atinge obiective specifice (Casey, Jones, & Hare, 2008; Walsh, 2004). În jurul vârstei de 11 ani, această regiune a creierului începe un proces prelungit de pruning și mielinizare și nu este finalizat până aproape de vârsta de 25 de ani. Această regiune a creierului este una dintre ultimele care ajung la maturitate. Această întârziere poate ajuta la explicarea motivelor pentru care unii adolescenți se comportă așa cum o fac. Așa-numitele „funcții executive” ale cortexului prefrontal uman includ:

• Concentrarea atenției
• Organizarea gândurilor și rezolvarea problemelor
• Prevederea și cântărirea posibilelor consecințe ale comportamentului
• Considerarea viitorului și realizarea de predicții
• Formarea strategiilor și planificarea
• Capacitatea de a echilibra scurt…recompense pe termen scurt cu obiectivele pe termen lung
• Schimbarea/adaptarea comportamentului atunci când situațiile se schimbă
• Controlul impulsurilor și întârzierea gratificării
• Modularea emoțiilor intense
• Inhibarea comportamentului neadecvat și inițierea unui comportament adecvat
• Simultanat, luând în considerare mai multe fluxuri de informații atunci când se confruntă cu informații complexe și provocatoare

Figura 3.4.7. Dezvoltarea creierului continuă până la vârsta de 20 de ani. Dezvoltarea lobului frontal, în special, este importantă în această etapă.

Diferența de timp în dezvoltarea sistemului limbic și a cortexului prefrontal contribuie la o mai mare asumare de riscuri în timpul adolescenței. Deoarece adolescenții sunt motivați să caute senzații tari care provin uneori din comportamente riscante, este mai probabil ca aceștia să se angajeze în conducere imprudentă, fumat sau băutură și nu au dezvoltat încă controlul cognitiv pentru a rezista impulsurilor sau pentru a se concentra în mod egal asupra riscurilor potențiale (Steinberg, 2008). Unul dintre cei mai importanți experți mondiali în dezvoltarea adolescenților, Laurence Steinberg, compară acest lucru cu pornirea unui motor puternic înainte ca sistemul de frânare să fie pus în funcțiune. Rezultatul este că adolescenții sunt mai predispuși la comportamente riscante decât copiii sau adulții.

Integrarea regiunilor cerebrale

Studiile RMN ale creierului arată că procesele de dezvoltare tind să aibă loc în creier după un tipar de la spate la față, explicând de ce cortexul prefrontal se dezvoltă ultimul. Aceste studii au constatat, de asemenea, că adolescenții au mai puțină materie albă (mielină) în lobii frontali ai creierului lor în comparație cu adulții, dar această cantitate crește pe măsură ce adolescentul îmbătrânește. Odată cu mai multă mielină vine și creșterea conexiunilor cerebrale importante, permițând un flux mai bun de informații între regiunile creierului. Cercetările prin RMN au arătat, de asemenea, că în timpul adolescenței, materia albă crește în corpul calos, pachetul de fibre nervoase care leagă emisfera dreaptă și cea stângă a creierului. Această dezvoltare permite o comunicare îmbunătățită între emisfere, ceea ce permite ca o gamă completă de strategii analitice și creative să fie folosite pentru a răspunde la dilemele complexe care pot apărea în viața unui tânăr (Giedd, 2004).

În concluzie, anii adolescenței sunt o perioadă de schimbări profunde ale creierului. Este interesant faptul că două dintre funcțiile primare ale creierului se dezvoltă în ritmuri diferite. Cercetările privind creierul indică faptul că partea creierului care percepe recompensele din risc, sistemul limbic, intră în viteză la începutul adolescenței. Partea creierului care controlează impulsurile și se angajează într-o perspectivă pe termen mai lung, lobii frontali, se maturizează mai târziu. Această întârziere poate explica de ce adolescenții aflați la mijlocul adolescenței își asumă mai multe riscuri decât adolescenții mai în vârstă.

Pe măsură ce lobii frontali devin mai dezvoltați, se întâmplă două lucruri. În primul rând, se dezvoltă autocontrolul, deoarece adolescenții sunt mai capabili să evalueze mai bine cauza și efectul. În al doilea rând, mai multe zone ale creierului devin implicate în procesarea emoțiilor, iar adolescenții devin mai buni la interpretarea cu acuratețe a emoțiilor celorlalți.

Video 3.4.4.4. Modificări ale creierului în adolescență descrie unele dintre schimbările fizice care au loc în timpul adolescenței.

Neurostiința educațională

Neurostiința educațională (sau neuroeducația) este un domeniu științific emergent care reunește cercetători din domeniul neuroștiinței, psihologiei, educației și chiar tehnologiei, pentru a explora interacțiunile dintre procesele biologice și educație. Cercetătorii din domeniul neuroștiinței educaționale investighează mecanismele neuronale pentru procese precum învățarea, memoria, atenția, inteligența și motivația. Cercetarea lor se ocupă, de asemenea, de dificultățile, inclusiv dislexia, discalculia și ADHD, în ceea ce privește educația. Cercetătorii din acest domeniu pot face legătura între descoperirile de bază din neuroștiința cognitivă și tehnologia educațională pentru a contribui la punerea în aplicare a programelor de studii pentru domenii academice specifice, cum ar fi matematica și educația pentru lectură. Neuroștiința educațională își propune să genereze cercetări de bază și aplicative care să ofere o nouă descriere transdisciplinară a învățării și predării, capabilă să informeze educația.

Video 3.4.5. Introduction to Educational Neuroscience (Introducere în neuroștiința educațională) discută modul în care neuroștiința poate informa educația și risipește câteva mituri comune despre funcționarea creierului deținute de profesori și elevi.