Nieuw bewijs voor een kritische periode van neuroplasticiteit in de frontale kwab tijdens de adolescentie

Nieuw bewijs voor een kritische periode van neuroplasticiteit in de frontale kwab tijdens de adolescentie

In een artikel gepubliceerd in Progress in Neurobiology beschreven neurowetenschappers van de University of Pittsburgh School of Medicine overtuigend nieuw bewijs voor een kritieke periode van neuroplasticiteit in het frontale hersengebied tijdens de adolescentie, een tijd waarin ernstige psychische aandoeningen zoals depressie en schizofrenie voorkomen en het nemen van risicogedrag piekt.

Met behulp van meer dan tweemaal de resolutie van een typische magnetische resonantiebeeldvormingsscan vonden onderzoekers leeftijdsgebonden veranderingen in de relatieve balans van remmende en prikkelende neurotransmitters in de prefrontale cortex – een gebied van de hersenen dat verantwoordelijk is voor cognitie, besluitvorming, kortetermijngeheugen en het modereren van sociaal gedrag. De studie vergroot het inzicht van wetenschappers in kritische neuroplasticiteit in de kindertijd door het eerste bewijs te leveren van plasticiteit in de frontale cortex tijdens de adolescentie.

De prefrontale cortex wordt doorgaans omschreven als de ‘leider van de hersenen’. In plaats van een specifiek instrument te bespelen, coördineert het meerdere instrumenten en hersengebieden om complexe functies zoals perceptie of controle van emoties te bepalen.”

Beatriz Luna, Ph.D., senior auteur, hoogleraar psychiatrie bij Pitt

“Dit artikel levert biologisch bewijs voor wat we allemaal vermoeden over het gedrag van adolescenten,” voegde Luna eraan toe. “De adolescentie is de tijd waarin cognitie zich specialiseert in het ondersteunen van de overgang naar volwassenheid en het bepalen van levenslange hersenontwikkelingstrajecten die kunnen ontsporen, bijvoorbeeld bij psychische aandoeningen.”

De adolescentie is een uniek onderdeel van de ontwikkeling dat onderzoekers en ouders al generaties lang verbijstert. Deze periode van groei en ontwikkeling, gekenmerkt door een toegenomen zoektocht naar sensaties, die zich aanpast om nieuwe ervaringen op te doen die nodig zijn voor hersenspecialisatie op volwassen leeftijd, begint met het begin van de puberteit en eindigt over het algemeen wanneer de persoon 18 jaar of iets ouder wordt.

De plasticiteit van de hersenen in de kritieke periode wordt veroorzaakt door een grotere prikkelende functie in vergelijking met een remmende functie, wat aangeeft dat neuronale systemen moeten reorganiseren om het evenwicht te herwinnen.

Als onderdeel van de studie onderzochten wetenschappers de niveaus van twee hersenchemicaliën – glutamaat en gamma-aminoboterzuur, of GABA – in de frontale cortex. Glutamaat en GABA zijn beide overvloedig aanwezig in de hersenen. Neuronen gebruiken glutamaat om activerings- of excitatiesignalen over hun spruiten te sturen, terwijl GABA wordt gebruikt om ze te dempen en de hersenactivatie te remmen. Dit evenwicht tussen excitatie en remming is cruciaal voor de hersenen en voor wat de hersenontwikkeling wil bereiken.

In tegenstelling tot eerdere onderzoeken waarbij minder gevoelige beeldvormingstechnieken voor de hersenen werden gebruikt en alleen de niveaus van glutamaat of GABA werden onderzocht, onderzoekt het onderzoek van Luna en haar groep de balans tussen deze twee neurotransmitters door hun niveaus met een hogere mate van precisie te meten.

Met behulp van live hersenscans met hoge resolutie bij 144 adolescente en volwassen deelnemers ontdekten onderzoekers dat de balans tussen prikkelend glutamaat en remmende GABA toenam in de volwassenheid. Deze stijging was voornamelijk te wijten aan een significante daling van het glutamaatgehalte, dat met toenemende leeftijd in de buurt kwam van het GABA-gehalte.

Samen belichten de resultaten de kritische periodeplasticiteit in de frontale cortex van de hersenen en onderstrepen ze dat tijdens de adolescentie de dynamische vorming van het hersengebied dat cognitie en cognitieve controle ondersteunt, belangrijke implicaties heeft voor de manier waarop we de biologische mechanismen begrijpen van het toegenomen zoeken naar sensaties en ander adaptief gedrag dat de hersenbanen van volwassenen ondersteunt. Het vergroten van het begrip van chemische veranderingen in de hersenen en het definiëren van normatieve biologische mechanismen van hersenplasticiteit is de sleutel tot het ontwikkelen van therapieën die zich richten op psychische stoornissen.

“Het is belangrijk om de fundamentele veranderingen in de hersenen te onderzoeken die de overgang van adolescentie naar volwassenheid aandrijven”, zegt hoofdauteur Maria Perica, een onderzoeksstagiaire in de klinische psychologie bij Pitt. “Onvolledige kennis van normatieve hersenontwikkeling beperkt ons begrip van wat sommige van de veranderingen veroorzaakt die we klinisch zien.”

Andere auteurs van deze studie zijn onder meer Finnegan Calabro, Ph.D., Bart Larsen, Ph.D., Will Foran, Ph.D., Victor Yushmanov, Ph.D., en Chan-Hong Moon, Ph.D., allemaal uit Pitt; Hoby Hetherington, Ph.D., van de Universiteit van Missouri; en Brenden Tervo-Clemmens, Ph.D., van het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School.

Dit onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health (Grant MH067924) en de Staunton Farm Foundation.

Bron:

Universiteit van Pittsburgh

Referentie:

Perica, MI, et al. (2022) Ontwikkeling van frontale GABA en glutamaat ondersteunt het evenwicht tussen excitatie en remming vanaf de adolescentie tot aan de volwassenheid. Vooruitgang in de neurobiologie. doi.org/10.1016/j.pneurobio.2022.102370.

.