Nye bevis for en kritisk periode med nevroplastisitet i frontallappen under ungdomsårene

Nye bevis for en kritisk periode med nevroplastisitet i frontallappen under ungdomsårene

I en artikkel publisert i Progress in Neurobiology beskrev nevrovitenskapsmenn ved University of Pittsburgh School of Medicine overbevisende nye bevis for en kritisk periode med nevroplastisitet i frontalhjerneregionen under ungdomsårene, en tid da alvorlige psykiske lidelser som depresjon og schizofreni oppstår, og risikotakende atferd topper.

Ved å bruke mer enn det dobbelte av oppløsningen til en typisk magnetisk resonansavbildningsskanning, fant forskerne aldersrelaterte endringer i den relative balansen mellom hemmende og eksitatoriske nevrotransmittere i den prefrontale cortex - et område av hjernen som er ansvarlig for kognisjon, beslutningstaking, korttidshukommelse og modererende sosial atferd. Studien utvider forskernes forståelse av kritisk nevroplastisitet i spedbarnsalderen ved å gi det første beviset på plastisitet i frontal cortex i ungdomsårene.

Den prefrontale cortex er vanligvis beskrevet som "lederen av hjernen." I stedet for å spille et spesifikt instrument, koordinerer den flere instrumenter og regioner i hjernen for å bestemme komplekse funksjoner som persepsjon eller kontroll av følelser."

Beatriz Luna, Ph.D., seniorforfatter, professor i psykiatri ved Pitt

"Denne artikkelen gir biologisk bevis for det vi alle har mistenkt om ungdomsatferd," la Luna til. "Ungdomstiden er tiden da kognisjon spesialiserer seg på å støtte overgangen til voksenlivet og bestemme livslange hjerneutviklingsbaner som kan avspores, for eksempel ved psykiske lidelser."

Ungdomstiden er en unik del av utviklingen som har forvirret både forskere og foreldre i generasjoner. Denne perioden med vekst og utvikling, preget av økt sensasjonssøking, tilpasningsdyktig for å få nye erfaringer som er nødvendige for hjernespesialisering i voksen alder, begynner med begynnelsen av puberteten og jevner seg generelt ut når personen når 18 år eller litt eldre.

Hjerneplastisitet i den kritiske perioden utløses av større eksitatorisk funksjon i forhold til hemmende funksjon, noe som signaliserer at nevronale systemer må omorganiseres for å gjenvinne balansen.

Som en del av studien undersøkte forskere nivåene av to hjernekjemikalier - glutamat og gamma-aminosmørsyre, eller GABA - i frontal cortex. Glutamat og GABA er begge rikelig i hjernen. Nevroner bruker glutamat til å sende aktiverings- eller eksitasjonssignaler over spirene deres, mens GABA brukes til å dempe dem og hemme hjerneaktivering. Denne balansen mellom eksitasjon og inhibering er avgjørende for hjernen og hva hjerneutviklingen tar sikte på å oppnå.

I motsetning til tidligere studier som brukte mindre sensitive hjerneavbildningsteknikker og bare undersøkte nivåer av enten glutamat eller GABA, undersøker Luna og hennes gruppes studie balansen mellom disse to nevrotransmitterne ved å måle nivåene deres med en høyere grad av presisjon.

Ved å bruke levende, høyoppløselig hjerneavbildning hos 144 ungdommer og voksne deltakere, fant forskerne at balansen mellom eksitatorisk glutamat og hemmende GABA økte i voksen alder. Denne økningen skyldtes hovedsakelig en betydelig nedgang i glutamatnivåer, som nærmet seg GABA-nivåer med økende alder.

Sammen belyser resultatene kritisk periodeplastisitet i hjernens frontale cortex og understreker at under ungdomsårene har den dynamiske utformingen av hjerneregionen som støtter kognisjon og kognitiv kontroll viktige implikasjoner for hvordan vi forstår de biologiske mekanismene for økt sensasjonssøking og annen adaptiv atferd som støtter voksnes hjernebaner. Å utvide forståelsen av kjemiske endringer i hjernen og definere normative biologiske mekanismer for hjerneplastisitet er nøkkelen til å utvikle terapier rettet mot psykiske lidelser.

"Det er viktig å undersøke de grunnleggende endringene i hjernen som driver overgangen fra ungdomsår til voksen alder," sa hovedforfatter Maria Perica, en forskerpraktikant i klinisk psykologi ved Pitt. "Ufullstendig kunnskap om normativ hjerneutvikling begrenser vår forståelse av hva som driver noen av endringene vi ser klinisk."

Ytterligere forfattere av denne studien inkluderer Finnegan Calabro, Ph.D., Bart Larsen, Ph.D., Will Foran, Ph.D., Victor Yushmanov, Ph.D., og Chan-Hong Moon, Ph.D., alle fra Pitt; Hoby Hetherington, Ph.D., ved University of Missouri; og Brenden Tervo-Clemmens, Ph.D., fra Massachusetts General Hospital og Harvard Medical School.

Denne forskningen ble støttet av National Institutes of Health (Grant MH067924) og Staunton Farm Foundation.

Kilde:

University of Pittsburgh

Referanse:

Perica, MI, et al. (2022) Utvikling av frontal GABA og glutamat støtter eksitasjons-/hemmingsbalansen fra ungdomsårene til voksen alder. Fremskritt innen nevrobiologi. doi.org/10.1016/j.pneurobio.2022.102370.

.