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Neue Beweise für eine kritische Neuroplastizitätsperiode im Frontalhirn während der Adoleszenz


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In einem in Progress in Neurobiology veröffentlichten Artikel beschrieben Neurowissenschaftler der University of Pittsburgh School of Medicine überzeugende neue Beweise für eine kritische Neuroplastizitätsphase in der frontalen Hirnregion während der Adoleszenz, einer Zeit, in der schwere psychische Erkrankungen wie Depressionen und Schizophrenie auftreten, und risikofreudiges Verhalten Spitzen.

Unter Verwendung von mehr als der doppelten Auflösung einer typischen Magnetresonanztomographie fanden die Forscher altersbedingte Veränderungen im relativen Gleichgewicht von hemmenden und erregenden Neurotransmittern im präfrontalen Kortex – einem Bereich des Gehirns, der für Kognition, Entscheidungsfindung, Kurzzeitgedächtnis und verantwortlich ist Moderation des Sozialverhaltens. Die Studie erweitert das Verständnis der Wissenschaftler über die kritische Neuroplastizität im Säuglingsalter, indem sie erstmals Beweise für die Plastizität im frontalen Kortex im Jugendalter liefert.

Der präfrontale Kortex wird typischerweise als „Leiter des Gehirns“ beschrieben. Anstatt ein bestimmtes Instrument zu spielen, koordiniert es mehrere Instrumente und Regionen des Gehirns, um komplexe Funktionen wie Wahrnehmung oder Kontrolle von Emotionen zu bestimmen.“

Beatriz Luna, Ph.D., leitende Autorin, Professorin für Psychiatrie an der Pitt

„Dieses Papier liefert biologische Beweise für das, was wir alle in Bezug auf das Verhalten von Jugendlichen vermutet haben“, fügte Luna hinzu. „Die Jugend ist die Zeit, in der sich die Kognition darauf spezialisiert, den Übergang zum Erwachsenenalter zu unterstützen und lebenslange Entwicklungspfade des Gehirns zu bestimmen, die beispielsweise bei psychischen Erkrankungen entgleisen können.“

Die Adoleszenz ist ein einzigartiger Teil der Entwicklung, der Forscher und Eltern gleichermaßen seit Generationen verwirrt. Diese Phase des Wachstums und der Entwicklung, gekennzeichnet durch verstärkte Suche nach Sensationen, die adaptiv ist, um neue Erfahrungen zu sammeln, die für die Spezialisierung des Gehirns im Erwachsenenalter erforderlich sind, beginnt mit dem Beginn der Pubertät und pendelt sich im Allgemeinen ein, wenn die Person 18 Jahre oder etwas älter wird älter.

Die Plastizität des Gehirns in der kritischen Phase wird durch eine größere exzitatorische Funktion im Verhältnis zur inhibitorischen Funktion ausgelöst, was signalisiert, dass neuronale Systeme sich neu organisieren müssen, um das Gleichgewicht wiederzugewinnen.

Als Teil der Studie untersuchten die Wissenschaftler die Konzentrationen von zwei Gehirnchemikalien – Glutamat und Gamma-Aminobuttersäure oder GABA – im frontalen Kortex. Glutamat und GABA sind beide reichlich im Gehirn vorhanden. Neuronen verwenden Glutamat, um Aktivierungs- oder Erregungssignale über ihre Sprossen zu senden, während GABA verwendet wird, um sie zu dämpfen und die Gehirnaktivierung zu hemmen. Dieses Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung ist entscheidend für das Gehirn und das, was die Gehirnentwicklung erreichen will.

Im Gegensatz zu früheren Studien, die weniger empfindliche bildgebende Verfahren des Gehirns verwendeten und nur die Konzentrationen von entweder Glutamat oder GABA untersuchten, untersucht die Studie von Luna und ihrer Gruppe das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Neurotransmittern, indem sie ihre Konzentrationen mit einem höheren Maß an Präzision misst.

Unter Verwendung hochauflösender Live-Bildgebung des Gehirns bei 144 jugendlichen und erwachsenen Teilnehmern fanden die Forscher heraus, dass das Gleichgewicht zwischen exzitatorischem Glutamat und inhibitorischem GABA bis ins Erwachsenenalter zunahm. Dieser Anstieg war hauptsächlich auf eine signifikante Abnahme des Glutamatspiegels zurückzuführen, der sich mit zunehmendem Alter dem GABA-Spiegel annäherte.

Zusammen beleuchten die Ergebnisse die kritische Periodenplastizität im frontalen Kortex des Gehirns und unterstreichen, dass während der Adoleszenz die dynamische Formung der Gehirnregion, die die Kognition und kognitive Kontrolle unterstützt, wichtige Auswirkungen darauf hat, wie wir die biologischen Mechanismen der verstärkten Suche nach Sensationen und anderer adaptiver Mechanismen verstehen Verhaltensweisen, die die Hirnbahnen von Erwachsenen unterstützen. Die Erweiterung des Verständnisses chemischer Veränderungen im Gehirn und die Definition normativer biologischer Mechanismen der Plastizität des Gehirns ist der Schlüssel zur Entwicklung von Therapien, die auf psychische Störungen abzielen.

„Es ist wichtig, die grundlegenden Veränderungen im Gehirn zu untersuchen, die den Übergang von der Jugend zum Erwachsenenalter vorantreiben“, sagte die Hauptautorin Maria Perica, eine Forschungspraktikantin in klinischer Psychologie bei Pitt. „Unvollständiges Wissen über die normative Gehirnentwicklung schränkt unser Verständnis darüber ein, was einige der Veränderungen antreibt, die wir klinisch sehen.“

Weitere Autoren dieser Studie sind Finnegan Calabro, Ph.D., Bart Larsen, Ph.D., Will Foran, Ph.D., Victor Yushmanov, Ph.D., und Chan-Hong Moon, Ph.D., alle von Pitt; Hoby Hetherington, Ph.D., von der University of Missouri; und Brenden Tervo-Clemmens, Ph.D., vom Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School.

Diese Forschung wurde von den National Institutes of Health (Grant MH067924) und der Staunton Farm Foundation unterstützt.

Quelle:

Universität Pittsburgh

Referenz:

Perica, MI, et al. (2022) Die Entwicklung von frontalem GABA und Glutamat unterstützt das Erregungs-/Hemmungsgleichgewicht von der Jugend bis ins Erwachsenenalter. Fortschritte in der Neurobiologie. doi.org/10.1016/j.pneurobio.2022.102370.

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Daniel Wom

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