두뇌의 소성과 행동 (2011)

뇌 발달 단계

표 1 모든 포유류에서 뇌 발달의 특징적인 일반적인 단계를 설명합니다. 신경계를 생성 할 예정인 세포는 인간에서 수정 후 약 3 주 후에 형성되기 시작합니다. 이 세포들은 신경관을 형성하는데, 이것은 뇌의 종묘장이며 나중에 심실 영역으로 불립니다. 대뇌를 형성 할 예정인 세포는 약 6 주령에서 분열을 시작하고 약 14 주까지 대뇌는 약 7 개월까지 sulci와 gyri를 형성하기 시작하지 않지만 분명히 인간처럼 보입니다. 대부분의 신경 발생은 5 개월까지 완료되는데, 한 가지 중요한 예외는 해마의 세포로, 평생 동안 계속 뉴런을 형성합니다. 각 반구에서 인간 대뇌 피질을 형성하는 데 필요한 약 100 억 개의 세포가 있습니다. 이들 세포는 빠르게 형성되며, 그 피크에서 분당 약 250,000 뉴런이 형성되는 것으로 추정된다. 이 시점에서 뇌의 교란이 중대한 결과를 초래할 수 있음이 분명합니다.

 

테이블 1.

뇌 발달 단계

뉴런이 형성되면, 그들은 뇌실 아래에서 뇌 피질의 표면까지 확장되는 방사형 아교 세포에 의해 형성된 섬유 경로를 따라 이동하기 시작합니다.그림 1). 심실 영역은 특정 심실 영역에서 형성된 세포가 특정 피질 위치로 이동하도록하는 피질의 원시지도를 포함하는 것으로 보인다. 세포가 이동함에 따라 무한한 세포 운명 가능성이 있지만, 그들의 목적지에 도달함에 따라 유전자, 성숙 및 환경 적 영향의 상호 작용이 점점 더 특정 세포 유형으로의 분화를 향하여 그들을 조종한다. 일단 세포가 최종 목적지에 도달하면, (1) 수상 돌기를 성장시켜 다른 세포와의 시냅스를위한 표면적을 제공하고; 및 (2) 시냅스 형성을 개시하기 위해 축삭을 적절한 표적으로 연장하는 단계.

 

그림 1.

세포는 요골 신경을 따라 심실 영역에서 최종 성인 위치로 이동합니다 (Kolb & Whishaw, 2009).

수상 돌기 형성은 인간에서 태아기 시작하지만 출생 후에도 오랫동안 지속됩니다. 신생아의 수상 돌기는 세포체로부터 개별 과정이 튀어 나오면서 시작되며, 향후 2 년 동안 이러한 과정이 정교 해지고 대부분의 흥분성 시냅스의 위치 인 척추가 형성됩니다. 수지상 성장은 하루에 마이크로 미터 정도 느립니다. 축삭은 약 1000 배, 즉 하루에 약 1mm 정도 자랍니다. 이러한 차등 성장 속도는 중요하다. 그 세포의 수상 돌기가 완전히 형성되기 전에 빠르게 성장하는 축삭이 표적 세포와 접촉 할 수 있기 때문이다. 결과적으로 축삭은 수지상 분화 및 뇌 회로 형성에 영향을 줄 수 있습니다.

인간 대뇌 피질의 시냅스 형성은 총 100,000 조 (10) 이상의 엄청난 도전을 제기합니다.¹⁴). 이 엄청난 수는 유전자 프로그램에 의해 결정될 수 없었으며, 뇌의 신경 연결에 대한 일반적인 개요 만이 유 전적으로 미리 결정될 것입니다. 따라서 다양한 시냅스가 다양한 환경 신호와 신호에 의해 제 위치로 안내됩니다. 앞으로 살펴 보 겠지만, 다른 유형의 신호와 신호를 조작하면 뇌 회로에 큰 차이가 생길 수 있습니다.

적절한 목적지에 도달 할 뉴런의 수와 그들이 형성하는 연결의 적절성에 대한 불확실성으로 인해, 뇌는 발달 동안 뉴런과 연결을 과잉 생산하고, 시냅스 형성의 피크는 1 년에서 2 년 사이에 따라 피질 부위. 원치 않는 조각을 제거하기 위해 돌 블록과 끌로 조각상을 만드는 조각가처럼, 뇌에는 불필요한 세포와 ​​연결이 세포 사멸과 시냅스 가지 치기로 제거되는 평행 시스템이 있습니다. 뇌의 은유 적 끌은 어떤 유형의 후성 유전 적 신호, 광범위한 경험, 생식선 호르몬, 심지어 스트레스를 포함한 여러 형태 일 수 있습니다.

이 세포 손실 및 시냅스 가지 치기의 효과는 시간에 따른 피질 두께의 변화에서 볼 수 있습니다. 즉, 피질은 실제로 2 세경부터 시작하여 20 세 이상까지 지속되는 꼬리 연단 구배에서 상당히 얇아집니다. 대뇌 피질의 숱을 행동 발달과 연관시킬 수 있습니다. 예를 들어, 피질 두께의 변화에 ​​대한 MRI 연구 결과에 따르면 운동 능력이 증가하면 오른쪽 운동에서 왼쪽 운동 피질의 손 영역에서 피질 두께가 감소하는 것으로 나타났습니다.오 헤어 & 소웰, 2008). 더 얇은 규칙에 대한 한 가지 예외는 더 나은 규칙이며 일부 언어 프로세스의 개발에서 볼 수 있습니다. 따라서, MRI 연구는 좌측 하전 피질 (거의 Broca의 영역)이 두꺼워지는 것은 향상된 음운 처리 (즉, 음성 소리의 이해)와 관련이 있음을 보여주었습니다. 그러나 대뇌 피질의 두께와 행동 사이의 독특한 연관성은 일반적으로 언어 기능의 특징이 아닙니다. 예를 들어, 어휘 발달은 확산 피질 영역의 피질 두께 감소와 관련이 있습니다.오 헤어 & 소웰, 2008).

대뇌 피질의 두께와 행동 발달 사이의 관계는 아동의 행동 기술 발달에있어서의 차이를 설명 할 수 있습니다. 예를 들어, 정상적인 지능과 운동 능력을 가진 어린이의 언어 발달이 지연되면 (어린이의 1 % 정도) 피질 두께의 정상적인 변화보다 느릴 수 있습니다. 이것이 알려지지 않은 이유.

뇌 발달의 마지막 단계는 미엘린을 형성하기위한 아교 발달입니다. 성상 세포와 oligodendrocytes의 탄생은 대부분의 신경 생성이 완료되고 평생 계속됩니다. CNS 축삭이 골수 화 전에 기능 할 수 있지만, 정상적인 성인 기능은 수초가 완료된 후에 만 ​​달성되는데, 이는 전두엽, 후 두정 및 전 측두 피질과 같은 영역에서 18 세 이후이다.

따라서 뇌 발달은 유사 분열로 시작하여 미엘린 형성으로 끝나는 일련의 사건으로 구성됩니다. 뇌의 교란과 경험의 영향은 정확한 뇌 발달 단계에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 유사 분열 동안의 경험 및 / 또는 섭동이 시냅스 발생 동안 또는 가지 치기 동안 유사한 사건과는 상당히 다른 영향을 미칠 것이라는 사실에 놀라지 말아야한다. 경험은 본질적으로 다른 발달 단계에서 매우 다른 두뇌에 작용합니다.

뇌 발달의 특징

뇌 발달의 두 가지 특징은 경험이 어떻게 대뇌 피질 조직을 수정할 수 있는지 이해하는 데 중요합니다. 첫째, 심실 영역을 감싸는 세포는 일생 동안 활성을 유지하는 줄기 세포입니다. 이들 줄기 세포는 성인기에서도 뇌 또는 백질 물질로 이동할 수있는 신경 또는 아교 전구 세포를 생성 할 수있다. 이들 세포는 이들 위치에서 연장 된 기간 동안 정지 상태로 유지 될 수 있지만 뉴런 및 / 또는 신경아를 생성하도록 활성화 될 수있다. 이들 세포의 역할은 현재 잘 이해되지 않았지만, 특히 부상 후 (예를 들어, 산후 신경 발생의 하나 이상의 형태의 기초를 형성 할 가능성이있다) Gregg, Shingo, & Weiss, 2001 년; Kolb et al., 2007). 또한, 영장류 뇌를 포함하는 포유 동물 뇌는 후각 구근, 해마 형성 및 가능한 다른 부위 (예를 들어, Eriksson 등, 1998; 굴드, 타나 팟, 헤이스팅스, 쇼 어스, 1999; Kempermann & Gage, 1999 년). 이들 세포의 기능적 역할은 여전히 ​​논란의 여지가 있지만, 이들의 생성은 경험, 약물, 호르몬 및 상해를 포함한 많은 요인에 의해 영향을받을 수있다.

두 번째 특징은 수상 돌기와 가시가 경험에 반응하여 현저한 가소성을 보여주고 일부 경험 후 몇 시간 또는 몇 분 후에 시냅스를 형성 할 수 있다는 것입니다 (예 : 그리 너프 & 장, 1989). 표면적으로 이것은 앞에서 설명한 시냅스 가지 치기가 뒤 따르는 시냅스의 과잉 생산 과정과 상충되는 것으로 보입니다. 핵심은 시냅스 가지 치기가 뇌 발달의 중요한 기능이지만 뇌는 평생 동안 계속 시냅스를 형성하며 실제로 이러한 시냅스는 학습 및 기억 과정에 필요하다는 것입니다. 그리 너, 블랙 및 월리스 (1987) 초기 뇌 발달 시냅스 형성 과정과 후기 뇌 발달 및 성인기 과정 사이에는 근본적인 차이가 있다고 주장했다. 특히, 그들은 초기 형성 시냅스가 "예상적인"경험이며, 그것들을 다시 제거하는 작용을한다고 주장한다. 그들은이 시냅스들을“경험-예상”이라고 부르며 대뇌 전체에 걸쳐서 발견된다는 점에 주목하십시오. 대조적으로, 나중에 시냅스 형성은보다 집중적이고 특정 경험을 처리하는 영역에 국한된다. 시냅스에 대한 경험 의존적 영향의 한 가지 흥미로운 측면은 특정 경험이 선택적 시냅스 형성뿐만 아니라 선택적 시냅스 손실로 이어진다는 것입니다. 따라서 시냅스를 추가하고 제거함으로써 경험이 신경망을 변화시키고 있습니다. 이것은 우리를 뇌 가소성 문제로 연결합니다.

1. 감각 및 운동 경험

연령에 따른 경험을 조작하는 가장 간단한 방법은 표준 실험실 케이지에 사는 동물의 뇌 구조를 심하게 빈곤 한 환경 또는 소위 농축 환경에 배치 된 동물과 비교하는 것입니다. 어둠, 침묵 또는 사회적 고립과 같은 소외된 환경에서 동물을 키우면 뇌 발달이 분명히 지연됩니다. 예를 들어, 혼자서 자란 강아지 강아지는 고통스러운 경험에 대한 가상의 무감각을 포함하여 광범위한 행동 이상을 보입니다.Hebb, 1949). 마찬가지로, 어둠 속에서 원숭이, 고양이 및 설치류만큼 다양한 동물을 키우는 것은 시각 시스템의 발달을 심각하게 방해합니다. 아마도 가장 잘 알려진 박탈 연구는 Weisel and Hubel (1963) 새끼 고양이의 눈꺼풀 한 개를 봉합하고 나중에 눈을 열었을 때 지속적인 시력 상실 (약시)이 있음을 보여주었습니다 (예 : 기핀 & 미첼, 1978). 그러나 최근 연구자들은 반대 현상, 즉 시력을 향상시킬 수 있는지 판단하기 위해 동물에게 풍부한 시각적 경험을 제공하는 반대 현상을 고려한 적이 있습니다. 하나의 우아한 연구에서, Prusky et al. (Prusky, Silver, Tschetter, Alam 및 Douglas, 2008)는 상이한 공간 주파수의 수직선이 동물을지나 이동 한 가상의 광 역학 시스템에 래트를 배치 한 새로운 형태의 시각 자극을 사용 하였다. 눈이 개방되어 움직이는 격자를 향한 경우, 공간 주파수가 지각 범위 내에 있으면 사람을 포함한 동물이 움직이는 선을 추적하는 것을 피할 수 없습니다. 저자는 눈을 뜬 날 (출생일 15) 후 약 2 주 동안 동물을기구에 넣었다. 성인의 시력에 대해 테스트했을 때, 동물은 초기 치료없이 동물에 비해 시력이 약 25 % 향상되었음을 보여 주었다. Prusky 연구의 장점은 개선 된 시각 기능이 문제 학습과 같은 특정 훈련에 기반한 것이 아니라 향상된 시각 입력에 대한 응답으로 자연스럽게 발생한다는 것입니다.

우리는 처음에 고안된 절차를 사용하여 촉각 경험을 향상 시키려고 시도했습니다. 샤먼 버그와 필드 (1987). 이 연구에서 영아는 생후 시작되는 15-10 일 동안 15 분 동안 하루에 세 번 작은 브러시로 촉각 자극을 받았다. 유아를 성인으로 연구했을 때, 그들은 대뇌 피질에 걸친 시냅스 조직의 변화뿐만 아니라 향상된 숙련 된 운동 능력과 공간 학습을 보여 주었다 (예 : Kolb & Gibb, 2010). 촉각 자극의 정확한 작용 메커니즘은 알려져 있지 않지만, 촉각 자극은 피부와 뇌에서 신경 영양 인자, 섬유 아세포 성장 인자 -2 (FGF-2)의 생성을 증가시키는 것으로 나타났습니다.깁, 2004). FGF-2는 정상적인 뇌 발달에 중요한 역할을하며 주 산기 뇌 손상으로부터 회복을 자극 할 수 있습니다 (예 : Comeau, Hastings 및 Kolb, 2007). FGF-2 발현은 또한 뇌의 소성 변화를 자극하는 강화 된 하우징 및 향정신성 약물을 포함한 다양한 치료에 반응하여 증가된다 (아래 참조).

감각 및 운동 기능을 향상시키는 또 다른 방법은 동물이 변화하는 감각 및 사회적 환경과 상호 작용하고 규칙적인 케이지보다 훨씬 더 많은 운동 활동에 참여할 수있는 복잡한 환경에 동물을 배치하는 것입니다. 이러한 연구는 이러한 형태의“농축”과 관련된 광범위한 신경 변화를 확인했습니다. 여기에는 뇌 크기 증가, 피질 두께, 뉴런 크기, 수지상 가지, 척추 밀도, 뉴런 당 시냅스, 신경교 수 및 복잡성, 혈관 수술이 포함됩니다. (예 : 그리 너프 & 장, 1989; Siervaag & Greenough, 1987 년). 이러한 변화의 규모를 과소 평가해서는 안된다. 예를 들어, 풍부한 환경에서 60 일 동안 어린 쥐를 기르는 효과에 대한 자체 연구에서 7–10 % 정도의 전반적인 뇌 무게 변화를 확실하게 관찰합니다 (예 : Kolb, 1995). 뇌 무게의 이러한 증가는 신경교 및 혈관의 수, 뉴런 소마 크기, 수지상 요소 및 시냅스의 증가를 반영합니다. 증가 된 시냅스의 총 수를 추정하는 것은 어려울 것이지만 아마도 피질에서 20 % 정도일 것입니다. 이것은 특별한 변화입니다. 중요하게도, 이러한 연구에서 나이에 따라 경험에 따라 변화가 있지만 예기치 않은 주름이 두 개 있습니다. 첫째, 모든 연령의 성인 쥐는 대부분의 대뇌 피질에 걸쳐 수지상 길이와 척추 밀도가 크게 증가한 반면, 쥐는 비슷한 것을 보여줍니다 증가하다 수지상 길이이지만 감소 척추 밀도. 즉, 어린 동물은 나이든 동물에 비해 피라미드 뉴런의 시냅스 분포에 질적으로 다른 변화가 있음을 보여줍니다.Kolb et al., 2003a). 둘째, 임신 댐이 임신 전 하루에 8 시간 동안 복잡한 환경에 배치 된 후 3 주 임신 기간 동안 영아의 성인 뇌에 대한 분석 결과는 감소 수지상 길이와 증가하다 척추 밀도. 따라서 다음과 같은 효과가있을뿐 아니라 출생 전의 그러나 청소년 기나 성인기의 경험과는 효과가 질적으로 다르다. 흥미롭게도, 복잡한 주택에 대한 모든 변화는인지 기능과 운동 기능을 향상시킵니다.

이 연구에서 세 가지 명확한 메시지가 있습니다. 첫째, 광범위한 감각 및 운동 경험은 뇌에서 오래 지속되는 소성 변화를 일으킬 수 있습니다. 둘째, 동일한 경험이 다른 연령대에서 다르게 뇌를 바꿀 수 있습니다. 셋째, 시냅스 가소성의 세부 사항과 개발 중 행동 사이에는 간단한 관계가 없습니다. 그러나 이러한 초기 경험은 발달과 성인 모두 뇌 구성에 강력한 영향을 미친다는 것이 확실합니다.

2. 정신 활성 약물

알코올에 대한 조기 노출이 뇌 발달에 해로운 것으로 오랫동안 알려져 왔지만, 최근에는 처방약을 포함한 다른 향정신성 약물이 뇌 발달을 크게 변화시킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 로빈슨과 콜브 (2004) 성인기의 정신 운동 자극제에의 노출은 PFC 및 핵 축적 (NAcc)에서 세포의 구조에 큰 변화를 일으킨다는 것을 발견했다. 구체적으로, 이들 약물 (암페타민, 코카인, 니코틴)은 내측 전전두엽 피질 (mPFC) 및 NAcc에서 수지상 길이 및 척추 밀도의 증가를 생성하는 반면, 궤도 전두 피질 (OFC)에서 이러한 측정 값의 감소 또는 일부 경우에 , 변경 없음. 그들은 사실상 모든 종류의 정신 활성 약물이 또한 PFC에서 변화를 일으키고, 그 효과는 두 전전 두 영역에서 지속적으로 다르다는 것을 보여 주었다. 발달하는 뇌가 자궁 내 또는 산후 발달 중에 정신 활성 약물에 종종 노출되는 것을 고려할 때, 우리는이 약물들이 대뇌 피질 발달에 어떤 영향을 미치는지 물었습니다.

첫 번째 연구는 청소년기 동안 주어진 암페타민 또는 메틸 페니 데이트의 영향을 조사했습니다 (예 : 2003 년, Diaz, Heijtz, Kolb 및 Forssberg). 두 약물 모두 PFC의 조직을 변경했습니다. 수지상 변화는 약물-처리 된 래트에서 비정상적인 놀이 행동과 관련이 있었다. 이들은 식염수-처리 된 플레이 메이트에 비해 감소 된 놀이 개시 및 작업 기억 시험에서의 성능 저하를 나타내었기 때문이다. 따라서 정신 운동 자극제는 PFC의 발달을 변화시키는 것으로 보이며 이것은 나중에 전전두엽 관련 행동에서 행동 이상으로 나타납니다.

어린이들도 처방약에 노출 될 수 있습니다 자궁 내 또는 산후. 일반적으로 처방되는 세 종류의 약물은 항 정신병 약, 항우울제 및 불안 완화제입니다. 세 가지 모두 피질 발달에 극적인 영향을 미칩니다. Frost, Cerceo, Carroll 및 Kolb (2009) 인간의 태아 (출생일 3-10) 또는 태아 및 유아 (출생일 3-20)에 해당하는 발달 단계에서 패러다임 성 전형적인 (할로페리돌) 또는 비정형 (올란자핀) 항 정신병 약으로 치료 한 성인 생쥐의 수지상 구조를 분석했습니다. 두 약물 모두 내측 전두엽 및 궤도 피질 모두에서 수지상 길이, 수지상 가지 복잡성 및 척추 밀도의 감소를 일으켰습니다. 쥐를 이용한 후속 연구에서 저자들은 작업 기억과 같은 PFC 관련 신경 심리학 적 과제에 장애를 보여 주었다.

병행 연구에서 우리는 쥐에서 디아제팜이나 플루옥세틴에 태아 노출이 미치는 영향을 조사했습니다 (Kolb, Gibb, Pearce, Tanguay, 2008 년). 두 약물 모두 뇌와 행동 발달에 영향을 주지만 반대의 방식으로 작용합니다. 태아 피질의 피라미드 세포에서 태아기 다이아 제 팜은 수지상 길이와 척추 밀도를 증가 시켰으며, 이는 숙련 된 운동 기능 향상과 관련이 있었다. 대조적으로, 플루옥세틴은 수지상 측정을 감소 시켰으며 이는 성인기의 손상된 공간 학습 결손과 관련이 있었다.

한가지 추가적인 질문은 정신 활성 약물에 조기 노출이 나중에 생후에 뇌 가소성을 변화시킬 수 있는지의 여부입니다. 이전에 성인 쥐에게 암페타민, 코카인 또는 니코틴을 투여 한 다음 나중에 복잡한 환경에 배치하면 신경 가소성이 차단 된 것으로 나타났습니다 (해밀턴 & 콜브, 2005; 콜브, 고니, 사마 하, 로빈슨, 2003b). 이후의 연구에서 우리는 청소년 쥐에게 메틸 페니 데이트를 주었고, 성인기에이 동물들을 복잡한 환경에 두었고, 초기 약물 노출이 피질의 예상되는 경험에 의존하는 변화를 차단한다는 것을 다시 발견했습니다.Comeau & Kolb, 2011 년). 또한, 병렬 연구에서 우리는 청소년 methylphenidate 노출 prefrontal 기능에 민감한 neuropsychological 작업에 성능이 손상을 보여 주었다.

요컨대, 처방약과 남용 약물에 노출되면 전두엽 발달 및 전두엽 관련 행동에 중대한 영향을 미칩니다. 이러한 효과는 오래 지속되거나 영구적으로 나타나며 성인의 뇌 가소성에 영향을 줄 수 있습니다. 뇌와 행동 발달에 대한 처방약의 예상치 못한 심각한 영향은 의심 할 여지없이 인간 유아 뇌 발달에서 중요합니다. 심각한 우울증, 정신병 또는 불안 장애가있는 임산부에게 이러한 행동 상태가 영아의 뇌 발달에 영향을 미칠 수 있고 특히 병리학 적 어머니가있는 정도까지 약물을 처방해야하는지에 대한 단순한 요구는 아닙니다. 유아 상호 작용. 그러나 연구에 따르면 그러한 약물은 가벼운 불안을 가진 어머니에 대한 "고정"효과가 아니라 사용할 수있는 효과적인 복용량으로 사용해야합니다.

3. 생식선 호르몬

발달 중에 생식선 호르몬에 노출되는 가장 명백한 효과는 태아에서 시작되는 생식기의 분화입니다. 이 경우 남성에 의한 테스토스테론 생산은 남성 생식기의 발달로 이어집니다. 나중에 에스트로겐과 테스토스테론은 모두 뇌를 포함한 신체의 여러 영역에있는 수용체에 영향을 미칩니다. 인간의 뇌 발달에 대한 MRI 연구는 두 남녀의 뇌 발달 속도에 큰 차이가 있음을 보여주었습니다.오 헤어 & 소웰, 2008). 구체적으로, 뇌의 총 부피는 각각 남성과 여성에서 11 및 15 연령의 여성에서 점근선에 도달합니다. 그러나 뇌에는 성적인 이형이 성숙 속도보다 더 많습니다. 예를 들어 콜브 앤 스튜어트 (1991) 쥐에서 mPFC의 뉴런은 수컷에서 더 큰 수지상 필드를 가졌고 OFC의 뉴런은 암컷에서 더 큰 세포를 가지고 있음을 쥐에서 보여 주었다. 이 차이는 출생시 동물이 생식술을 할 때 사라졌습니다. 비슷하게, Goldstein et al. (2001) 건강한 성인 대상의 MRI 스캔에서 45 다른 뇌 영역의 양을 종합적으로 평가했습니다. 총 대뇌 부피에 비해 체적의 성별 차이가 있었으며, 이는 PFC에서 특히 그렇습니다. 암컷은 비교적 큰 체외 측 PFC를 가지고있는 반면 수컷은 비교적 큰 체적 OFC를 나타 냈습니다. 이 성 이형성은 실험실 동물의 초기 생애 동안 비교적 높은 지역 수준의 성 스테로이드 수용체와 상관 관계가있다. 따라서 생식선 호르몬이 피질 발달을 변화시키는 것은 인간과 실험실 동물 모두에서 나타납니다. 복잡한 주택이나 정신 운동 자극제와 같은 다른 경험의 영향이 성적으로 이형 적이라는 점을 고려할 때 특히 중요합니다. 많은 다른 발달 경험이 여성과 남성의 뇌를 차등 적으로 변화시킬 수 있지만, 실제로 이러한 비교를 한 연구는 거의 없습니다.

4. 부모-자녀 관계

미성숙 상태에서 태어난 포유 동물 영아는 초기 생애에서 중대한 도전에 직면합니다. 그들은 부모에게 의존하며 간병인을 식별하고 기억하며 선호하는 법을 배워야합니다. 우리는 지금 어린 동물들 (그리고 태아기 동물들)이 이전에 인식 된 것보다 더 많은 것을 배울 수 있다는 것을 알고 있지만 호퍼 & 설리반, 2008), 부모-자식 관계가 비판적이며 뇌 발달에 중요한 역할을한다는 것은 의심의 여지가 없다. 초기 모체-유아 상호 작용 패턴의 차이는 성인으로 지속되는 장기 발달 효과를 유발할 수 있습니다.Myers, Brunelli, Squire, Shindledecker, & Hofer, 1989 년). 예를 들어, 설치류 연구에 따르면 접촉 시간, 임산부 핥기 및 손 질량, 어머니가 높은 자극을받는 높은 아치형 휴식 위치에서 보내는 시간은 다양한 신체적 및 행동 적 차이와 관련이 있습니다. 지난 10 년 동안 Meaney와 그의 동료 (예 : 카메론 등, 2005) 이러한 설치류 모체-유아 상호 작용이 시상 하부-부신 스트레스 반응의 발달과 성인기의 다양한 정서적 및인지 적 행동을 체계적으로 수정 함을 보여 주었다. 이러한 변화는 해마 세포막 코르티 코스 테론 수용체의 변화와 관련이 있으며, 이는 유전자 발현의 변화에 ​​의해 제어됩니다 (Weaver 등, 2006).

모계 간호의 변화로 인한 영향은 해마에 국한되지 않으며 상당히 광범위 할 수 있습니다. 예를 들어 페 노리오, 첸, 바룸 (2006) 생후 첫 주 동안 모성 관리가 강화되어 시상 하부 및 amgydala의 세포 신호 경로에 지속적인 변화가 생겼음을 보여주었습니다. Fenoglio, Bruson, & Barum, 2006 년).

우리는 모체-유아 상호 작용의 차이에 반응하여 신피질, 특히 전두엽 소성을보고있는 유사한 연구를 알지 못하지만 그러한 변화는 가능성이있는 것으로 보인다. 예를 들어 우리는 매일 모체 분리, 이는 모체-유아 상호 작용을 증가시키는 데 사용되는 절차입니다. Fenoglio et al. (2006) 연구는 성인 쥐에서 mPFC와 OFC 모두에서 수지상 길이와 척추 밀도를 증가시킵니다 (Muhammad & Kolb, 2011 년).

5. 동료 관계

동료 관계는 Harlow 연구 이후 성인 행동에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다 (예 : Harlow & Harlow, 1965 년). 가장 강력한 동료 관계 중 하나는 놀이이며 성인의 사회적 역량 개발에 중요한 것으로 나타났습니다 (예 : Pellis & Pellis, 2010 년). 전두엽은 놀이 행동에 필수적인 역할을합니다. mPFC 및 OFC에 대한 유아 부상은 다른 방식 (예 : Pellis 등, 2006). 그러한 결과를 고려하여, 우리는 두 행동 전 영역의 발달과 그에 따른 기능이 발달에서 놀이 행동이 조작된다면 차별적으로 변화 될 것이라고 가정했다. 따라서, 청소년 쥐에게 1 또는 3 성인 쥐 또는 1 또는 3 다른 청소년 동물과 함께 놀 기회가 주어졌다. 성인 동물과의 놀이는 거의 없었지만, 존재하는 어린 동물보다 놀이 행동이 증가했습니다. PFC에서 세포를 분석 한 결과 OFC의 뉴런은 존재하는 피어의 수에 반응을 보였으며, 놀이가 발생했는지 여부에 관계없이 mPFC의 뉴런은 플레이의 양에 반응했지만 수의 수는 아닙니다 (벨, 펠리스, 콜브, 2010). 우리는 일련의 연구에서 태아 스트레스, 출생 후 촉각 자극, 메틸 페니 데이트에 대한 청소년 노출 (예 : 무하마드, 호세인, 펠리스, 콜브, 2011) 및 각 경우에 전전두엽 발달에 이상이 있습니다. 자폐증 또는 주의력 결핍 과잉 행동 장애 (ADHD)와 같이 인간의 어린 시절 놀이가 정상적이지 않은 상태를 고려할 때 여기에 중요한 교훈이있을 수 있습니다. 놀이 행동의 이상은 전두엽 발달과 후기 성인 행동에 영향을 줄 수 있습니다.

6. 초기 스트레스

지난 60 년 동안 수집 된 성인의 뇌와 행동에 대한 스트레스의 영향을 보여주는 수많은 문헌이 있지만, 최근에는 영아의 주 산기 스트레스의 역할이 인정되고 있습니다. 임신과 영아 스트레스 모두 개인이 다양한 부적응 행동과 정신 병리학에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 태아 스트레스는 정신 분열증, ADHD, 우울증 및 약물 중독의 발병 위험 요소입니다 (안다 (Anda) 등의 2006; van den Bergh & Marcoen, 2004). 실험실 동물에 대한 실험적 연구는 설치류 및 비인간 영장류에서 주 산기 스트레스가 상승 및 장기간의 스트레스 반응, 학습 장애 및 기억 장애, 주의력 결핍, 탐사 변경과 같은 행동 이상을 일으킨다는 전반적인 결과를 통해 이러한 결과를 확인했습니다 행동, 사회 변화 및 행동 변화, 알코올에 대한 선호도 증가 (예 : 와인 스톡, 2008).

골절로 스트레스를받는 동물의 뇌 시냅스 조직에서 소성 변화는 잘 연구되지 않았지만 그 효과는 스트레스가 많은 경험의 세부 사항과 관련이있는 것으로 보입니다. 예를 들어 Murmu et al. (2006) 임신 3 주 동안 중등도의 태아 스트레스는 성체 degus의 mPFC와 OFC 모두에서 척추 밀도와 수지상 길이가 감소한 것으로보고되었다. 대조적으로 무하마드와 콜브 (2011) 임신 2 주차 동안 가벼운 태아 스트레스는 mPFC에서 척추 밀도를 감소 시켰지만 OFC에는 영향을 미치지 않았으며 성인 쥐의 NAcc에서는 척추 밀도를 증가 시켰습니다. 수지상 길이의 분석은 mPFC 및 NAcc에서 수지상 길이가 증가하였으나 OFC는 감소함에 따라 다소 다른 패턴을 보였다. 흥미롭게도 Mychasiuk, Gibb 및 Kolb (2011) 두 번째 임신 주 동안의 가벼운 스트레스는 뇌가 성인 쥐보다 청소년에서 검사되었을 때 mPFC와 OFC 모두에서 척추 밀도가 증가한다는 것을 발견했습니다. 이 연구들은 태아 스트레스 타이밍과 뇌 검사 연령의 차이가 신경 회로에서 소성 변화를 다르게한다는 것을 보여줍니다. 그러나 분명한 것은 태아 스트레스의 효과가 성인 스트레스의 효과와 다르다는 것입니다. 예를 들어 Liston et al. (2006) 먼저 성인 스트레스가 mPFC에서 수지상 가지와 척추 밀도의 감소를 가져 왔지만 OFC의 증가로 이어졌다는 것을 보여 주었다.

우리는 성인 뇌의 시냅스 조직에 대한 초기 산후 스트레스 (모체 분리)의 영향을보고있는 단 하나의 연구 만 알고 있습니다. 그러므로, 무하마드와 콜브 (2011) 모체 분리는 성인 쥐의 mPFC, OFC 및 NAcc에서 척추 밀도가 증가한다는 것을 발견했습니다. 태아 또는 유아 스트레스에 따라 아직 결정되지 않은 것은 시냅스 변화에서의 이러한 차이가 이후 행동과 어떤 관련이 있는지 또는 뉴런이 복잡한 주택, 놀이 또는 유아-부모 관계와 같은 다른 경험에 반응하는 가소성입니다. 이러한 연구는 미래 연구에서 가장 어려울 것입니다.

7. 장내 식물상

출생 직후, 포유류는 다양한 토착 미생물에 의해 빠르게 채워집니다. 이 미생물은 많은 신체 기능의 발달에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 장 미생물 총은 간 기능에 전신 영향을 미칩니다 (예 : Björkholm et al., 2009). 주 산기 동안 자폐증과 정신 분열증과 같은 신경 발달 장애와 미생물 병원체 감염 사이에는 알려진 관계가 있기 때문에 (예, Finegold et al., 2002; 미탈, 엘만, 캐논, 2008), Diaz Heijtz et al. (프레스에서) 그러한 감염이 뇌와 행동 발달을 변화시킬 수 있는지 궁금합니다. 그들이하다. 저자들은 정상적인 장 mircrobiota의 유무에 관계없이 생쥐에서 운동 행동과 뇌의 측정을 비교했습니다. 저자들은 장내 박테리아가 신호 전달 경로, 신경 전달 물질 회전율, 및 마우스 개발에서 피질 및 선조체에서 시냅스 관련 단백질의 생성에 영향을 미치며, 이러한 변화는 운동 기능의 변화와 관련이 있음을 발견했다. 이것은 발달 중 감염이 뇌 발달과 그에 따른 성인 행동을 변화시킬 수있는 방법에 대한 통찰력을 제공하기 때문에 흥미로운 발견입니다.

8. 다이어트

뇌 및 행동 발달에 대한 단백질 및 / 또는 칼로리 제한 식단의 영향에 대한 광범위한 문헌이 있습니다 (예 : 루이스, 1990) 그러나식이 요법이 뇌 발달에 미치는 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 일반적으로 영양이 좋으면 몸이 더 잘 치유되므로 비타민 및 / 또는 미네랄 보충제로 뇌 발달을 촉진 할 수 있다고 예측하는 것이 합리적입니다. 주 산기 동안식이 콜린 보충제는 행동과 뇌에 다양한 변화를 일으킨다.Meck & Williams, 2003 년). 예를 들어, 주 산기 콜린 보충은 다양한 공간 항법 시험 (예를 들어, Meck & Williams, 2003 년; Tees, & Mohammadi, 1999) 및 해마 및 신피질에서 신경 성장 인자 (NGF)의 수준을 증가시킵니다 (예 : Sandstrom, Loy 및 Williams, 2002). 할리웰, 티, 콜브 (2011) 유사한 연구를 수행하고 콜린 보충이 대뇌 피질 및 해마 CA1 피라미드 뉴런에서 수지상 길이를 증가 시킨다는 것을 발견했습니다.

할리웰 (2011) 또한 수유중인 쥐의 음식에 비타민 / 미네랄 보충제를 첨가 한 효과를 연구했습니다. 그녀는 다양한 장애를 가진 성인과 청소년의 기분과 침략을 개선한다고보고 된식이 보충제를 사용하기로 선택했습니다 (Leung, Wiens & Kaplan, 2011) 자발성 증가로 자폐증에서 분노, 활동 수준 및 사회적 철수 감소 (Mehl-Madrona, Leung, Kennedy, Paul, Kaplan, 2010). 같은 보충제를 먹인 수유 쥐의 성인 자손의 분석에 따르면 mPFC와 정수리 피질에서는 뉴런의 수지상 길이가 증가했지만 OFC에서는 그렇지 않았다. 또한,식이 요법은 OFC에서 수지상 길이의 감소에 대한 가벼운 태아 스트레스의 영향을 역전시키는 데 효과적이었다.

식이 제한과 보충이 신경망과 행동의 발달에 미치는 영향에 대해 많은 것을 배워야한다. 두 절차 모두 뇌 발달을 변화 시키지만 여기서 논의 된 다른 많은 요인들과 마찬가지로 초기 경험이 정신 활동 약물과 같은 후기 경험과 상호 작용하여 뇌와 행동을 변화시키는 방법에 대한 명확한 그림은 없습니다.

이 검토에서 논의 된 연구와 관련된 연구에 대한 장기적인 지원에 대해 NSERC와 CIHR에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 캐시 캐롤, 웬디 코미 아우, 새벽 단카, 그라지나 고르 니, 셀레스테 할리웰, 리첼 미카 시우 크, 아리프 무하마드, 그리고 케헤시에에게 연구에 많은 기여를 해주셔서 감사합니다.

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