DEEL I: 2. Het brein in ontwikkeling Flashcards
(30 cards)
Nature-nurture debat + pioniers ervan
De vraag of we als mens bepaald worden door genetische blauwdruk of door ervaringen en omstandigheden in ons leven.
- Francis Galton opende dit debat en besefte dat erfelijkheid beoordeeld kon worden a.d.h.v. tweeling-onderzoek. De focus lag daarbij op nature.
- Vroege 20e E: verschuiving naar andere uiterste: Freud (psychoanalyse), Vygotsky (zone van naaste ontwikkeling) en Skinner (behaviorisme).
- Piaget, grondlegger van hedendaagse psychologie, nam middenpositie in: ontwikkeling als cyclisch proces van interactie tussen kind en omgeving.
Neuroconstructivisme (neoconstructivism)
- Stroming die stelt dat interactie tussen hersenstructuren en omgeving essentieel is voor de ontwikkeling van het brein.
- Verschillende transformaties zorgen daarbij voor verdere specialisatie van de hersenen.
- Ontwikkeling gebeurt niet in vaste fasen (Piaget), ontwikkeling is een op het brein gebaseerde groei.
Gottlieb (1992) zette twee visies over de ontwikkeling van het brein tegenover elkaar:
- Vooraf bepaalde ontwikkeling (predetermined development): traditionele visie, stelt dat genen de structuur van hersenen vormgeven, die weer hun functies vormgeven, die weer bepalen welke ervaringen wij hebben.
- Waarschijnlijke ontwikkeling (probalistic development):
* dominante visie, die stelt dat de structuur van hersenen, en zelfs genen, kunnen worden beïnvloed door ervaring en vice versa. Dit geld ook voor omgevingsinvloeden in de baarmoeder en zet zich na de geboorte voort.
* Daarbij kunnen de genen ook de ontwikkeling van de hersenstructuren beïnvloeden. De genen kunnen bijv. info bevatten over hoeveel neuronen kunnen ontstaan en waar, maar hoe deze neuronen precies ontstaan kan verschillen.
* Dit wijst op plasticiteit van hersenen: ontstaan van (neurale) verandering als
gevolg van ervaringen.
Een nieuw embryo ontgaat een snel verlopend proces van celdeing en toenemende cel specialisatie. Prenatale breinontwikkeling gaat middels een volgend proces:
- Neurale buis (nural tube): cellen in de vorm van een holle cilinder gerangschikte buis waaruit
het zenuwstelsel ontstaat. - Na vijf weken ontwikkelt dit zich tot een aantal rondingen die zich verder ontwikkelen tot
onderdelen van het brein. Dichterbij de holte van de neurale buis bevinden zich
snelgroeiende gebieden waar neuronen en gilacellen worden aangemaakt door de deling van
verschillende cellen. Dit zijn neuroblasten (stamcellen voor neuronen) en gioglasten. - De nieuwgevormde neuronen migreren naar de buitenzijde, richting het gebied waar zij hun
plaats krijgen in het volwassen brein. Dat gebeurt via:
* Passief mechanisme: oudere cellen worden naar de oppervlakte geduwd, structuren
zoals de hypocampus worden op deze manier gevormd.
* Een actief mechanisme: radiale gliacellen (radical glial cells) fungeren als
‘klimtouwen’, zodat nieuwere cellen naar specifieke eindbestemmingen worden
geleid. De neocortex wordt op deze manier gevormd. - Hebbian-theorie (Hebbian learning): spontane activiteiten (niet per se door een stimulus),
waardoor de verbinding tussen twee neuronen die vaker samen werken sterker, waardoor ze
sneller en efficiënter samen kunnen werken: cells that fire togeter, wire togeter.
Postnatale ontwikkeling van de hersenen
Het overgrote deel van de neuronen is voor de geboorte gevormd.
De postnatale ontwikkeling van de hersenen heeft dan ook vooral te maken met factoren als de groei van synapsen, dendrieten en axonbundels, de verspreiding van gliaellen en de myelinisatie van zenuwvezels.
synaptische dichtheid
De synaptische dichtheid is de mate van verbondenheid tussen neuronen onderling (en staat
los van het aantal neuronen of de activiteit van synapsen), wat ontstaat door synaptogenese:
ontstaan of de aanleg van synapsen in de hersenen en het zenuwstelsel. Het is een spontaan
proces die er, samen met synaptische pruning (celsterfte en snoeien van synapsen), voor
zorgt dat er specifieke netwerken worden aangelegd en geoptimaliseerd.
* De vorming van synapsen gaat via een proces van stijging en daaropvolgende daling,
wat ook te zien is in de glucosestofwisseling in de hersenen. Vlak na de geboorte is er
sprake van een piek, maar verschillende gebieden verschillen sterk van elkaar
voordat het volwassennievau wordt bereikt.
* Dat het aantal synapsen ook weer afneemt tijdens de ontwikkeling wijst erop dat
tijdens de afstemming van de hersenen op de omgeving een aantal verbindingen
overbodig wordt: meer synapsen is niet beter.
Myelinisatie
Groei van vettige huls die axonen omgeeft en snelheid van informatieoverdracht vergroot.
De toename van de hoeveelheid witte stof tijdens eerste 20 levensjaren weerspiegelt het tijdsverloop van de myelinisatie.
De prefrontale cortex is een van de laatste gebieden die een volwassen niveau van myelinisatie bereiken. Ook de afstemming en eliminatie van synapsen treedt in dit gebied pas laat op.
Functionele hersenontwikkeling betreft veranderingen in vaardigheden en kennis. Daarvoor zijn twee
periodes te noemen:
- Kritieke periode (critical period): een bepaalt, gelimiteerd tijdsbestek waarin leren
plaatsvindt, wat moeilijk af te leren is in latere ervaringen. In een specifieke, korte periode is
dus een stimulus nodig om te leren.
* Dit principe is ontdekt door onderzoek van Konrad Lorenz naar filiale inprenting: een
proces waarbij een jong dier een ouder herkent. Denk ook aan een eend die een
mens erkent als ouder, als deze binnen een kritieke periode aan deze persoon wordt
blootgesteld. - Gevoelige periode (sensitive period): een bepaalde periode waarin leren het makkelijkste
plaatsvindt. Omgevingsinvloeden hebben dan de meeste invloed, maar zijn niet cruciaal
gebonden aan deze periode. Leren kan ook later, wellicht moeilijker, plaatsvinden.
Kennard principle
hoe eerder de beschadiging van het brein, hoe groter de kans op herstel. Een kind dat hersenschade oploopt bij de geboorte, functioneert op latere leeftijd beter dan een kind die eenzelfde soort hersenschade oploopt op drie jarige leeftijd. Dit komt door plasticiteit.
Er heersen twee stromingen binnen de vraag of kennis aangeboren is of niet:
- Empirisme (empiricism): het geloof dat de geest een onbeschreven blad is.
- Nativisme (nativism): het geloof dat enige kennis aangeboren is.
* Aan het woord ‘aangeboren’ kunnen twee betekenissen worden toegekend:
i Instinct: gedrag is een product van natuurlijke selectie; er is bepaalde
voorbereiding op kennis, alhoewel kennis niet is aangeboren.
ii Gedrag is wel aangeboren, zonder dat daar ervaring voor nodig is. Bijv. de
primaire visuele cortex, alhoewel ervaring nodig is voor optimalisatie.
Voorbereid leren (prepared learning)
sommige fobieën zijn evolutionair biologisch aangelegd. Angst
voor slangen is bijvoorbeeld aangeboren, als product van biologische selectie, hoewel de angst zich
pas ontwikkeld door ervaring.
Gedragsgentica (bevioral genetics)
onderzoekt erfelijkheid van gedrag en cognitieve vaardigheden.
Klassieke methoden zijn tweeling- en adoptieonderzoek, omdat die het mogelijk maken nature van
nurture te onderscheiden.
Unshared & shared environment
- Unshared environment: de verhouding van eigenschappen dat komt doordat de ene
tweeling iets wel, en een de andere tweeling niet heeft ervaren. - Shared environment: de verhouding van eigenschappen waarbij beide personen
hetzelfde meemaken en dit hen op eenzelfde manier beïnvloed.
Dizygote tweeling (DZ) & monozygote tweeling (MZ)
- Monozygote tweeling (MZ): genetisch identieke tweeling (1 eiig).
- Dizygote tweeling (DZ): delen 50 procent van hun genen (2 eiig), net als broers en zussen die
geen tweelingen zijn. Als beiden dezelfde familieomgeving delen, kan elk verschil aan
genetische invloeden toegeschreven worden. - Er kunnen de nodige kanttekeningen geplaatst worden bij tweeling- en adoptieonderzoek.
MZ tweelingen kunnen bijvoorbeeld meer gelijk behandeld worden door anderen en hebben
ook een meer gelijke prenatale omgeving. Een andere kwestie is of adoptiegezinnen of
gezinnen die hun kinderen afstaan wel representatief zijn voor de algemene bevolking.
Allelen (alleles)
Allelen (alleles): 1 van de varianten van een gen.
* Dus stel de haarkleur is het gen, dan is de allel bruin, blond of zwart haar.
* Afwijkende allelen kunnen leiden tot anders functionerende genen. Behalve in allelen
kunnen ook verschillen optreden in de tussenruimten tussen genen op chromosomen.
Het samensmelten van eicel en zaadcel zorgt voor genetische variatie door het voortbrengen van
verschillende combinaties van een eindige verzameling allelen. Dit proces kan verkeerd verlopen als
DNA-segmenten worden verwijderd of gedupliceerd. Een aantal veel voorkomende en op deze
manier ontstane genetische afwijkingen wordt hieronder vermeld
Uit hoeveel chromosomen is de menselijke genetische code samengesteld?
De menselijke genetische code is samengesteld uit 23 paren chromosomen. Elk individu heeft
normaliter twee kopieën van elk gen (DNA vertaalt in een eiwit). Een enkele DNA-molecuul heet een
chromosoom. De verzameling van alle chromosomen samen heet een genoom. Elke lichaamscel van
een individu bevat het hele genoom.
Erfelijkheid (heritability)
Erfelijkheid is een schatting van de mate waarin genetica bijdraagt aan een eigenschap. In het bijzonder is erfelijkheid het aandeel van de variantie in een eigenschap, in een bepaalde populatie, dat kan worden verklaard door genetische verschillen tussen individuen.
Ruwe schatting van erfelijkheidsgraad in tweelingonderzoek: verschil tussen MZ- en DZ-correlaties verdubbelen. Aangenomen wordt dat de mate waarin een MZ-correlatie kleiner is dan de perfecte 1,0 een ongedeelde omgeving weerspiegelt, d.w.z. de verschillen die onderscheid maken tussen tweelingen. Het resterende deel van de variantie wordt toegeschreven aan gedeelde omgeving.
- Vb: erfelijkheid van leesvaardigheid bij leerlingen is 0.30: betekent dat 30% van de variatie van het kenmerk binnen populatie wordt veroorzaakt door genetische verschillen.
- Het betekent dus niet dat 30% van leesvaardigheid voortkomt uit genen en 70% uit omgeving. Lezen vereist een passende, geletterde omgeving omdat geletterdheid anders niet eens bestaat. Het vereist ook een geschikt brein dat lezen ondersteunt. Beide zijn essentieel.
Genotype en fenotype onderzoek
Genotype-onderzoek (genotype-first approach): onderzoek waarbij verschillende genotypen
(eigenschappen in het DNA, zoals krullend haar) worden gebruikt om fenotypische variatie te
onderzoeken. Bijv. specifiek DNA (genotype) gekoppeld aan gedrag (fenotype).
Fenotype-onderzoek (phenotype-first approach): onderzoek hoe een bepaalde eigenschap in het
DNA staat (genotype) én beïnvloed wordt door omgevingsfactoren. Deze combinatie is het fenotype.
Bijvoorbeeld genetisch krullend haar, maar steil met een stijltang gemaakt het fenotype stijl haar.
- Genoombrede associatiestudie (genome-wide association study - GWAS): een onderzoek
waarbij de aan- of afwezigheid, of variatie, van een eigenschap (bijv. gedrag of ziekten)
gekoppeld wordt aan verschillende genetische variaties. De methode omvat het scannen van
het genoom van verschillende mensen, om te zoeken naar genetische combinaties om de
aanwezigheid van ziekten te voorspellen.
Om de mens te begrijpen kan de focus gelegd worden op de interactie tussen het nature en nurture.
Daarvoor zijn drie methodes ontwikkeld:
- Epigenetica (epigenetics): hoewel DNA normaliter vastligt, kan de timing en de mate van
functioneren van de genen in het DNA worden beïnvloed door de omgeving;
omgevingsinvloeden kunnen dus de effecten van genen veranderen. - Gen-omgevingscorrelaties (gene-environment correlations – rGE): verwijst naar de invloed
die genen kunnen hebben op de blootstelling van individuen aan verschillende omgevingen;
mensen kiezen zelf voor bepaalde omgevingen, afhankelijk van hun genotype of ouders
creëren een opvoedomgeving die past bij hun aanleg; genen hebben invloed op de
blootstelling aan verschillende omgevingen. - Gen X-omgevingsinteracties (gene-environment interactions – GxE): de vatbaarheid voor
een bepaald kenmerk hangt af van een specifieke combinatie van een gen en de omgeving.
Bijv. de genetische kwetsbaarheid voor een depressie en de versterkende factor van een
ontbrekend sociaal netwerk. De kans voor een depressie is gezamenlijk groter dan
afzonderlijk.
Orofraciale dyspraxie
Orofraciale dyspraxie is het verminderde vermogen om gecoördineerde bewegingen uit te voeren die
nodig zijn voor spraak, door een verminderd volume van de basale ganglia (verantwoordelijk voor
bewegingscontrole en aanleren van grammatica).
- Dit is ontdekt door de KE-familie, door erfelijke overdracht van het gemuteerde FOXP2-gen
die een zogenaamd transcriptiefactor produceert: een genetisch product wat de invloed van
andere genen beïnvloed.
De ontwikkeling van het brein is in te delen in grofweg 7 fasen:
- Celgeboorte: Dit wordt ook wel neurogenese
genoemd en is het proces waarin neuronen zich
ontwikkelen in neurale stamcellen. - Celmigratie: de regulerende beweging van cellen naar
specifieke locaties.
* Gaat door tot 8 maanden. - Celdifferentiatie: het proces dat weinig
gespecialiseerde stamcellen veranderen in
gespecialiseerde weefselspecifieke cellen/neuronen.
* Hersenen zijn, evenals bij celmigratie,
kwetsbaar voor beschadiging.
* Voltooid bij geboorte. - Celrijping: de groei van dendrieten (langzaam) en
axonen (snel) zijn van belang. - Vorming van synapsen: deze fase wordt ook wel
synaptogenese genoemd en betreft de vorming van
synapsen waardoor neuronen zich met elkaar
verbinden.
* Vanaf hier: postnatale ontwikkeling. - Celsterfte en snoeien van synapsen: dit wordt ook wel apotose en synaptic pruning
genoemd en speelt een belangrijke rol in de vorming van netwerken van neuronen. Het
verdwijnen van de overdaad aan neuronen en synapsen tijdens de ontwikkeling draagt bij
aan de optimalisatie van neuronale netwerken. - Vorming van myeline: deze fase wordt ook wel myelinisatie genoemd. Tijdens deze fase
ontstaat er myeline (een vettige stof) rondom axonen. Myeline geeft de witte stof zijn kleur
en zorgt ervoor dat zenuwimpulsen sneller worden doorgegeven.
Verschillende factoren kunnen leiden tot een verstoorde ontwikkeling en ernstige afwijkingen:
1. Anencefalie
2. Holoprosencefalie
3. Lissencefalie
4. Micropolygyria
5. Macrogyria
6. Microcefalie
7. Porencefalie
8. Heterotopie
9. Callosale agenese
10. Cerebrale agenese
- Anencefalie: Hersenhelften, diëncefalon en middenhersenen ontbreken.
- Holoprosencefalie: De cortex vormt zich tot een enkele en ongedifferentieerde hemisfeer.
- Lissencefalie: De hersenen vormen geen sulci en gyri.
- Micropolygyria: De gyri zijn talrijker, kleiner en minder ontwikkeld.
- Macrogyria: De gyri zijn groter en minder talrijk dan normaal.
- Microcefalie: De ontwikkeling van het brein is rudimentair en de persoon is verstandelijk
beperkt. - Porencefalie: De cortex heeft symmetrische holten waar cortex en witte stof zouden moeten
zijn. - Heterotopie: Verkeerd geplaatste eilanden van grijze stof in ventrikels of witte stof.
- Callosale agenese: Het hele corpus callosum of een deel ervan ontbreekt.
- Cerebrale agenese: Delen van het cerebellum, de basale ganglia of het ruggenmerg
ontbreken.
Celmigratie en -diffirentiatie
In de neurale buis vernieuwen neurale stamcellen zich voortdurend. Het delingsproces, waarna een
van de cellen afsterft, vindt de rest van een menselijk leven plaats. Bij een volwassene (en vanaf 4,5
mand in de buik) vormen neurale stamcellen zich tot een subventriculaire zone in de ventrikels.
Stamcellen laten progenitorcellen (voorlopercellen) ontstaan, die zich ook
weer splitsen en uiteindelijk neuroblasten en glioblasten voortbrengen die
rijpen tot gespecialsieerde neuronen en gliacellen.
- Volgens Rakic bevat de subventriculaire zone een primitieve kaart
van de cortex die ervoor zorgt dat cellen naar een specifieke
locatie migreren. Dit gebeurt langs trajecten van radiale
gliacellen, die elk een vezel hebben die loopt van de
subventricluaire zone naar de cortex. Bij de groei van het brein
rekken de vezels mee. Voor een klein deel van de neuronen geldt
dat zij migreren aan de hand van chemische signalen.
- Een bijzondere eigenschap van neuronale migratie is dat de lagen
zich van binnen naar buiten ontwikkelen. Opeenvolgende golven
van neuronen passeren daarbij neuronen die eerder op hun
bestemming zijn aangekomen. Als de migratie vroegtijdig stopt,
blijft een groep cellen die aan de buitenzijde hoort aan de
binnenzijde liggen. Bij mensen kan dat leiden tot stoornissen als
dyslexie of epilepsie.
- Afbeelding: (A) Neurowetenschappers gaan uit van de hypothese
dat zich in de subventriculaire zone een corticale kaart bevindt. (B)
Vezels van radiale gliacellen lopen van de subventriculaire zone
naar het oppervlak van de cortex. (C) Neuronen migreren langs
deze vezels en bereiken zo het juiste gebied in de cortex.
Celrijping (neural maturation)
De groei van dendrieten kenmerkt zich door twee gebeurtenissen:
- Dendritische arborisatie (vertakking), wat lijkt op boomachtige structuren.
- Groei van dendritische uitsteeksels: op deze uitsteeksels krijgen synapsen hun plaats.
De dendritische ontwikkeling loopt nog lang na de geboorte door, wat veel langzamer is dan de groei
van axonen. Hierdoor kunnen axonen in contact komen met andere cellen (target cells) en de
dendritische differentiatie te beïnvloeden.
