Doprinos neuronauke našem razumevanju kognitivnog razvoja

Doprinos neuronauke našem razumevanju kognitivnog razvoja

Veliki doprinos neuronauke u razumevanju kognitivnog razvoja je taj što je pokazala da biologija nije sudbina, odnosno što je pokazala značajnu ulogu iskustva u oblikovanju uma, mozga i tela. Neuronauka je retko pružala potpuno nove uvide u kognitivni razvoj, ali ja zato često pružala dokaze o mehanizmima na osnovu kojih su se zapažanja razvojnih psihologa mogla objasniti. Bihevioralni nalazi su često ostajali kontroverzni, sve dok ne bi bila ponuđena objašnjenja mehanizama koji leže u njihovoj osnovi. Neuronauka pruža nadu za otkrivanjem kognitivnih problema pre nego što oni postanu i bihevioralno očigledni, a time i nadu za primenu ranih intervencija. U ovom radu izlažemo primere dobijene iz imitacije i mirror-neurona, fenilketonurije (PKU) i prefrontalnog dopamina, majčinskog dodira i reaktivnosti na stres i negenetske (bihevioralne) intergeneracijske transmisije bioloških karakteristika.

Istraživanja u neuronauci su dala svoj najveći doprinos proučavanju kognitivnog razvoja rasvetljavanjem mehanizama ( pokazujući “Kako”) koji leže u osnovi bihevioralnih zapažanja načinjenih znatno ranije od strane psihologa. Takođe su dala značajan doprinos našem razumevanju kognitivnog razvoja time što su pokazala da mozak zadržava svojstvo plastičnosti u svim dobima, u mnogo većoj meri nego što se ranije mislilo, te da su stepen i brzina kojima iskustvo i ponašanje mogu oblikovati mozak veči nego što je iko zamišljao. Drugim rečima, istraživanja u neuronauci su bila predvodnici demonstriranja moćne uloge iskustva tokom života. Pored iznenađujućih dokaza o značajnom stepenu iskustvom indukovane plastičnosti, neuronauka nam retko pruža saznanja i uvid u prethodno postojeće nepoznanice kognitivnog razvoja, ali zato pruža nadu da je u stanju da otkrije neke problem pre nego što oni postanu i bihevioralno uočljivi.


Objašnjenje mehanizma koji mogu biti odgovorni za bihevioralne nalaze uočene od strane psihologa

Opisaćemo dva primera bihevioralnih nalaza psihologa, koji su bili uveliko ignorisani ili smatrani ekstremno kontroverznim, sve dok neuronaučna istraživanja nisu pružila razjašnjenja mehanizama koji mogu ležati u njihovoj osnovi. Jedan primer se odnosi na kognitivne deficite dece koja su rano i kontinuirano podvrguta lečenju zbog fenilketonurije (PKU). Drugi primer uključuje neonatalnu imitaciju, opisanu od strane psihologa i mirror-neurone, otkrivene od strane neuronaučnika.


Prefrontalni dopamnski sistem i PKU kognitivni deficiti

Već od sredine osamdesetih godina prošlog veka, psiholozi su izveštavali o kognitivnim deficitima kod dece obolele od PKU, koji su podsećali na one udružene sa disfunkcijom frontalnog korteksa (e.g., Pennington, VanDoornick, McCabe, & McCabe, 1985). Međutim, ova izveštavanja nisu uticala na medicinski tretman. Doktori su bili skeptični. Niko nije mogao da pretpostavi koji bi to mehanizam mogao biti odgovoran za promene koje su psiholozi uočili.

PKU je poremećaj gena odgovornog za sintezu fenilalanin hidroksilaze, enzima odgovornog za konverziju fenilalanina (Phe) u tirozin (Tir). Kod obolelih od PKU, ovog enzima nema ili je neaktivan. Bez tretmana, nivo Phe dostiže neslućene visine i dovodi do znatnog oštećenja mozga i mentalne retardacije. Phe je amino kiselina i glavni je sastojak skoro svih proteina koji se koriste u ishrani. Lečenje PKU se sastoji primarno u redukciji unosa proteina, kako bi se snizio nivo Phe, uz vođenje računa o neophodnim potrebama za proteinima. Godinama je smatrano da su deca sa PKU adekvatno tretirana ako je njihov Phe nivo u krvi ispod 600 mikromola u litru (µmol/L; normalni nivo u generalnoj populaciji je 60-120 µmol/L). Takva deca nisu imala mentalnu retardaciju i nisu pokazivala veliko moždano oštećenje, iako niko nije osporavao da je njihov nivo Phe u krvi i dalje povećan, a da je nivo Tir redukovan (nivo Tir nije bio znatnije redukovan, i pored nedelotvorne hidroksilacije Phe u Tri, jer seTir takođe nalazi i u proteinima). Kako se Phe i Tir takmiče za ulazak u mozak, umereno povećan odnos Phe prema Tir u krvi rezultuje umerenim sniženjem količine Tir koja stigne u mozak. Ovo je globalni efekat – čitav mozak prima manje Tir nego što je potrebno. Kako je onda bilo moguće objasniti tvrdnje psihologa da rezultujući kognitivni deficiti nisu globalni, već ograničeni na kognitivne funkcije zavisne od prefrontalnog korteksa?

Neuronauka je objasnila mehanizam pomoću koga su nalazi psihologa dobili smisao. Istraživanja u oblasti neurofarmakologije su pokazala da dopaminski sistem u prefrontalnom korteksu ima mogućnosti koje nisu uobičajene za dopaminske sisteme u drugim regionima mozga, kao što je striatum. Dopaminski neuroni koji se projektuju u prefrontalni korteks imaju višu stopu uključivanja i dopaminskog obrta. Ovo čini prefrontalni korteks senzitivnim i za umerenu redukciju Tir (prekursora dopamina), koja je isuviše mala da bi uticala na ostale delove mozga (Tam, Elsworth, Bradberry, & Roth, 1990). Ove neuobičajene mogućnosti prefrontalnog dopamskog sistema su osnova mehanizma pomoću kojeg deca sa PCU mogu ispoljiti selektivne deficite, ograničene na prefrontalni korteks. Umerena neravnoteža između Phe i Tir u krvi dovodi do redukcije količine Tir koja dospeva u mozak, koja je dovoljno velika da ošteti funkcionisanje prefrontalnog dopaminskog sistema, ali ne i dovoljna da utiče na ostatak mozga. Diamond i kolege su pružili dokaze za ovaj mehanizam kod animalnih modela PKU i longitudinalnih studija dece (Diamond, 2001). Njihov rad, koji daje objašnjenje, kao i ubedljive dokaze za njega, doveo je do promena u medicinskim vodičima za tretman PKU (nivo Phe u krvi treba održavati između 120 i 360 µmol/L) koje su poboljšale živote te dece (npr., Stemerdink et al., 2000). Takođe, bacajući svetlo na ulogu dopamina u prefrontalnom korteksu u ranom razvoju, ovaj rad je ponudio uvid u razvoj sposobnosti kognitivne kontrole (egzekutivna funkcija), što je relevantno za svu decu.


Miror neuron i neonatalna imitacija

1977. godine, Meltzoff i Moore su načinili pravu senzaciju izveštavajući da bebe čoveka, stare samo 12 do 21 dan, imitiraju facijalnu ekspresiju odraslih koje posmatraju (Slika 1). Nakon ovoga je sledila druga demonstracija ovakve imitacije kod beba rođenih pre samo 42 minuta (Meltzoff & Moore, 1983.). Godinama su njihovi izveštaji nailazili na jak otpor. Takva imitacija je smatrana isuviše sofisticiranim dostignućem za jedno novorođenče. Uostalom, novorođenče može da oseti ali ne i da vidi pokrete svojih usta i jezika, kao i da vidi ali ne i da oseti pokrete usta i jezika drugih ljudi. Da bi izjednačili sopstvene motoričke pokrete sa percepcijom istih tih pokreta koje izvode drugi, potrebno je složeno povezivanje različitih modaliteta.

Kada su Rizzolatti i njegovi saradnici, Fadiga, Fogassi i Gallese (pregled je dat u Rizzolati & Craighero, 2004.) otkrili miror neurone, pojavio se mehanizam za koji se može verovati da se nalazi u osnovi sposobnosti novorođenčeta da prikaže takvu imitaciju poprilično automatski. Miror neuroni se uključuju kada osoba izvršava radnju ili kada osoba posmatra kako neko drugi izvršava tu radnju. Povezivanje modaliteta se odvija na neuronskom, jednoćelijskom nivou. Kasnije je dokazano da rezus majmuni stari 3 dana takođe imitiraju facijalne pokrete odraslih ljudi (Ferrari i saradnici, 2006., Slika 1) i da bliska veza između percepcije i akcije nije ograničena samo na vid; kada su čuje zvuk koji je povezan sa nekom radnjom aktiviraju se miror neuroni koji su povezani sa tom radnjom, isto kao što to čini i prizor te radnje (Kohler i saradnici, 2002.).

Dok prethodni primeri govore o tome kako neuronauka objašnjava moguće neurobiološke osnove uočenih psiholoških fenomena, u nastavku ćemo opisati fenomene – u vezi sa svojstvom plastičnosti i uticajima sredine – na koje su neuronaučnici skrenuli pažnju razvojnih psihologa.


Snažni uticaj ranog iskustva na mozak, telo, um

Ponašanje i ekspresija gena

Ironično, jedno od najvažnijih otkrića iz oblasti neurobiologije jeste da biologija nije sudbina. Istraživanja u neuronauci pokazala su da iskustvo ima daleko veću ulogu nego što se ikada mislilo u oblikovanju uma, mozga, pa čak i ekspresiji gena. Ovaj uvid je naročito značajan za unapređenje teorije kognitivnog razvoja, gde su postojale žustre debate o značaju prirode i odgoja.

Postoji obilje primera upečatljivog svojstva plastičnosti indukovanog iskustvom – na primer, revolucionarni rad Greenough-a, Merzenich-a, Maurer-a, Neville-a, Pascual-Leone-a, Taub-a, Sur-a i Kral-a. Ovde ćemo istaći rad Schanberg-a i Meaney-a, delimično i zato što naglašava senzorni sistem kojem su psiholozi posvećivali daleko manje pažnje nego vidu i sluhu: čulo dodira.


Majčinski dodir i njegov uticaj na rast

Dva nezavisna rada dokazala su snažan uticaj dodira. Schanberg i njegovi saradnici su dokazali da je lizanje mladunaca pacova od strane majke pacova od suštinskog značaja za njihov rast. Ako su mladunci pacova lišeni ovog dodira makar i na jedan sat, sinteza DNK se smanjuje, lučenje hormona rasta je inhibirano, a telesni organi gube svoju sposobnost da reaguju na egzogeno dat hormon rasta (Butler, Suskind i Schanberg, 1978.; Kuhn, Butler & Schanberg, 1978.). Schanberg i njegovi saradnici su identifikovali molekularne mehanizme putem kojih nastaju ovi efekti ako su mladunci pacova lišeni veoma specifične vrste dodira koju majke pacovi koriste za svoje mladunce (na primer, Schanberg, Ingledue, Lee, Hannun i Bartolome, 2003.).


Majčinski dodir i njegov značaj u smanjenju reaktivnosti na stres i za kognitivni razvoj

Meaney i njegovi saradnici su dokazali da majke pacova koje češće ližu i trebe krzno svojih mladunaca daju potomke koji, tokom čitavog života, više istražuju, manje su bojažljivi, pokazuju blaže reakcije na stres, imaju bolje kognitivne rezultate kao odrasli i čije kognitivne veštine ostaju bolje očuvane u starosti (Liu, Diorio, Day, Francis i Meaney, 2000.). Upravo ponašanje majke dovodi do ovih efekata, a ne određeni genetski profil koji je zaslužan za određeni stil materinstva i određene karakteristike potomaka. Ako mladunce majki koje ližu i trebe krzno u velikoj meri odgajaju majke koje ližu i trebe krzno u manjoj meri, oni neće pokazati te karakteristike, dok ako mladunce majki koje koriste dodir u manjoj meri odgajaju majke koje koriste dodir u većoj meri, oni će ispoljiti ovu plejadu atributa (Francis, Diorio, Liu i Meaney, 1999.).

Štaviše, pacovi imaju tendenciju da podižu svoje potomke na isti način na koji su i oni sami podizani, tako da se ovi efekti prenose međugeneracijski, ne putem genoma već putem ponašanja. Biološki potomci majki koje koriste dodir u manjoj meri a koje su odgajale majke koje koriste dodir u većoj meri, ližu i trebe krzno svojih mladunaca u velikoj meri; na ovaj način se sa generacije na generaciju prenose umanjena reaktivnost na stres i kognitivna poboljšanja (Francis i saradnici, 1999.).

Meaney i njegovi saradnici su pokazali da ponašanje majke dovodi do ovih posledica u ponašanju putem nekoliko mehanizama koji menjaju ekspresiju gena. Ne ispoljavaju se svi geni jedinke – mnogi se nikada ne ispolje. Iskustvo može uticati na to koji geni će biti uključeni ili isključeni, u kojim ćelijama, i kada. Na primer, metilacija (vezivanje metil grupe za promoter gena) stabilno utišava gen; demetilacija preokreće ovaj proces i tipično dovodi do ekspresije gena. Pojačano lizanje od strane majki pacova dovodi do demetilacije (tj. aktivacije) glukokortikoidnog receptornog gena i smanjuje nivo cirkulirajućeg glukokortikoida (hormona stresa) jer ga receptori za hormon stresa uklanjaju iz cirkulacije.


Majčinski dodir i kognitivni i emotivni razvoj ljudi

Za razliku od mladunaca pacova, bebe čoveka mogu da vide, čuju i osećaju mirise, kao i dodir. Pa ipak, uprkos dodatnim senzornim informacijama koje su im dostupne, dodir je od presudnog značaja. Bebe čoveka koje su u slaboj meri izložene dodiru rastu sporije, oslobađaju manje količine hormona rasta i slabije reaguju na egzogeno dat hormon rasta (Frasier i Rallison, 1972.). Tokom celog života, one više reaguju na stres, podložnije su depresiji i pojavi deficita kognitivnih funkcija koji se često javlja kod depresije ili tokom stresa (Lupien, King, Meaney, McEwen, 2000.).

Dodir ima važnu ulogu kod beba čoveka u podsticaju optimalnog razvoja i u odbrani od izazivača stresa. Masiranje beba smanjuje njihov nivo kortizola i pomaže im da dobiju na težini (Field i saradnici, 2004.). Poboljšanje u dobijanju težine masiranjem novorođenčeta je sprovedeno i u drugim kulturama a kognitivne koristi su očigledne čak i godinu dana kasnije. U pitanju nije to da bebe više spavaju ili jedu; već radije, da se stimulacijom njihovih tela masažom povećava vagalna (parasimpatički nervni sistem) aktivnost, koja potpomaže oslobađanje hormona za apsorpciju hrane. Tako poboljšan vagalni tonus takođe nagoveštava bolju sposobnost modulacije uzbuđenja i bavljenje suptilnim sredinskim nagoveštajima koji su značajni za kognitivni razvoj. Pasivan telesni dodir takođe ima značajan uticaj na smanjenje stresa, kao i umirujući i analgetički uticaj na bebe i odrasle (na primer, Gray, Watt i Blass, 2000.; Slika 2). Stoga, pored toga što “običan dodir“ može da nas umiri i oraspoloži, prava vrsta dodira redovno dobijena rano u životu može da pospeši kognitivni razvoj, razvoj mozga, telesno zdravlje tokom čitavog života, kao i ekspresiju gena.


Budući pravci

Neuronauka može biti u stanju da pruži neverovatno veliki doprinos razvoju deteta nadogradnjom brojnih dokaza da razlike u obrascima aktivnost neurona prethode i predviđaju razlike u kognitivnim performansama. Često, kada mozak ne funkcioniše pravilno, ljudi to mogu da nadomeste na način da to ne umanjuje njihove performanse sve dok nervni sistem ne postane toliko disfunkcionalan ili performanse ne postanu isuviše zahtevne. Stoga, može postojati osnovni problem koji se neće ispoljiti u ponašanju sve dok, na primer, akademski zahtevi naprednijeg školovanja ne prevaziđu sposobnost kompenzacije deteta.

Do sada, za razlike u obrascima aktivnosti neurona je dokazano da prethode i predviđaju razlike u kognitivnim performansama samo kod odraslih. Na primer, Bookheimer i njegovi saradnici su testirali starije odrasle osobe (u rasponu od 47 do 82 godine) sa genetskom predispozicijom za Alchajmerovu bolest, koji su izabrani na osnovu toga što su u potpunost parirali kontrolnoj grupi u različitim kognitivnim zadacima. Pa ipak, neuroslikanje funkcija otkrilo je da mozgovi nekoliko osoba sa genetskom predispozicijom već pokazuju predviđene razlike. Dve godine kasnije, ove osobe pokazale su kognitivne poteškoće koje su predvideli njihovi raniji obrasci aktivnosti neurona (Bookheimer i saradnici, 2000.). Slično ovome, odrasli u ranim fazama drugih poremećaja možda neće ispoljavati u ponašanju dokaze kognitivnog deficita dok neuroslikanje pokazuje da njihovi mozgovi kompenzuju ili napornije rade da bi ostvarili takvu jednakost u ponašanju. Sa progresijom bolesti, kompenzacija nije više dovoljna i kognitivni deficit postaje očigledan (na primer, Audoin i saradnici, 2006.).

Sve ovo navodi na to da neuroslikanje funkcija dece u razvoju može možda da otkrije dokaze poremećaja učenja – kao što su deficiti pažnje, senzorne obrade, jezika ili matematički deficiti – pre nego što se ovi problemi ispolje u ponašanju. Sada se već sprovodi istraživanje kako bi se videlo da li neuronske reakcije beba na zvučne stimulanse mogu da predvide kasnije lingvističke probleme (na primer, Benasich i saradnici, 2006.). Što se problem otkrije ranije, veća je nada da će biti ispravljen ili da će se aktivirati sposobnost kompenzacije.

Imitacija protruzije jezika odraslog čoveka od strane novorođenčeta i rezus makaki majmuna. Gornji red slika je preštampan iz ‘‘Imitation of Facial and Manual Gestures by Human Neonates,’’ by A.N. Meltzoff and M.K. Moore, 1977, Science, 198, p. 75. Copyright 1977, American Association for the Advancement of Science. Prikazano uz dozvolu. Donje slike su iz studije navedene u Ferrari et al. (2006). Dozvolu za prikazivanje dale su Annika Paukner i Steve Suomi.




Prevremeno rođeni blizanci u istom krevetu. Rođene 12 nedelja ranije ove bliznakinje su najpre smeštene u odvojene inkubatore. Kyrie (desno), veća i teža od dve bebe, je spavala mirno, ali Brielle (levo) je imala probleme sa disanjem i srčanom frekvencom, nije dobijala na težini, i uznemirena svaki put kada bi neko pokušao da je uteši. Na kraju je medicinska sestra, postupajući protivno pravilima bolnice, stavila dve sestre zajedno u isti krevet. Kada je Brielle spavala, Kyrie bi zagrlila svoju manju bliznakinju. Brielle je počela da napreduje. Devojčice su otišle kući pre nego što je očekivano. Danas veliki broj institucija koristi smeštaj po dva mala pacijenta u postelji, čime redukuje broj bolničkih dana.

•