1 Hjärnans och medvetandets utveckling Hugo Lagercrantz 6/12/2010 Astrid Lindgrens Barnsjukhus Karolinska Universitetssjukhuset Hjärnans Big Bang Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per sekund 20 x snabbare nervledningshastighet Hjärnan organiseras Medvetandets uppkomst Livets viktigaste händelse - gastruleringen 3 veckor 2 3 Hilde Mangold upptäckte hjärnans organisatör Old genes involved in the making of the cranio-caudal axis Hox Engrailes Krox-20 Shh 4 5 6 Bildning av nervröret Hjärnans Big Bang Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per sekund 20 x snabbare nervledningshastighet Hjärnan organiseras Medvetandets uppkomst Hjärnhemisfärerna blåses upp 7 8 9
Nervcellen hjärnans atom Bildning av 200000 nya nervceller/min minuten Att de är små och runda hos utan utskott hos fostret upptäcktes redan av Ramon y Cajal 10 Byte till nya nervceller i sångcentrat till vårsäsongen 11 Det bildas inga nya nervceller i hjärnbarken jagets och medvetandets lokalisation enligt Jonas Frisén (PNAS 2006) F Nottebohm 12 Hjärnans Big Bang Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per sekund 20 x snabbare nervledningshastighet Medvetandets uppkomst 13 14 15 Hur nervcellen hittar rätt Det stora språnget Migrationen av nervcellerna Hjärnans Big Bang Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per sekund 20 x snabbare nervledningshastighet Hjärnan organiseras Medvetandets uppkomst 16 17 18
Bildning av synapser Hjärnans Big Bang bildning av en miljon synapser i sekunden Nidcap - Newborn Individualized Developmental Care Tyst och dunkelt Barnet i fosterställning i ett litet näste Färre ingrepp, anpassas till barnets tilstånd Lära föräldarna att förstå barnets signaler 25 27 32 grav.veckor 19 20 Myeliniseringen är försämrad hos barn som fötts mycket för tidigt Nervskidorna (myelin) viktiga för snabb nervledning Fractional Anisotropy 0-0.1-0.2 Preterm Fractional Anisotropy 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1 Namn Ef -0.15 Control 22 Barnhjärnan är ingen dator, det är en djungel Nage et al Pediatr Res 2003 Preterm 23 24 Programmerad hjärncelldöd (apoptos) viktigt för hjärnans utveckling G Edelman Hjärncellerna måste vara aktiva, annars försvinner de Nerver till vingen hos kycklingen 21 Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per minut 20 x snabbare nervledningshastighet Hjärnan organiseras Medvetandets uppkomst 0.1 Right Hjärnans Big Bang Left 0.2 Control 25 Neurons which fire together wire together and those which don t won t Carla Shatz 26 27
28 När uppkommer medvetandet? När blir barnet varse om sin kropp, sitt jag och omvärlden? Är fostret medvetet? 14 veckor känseln uppkommer 20 hörseln 20 smärta 22-23 korttidsminnet Fostret är nog knappast medvetet Fostret sover Det är nog inte varse om känselintryck Det lever på en låg PO2 nivå som på Mt Everest Dämpande signalsubstanser 29 30 Hjärnans Big Bang Uppkomsten av nervceller Uppblåsning av hjärnan 200 000 nya nervceller/min Det stora språnget En miljon nya synapser per minut 20 x snabbare nervledningshastighet Hjärnan organiseras Medvetandets uppkomst När uppkommer medvetandet? När blir barnet varse om sin kropp, sitt jag och omvärlden? 31 32 Den nyfödda hjärnan Ett oskrivet blad John Locke Ett surrande virrvarr William James 33 Den nyfödda hjärnan är inget oskrivet blad Consciousness The hard problem D.Chalmers Även nyfödda kan tänka på ingenting! Franson,Skiöld, Horsch, Nordell, Blennow, Lagercrantz, Ådén PNAS (in press) Isn t a virtual baby as conscious as a real one? R.Cotteril How does the brain get us over the hump from neurochemistry to subjective feeling? John Searle 34 35 Rodney Cotteril s virtual baby
37 Definitions of Consciousness - Awareness of the body, oneself and the outside world - The state or activity that is characterized by sensation, emotion, volition or thought Webster - to see, to hear, to feel or otherwise experience something is to be conscious irrespective of awareness B Merker: Beh and Brain Sci 30:63-134, 2007 Global Neuronal Workspace J-P Changeux & S Dehaene Prominent locations for hubs in adults (A) and infants (B) Fransson et al Cerebral Cortex 2010 39 Resting activity hubs: MPFC (med prefrontal cortex) and PCC (post cingulate cortex) self-referential activity mentalizing processes memory retrieval from Gau et al PNAS 2008 40 Stressen att födas Det nyfödda barnets medvetande väcker fostret Vaket Självmedvetet Perception av ex smärta Uttrycker emotioner Minne Språk 41 42 Social interaktion NIRS Near-InfraRed Spectroscopy Självmedvetandet Nyödda kan skilja på mammans smekningar och egen beröring 43 45
Andningsrörelser hos ett nyfött barn, som lyssnar på musik Det nyfödda barnets medvetande Vaket Självmedvetet Perception av ex smärta Uttrycker emotioner Minne Språk Social interaktion Svenska nyfödda barn reagerar mer på svenska vokaler såsom aaa och uuu, medan amerikanska reagerar mer på engelska såsom iii och eee (Moon, Lagercrantz, Kuhl opubl) 46 Lagercrantz et al 1997 47 48 Barnet tittar längre på ett riktigt ansikte än ett scrambled face Det nyfödda barnets medvetande Vaket Självmedvetet Perception av ex smärta Uttrycker emotioner Minne Språk Social interaktion Människan är utrustad med spegelnervceller 49 Hur påverkas den omogna hjärnan av att utvecklas utanför livmodern? Det nyfödda barnets uppfattning av ansikten (30 cm, 1 m) Reagerar på ansiktsuttryck 52 50 51 54 Överlevnad av barn med fv <1000 g
Signalerna från sinnesorganen måste nå fram till hjärnbarken Det vakna för tidigt födda barnet reagerar mer på smärta R Slater et al J Neuroscience 2006;26:3662-66 SATs (spontaneous activity transients) are generated from about the 24th gest week Vanhatalo & Kaila 2006 55 Live-born infants, n=707 Överlevnaden av extremt för tidigt födda barn i Sverige Den för tidigt födda hjärnan - ökad risk för cp, ADHD, synproblem och svårigheter att klara skolan % Hjärnblödning Grad 3-4 No major neonatal morbidity at 1 year JAMA June 09 PVL hjärninfarkt wks Högt blodtryck - IVH Lågt blodtryck -PVL 59 Född för tidigt - följdtillstånd Hydrocefalus - vattenskalle Ca. ett barn av 1000 levande födda Oftast i smb med ryggmärgsbråck el. efter hjärnblödning Cp-skador särsk. spastisk diplegi Kronisk lungsjd Synproblem Attention deficit hyperactivity disorders (ADHD, DAMP) >90% utv. normalt 63
Relationship of IQ and Gestation at birth Hagberg & Hagberg C P 120 M CP (cerebral pares) minskar i Europa tack vare medicinsk forskning n= 24 73 144 27 23 39 67 92 103 162 252 397 414 348 415 465 917 289 100 110 C B A 100 n 90 a m 80 f u 70 a K Mean +SEM Bavarian Study 4.8y EPICure Study 6y adjusted for comparison GCA 60 50 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Gestational age (w) Courtesy of Prof Dieter Wolke and Prof Neil Marlow Färre hjärnskador än förväntat hos de extremt tidigt födda barnen <27 veckor 65 Förslag till handläggning baserat på erfarenheter från England och Canada 66 Betydelsen av tidig stimulering Om ena ögat inte används går synbarken i träda (vänster fig)- upptäcktes av David Hubel och Torsten Wiesel 22 veckor - abortgräns 23-24 veckor, ej kejsarsnitt, omhänder-tagande nivån avgörs av föräldrarna, respiratorvård kan avbrytas vid svår hjärnskada 25 veckor - kejsarsnitt om nödvändigt, samma slags intensivvård som för större barn och vuxna 67 Hjärnan hos ett rumänskt barnhemsbarn 68 En god mor stimulerar serotoninsystemet och bildningen av synapser Ungarna blir smartare och mindre stressade Michael Meaney 70 69 72 Hjärnans utveckling 71 Social interaktion Minnet Språkutveckling Medvetandet Empati Inlärning Beslutsförmåga
Jesusbarnet interagerar med Maria och Anna 2 mån Social interaktion 73 Förmågan att känna igen ett ansikte uppkommer tidigt 74 Mormorsnervcellerna är aktiva hos spädbarnet Methodik 7-8 mån barn fick titta först på ett grått fält, sedan mammans ansikte, ett grått fält igen och sedan ett okänt ansikte 75 78 Barnet föds som en god människa Mammans ansikte Ett halvårs barn föredrar den hjälpsamma figuren 76 Okänt ansikte 77 Hjärnans mognad från hjärnstam till hjässan Den kulturella hjärnan 79 80 Gunnar Bjursell, Professor, Göteborgs universitet
Minnesmekanismer Korttidsminne - habiturering finns redan hos fostret Obehagliga minnen lagras i mandelkärnan Luktminnen tidiga Arbetsminne - minnets svarta tavla från 8 mån Långtidsminne från 3 år Språkutveckling Minnesmekanismer Korttidsminne - habiturering finns redan hos fostret Obehagliga minnen lagras i mandelkärnan Luktminnen tidiga Arbetsminne - minnets svarta tavla från 8 mån Långtidsminne från 3 år 82 83 Barnet börjar prata ungefär, som spindeln väver sin väv Även mycket förståndshandikappade barn kan lära sig engelska som Oxford dons 85 Barnhjärnan är ingen dator, det är en djungel Amerikanska barn kan lära sig kinesiska P Kuhl G Edelman 86 Att lära sig är att eliminera J-P Changeux 88 84 87 90 Hjärnans utveckling Ett par timmars övning vid 9 mån ålder år resulterade i att de förstod kinesiska Personlig undervisning nödvändig, det räckte ej med tv undervisning Synapsbildning i hjärnans språkcentrum Modersmålen bör läras in före 3 år Språkinstinkten Vänster hjärnhalva reagerar för tal - höger för musik 3-4 mån joller 7 mån protokonversation 18 mån ca 50 ord 2 år tvåordssatser 3 år börjar prata begripligt, kan 500 ord 89 Social interaktion Minnet Språkutveckling Medvetandet Empati Inlärning Beslutsförmåga
Från 4 år Sally and Anne Att testa förmågan att sätta sig in i en medmänniskas situation Theory of mind >1 1/2 års åldern Barnet känner igen sig själv i en spegel Elisabeth Louise Lebrun 91 Synapsbildning och inlärningsförmåga, uppmärksamhet, problemlösning bäst från från 4-5 år 93 96 Tonåringens hjärna En fyraåring har svårt att välja Nerverna i pannloben ännu ej myeliniserade 94 95 NeoBIG Development of brain connectivity Neuroradiology Neonatology Fair et al 2007; Dosenbach et al 2010 Mikael Mosskin MR physics Sandra Horsch Zoltán Nagy Kristin Leifsdottir Anders Nordell Boubou Hallberg Johan Bengtsson Béatrice Skiöld Marcus Lund Mireille Vanpée Ulrika Ådén Hugo Lagercrantz Mats Blennow 92 97 Barnforskningen vid Astrid Lindgrens Barnsjukhus Bo Nordell MR kamera ALB Rosemarie Claesson www.barnforskningen.se Åsa Avango 98
Thanks! Ulrika Ådén Marco Bartocci Lena Bergqvist Jacob Carlsson Ann-Sofie Gustafssson Björn Westrup Peter Fransson, Stockholm Jean-Pierre Changeux, Paris Jean-Marc Pequignot, Lyon Jean-Christophe Roux Julie Peyronnet, Marseille Gary Cohen, Sydney Zoltan Nagy, London Christine Moon Pat Kuhl, Seattle 100