Hjernens udvikling hos børn og unge og hos piger og drenge Christian Gerlach, Syddansk Universitet cgerlach@health.sdu.dk

Disposition Hjerneskanningsteknikker Hjernens udvikling Er der noget særligt ved teenagere? Begrænsninger i vores viden om hjernens udvikling Kønsforskelle i hjerne og mentale funktioner

Hjerneskanningsteknikker

Thomas Bartholin (1616 -1680) Om hjernevindingernes funktion: (1616 -1680) Om hjernevindingernes funktion: at sørge for at sikre hjernens blodkar, ved at dirigere dem gennem disse snoninger og derved beskytte dem fra fare for at gå i stykker ved voldsomme bevægelser, specielt ved fuldmåne hvor hjernen svulmer i kraniet.

Neurographia, 1608

Frenologi Franz Joseph Gall 27 Mentale evner (1758-1828) Instinkt for reproduktion Kærlighed til eget afkom Venskab Selvforsvar og mod Kødædende instinkt/tendens til at myrde ….. 12. Fornemmelse for steder 15. Sprogsansen 16. Farvesansen 17. Musikalsk sans 23. Poetisk talent 26. Det religiøse organ 27. Vedholdenhed

Kranieskopi

Gall’s bidrag: Mentale funktioner kan lokaliseres til hjernebarken Hjerneområder kan “vokse” Gall & Spurzheim’s Anatomie et Physiologie du Systeme Nerveux, 1810

Dynamiske (PET, fMRI, EEG, Fotografi Strukturelle (CT, MR) Dynamiske (PET, fMRI, EEG, OT, MEG)

Nervecellen (neuronet) er hjernens mindste funktionelle enhed Sukker (energi) + Ilt = Blodgennemstrømning

Positron emissions tomografi Hvordan måles blodgennemstrømningen?

funktionel Magnetisk Resonans Imaging (fMRI) Iltet blod Afiltet blod Hvile: Iltet blod Afiltet blod Aktiveret: Skabende større signal

Et par mellemregninger Opretning Normalisering Udglatning GLM

Myte? Ved funktionel billeddannelse, kan man se hvordan hjernen arbejder. Måske; men der ligger mange antagelser til grund. Man kan typisk se HVOR og HVORNÅR, men ikke umiddel-bart HVAD der sker.

Hjernens udvikling

Et par facts: Hjernens mindste funktionelle enhed er neuronet. I fosterstadiet dannes der ca. 250.000 nye neuroner i minuttet. Slutprodukt: Ca. 15 - 32 milliarder neuroner ved fødslen. Og så går det ned ad bakke: -100 g. (ca. 8 %) ved de 70. Neuroner er langsomme: 100 m/s. (Spikes: 2-10 Hz vs. Clock-frequency 2.000.000.000 Hz) Men; hvert neuron er ’forbundet’ med op til 15.000 andre neuroner.

Gule prikker = Axonterminaler Dendrit Cellekrop

Det var længe en almindelig antagelse at hjernen var færdigudviklet i 6-7 års alderen Rækkefølgen hvormed forskellige områder i hjernen modnes Paul Flechsig, 1901

Energiomsætning som funktion af alder

Hjernen er en skulptur, der formes af erfaringen Synaptogenese: Dannelse af nye synapser Beskæring: Fjernelse af eksisterende synapser Modulering: Svækkelse eller forstærkning af eksisterende synapser

Energiomsætning som funktion af alder

Grå og hvid substans

Hjernens modning i tid

Højdepunkt for tæthed i grå substans

Og hvad er det nu lige, det betyder? Øgning af grå substans: Læringspotentiale + Effektivisering - Øgning af hvid substans: Effektivisering + Læringspotentiale -

Fysiologiske forandringer sker gennem hele livet: Hjernen er formbar (plastisk) Draganski et al. 2004. Nature

5 minutters samtale: Vend jer mod en sidemand og fortæl hinanden på skift, hvad: I tænker om de pointer, der er kommet frem indtil nu. Hvordan I hver især kan bruge det sagte.

Er der noget særligt ved teenagere? (i forhold til børn og voksne)

Ungdommen er forbundet med mindre sygdom end andre perioder i livet: Alligevel er dødeligheden 200% større i denne periode (Forbes & Dahl, 2010) [Ulykker, selvmord, stofmisbrug, spiseforstyrrelser]. Unge tilbringer mere tid med venner end børn og voksne gør (Steinberg & Silversberg, 1986), og de går mere op i, hvad andre tænker og mener om dem (Parker et al., 2006). Unge er mere følelsesmæssigt (emotionelt) svingende end voksne (Larson et al., 2002). Unge er mere sensations- (sensation-seeking) og nyhedslystne, og de er mere risikovillige end voksne (særligt når de er sammen med deres venner) (Doremus-Fitzwater et al., 2010).

Risikovillighed

Kan ikke forudsige konsekvenserne af sine handlinger og har svært ved at hæmme impulser. Kan forudsige konsekvenserne af mine handlinger og kan godt hæmme impulser. Kan OGSÅ forudsige konsekvenserne af sine handlinger og kan godt hæmme impulser: men måske ikke lige så godt som sin far.

Øget risikovillighed hos unge skyldes IKKE: Manglende evne til at gennemskue konsekvenserne af egne handlinger (Reyna & Farley, 2006). Manglende evne til at hæmme impulser (Luna et al., 2010). Ringe eksekutiv funktion (arbejdshukommelse): Jo bedre arbejdshukommelse desto større risikovillighed (Romer et al., 2009). Alder Udvikling Børn Unge Voksne

Men hvad skyldes risikovilligheden da? Unges reaktioner på følelsesmæssige påvirkninger (følelsesprægede ansigtsudtryk) samt pengebelønning i spil adskiller sig imidlertid fra både børns og voksnes. Amgygdala Nucleus accumbens Sommerville et al., 2010

RATBOT

RATBOT Rottens hoved hvert sekund Rottens position ved stimulation i MFB Rottens position ved retningssignal (R / L) Rottens position ½ sek. efter retningssignal Talwar et al., 2002

Men hvad skyldes risikovilligheden da? Unges reaktioner på følelsesmæssige påvirkninger (følelsesprægede ansigtsudtryk) samt pengebelønning i spil adskiller sig imidlertid fra både børns og voksnes. Amgygdala Nucleus accumbens Sommerville et al., 2010

Subkortikal – præfrontal Men hvad skyldes risikovilligheden da? Udvikling Alder Ungdom Tænkning Følelse Øget risikoa. Emotionel reaktion Børn Unge Voksne Høj Lav Subkortikal – præfrontal ubalance

Men hvad skyldes risikovilligheden da? Vi må følgelig antage, at der i ungdommen simpelt hen er skruet mere op for det følelsesmæssige blus (aktivitet i amygdala og nuclues accumbens), og at de motivationelle grunde skifter; særligt hvad angår sociale aspekter.

Hvad er forklaringen på ”opskruet” emotionalitet? Er unge mennesker ”blot” mentalt forstyrrede? Naturen begynder – via puberteten – at tilskynde til fx seksuel adfærd (oxytocin) og større risikovillighed i handling for at frigøre den unge fra de voksne: Man skal lære at stå på egne ben, og det kræver, at man bl.a. er mere parat til at tage chancer. Dette kan måske forklare, hvorfor unge mennesker handler radikalt anderledes end voksne når det kommer til muligheden for belønning/at løbe nogle risici.

Følelser (emotioner) er hjernens møntfod Positivt (belønning) Negativt (straf) Ekstase Positivt (fravær af straf) Negativt (fravær af belønning) Lykke Glæde Lettelse Aggres. Irritation Sorg Trist. Angst Frygt Rolls, 1999: The brain and emotion

Og hvis følelser er hjernens møntfod: så arbejder unge simpelthen med en anden valuta end voksne og børn!

Kønsforskelle i sensation-seeking Jeg kan lide at udforske mærkelige/fremmede steder. Jeg kan lide at gøre uhyggelige ting. Jeg kan lide nye og spændende oplevelser, også selv om jeg skal bryde nogle regler. Jeg foretrækker venner som er spændende og uforudsigelige. Selvrapportering! Drenge Sensations-søgning Piger Alder (år) Romer, 2010

Begrænsninger i vores viden om hjernens udvikling

Problem 1: De fleste studier der har undersøgt hjernens udvikling har ikke samtidigt undersøgt mental udvikling. Sammenhænge mellem strukturelle ændringer i hjernen og udviklingsmæssige ændringer i mentale funktioner hviler derfor på indirekte slutninger.

Problem 2: De fleste studier der har undersøgt hjernens udvikling har fokuseret på den gennem-snitlige udvikling og ikke på individuelle forskelle.

Udtalte individuelle forskelle i tætheden af grå substans Frontallapperne (grå substans) Alder

Men hvordan ser de individuelle forskelle ud? Modning Alder Standardiseret curriculum ?

Problem 3: Hjernens udvikling består ikke af een men to processer: (I) Genetisk betinget udvikling (II) Erfarings betinget udvikling Hvordan kan vi adskille disse processer? Hjerne Miljø/adfærd

Skanning Hjerne Adfærd/miljø Adfærd/miljø Hjerne Miljø: Omsorgssvigt Christian (Socialt udygtig) Christina (Socialt dygtig) Skanning Adfærd/miljø Hjerne Miljø: Omsorgssvigt Miljø: Normal omsorg Adfærd/miljø Hjerne

5 minutters samtale: Vend jer mod en sidemand og fortæl hinanden på skift om: En ting I finder særlig interessant i oplægget. Noget i jeres arbejde eller jeres organisation, som foredraget har inspireret jer til at se på en ny måde.

i hjerne og mentale funktioner Kønsforskelle i hjerne og mentale funktioner

Neuroanatomiske kønsforskelle

Neuroanatomiske forskelle Mænds hjerner er 10 – 15 % større end kvinders hjerner og indeholder ca 15% flere neuroner. Drenges hjerner er også større end pigers hjerner. Drengenes hjerner udvikles langsommere end pigernes (ca. 1–2 år langsommere). Forskellen udlignes dog i slutningen af teenagealderen.

Grå substans i forskellige områder af hjernen Frontallap Parietallap Temporallap Occipitallap Antal år Lenroot et al., 2007 N = 387

Sammenhænge mellem IK og grå substans Middel IK (M) Højl IK (H) Meget høj IK (MH) Alder (år) Kortikal tykkelse Superiore frontale gyrus Venstre medial præfrontal Højre medial præfrontal Venstre temporallap MH vs. H & MH vs. M = * H vs. M = ns MH vs. H & MH vs. M * Gogtay & Thompson, 2010

Forskelle i forholdet mellem grå og hvid substans hos kvinder og mænd? Nogle studier har fundet G > H hos kvinder sammenlignet med mænd (Allen et al., 2003, Gur et al., 2002). Når der tages højde for forskelle mellem mænd og kvinder i total hjernevolumen synes denne forskel at forsvinde! (Leonard et al., 2008). Kvinder og mænd med samme hjernevolumen har samme forhold mellem grå og hvid substans!

Hjernebjælken (Corpus Callosum) Meta-studie: 5 ud af 47 studier finder større CC hos mænd end hos kvinder. Efter korrektion for total hjernevolumen er ingen forskelle signifikante (Bishop & Wahlsten, 1997). Variation: 3-11 cm2

Gyri-fikation (Gyri = Hjernevinding) Gyrifikation afhænger sandsynligvis af, hvor godt forskellige neuronsamlinger er forbundne. Hvis de danner mange stærke forbindelser bliver de ”trukket” nærmere hinanden; ellers flytter de sig.

Gyrifikation Sammenhængen i hjernestørrelse mellem énæggede tvillinger er gennemsnitlig r = .95. Tilsvarende sammenhænge for formen på hjernevindingerne er gennemsnitligt ”kun” på r = .5 (Chow et al., 2002). Er der forskelle i gyrifikation mellem piger og drenge? Én MR-undersøgelse peger på forskelle mellem mænd og kvinder (kvinder = mere gyrificerede) (Luders et al., 2004) en anden (post-mortem) (Zilles et al., 1988) finder ingen forskel.

Mentale kønsforskelle

Eksempel Undersøgelse af højden hos 800 børn: 400 piger & 400 drenge Gennemsnit for piger = 144 cm & drenge = 141 cm. (t798 = -2.9, p < .01) Hvor stærk er sammen- hængen? r = 0.104 (p < .01) I %: (0.1042 * 100) = 1.1 De resterende 98.9 % af forskelle i højde må altså skyldes andre faktorer end køn

Effektstørrelse: Cohens d d < 0.20 = ingen eller ringe effekt d > 0.20 & < 0.50 = svag til moderat effekt d > 0.80 = stor effekt d = (144 – 141 cm / 15 cm) 0.20

= -0.45 (d = 0.50 svarer til en forklaret sammenhæng på 5.8%) Domæne Studie Alder Antal d studier Sproglige færdigheder Læseforståelse Hedges & Nowell (1995) Unge 5* -0.09 Læseforståelde Hyde & Linn (1988) Alle 40 -0.03 Sprogproduktion Hyde & Linn (1988) Alle 40 -0.33 Sprogproduktion Leaper & Smith (2004) Børn 61 -0.11 Vokabular Hedges & Nowell (1995) Unge 4* +0.06 Vokabular Hyde & Linn (1988) Alle 40 -0.02 DAT stavning Feingold (1988) Unge 5* -0.45 DAT sprog Feingold (1988) Unge 5* -0.40 DAT verbal omtanke Feingold (1988) Unge 5* -0.02 Effekt-størrelserne er hovedsageligt svage og ingen effekter er større end d = -0.45 (d = 0.50 svarer til en forklaret sammenhæng på 5.8%) Negative værdier: Kvinder > mænd. Positive værdier: Mænd > Kvinder

(d = 0.80 svarer til en forklaret sammenhæng på 14%) Domæne Studie Alder Antal d studier Visuospatiale færdigheder Rumlig evne Hedges & Nowell (1995) Unge 2* +0.19 DAT rumlige relationer Feingold (1988) Unge 5* +0.15 Rumlig perception Linn & Petersen (1985) Alle 62 +0.44 Rumlig perception Voyer et al. (1995) Alle 92 +0.44 Mental rotation Linn & Petersen (1985) Alle 29 +0.73 Mental rotation Voyer et al. (1995) Alle 78 +0.56 Spatial forestilling Linn & Petersen (1985) Alle 62 +0.13 Spatial forestilling Voyer et al. (1995) Alle 116 +0.19 Effekt-størrelserne er hovedsageligt svage til moderate (dog stærk for rotation) (d = 0.80 svarer til en forklaret sammenhæng på 14%) Negative værdier: Kvinder > mænd. Positive værdier: Mænd > Kvinder

(d = 0.80 svarer til en forklaret sammenhæng på 14%) Domæne Studie Alder Antal d studier Visuospatiale færdigheder Rumlig evne Hedges & Nowell (1995) Unge 2* +0.19 DAT rumlige relationer Feingold (1988) Unge 5* +0.15 Rumlig perception Linn & Petersen (1985) Alle 62 +0.44 Rumlig perception Voyer et al. (1995) Alle 92 +0.44 Mental rotation Linn & Petersen (1985) Alle 29 +0.73 Mental rotation Voyer et al. (1995) Alle 78 +0.56 Spatial forestilling Linn & Petersen (1985) Alle 62 +0.13 Spatial forestilling Voyer et al. (1995) Alle 116 +0.19 Effekt-størrelserne er hovedsageligt svage til moderate (dog stærk for rotation) (d = 0.80 svarer til en forklaret sammenhæng på 14%) Negative værdier: Kvinder > mænd. Positive værdier: Mænd > Kvinder

Domæne Studie Alder Antal d studier Matematiske færdigheder Matematiske beregninger Hyde et al. (1990) Alle 45 -0.14 Matematiske begreber Hyde et al. (1990) Alle 41 -0.03 Matematisk problemløsning Hyde et al. (1990) Alle 48 +0.08 Matematik Hedges & Nowell (1995) Unge 6* +0.16 DAT numeriske færdigheder Feingold (1988) Unge 5* -0.10 Andre Objekt-identitets-hukom. Voyer et al. (2007) Alle 15 -0.23 Objekt-positions-hukom. Voyer et al. (2007) Alle 44 -0.27 Simpel visuel reaktionstid Silverman (2006) Alle 21 +0.17 Perceptuel hurtighed Hedges & Nowell (1995) Unge 4* -0.28 DAT mekanisk ræsonnement Feingold (1988) Unge 5* +0.76 Negative værdier: Kvinder > mænd. Positive værdier: Mænd > Kvinder

5 minutters samtale: Vend jer mod en sidemand og fortæl hinanden på skift om: En ting I har fundet overraskende ved det, I har hørt i dette foredrag. En ting som har udfordret jeres syn på kønsforskelle.

Konklusioner De eneste sikre neuroanatomiske kønsforskelle vedrører: (1) cellekerner i hypothalamus (der styrer seksuel adfærd og reproduktion), (2) størrelsen på hjernen og dens antal af celler (funktionel betydning er ukendt!), samt (3) hastigheden hvormed hjernen modnes. De eneste sikre mentale/kognitive forskelle mellem køn vedrører mental rotation. De kønsforskelle, der er studeret systematisk gennem de sidste 100 år, synes at være blevet mindre med tiden. Der er meget lidt viden om, hvordan hormoner påvirker hjerne og kognition, og det er svært at måle. Dette betyder ikke, at kønsforskelle ikke findes: Fremtidige mere følsomme metoder kan måske afsløre evt. forskelle.