ช่วงวิกฤตและช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้า

ช่วงวิกฤตและช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าเป็นระยะพัฒนาการที่มีขอบเขตจำกัด ซึ่งวงจรประสาทจะเปิดกว้างเป็นพิเศษต่อการถูกปรับเปลี่ยนโดยประสบการณ์ ภายในช่วงเวลาดังกล่าว จำเป็นต้องมีข้อมูลนำเข้าที่เหมาะสมสำหรับการสร้างวงจรปกติ และข้อมูลนำเข้าที่ผิดปกติอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่คงอยู่ถาวร เมื่อช่วงเวลาปิดลง ประสบการณ์เดียวกันจะมีผลกระทบที่อ่อนแอลงมาก ตัวอย่างคลาสสิกได้แก่ คอร์เทกซ์การมองเห็น การเรียนรู้ภาษา และแผนที่ประสาทสัมผัส

Definition

ช่วงวิกฤตคือช่วงเวลาพัฒนาการที่มีขอบเขตจำกัด ซึ่งวงจรประสาทจะมีความอ่อนไหวสูงสุดต่อการปรับเปลี่ยนโดยประสบการณ์ โดยที่การมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของข้อมูลนำเข้าที่เหมาะสมภายในช่วงเวลานั้นมีผลกระทบที่คงอยู่ถาวรซึ่งยากต่อการย้อนกลับในภายหลัง ส่วนช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าเป็นช่วงเวลาที่คล้ายกันแต่มีขอบเขตที่ชัดเจนน้อยกว่า

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงช่วงวิกฤตและช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าคืออะไร หลักฐานที่ยืนยันกลไกดังกล่าว กลไกระดับโมเลกุลและวงจรที่เปิดและปิดช่วงเวลาเหล่านี้ และความแตกต่างระหว่างช่วงวิกฤตที่เข้มงวดกับช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าที่มีระดับความเข้มข้นที่หลากหลายกว่า นี่คือข้อมูลอ้างอิงทางวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิกเกี่ยวกับการกำหนดเวลาของการแทรกแซง

Core questions

• วงจรประสาทเฉพาะเจาะจงจะเปิดกว้างต่อการถูกปรับเปลี่ยนโดยประสบการณ์มากที่สุดเมื่อใด?
• การเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลและวงจรใดที่เปิดและปิดช่วงวิกฤต?
• ช่วงวิกฤตแตกต่างจากช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าที่กว้างกว่าและมีระดับความเข้มข้นที่หลากหลายกว่าอย่างไร?
• ช่วงวิกฤตที่ปิดไปแล้วสามารถเปิดใหม่ได้หรือไม่ และมีค่าใช้จ่ายอะไรบ้าง?

Key concepts

• ช่วงวิกฤตเทียบกับช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้า
• ความยืดหยุ่นของการครอบงำทางตา
• การกีดกันการมองเห็นตาข้างเดียว
• การเจริญเติบโตของวงจรยับยั้ง (GABAergic)
• เบรกโมเลกุลต่อความยืดหยุ่น
• การเปิดและปิดช่วงเวลา

Mechanisms

ช่วงวิกฤตจะเปิดขึ้นเมื่อวงจรที่กำลังพัฒนาเข้าสู่สภาวะสมดุลของการกระตุ้นและการยับยั้ง การเจริญเติบโตของอินเตอร์นิวรอนยับยั้งเฉพาะเป็นตัวกระตุ้นสำคัญที่ช่วยให้ประสบการณ์ขับเคลื่อนการปรับเปลี่ยนแบบแข่งขันได้ ช่วงเวลาเหล่านี้จะปิดลงเมื่อมีการสะสมของเบรกโมเลกุล ซึ่งรวมถึงการรวมตัวของร่างแหเพอรีนิวรอนรอบเซลล์ประสาทที่ยับยั้ง และการปรากฏของสารยับยั้งที่เกี่ยวข้องกับไมอีลิน ซึ่งทำให้วงจรมีเสถียรภาพและจำกัดการปรับโครงสร้างขนาดใหญ่เพิ่มเติม (Hensch, 2005; Takesian & Hensch, 2013) การสาธิตที่เป็นแบบแผนคือความยืดหยุ่นของการครอบงำทางตา: การกีดกันการมองเห็นของตาข้างหนึ่งในช่วงวิกฤตจะเปลี่ยนการตอบสนองของคอร์เทกซ์ไปทางตาที่เปิดอยู่ ซึ่งเป็นผลกระทบที่รุนแรงภายในช่วงเวลาและอ่อนแอหรือไม่มีเลยภายนอกช่วงเวลาดังกล่าว (Wiesel & Hubel, 1963; Hubel & Wiesel, 1970)

Clinical relevance

แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานว่าทำไมประสบการณ์ทางประสาทสัมผัสในช่วงต้นจึงมีความสำคัญต่อการพัฒนาตามปกติ และทำไมบางภาวะจึงสามารถรักษาได้ดีขึ้นเมื่อได้รับการแก้ไขตั้งแต่เนิ่นๆ ในชีวิต ข้อมูลนี้อธิบายชีววิทยาพื้นฐานเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง ไม่ได้กำหนดเวลาหรือวิธีการสำหรับการแทรกแซงทางคลินิกใดๆ

Evidence & guidelines

กรอบแนวคิดนี้ตั้งอยู่บนงานทดลองคลาสสิกในระบบการมองเห็นและการวิเคราะห์ระดับโมเลกุลในภายหลังว่าความยืดหยุ่นถูกควบคุมอย่างไร บทวิจารณ์ได้สังเคราะห์ปัจจัยกำหนดวงจรและโมเลกุลของการเปิดและปิดช่วงเวลา (Hensch, 2005; Takesian & Hensch, 2013)

History

แนวคิดสมัยใหม่เกิดขึ้นจากการทดลองของ Hubel และ Wiesel ในทศวรรษ 1960 ที่แสดงให้เห็นว่าการกีดกันการมองเห็นของลูกแมวข้างหนึ่งในช่วงเวลาเริ่มต้นที่เฉพาะเจาะจงเพียงช่วงสั้นๆ ทำให้การตอบสนองของคอร์เทกซ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างถาวร ซึ่งเป็นผลงานที่ช่วยให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบล การวิจัยในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Hensch และเพื่อนร่วมงาน ได้ระบุตัวกระตุ้นวงจรยับยั้งและเบรกโมเลกุลที่เปิดและปิดช่วงเวลาเหล่านี้ ซึ่งเปลี่ยนช่วงวิกฤตจากการสังเกตเชิงพรรณนาไปสู่คำอธิบายเชิงกลไก

Debates

ช่วงวิกฤตในผู้ใหญ่สามารถเปิดใหม่ได้อย่างปลอดภัยหรือไม่?

การจัดการที่กำจัดเบรกโมเลกุลสามารถฟื้นฟูความยืดหยุ่นแบบวัยเยาว์ในสมองของผู้ใหญ่ได้ ซึ่งเพิ่มโอกาสในการเปิดใหม่เพื่อการรักษา แต่การทำเช่นนั้นอาจทำให้วงจรที่จัดตั้งขึ้นไม่เสถียรด้วย ดังนั้นความสมดุลของประโยชน์และความเสี่ยงจึงยังไม่ได้รับการแก้ไข

Key figures

• David Hubel
• Torsten Wiesel
• Takao Hensch

Seminal works

• wiesel-hubel-1963
• hubel-wiesel-1970
• hensch-2005

Frequently asked questions

ช่วงวิกฤตและช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าแตกต่างกันอย่างไร?

ช่วงวิกฤตคือช่วงเวลาที่มีขอบเขตชัดเจนซึ่งประสบการณ์จะต้องเกิดขึ้นเพื่อให้วงจรพัฒนาตามปกติ และนอกช่วงเวลานั้นการเปลี่ยนแปลงทำได้ยากมาก ส่วนช่วงที่ไวต่อสิ่งเร้าเป็นช่วงเวลาที่คล้ายกันแต่มีระดับความเข้มข้นที่หลากหลายกว่า ซึ่งประสบการณ์มีอิทธิพลอย่างมากโดยไม่จำเป็นต้องมีอย่างเคร่งครัด

ทำไมตัวอย่างคอร์เทกซ์การมองเห็นจึงมีความสำคัญมาก?

การกีดกันการมองเห็นของตาข้างหนึ่งในช่วงวิกฤตเริ่มต้นจะปรับเปลี่ยนการเชื่อมต่อของคอร์เทกซ์อย่างถาวร ซึ่งเป็นการสาธิตที่ชัดเจนและทำซ้ำได้ว่าประสบการณ์ภายในช่วงเวลาที่มีขอบเขตจำกัดมีผลกระทบที่คงอยู่ถาวร ซึ่งกลายเป็นแบบจำลองสำหรับการศึกษาช่วงวิกฤตโดยทั่วไป