Dit is een gereviseerde versie van “Groeien en snoeien” gepubliceerd op 9-11-2017.

Een pasgeborene kan prima eten en slapen, maar verder kan hij niet veel. Hij kan niet praten, hij ziet haast niets, zijn armen en benen kan hij nauwelijks gericht bewegen. Dat verandert allemaal heel snel. Een kind van een jaar ziet van alles, kan zijn handen en armen al behoorlijk gericht gebruiken, maakt de eerste aanstalten om te gaan lopen en te gaan praten.
Vroeger werd gedacht dat bij de geboorte de hersenen klaar zijn voor al die taken (nature) en dat het kind alles daarna nog moet leren door ervaring (nurture). De hersenen van een pasgeborene zijn echter wel voorbereid op de komende taken, maar moeten nog groeien. Op volwassen leeftijd zijn ze twee tot drie keer zo groot. Dat groeien wordt gestuurd door de genen en door de ervaring, de interactie met de omgeving. De genen zijn het belangrijkst in het eerste levensjaar en daarna wordt de omgeving steeds belangrijker¹Zie “Nature en Nurture; aangeboren en aangeleerd”.

Kritische perioden

Een pasgeborene herkent binnen de kortste keren zijn moeder en al snel ook haar gezichtsuitdrukkingen. Voor alles wat een kind leert bestaan kritische perioden. In die periode moet hij de basale vaardigheden voor die functie verwerven. Na een jaar is die kritische periode voor basale functies van het zien -zoals bijvoorbeeld diepte, kleuren, beweging zien- afgerond. Als je een baby het eerste jaar in het donker zou laten, leert hij nooit meer helemaal goed zien.

Hoe ingewikkelder de cognitieve functie hoe langer het duurt voor die goed ontwikkeld is en hoe langer ook de kritische periode duurt. De kritische periode duurt het langst voor executieve functies zoals doelgericht plannen en onderdrukken van impulsen. Dat duurt tot voorbij de leeftijd van 20 jaar. Die functies zijn essentieel voor rationeel denken en het onderdrukken van driften en risicovol gedrag, en die zijn dus pas volledig aangelegd als iemand ouder is dan 20 jaar.

Groeien …

Wat gebeurt er in het brein van een kind tijdens die kritische perioden? Eerst zijn er hersencellen, neuronen met weinig uitlopers in dat deel van de hersenschors dat voor de betreffende functie zorgt. Bij het begin van de kritische periode groeien de neuronen uit en neemt het aantal verbindingen tussen de neuronen toe. Dat is de tijd van groeien. Later neemt het aantal verbindingen weer sterk af. Dat is de tijd van snoeien² Dit heet “synaptic pruning”.

Tijdens de groei van de verbindingen tussen neuronen leert het kind allerlei nieuwe vaardigheden, bijvoorbeeld gezichten herkennen. Leren en de groei van de cortex gaan hand in hand. Leren zien is mogelijk door de groei en de groei vindt vooral plaats als het kind leert. Voor dat laatste is het alleen nodig dat het kind met nieuwe visuele informatie geconfronteerd wordt. Dus bijvoorbeeld het gezicht van de moeder vaak zien, maar ook allerlei andere kleurige, beweeglijke voorwerpen.
De basale structuur van de hersenen met de basale functies is gevormd rond het tweede levensjaar. Dat geldt vooral voor delen die bijvoorbeeld met waarnemen of bewegen te maken hebben, zoals de visuele en motore cortex. De frontale cortex -die van belang is voor rationeel denken en dergelijke- doet daar veel langer over. Dus de kritische perioden komen overeen met de leeftijd van groeien en snoeien van de betrokken delen van de cortex.

… en snoeien

Na een tijdje worden de verbindingen die weinig gebruikt zijn of geen nut hebben, opgeruimd. Het belangrijkste effect van dat opruimen is, dat de gesnoeide cortex veel efficiënter werkt. Om het gezicht van de moeder snel te herkennen moeten alle indrukken die er een beetje op lijken worden onderzocht. Door het opruimen van onbelangrijke indrukken hoeft er minder onderzocht te worden.
Men denkt dat het voordeel van dit groeien en snoeien is, dat het zorgt voor een flexibeler aanpassing van het brein aan de omgeving dan wanneer het bij de geboorte volledig geprogrammeerd zou zijn, zoals dat bij eenvoudige diersoorten en bijvoorbeeld insecten voorkomt. De groei maakt snel, veel en gericht leren mogelijk, terwijl de daaropvolgende snoei ervoor zorgt dat het geleerde efficiënter gebruikt kan worden.

Leren op latere leeftijd

Nu lijkt het misschien alsof een kind allerlei vaardigheden als zien of taal alleen de eerste levensjaren kan leren. Dat is natuurlijk niet zo. Een taal leren lukt ook later, maar het kost meer moeite en volledig accentloos die taal spreken lukt niet meer. Topmusici zijn ook bijna allemaal op zeer vroege leeftijd begonnen hun (of een) instrument te bespelen³Zie “De Vingers en de Taal van een Toppianist“. De kritische perioden zijn vooral van belang voor het leren van basisvaardigheden en niet voor het leren van subtielere varianten daarvan.
Op latere leeftijd kan zelfs de kritische periode worden ‘heropend’. Als iemand door een hersenbloeding niet meer kan spreken, kan hij dat opnieuw leren als de beschadiging niet te uitgebreid is. Daarvoor worden andere gebieden van de cortex, meestal vlak bij het beschadigde gebied, gebruikt ⁴Maar zie ook “Het meisje zonder rechter hersenhelft”, . Dat kost wel veel meer moeite dan als kind, maar is op dezelfde manier gebaseerd op groeien en snoeien van neuronen en hun verbindingen.

Bronnen

Gilmore JH, Knickmeyer RC, Gao W (2018): Imaging structural and functional brain development in early childhood. Nature Reviews Neuroscience 19:123.

Cao M, Huang H, He Y (2017): Developmental Connectomics from Infancy through Early Childhood. Trends in Neurosciences 40:494–506.

Chaudhury, S., V. Sharma, et al. (2016): Activity-dependent synaptic plasticity modulates the critical phase of brain development. Brain Dev 38(4): 355-363.

Selemon, L. D. (2013): A role for synaptic plasticity in the adolescent development of executive function. Translational psychiatry 3: e238.

Sanes JR, Jessell TM (2013): Experience and the Refinement of Synaptic Connections; in Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM, Siegelbaum SA, Hudspeth AJ (eds): Principles of Neural Science, ed 5th. NY, McGraw-Hill, pp 1259–1283.