Czym jest plastyczność mózgu?

The plastyczność mózgu, neuroplastyczność lub plastyczność neuronalna jest potencjałem układu nerwowego do adaptacji i restrukturyzacji swoich połączeń nerwowych w odpowiedzi na doświadczenie sensoryczne, wprowadzanie nowych informacji, proces rozwoju, a nawet uszkodzenie lub dysfunkcję.

Opisuje trwałą zmianę w mózgu w trakcie życia jednostki. Termin ten zyskał popularność w drugiej połowie XX wieku, kiedy badania wykazały, że wiele aspektów mózgu można zmienić (są „plastyczne”) nawet w wieku dorosłym.

Pogląd ten kontrastuje z wcześniejszym konsensusem naukowym, że mózg rozwija się w krytycznym okresie dzieciństwa, a następnie pozostaje stosunkowo niezmieniony.

Neuroplastyczność można zdefiniować jako wewnętrzną właściwość układu nerwowego (SN). Trzymamy ją jako dziecko przez całe nasze życie i oferuje nam możliwość modyfikacji i adaptacji, zarówno funkcji, jak i struktury naszego układu nerwowego (Pascual-Leone i in., 2011).

Dowody naukowe przekonująco wykazały, że nasz mózg nie pozostaje niezmienny, doświadczenia i nauka pozwalają nam szybko i skutecznie dostosować się do zmieniających się wymagań środowiskowych.

W wyniku każdego doświadczenia zmysłowego, aktywności motorycznej, skojarzenia, nagrody, planu działania nasz mózg zmienia się nieustannie (Pascual-Leone i in., 2011).

Charakterystyka i definicja plastyczności mózgu

Zwykle plastyczność mózgu jest zwykle związana z uczeniem się, które ma miejsce w fazie dziecięcej (Garcés-Vieira i Suárez-Escudero, 2014). Tradycyjnie uważano, że po osiągnięciu dorosłości nie było możliwości adaptacji i modyfikacji naszej struktury neuronalnej.

Aktualne dowody wskazują, że nasza struktura mózgu jest w stanie przystosować się do różnych okoliczności, zarówno w dzieciństwie, okresie dojrzewania i dorosłości, a nawet w sytuacjach znacznych uszkodzeń mózgu (Garcés-Vieira i Suárez-Escudero, 2014).

Ramón y Cajaljako pierwszy zaproponował pojęcie plastyczności jako fizycznej podstawy uczenia się i pamięci (Morgado, 2005). Opierając się na obserwacji preparatów histologicznych, zaproponował, aby uczenie się powodowało zmiany strukturalne, zmiany te są ściśle niezbędne do tworzenia nowych wspomnień (Mayford i in., 2012).

Z drugiej strony to Donald Hebb pokazał koncepcję plastyczności asocjacyjnej jako mechanizmu, który pozwala nam modyfikować połączenia strukturalne naszego mózgu (Morgado, 2005). Kandel, Poprzez swoje badania z Aplysią doszedł do podobnych wniosków, ponieważ zauważył, że gdy w tym bezkręgowcu dokonywano nowych doświadczeń, miały miejsce zmiany strukturalne, takie jak tworzenie, stabilizacja i eliminacja cierni..

Ponadto William James zaproponował następującą definicję pojęcia plastyczności: „posiadanie struktury wystarczająco słabej, by ustąpić miejsca wpływowi, ale wystarczająco silnej, by nie dać się natychmiastowo”..

Plastyczność jest niezbędna do ustanowienia i utrzymania obwodów mózgu. Może to być korzystny mechanizm dla jednostki, ponieważ pozwala nam zdobyć nowe umiejętności lub przystosować się po urazie, ale może również stać się mechanizmem patologicznym powodującym wiele różnych objawów.

Tak więc normalne funkcjonowanie mechanizmów plastycznych może pogorszyć objawy mutacji genetycznej lub szkodliwego zdarzenia środowiskowego, a niedostateczny rozwój mechanizmów plastycznych może również wywołać nieprawidłowe objawy (Pascual-Leone i in., 2011) .

Niedobór plastyczności oznacza, że ​​mózg nie jest w stanie dostosować się do wymagań środowiskowych. Z drugiej strony, jeśli mózg jest zbyt plastyczny, połączenia strukturalne mogą być niestabilne, a systemy funkcjonalne niezbędne do poznania i zachowania mogą być zagrożone (Pascual-Leone i in., 2011).

Pomimo występowania nieprawidłowych procesów w mechanizmach plastycznych, mózg jest strukturą bardzo wzajemnie połączoną. Dlatego plastyczność pośredniczy w wielu poziomach naszego układu nerwowego, od mikroukładów po duże sieci. Najbardziej skoncentrowane i lokalne zmiany można skompensować na poziomie obwodu, zapobiegając znacznemu pogorszeniu zachowania (Pascual-Leone i in., 2011).

Ostatnie badania wykazały, że procesy uczenia się i pamięci prowadzą do zmian w łączności synaptycznej poprzez procesy wzmocnienia, stabilizacji lub utraty, co prowadzi do zastanowienia się nad znaczeniem tych procesów plastycznych (Caroni i in., 2012).

Pierwsze badania przeprowadzone pod mikroskopem wykazały, że plastyczność synaptyczna może prowadzić do zmian wielkości i kształtu dendrytycznego (Mayford i in., 2012). W przypadku uczenia się zdolności motorycznych można zaobserwować wzrost kolców dendrytycznych niektórych populacji neuronalnych (Caroni i in., 2012), konsekwencję pewnych mechanizmów komórkowych i molekularnych. (Mayford i in., 2012).

Chociaż prawdą jest, że zmiany zachodzą na poziomie lokalnym, będąc w stanie zwiększyć lub zmniejszyć liczbę kolców dendrytycznych w pewnych obszarach, zmiany te wpływają na poziom globalny, ponieważ mózg jest systemem działającym w sposób globalny, dając wzrosty i spadki w lokalnych częściach.

Plastikowe zmiany przez całe życie (rozwój)

Jak wspomnieliśmy wcześniej, proces plastyczności mózgu odgrywa ważną rolę przez całe życie, jednak są okresy, w których jest to bardziej istotne.

W przypadku dzieciństwa mózg znajduje się w wysoce modyfikowalnej sytuacji z powodu ogromnego napływu doświadczeń i nowej wiedzy. Plastyczność mózgu w przypadku dzieci jest maksymalna, co pozwala na włączenie nowego uczenia się i wspomnień do ich repertuaru poznawczo-behawioralnego.

Te plastikowe mechanizmy, w miarę jak jednostka rośnie, wykazują tendencję spadkową, to znaczy istnieje związek między wiekiem a zmniejszeniem wielkości tego procesu (Pascual-Leone i in., 2011).

Pomimo tej ogólnej tendencji każda osoba wykazuje inną trajektorię. W zależności od wewnętrznych czynników genetycznych i specyficznych wpływów środowiskowych, na które jesteśmy narażeni, każda osoba przedstawi unikalne nachylenie funkcjonowania plastyczności mózgu (Pascual-Leone i in., 2011).

Wśród ważnych czynników, które należy wziąć pod uwagę, prawdopodobnie przyczyniają się do różnic, są mechanizmy genetyczne i epigenetyczne (na przykład polimorfizmy, ekspresja genów), czynniki hormonalne (na przykład płeć, cykl menstruacyjny), zachorowalność (na przykład cukrzyca , rak lub infekcje) i doświadczenia życiowe (na przykład urazowe uszkodzenie mózgu, ekspozycja na toksyny, stres, brak snu, nadużywanie substancji, rezerwy poznawcze, zła dieta, siedzący tryb życia itp.) (Pascual-Leone et al., 2011).

Różne badania wykorzystujące funkcjonalne i strukturalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, pozytronową tomografię emisyjną i inne techniki neuroobrazowania dostarczyły dowodów na to, że plastyczność ulega zmianom przez całe życie.

Na przykład badania przekrojowe konsekwentnie identyfikowały związek między wiekiem a zmianami morfometrycznymi mózgu, które obejmują regionalne zmniejszenie grubości kory, zmniejszenie objętości podkorowej i rozszerzenie komory (Pascual-Leone i in., 2011)..

Z drugiej strony, są zmiany związane ze starzeniem się w wykonywaniu zadań poznawczych, zmiany w aktywacji nerwowej wynikające z tych zadań poznawczych.

Powszechnie wiadomo, że normalne starzenie się u ludzi wiąże się ze spadkiem wydajności poznawczej, w tym z zakresu szybkości przetwarzania, pamięci roboczej, pamięci epizodycznej, kontroli uwagi, kontroli hamowania i funkcji wykonawczej (Pascual-Leone i in., 2011).

Jednak mimo to mechanizmy plastikowe nadal funkcjonują na każdym etapie ewolucji. Konstrukcja rezerwy poznawczej pozwala na utrzymanie funkcji poznawczych lub minimalną zmianę w podeszłym wieku i może pozwolić na wsparcie większej ilości uszkodzeń neuropatologicznych, zanim przejawią się oznaki pogorszenia funkcji poznawczych (Pascual-Leone i in., 2011).

Plastyczność i uszkodzenie mózgu

Nabyte uszkodzenia mózgu, takie jak urazowe uszkodzenie mózgu lub pewne choroby ogólnoustrojowe, takie jak cukrzyca, depresja lub rak, mogą wpływać na zdolność plastyczną (Pascual-Leone i in., 2011).

Kiedy doznajemy urazu lub uszkodzenia mózgu, nasz mózg próbuje zrekompensować wynikające z niego deficyty poprzez wdrożenie różnych mechanizmów kompensacyjnych, będących u podstaw tej plastyczności mózgu.

Wzajemne powiązania, organizacja i struktura naszego układu nerwowego pozwala nam w znacznym stopniu wyzdrowieć po kontuzji. Różni autorzy zaproponowali, że układ nerwowy przechodzi szereg procesów, które pozwalają obszarowi homologicznemu uszkodzonemu mieć zdolność do przejęcia jego funkcji. Jest to możliwe dzięki dużej rozproszonej sieci, która tworzy połączenia mózgowe (Dancause i Nudo, 2011).

Badania, w których stosowano głęboką stymulację mózgu u zwierząt, sugerują, że reorganizacja neuronów, która zachodzi zarówno w obszarach uszkodzonej półkuli, jak i w nienaruszonej półkuli, jest niezbędna do powrotu do zdrowia, zwłaszcza gdy zmiana dotyczy obszarów motorycznych ( Dancause & Nudo, 2011).

Jednak ostatnie dowody wskazują na reorganizację łączności funkcjonalnej po nabytej zmianie chorobowej, która początkowo jest adaptacyjna lub korzystna, może ograniczyć adaptacyjne dostosowania dla związanych z wiekiem zmian w mechanizmach plastyczności mózgu. (Pascual-Leone i in., 2011).

W rzeczywistości zmiany plastyczne mogą osłabić zdolność do reorganizacji kory, aby pełnić swoją podstawową funkcję, zwłaszcza w kontekście treningu rehabilitacyjnego.

Na przykład, w przypadku osób niewidomych, reorganizacja kory mózgowej, która występuje w obszarze potylicznym w wyniku braku bodźców zmysłowych typu wizualnego, może dawać duchowe wrażenia dotykowe na wyciągnięcie ręki kompetentnych osób w czytaniu Braille'a (Merabet i Pascual-Leone, 2010).

Mechanizmy modyfikacji

Chociaż plastyczność mózgu jest mechanizmem silnie determinowanym przez genetykę, czynniki środowiskowe będą miały decydujący wpływ na indywidualne różnice w skuteczności i funkcjonalności tego.

Formalne i nieformalne doświadczenia edukacyjne, interakcje społeczne i rodzinne, pochodzenie kulturowe, dieta, czynniki hormonalne, różne patologie, narażenie na szkodliwe czynniki, takie jak nadużywanie substancji, stres lub regularne ćwiczenia, są niektóre czynniki, które dowody naukowe podkreśliły jako modulatory tego mechanizmu adaptacji (Pascual-Leone i in., 2011).

W rzeczywistości jakość środowiska społecznego każdej osoby może mieć głęboki wpływ na rozwój i aktywność systemów nerwowych, co ma wpływ na różnorodne reakcje fizjologiczne i behawioralne.

Jeśli tak, zmiany plastyczności mózgu u ludzi żyjących w środowiskach dysfunkcyjnych mogą różnić się od zmian u osób z ochroną i wsparciem (Pascual-Leone i in., 2011).

Czynniki stylu życia, w tym edukacja, złożoność pracy, sieć społeczna i działania przyczynią się do zwiększenia zdolności rezerwy poznawczej, pomogą nam stworzyć „rezerwowy magazyn”, który skutecznie ochroni nas w obliczu takiego stanu obrażeń.

Przykładem tego jest fakt, że osoby, które otrzymały szerokie wykształcenie, nawet te cierpiące na chorobę Alzheimera, mogą stwarzać mniejsze ryzyko wystąpienia objawów klinicznych szalonego procesu.

Dowody te sugerują, że manifestacja objawów jest opóźniona z powodu skutecznej kompensacji, dzięki pozycji o większej zdolności rezerwy poznawczej (Pascual-Leone i in., 2011).

Z drugiej strony, oprócz tych czynników związanych z życiem codziennym, podejmowano różne próby modyfikacji plastyczności poznawczej na poziomie eksperymentalnym.

W ostatnich latach opracowano podejścia mające na celu zwiększenie plastyczności w podostrej fazie powrotu do zdrowia osób, które doznały uszkodzenia mózgu. Na przykład stosowanie leków w celu zwiększenia poziomu przedsionka i uczenia się, arborizacji dendrytycznej, plastyczności anatomicznej lub przywrócenia funkcji w obszarze okołozawałowym (Dancause i Nudo, 2011).

Ponadto, inną ostatnio zbadaną techniką jest stymulacja korowa w celu zwiększenia lub zmniejszenia aktywności określonych obszarów mózgu. Stosowanie stymulacji ma potencjalne zalety mające na celu promowanie powrotu do zdrowia z niewielkimi skutkami ubocznymi.

Wnioski

Sprawne funkcjonowanie neurofizjologicznych mechanizmów plastyczności mózgu odgrywa istotną rolę przez całe życie, przez cały okres rozwoju, od niemowlęctwa do dorosłości i starzenia się zarówno u zdrowych osób, jak i przy niektórych rodzajach patologii (Pascual-Leone i in. ., 2011). 

Twoje działanie pozwoli nam zdobyć nowe doświadczenia i wiedzę przez całe nasze życie.

Referencje

1. Cáceres-Vieira, M., & Suárez-Escudero, J. (2014). Neuroplastyczność: aspekty biochemiczne i neurofizjologiczne. Rev CES Med, 28(1), 119-132.
2. Caroni, P., Donato, F. i Muller, D. (2012). Plastyczność strukturalna po nauce: regulacja i funkcje. Natura, 13, 478-490.
3. Dancause, N. i Nudo, R. (2011). Kształtowanie plastyczności w celu zwiększenia regeneracji po urazie. Prog Brain Res., 292, 279-295.
4. Mayford, M., Siegelbaum, S.A., & Kandel, E. R. (s.f.). Synapsy i pamięć.
5. Merabet, L. B. i Pascual-Leone, A. (2010). Reorganizacja nerwowa po utracie czucia: możliwość zmiany. Natura, 11, 44,52.
6. Morgado, L. (2005). Psychobiologia uczenia się i pamięci: podstawy i najnowsze osiągnięcia. Rev Neurol, 40(5), 258-297.
7. Pascual-Leone, A., Freitas, C., Oberman, L., Horvath, J., Halko, M., Eldaief, M., ... Rotenberg, A. (2011). Charakteryzacja plastyczności korowej mózgu i dynamiki sieci w zakresie wieku i chorób w TMS-EEG i TMS-fMRI. Mózg Topogr.(24), 302-315.