CogniFit - Neuroplasticiteit

"Hersenplasticiteit verwijst naar het vermogen van het zenuwstelsel om de structuur en de functie tijdens een leven te veranderen, in reactie op omgevingsdiversiteit. Hoewel deze term nu algemeen wordt gebruikt in de psychologie en neurologie, is het niet gemakkelijk om deze te definieren en wordt hij altijd gebruikt om te verwijzen naar de veranderingen op vele niveaus in het zenuwstelsel, variërend van moleculaire gebeurtenissen zoals veranderingen in gen-expressie tot gedrag. "

Neuroplasticiteit of neurale plasticiteit, stelt neuronen in staat om zowel anatomisch als functioneel te regenereren en nieuwe synaptische verbindingen te vormen. Hersenplasticiteit of neuroplasticiteit, is het vermogen van de hersenen om zich te herstellen en herstructureren. Dit adaptieve vermogen van het zenuwstelsel kan de hersenen herstellen na aandoeningen of letsel en de effecten verminderen van veranderde structuren als gevolg van ziekten zoals multiple sclerose, de ziekte van Parkinson, cognitieve achteruitgang, Alzheimer, dyslexie, ADHD, slapeloosheid, enz.

Neurale netwerken voor trainingNeurale netwerken 2 weken na stimulatieNeurale netwerken 2 maanden na stimulatie

Synaptische plasticiteit

Wanneer we bezig zijn met nieuwe ervaringen en leren, vervaardigen de hersenen een reeks van zenuwbanen. Deze zenuwbanen of circuits, zijn routes gemaakt van onderling verbonden neuronen. Deze routes worden aangemaakt in de hersenen door middel van dagelijks gebruik en de praktijk; net als een bergpad wordt gemaakt door het dagelijks gebruik van een herder en zijn kudde. De neuronen in een neuraal pad communiceren met elkaar door middel van verbindingen genaamd synapsen, en deze communicatie trajecten kunnen gedurende uw hele leven regenereren. Elke keer dat we nieuwe kennis (door middel van herhaalde praktijk) verkrijgen, wordt de synaptische communicatie tussen neuronen versterkt. Een betere verbinding tussen de neuronen betekent dat de elektrische signalen efficiënter reizen bij het maken van een nieuwe route. Bijvoorbeeld, wanneer u opnieuw een vogel herkent, ontstaan nieuwe verbindingen tussen specifieke neuronen. Neuronen in de visuele cortex bepalen de kleur, de auditieve cortex identificeert het lied en andere de naam van de vogel. Om te weten welke vogel het is, worden zijn eigenschappen, de kleur, het lied de en naam vele malen herhaald. Het opnieuw betreden van het neurale circuit en het herstel van neuronale transmissie tussen de betrokken neuronen bij elke nieuwe poging, verhoogt de efficiëntie van synaptische transmissie. Communicatie tussen de relevante neuronen wordt vergemakkelijkt, cognitie wordt sneller gemaakt. Synaptische plasticiteit is misschien wel de pijler waarop de geweldige vervormbaarheid van de hersenen rust.

Neurogenese

Waar synaptische plasticiteit wordt bereikt door betere communicatie op de synaptische plaats tussen bestaande neuronen, verwijst neurogenese naar de geboorte en proliferatie van nieuwe neuronen in de hersenen. Gedurende zeer lange tijd werd het idee van voortdurende neuronale geboorte in het brein van volwassenen beschouwd als ketterij. Wetenschappers geloofden dat neuronen dood gingen en nooit werden vervangen door nieuwe. Sinds 1944, maar vooral de laatste jaren, is het bestaan van neurogenese wetenschappelijk bewezen en we weten dat het optreedt wanneer stamcellen, een speciaal type cellen in de dentate gyrus van de hippocampus en mogelijk in de prefrontale cortex, zich in twee cellen delen: een stamcel en een cel die een neuron wordt, volledig uitgerust met axon en dendrieten. Deze nieuwe neuronen migreren vervolgens naar afgelegen gebieden van de hersenen waar ze nodig zijn, en hebben dus het potentieel om de hersenen hun voorraad van neuronen te laten aanvullen. Van dierlijk en menselijk onderzoek is bekend dat plotselinge neuronale dood (bijvoorbeeld na een beroerte) een krachtige trigger is voor neurogenese.

Functionele Compenserende Plasticiteit

Het neurobiologische verval waarmee veroudering gepaard gaat, is goed gedocumenteerd in de wetenschappelijke literatuur en legt uit waarom ouderen slechter presteren dan jongeren bij tests van neurocognitieve prestaties. Verrassend is dat niet alle oudere volwassenen lagere prestaties vertonen. Sommigen doen het even goed als hun jongere collega's. Dit onverwachte gedragsvoordeel voor een subgroep van verouderde individuen is wetenschappelijk onderzocht, en er werd gevonden dat, bij de verwerking van nieuwe informatie, beter presterende ouderen dezelfde hersengebieden aanspreken als de jongere volwassenen, maar ook andere hersengebieden gebruiken die jong en laag-presterende oudere volwassenen niet activeren. Onderzoekers hebben nagedacht over dit overgebruik van hersengebieden bij hoog presterende oudere volwassenen en zijn over het algemeen tot de conclusie gekomen dat het gebruik van extra cognitieve middelen een compenserende strategie weerspiegelt. Bij aanwezigheid van aan leeftijd gerelateerde tekorten en verminderde synaptische plasticiteit die optreden bij veroudering, manifesteren de hersenen nogmaals hun multi-source plasticiteit door het reorganiseren van de neurocognitieve netwerken. Studies tonen aan dat de hersenen deze functionele oplossing bereiken door de activering van alternatieve zenuwbanen, die meestal gebieden activeren in beide hemisferen (wanneer er slechts één wordt geactiveerd bij jong volwassenen).

Functie en gedrag: Leren, ervaren en de omgeving

We hebben gezien dat plasticiteit de eigenschap van de hersenen is die het mogelijk maakt om de biologische, chemische en fysische eigenschappen ervan te veranderen. Maar wanneer de hersenen veranderen, wijzigen gedrag en functie parallel daaraan. In de afgelopen jaren hebben we geleerd dat veranderingen van de hersenen op genetische of synaptische niveaus tot stand komen door een grote verscheidenheid aan omgevings- en ervaringsfactoren. Nieuw leren vormt het hart van plasticiteit en een veranderd brein is misschien wel de meest tastbare manifestatie dat nieuw leren heeft plaatsgevonden, wat door de omgeving werd aangedragen. Nieuw leren treedt op in vele vormen en om vele redenen en op elk moment tijdens ons leven. Bijvoorbeeld, kinderen verwerven nieuwe kennis in grote hoeveelheden en hun hersenen veranderen aanzienlijk in deze perioden van intensief nieuw leren. Nieuw leren kan nodig zijn in het geval van neurologische schade, bijvoorbeeld door laesies of beroerte, wanneer functies die worden ondersteund door een beschadigd hersengebied zijn aangetast en opnieuw moeten worden aangeleerd. Nieuw leren kan inherent zijn aan het individu en geleid worden door de dorst naar kennis. De veelheid van omstandigheden rond nieuw leren roept de vraag op of de hersenen veranderen telkens wanneer er iets geleerd wordt. Onderzoek suggereert dat dit niet het geval is. Het lijkt dat de hersenen nieuwe kennis verwerven en daardoor hun potentieel voor plasticiteit actualiseren, als het nieuwe leren gedragsmatig geschikt is. Opdat leren fysiologisch de hersenen markeert, moet dat leren leiden tot veranderingen in het gedrag. Met andere woorden: nieuw leren moet gedragsmatig relevant en noodzakelijk zijn. Bijvoorbeeld, nieuw leren dat overleven garandeert, word geïntegreerd door het organisme en aangenomen als gedrag, en als gevolg zullen de hersenen veranderd zijn. Wellicht nog belangrijker is de mate waarin een leerervaring verrijeknd werkt. Bijvoorbeeld, nieuw leren in de vorm van interactief spel is bijzonder gunstig voor hersenplasticiteit en bleek de PFC activiteit te verhogen. Ook in deze context van het bieden van stimulansen, wijzen we op de goede traditie om kinderen te steunen en te belonen terwijl zij zich bezighouden met leren.

Inzicht in de voorwaarden voor induceren van plasticiteit

Wanneer gedurende de levensduur is het het meest waarschijnlijk dat de hersenen veranderen door blootstelling aan stimulatie uit de omgeving? Het lijkt erop dat neuroplasticiteit patronen verschillend zijn op verschillende leeftijden, en veel is nog onbekend over de interactie tussen het type plasticiteit-inducerende activiteit en de leeftijd van de persoon. Toch weten we dat de intellectuele en geestelijke activiteit plasticiteit van het brein teweegbrengen wanneer toegepast op de gezonde oudere volwassenen of ouderen met een neurodegeneratieve aandoening. Belangrijker nog, het blijkt dat de hersenen vatbaar zijn voor zowel positieve als negatieve variatie al vóór de geboorte van het organisme. Dierenstudies tonen aan dat wanneer zwangere moeders in een verrijkte en stimulerende omgeving worden geplaatst, het aantal synapsen van de nakomelingen toeneemt in bepaalde hersengebieden. Omgekeerd, wanneer lichte spanning wordt uitgeoefend op de zwangere moeders, vertonen haar nakomelingen later een verminderd aantal neuronen in de PFC. Bovendien blijkt dat de PFC gevoeliger is voor omgevingsinvloeden dan de rest van de hersenen. Deze bevindingen hebben belangrijke implicaties voor het "natuur" versus "opvoeding" debat, want het lijkt erop dat "opvoeding" veranderingen in neuronale genexpressie kan induceren. Hoe ontstaat hersenplasticiteit en wat is het effect van de duur van de toegepaste omgevingsstimulatie? Dit is een belangrijke kwestie voor therapeutische problemen en genetische dierproeven bieden het vruchtbare antwoord dat sommige genen worden beïnvloed zelfs bij de kortste stimulatieduur, andere genen blijven reagren op langere stimulatieduur , terwijl weer anderen geen verandering ondergaan of de veranderende trend omkeren. Hoewel het algemene gebruik van het woord plasticiteit een positieve connotatie heeft, verwijst plasticiteit naar alle manieren waarop de hersenen veranderen, en sommige van de veranderingen kunnen samen voorkomen met een verminderde functie en gedrag. Cognitieve training lijkt ideaal voor het teweegbrengen van hersenplasticiteit. Het biedt de systematische praktijk voor het tot stand brengen van nieuwe neurale netwerken en ter versterking van de synaptische verbindingen tussen neuronen in het netwerk. Maar zoals we hebben gezien, bij het ontbreken van een tastbaar gedragsvoordeel zullen de hersenen niet effectief leren. Zodoende kan het belang van de integratie van uiterst gepersonaliseerde en relevante doelstellingen in de training niet worden onderschat.

[1]Definition adopted from: Kolb, B., Muhammad, A., & Gibb, R., Searching for factors underlying cerebral plasticity in the normal and injured brain, Journal of Communication Disorders (2010), doi:10.1016/j.jcomdis.2011.04.007