CogniFit - Neuroplastyczność

"Plastyczność mózgu odnosi się do zdolności układu nerwowego do zmiany jego struktury i funkcjonowania w ciągu całego życia, w odpowiedzi na zmiany środowiskowe. Chociaż termin ten jest powszechnie stosowany w psychologii i neurologii, nie jest łatwy do określenia i jest używany w celu odniesienia się do zmian na wielu poziomach w układzie nerwowym, począwszy od wydarzeń molekularnych, takich jak zmiany w ekspresji genów, do zachowania."

Neuroplastyczność lub plastyczność neuronalna, pozwala na regenerację neuronów zarówno anatomicznie, jak i funkcjonalnie oraz na formowanie nowych połączeń synaptycznych. Plastyczność mózgu lub neuroplastyczność, to zdolność mózgu do regeneracji i samo restrukturyzacji. Ten potencjał adaptacyjny układu nerwowego pozwala mózgowi wyzdrowieć po zaburzeniach lub urazach i zmniejszyć skutki zmienionych struktur wskutek patologii, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona, pogorszenie funkcji poznawczych, choroba Alzheimera, dysleksja, ADHD, czy bezsenność, itd.

Sieci neuronowe przed treningiemSieci neuronowe 2 tygodnie po stymulacjiSieci neuronowe 2 miesiące po stymulacji

Plastyczność synaptyczna

Podczas zaangażowana w nową naukę i doświadczenia, mózg tworzy ścieżki neuronowe. Ścieżki nerwowe lub obwody są wykonane ze wzajemnie komunikujących się neuronów. Połączenia te są tworzone w mózgu przez uczenie się i praktykę; podobnie jak górskie ścieżki są tworzone poprzez codzienne korzystanie z tej samej trasy pasterza i jego stada. Neurony na tej samej ścieżce komunikują się ze sobą, w punkcie spotkań, synapsie. Za każdym razem, kiedy zdobywasz wiedzę (poprzez powtarzające się praktyki), komunikacja lub transmisja synaptyczna wśród zamieszanych nią neuronów zwiększa się. Lepsza komunikacja między neuronami oznacza, że ​​sygnały elektryczne podróżują bardziej efektywnie wzdłuż nowej drogi. Na przykład, gdy próbujesz rozpoznać nowy gatunek ptaka, nowe połączenia tworzone są pośród poszczególnych neuronów. Neurony w korze wzrokowej będą zwracać uwagę na kolor jego szyji, podczas gdy inne, w korze słuchowej, zajmą się jego ćwierkaniem, a jeszcze inne, nazwą ptaka. Aby jednak poznać ptaka i i jego atrybuty, potrzeba powtarzać jego kolor, nazwę i melodię. Ponowne odwiedziny obwodu nerwowego i ponowne ustanowienie transmisji neuronów pomiędzy zaangażowanymi neuronami, przy każdej nowej próbie, zwiększają efektywność transmisji synaptycznej. Komunikacja pomiędzy odpowiednimi neuronami jest ułatwiona, poznanie sprawia, że jest ona coraz szybsza. Plastyczność synaptyczna jest prawdopodobnie filarem, na którym spoczywa niesamowita plastyczność mózgu.

Neurogeneza

Zważywszy, iż plastyczność synaptyczna jest osiągana poprzez poprawę komunikacji w miejscu połączeń synaptycznych pomiędzy istniejącymi neuronami, neurogeneza odnosi się do narodzin i rozwoju nowych neuronów w mózgu. Przez bardzo długi okres, pojęcie dalszych narodzin neuronów w mózgu dorosłego człowieka uznano za heretyka. Uważano, że neurony umierają i nie zostają zastąpione nowymi. Od 1944 roku, ale przede wszystkim w ostatnich latach, kiedy neurogeneza została naukowo ustalona, wiemy, że zachodzi ona, gdy komórki macierzyste, specjalny rodzaj komórek znajdujący się w zakręcie zębatym, hipokampie i ewentualnie w pre-korze czołowej, zostaną podzielone na dwie części: komórkę macierzystą i komórkę, która stanie się w pełni wyposażonym neuronem z aksonami i dentrytami. Te neurony następnie migrują do odległych obszarów mózgu, gdzie są potrzebne i mają możliwość uzupełnienia mózgu w dopływ neuronów. Z badań zwierząt i ludzi wiadomo, że nagła śmierć neuronów (na przykład po udarze mózgu) jest silnym bodźcem do neurogenezy.

Funkcjonalna wyrównawczość plastyczności

Spadek neurobiologiczny, który towarzyszy starzeniu się, jest dobrze udokumentowany w literaturze i wyjaśnia, dlaczego osoby starsze gorzej wypadają w testach na wydajność neuropoznawczą, niż młodzi dorośli. Zaskakująco, nie wszystkie osoby starsze wykazują mniejszą wydajność. Niektórzy wypadają podobnie, jak ich młodsi rywale. Ta nieoczekiwana zaleta behawioralna u grupy osób starszych została naukowo zbadana i stwierdzono, że podczas przetwarzania nowych informacji, osoby starsze z dużą wydajnością wykorzystywały te same obszary mózgu, podobnie jak młodsi koledzy, a także zatrudnili dodatkowe regiony mózgu, których młodzi dorośli i pozostałe osoby dorosłe nie aktywowali. Naukowcy zastanawiali się nad tym ponad-zatrudnieniem obszarów mózgu u osób starszych z wysoką wydajnością i doszli do wniosku, że rekrutacja dodatkowych zasobów poznawczych odzwierciedla strategię kompensacyjną. W obecności deficytów związanych z wiekiem i zmniejszeniem plastyczności synaptycznej, towarzyszącym starzeniu się, mózg przejawia swoją wieloźródłową plastyczność poprzez ponowne skupienie sieci neuropoznawczych. Badania wskazują, że mózg osiąga to funkcjonalne rozwiązanie poprzez aktywację alternatywnych szlaków nerwowych, które najczęściej aktywują regiony w obu półkulach (podczas gdy tylko jedna jest aktywna u młodych dorosłych).

Funkcja i zachowanie: nauka, doświadczenie i wpływ środowiska

Widzieliśmy, że plastyczność jest właściwością mózgu, która pozwala na zmianę jego właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych. Jednakże, jako że mózg zmienia się, funkcja i zachowania są równolegle modyfikowane. W ciągu ostatnich lat, dowiedzieliśmy się, że zmiany poziomów genetycznych lub synaptycznych w mózgu są spowodowane przez wiele różnych czynników środowiskowych i empirycznych. Nowa nauka zajmuje się plastycznością, a zmieniony mózg jest chyba najbardziej namacalnym jej przejawem i został on udowodniony przez środowisko. Nowa nauka występuje w wielu formach, dla wielu powodów i o każdym czasie przez okres naszego życia. Przykładowo, dzieci nabywają wiedzę w ogromnych ilościach, a ich mózgi znacznie się zmieniają podczas intensywnej nauki. Nowa nauka może być również wymagana w obecności uszkodzeń neurologicznych spowodowanych np. przez udar mózgu, kiedy to funkcje obsługiwane przez obszar mózgu zostają uszkodzone i muszą być uczone na nowo. Nowa nauka może być kluczowa dla jednostki i kierowana pragnieniem wiedzy. Wielość okoliczności dla nowej nauki nasuwa pytanie, czy mózg zmieni się, gdy tylko czegoś się nauczy. Badania sugerują, że nie jest to przypadek. Wydaje się, że mózg będzie zdobywał nową wiedzę, a tym samym realizował swój potencjał plastyczności, jeśli nowa nauka jest behawioralnie właściwa. Aby mózg przyswoił nową wiedzę, nauka musi prowadzić do zmian w zachowaniu. Innymi słowy nowa nauka musi być behawioralnie istotna i konieczna. Na przykład, uczenie się, które zapewnia przeżycie, zostanie wcielone przez organizm i przyjęte jako zachowawanie, a w rezultacie mózg ulegnie zmianie. Być może ważniejsze jest to, w jakim stopniu doświadczenie edukacyjne się opłaca. Na przykład, uczenie się poprzez interaktywną grę szczególnie sprzyja plastyczności mózgu i stwierdzono, że zwiększa aktywność PFC (kory przedczołowej). W tym kontekście motywacyjnym, będziemy również pamiętać starą tradycję zapewnienia dzieciom wzmocnienia i nagrody, gdy angażują się w naukę.

Zrozumienie warunków wywoływania plastyczności

Kiedy w naszym życiu, mózg najprawdopodobniej zmieni się pod wpływem stymulacji w środowisku? Wydaje się, że wzory plastyczności różnią się w zależności od wieku i wiele jest nadal nieznanych, dotyczących interakcji pomiędzy rodzajem aktywności wywołującym plastyczność, a wiekiem pacjenta. Niemniej jednak wiemy, że aktywność intelektualna i psychiczna wywołują plastyczność mózgu u zdrowych osób starszych lub osób starszych z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi. Co ważniejsze, wydaje się, że mózg jest podatny zarówno na pozytywne, jak i negatywne zmiany jeszcze przed narodzinami organizmu. Badania na zwierzętach wykazały, że kiedy matki w ciąży znajdowały się w środowiskach wzbogacających i stymulujących, potomstwo zanotowało wzrost liczby synaps w określonych regionach mózgu. Z drugiej strony, gdy kobiety ciężarne są poddane sytuacjom stresowanym, ich potomstwo wykazywało późniejsze zmniejszenie liczby neuronów w PFC (Kora przedczołowa). Wydaje się, że PFC jest bardziej wrażliwe na wpływy środowiska, niż pozostałe części mózgu. Odkrycia te mają ważne implikacje dla debaty "natura" vs "pielęgnacja", ponieważ wydaje się, że "wychowanie" może wywoływać zmiany w ekspresji genów. W jaki sposób mózg rozwija plastyczność i jaki jest efekt długoczasowej stymulacji środowiskowej? Jest to bardzo ważne pytanie dla problemów terapeutycznych oraz genetycznych badań zwierząt, które oferuje bardzo nowatorską odpowiedź, iż niektóre geny są dotknięte nawet przez najkrótsze stymulację, inne geny nadal mogą być dotknięte przez dłuższy okres stymulacji, a jeszcze inne nie ulegają żadnych zmianiom lub odwracają zmieniające się trendy. Choć główny nurt wykorzystania słowa plastyczność, niesie ze sobą pozytywne konotacje, plastyczność odnosi się do wszystkich sposobów zmian w mózgu, a wiemy, że niektóre zmiany mogą współwystępować z zaburzeniami funkcji i zachowania. Trening poznawczy wydaje się być idealny do wywoływania plastyczności mózgu. Oferuje systematyczne praktyki niezbędne do nawiązania nowych obwodów neuronowych i wzmacniania połączeń synaptycznych między neuronami w obwodzie. Jednakże, jak widzieliśmy w przypadku braku wymiernych korzyści behawioralnych, mózg nie będzie się skutecznie uczył. W związku z tym trudno przecenić istotę zintegrowanych, wysoce spersonalizowanych i odpowiednich celów w połączeniu z treningiem.

[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