Neuroplasticitate - Neuroplasticity

Neuroplasticitatea , cunoscută și sub numele de plasticitate neuronală , sau plasticitatea creierului , este capacitatea rețelelor neuronale din creier de a se schimba prin creștere și reorganizare. Aceste modificări variază de la căile neuronale individuale care fac noi conexiuni, până la ajustări sistematice, cum ar fi remaparea corticală . Exemple de neuroplasticitate includ schimbări de circuit și de rețea care rezultă din învățarea unei noi abilități, influențe de mediu, practică și stres psihologic .

Neuroplasticitatea a fost crezută odată de neurologi că se manifestă numai în timpul copilăriei, dar cercetările din a doua jumătate a secolului al XX-lea au arătat că multe aspecte ale creierului pot fi modificate (sau sunt „plastice”) chiar și la vârsta adultă. Cu toate acestea, creierul în curs de dezvoltare prezintă un grad mai mare de plasticitate decât creierul adult. Plasticitatea dependentă de activitate poate avea implicații semnificative pentru dezvoltarea sănătoasă, învățarea, memoria și recuperarea după leziuni cerebrale .

Istorie

Origine

Termenul „plasticitate” a fost aplicat pentru prima dată comportamentului în 1890 de William James în Principiile psihologiei . Prima persoană care a folosit termenul de plasticitate neuronală pare să fi fost neurologul polonez Jerzy Konorski .

În 1793, anatomistul italian Michele Vicenzo Malacarne a descris experimente în care a împerecheat animale, a antrenat pe unul din perechi pe parcursul anilor, apoi i-a disecat pe amândoi. El a descoperit că cerebelele animalelor antrenate erau substanțial mai mari. Dar aceste descoperiri au fost în cele din urmă uitate. Ideea că creierul și funcția sa nu sunt fixate de-a lungul maturității a fost propusă în 1890 de William James în Principiile psihologiei , deși ideea a fost în mare parte neglijată. Până în jurul anilor 1970, neurologii credeau că structura și funcția creierului erau fixate în esență de-a lungul maturității.

În timp ce creierul a fost în mod obișnuit înțeles ca un organ nerenovabil la începutul anilor 1900, Santiago Ramón y Cajal , tatăl neuroștiinței , a folosit termenul de plasticitate neuronală pentru a descrie modificările nepatologice în structura creierului adult. Pe baza renumitei sale doctrine Neuron , Cajal a descris mai întâi neuronul ca fiind unitatea fundamentală a sistemului nervos, care a servit ulterior ca bază esențială pentru dezvoltarea conceptului de plasticitate neuronală. El a folosit termenul de plasticitate pentru a se referi la lucrările sale despre constatările degenerării și regenerării în sistemul nervos central după ce o persoană a ajuns la maturitate, în mod specific. Mulți neurologi au folosit termenul de plasticitate doar pentru a explica capacitatea regenerativă a sistemului nervos periferic, ceea ce transferul conceptual al lui Cajal a dat naștere unei discuții controversate.

De atunci, termenul a fost aplicat pe scară largă:

Având în vedere importanța centrală a neuroplasticității, un străin ar fi iertat pentru presupunerea că este bine definit și că un cadru de bază și universal a servit la direcționarea ipotezelor și experimentărilor actuale și viitoare. Din păcate, însă, nu este cazul. În timp ce mulți neurologi folosesc cuvântul neuroplasticitate ca termen umbrelă, înseamnă lucruri diferite pentru diferiți cercetători din diferite subdomenii ... Pe scurt, un cadru de comun acord nu pare să existe.

Cercetare și descoperire

În 1923, Karl Lashley a efectuat experimente pe maimuțe rhesus care au demonstrat modificări ale căilor neuronale, despre care a concluzionat că sunt dovezi ale plasticității. În ciuda acestui fapt și a avut loc alte cercetări care sugerează plasticitatea, neurologii nu au acceptat pe scară largă ideea de neuroplasticitate.

În 1945, Justo Gonzalo a concluzionat din cercetările sale privind dinamica creierului, că, contrar activității zonelor de proiecție , masa corticală „centrală” (mai mult sau mai puțin echidistantă de zonele de proiecție vizuale, tactile și auditive), ar fi o „ masa de manevră ", destul de nespecifică sau multisenzorială, cu capacitate de a crește excitabilitatea neuronală și de a reorganiza activitatea prin intermediul proprietăților de plasticitate. El dă ca prim exemplu de adaptare, pentru a vedea în poziție verticală cu ochelari inversați în experimentul Stratton și, în special, câteva cazuri de leziuni cerebrale de primă mână în care a observat proprietăți dinamice și adaptative în tulburările lor, în special în tulburarea percepției inversate [ de exemplu, vezi pp 260-62 Vol. I (1945), p 696 Vol. II (1950)]. El a afirmat că un semnal senzorial într-o zonă de proiecție ar fi doar un contur inversat și restrâns care ar fi mărit datorită creșterii masei cerebrale recrutate și re-inversat datorită unui anumit efect al plasticității creierului, în zone mai centrale, după o creșterea în spirală.

Marian Diamond de la Universitatea din California, Berkeley, a produs primele dovezi științifice ale plasticității creierului anatomic, publicându-și cercetările în 1964.

Alte dovezi semnificative au fost produse în anii 1960 și după aceea, în special de la oameni de știință, inclusiv Paul Bach-y-Rita , Michael Merzenich împreună cu Jon Kaas , precum și alți câțiva.

În anii 1960, Paul Bach-y-Rita a inventat un dispozitiv care a fost testat pe un număr mic de oameni și a implicat o persoană așezată pe un scaun, în care erau încorporate noduri care erau făcute să vibreze în moduri în care imaginile traduse primite într-un camera, permițând o formă de viziune prin substituție senzorială .

Studiile la persoanele care se recuperează după accident vascular cerebral au oferit, de asemenea, sprijin pentru neuroplasticitate, întrucât regiunile creierului care au rămas sănătoase puteau prelua uneori, cel puțin parțial, funcții care fuseseră distruse; Ciobanul Ivory Franz a lucrat în acest domeniu.

Eleanor Maguire a documentat schimbări în structura hipocampală asociate cu dobândirea cunoștințelor despre aspectul Londrei la șoferii de taxi locali. O redistribuire a substanței gri a fost indicată la șoferii de taxi din Londra, comparativ cu controalele. Această lucrare privind plasticitatea hipocampului nu numai că a interesat oamenii de știință, ci și a implicat publicul și mass-media din întreaga lume.

Michael Merzenich este un neurolog care a fost unul dintre pionierii neuroplasticității de peste trei decenii. El a făcut unele dintre „cele mai ambițioase afirmații pentru domeniu - că exercițiile pe creier pot fi la fel de utile ca medicamentele pentru tratarea bolilor la fel de grave precum schizofrenia - că plasticitatea există de la leagăn până la mormânt și că îmbunătățirile radicale în funcționarea cognitivă - modul în care învățați, gândiți, percepeți și amintiți-vă este posibil chiar și la vârstnici. " Opera lui Merzenich a fost afectată de o descoperire crucială făcută de David Hubel și Torsten Wiesel în munca lor cu pisoi. Experimentul a presupus coaserea unui ochi și înregistrarea hărților cerebrale corticale. Hubel și Wiesel au văzut că porțiunea creierului pisoiului asociată cu ochiul închis nu era inactivă, așa cum era de așteptat. În schimb, a procesat informații vizuale din ochiul deschis. Era „... de parcă creierul nu ar fi vrut să irosească nicio„ proprietate imobiliară corticală ”și ar fi găsit o modalitate de a se reconecta.”

Aceasta a implicat neuroplasticitate în perioada critică . Cu toate acestea, Merzenich a susținut că neuroplasticitatea ar putea apărea dincolo de perioada critică. Prima sa întâlnire cu plasticitatea adulților a venit când a fost angajat într-un studiu postdoctoral cu Clinton Woosley. Experimentul s-a bazat pe observarea a ceea ce s-a întâmplat în creier când un nerv periferic a fost tăiat și ulterior regenerat. Cei doi oameni de știință au micromapat hărțile de mână ale creierului maimuțelor înainte și după tăierea unui nerv periferic și coaserea capetelor împreună. Ulterior, harta mâinilor din creier pe care se așteptau să o amestece era aproape normală. Aceasta a fost o descoperire substanțială. Merzenich a afirmat că, "dacă harta creierului ar putea să-și normalizeze structura ca răspuns la intrarea anormală, opinia predominantă că suntem născuți cu un sistem cablat trebuia să fie greșită. Creierul trebuia să fie plastic". Merzenich a primit Premiul Kavli 2016 în Neuroștiințe "pentru descoperirea mecanismelor care permit experienței și activității neuronale să remodeleze funcția creierului".

Neurobiologie

JT Wall și J Xu au urmărit mecanismele care stau la baza neuroplasticității. Reorganizarea nu este emergentă cortical , ci apare la fiecare nivel din ierarhia de procesare; aceasta produce modificările hărții observate în cortexul cerebral.

Tipuri

Christopher Shaw și Jill McEachern (eds) în „Către o teorie a neuroplasticității”, afirmă că nu există o teorie cuprinzătoare care depășește diferite cadre și sisteme în studiul neuroplasticității. Cu toate acestea, cercetătorii descriu adesea neuroplasticitatea ca „capacitatea de a face modificări adaptive legate de structura și funcția sistemului nervos.” În mod corespunzător, sunt discutate adesea două tipuri de neuroplasticitate: neuroplasticitatea structurală și neuroplasticitatea funcțională.

Neuroplasticitate structurală

Plasticitatea structurală este adesea înțeleasă ca fiind capacitatea creierului de a-și schimba conexiunile neuronale. Neuroni noi sunt în mod constant produși și integrați în sistemul nervos central pe tot parcursul vieții pe baza acestui tip de neuroplasticitate. Cercetătorii folosesc în prezent mai multe metode de imagistică transversală (adică imagistica prin rezonanță magnetică (RMN), tomografia computerizată (CT)) pentru a studia alterările structurale ale creierului uman. Acest tip de neuroplasticitate studiază adesea efectul diferiților stimuli interni sau externi asupra reorganizării anatomice a creierului. Modificările proporției substanței cenușii sau puterea sinaptică din creier sunt considerate exemple de neuroplasticitate structurală. Neuroplasticitatea structurală este în prezent investigată mai mult în domeniul neurologiei în mediul academic actual.

Neuroplasticitate funcțională

Plasticitatea funcțională se referă la capacitatea creierului de a modifica și adapta proprietățile funcționale ale neuronilor. Modificările pot apărea ca răspuns la activitatea anterioară ( plasticitate dependentă de activitate ) pentru a dobândi memorie sau ca răspuns la defecțiuni sau la deteriorarea neuronilor ( plasticitate reactivă ) pentru a compensa un eveniment patologic. În acest din urmă caz, funcțiile dintr-o parte a creierului se transferă în altă parte a creierului pe baza cererii de a produce recuperarea proceselor comportamentale sau fiziologice. În ceea ce privește formele fiziologice de plasticitate dependentă de activitate, cele care implică sinapse sunt denumite plasticitate sinaptică . Consolidarea sau slăbirea sinapselor care are ca rezultat creșterea sau scăderea ratei de tragere a neuronilor se numesc , respectiv, potențare pe termen lung (LTP) și depresie pe termen lung (LTD) și sunt considerate exemple de plasticitate sinaptică care sunt asociat cu memoria. Cerebelul este o structură tipică , cu combinații de LTP / LTD și redundanță în circuitele, permițând plasticitate la mai multe site - uri. Mai recent, a devenit mai clar că plasticitatea sinaptică poate fi completată de o altă formă de plasticitate dependentă de activitate care implică excitabilitatea intrinsecă a neuronilor, care este denumită plasticitate intrinsecă . Aceasta, spre deosebire de plasticitatea homeostatică , nu menține neapărat activitatea generală a unui neuron în cadrul unei rețele, ci contribuie la codificarea amintirilor.

Aplicații și exemple

Creierul adult nu este în întregime „cablat” cu circuite neuronale fixe . Există multe cazuri de recablare corticală și subcorticală a circuitelor neuronale ca răspuns la antrenament, precum și ca răspuns la vătămare. Există dovezi că neurogeneza (nașterea celulelor creierului) apare la creierul adult, mamifer - și astfel de modificări pot persista până la bătrânețe. Dovezile pentru neurogeneză sunt în principal limitate la hipocamp și la bulbul olfactiv , dar cercetările actuale au arătat că pot fi implicate și alte părți ale creierului, inclusiv cerebelul. Cu toate acestea, nu se cunoaște gradul de recablare indus de integrarea noilor neuroni în circuitele stabilite și o astfel de recablare poate fi redundantă din punct de vedere funcțional.

Există acum suficiente dovezi pentru reorganizarea activă, dependentă de experiență, a rețelelor sinaptice ale creierului care implică mai multe structuri interdependente, inclusiv cortexul cerebral. Detaliile specifice privind modul în care acest proces are loc la nivel molecular și ultrastructural sunt subiecte de cercetare activă în neuroștiințe. Modul în care experiența poate influența organizarea sinaptică a creierului este, de asemenea, baza pentru o serie de teorii ale funcției creierului, inclusiv teoria generală a minții și darwinismul neuronal . Conceptul de neuroplasticitate este, de asemenea, esențial pentru teoriile memoriei și învățării care sunt asociate cu alterarea bazată pe experiență a structurii și funcției sinaptice în studiile de condiționare clasică la modele animale nevertebrate, cum ar fi Aplysia .

Tratamentul leziunilor cerebrale

O consecință surprinzătoare a neuroplasticității este că activitatea creierului asociată cu o funcție dată poate fi transferată într-o locație diferită; acest lucru poate rezulta din experiența normală și apare și în procesul de recuperare după leziuni cerebrale. Neuroplasticitatea este problema fundamentală care susține baza științifică pentru tratamentul leziunii cerebrale dobândite cu programe terapeutice experiențiale orientate spre obiectiv în contextul abordărilor de reabilitare a consecințelor funcționale ale leziunii.

Neuroplasticitatea câștigă popularitate ca teorie care, cel puțin parțial, explică îmbunătățirile rezultatelor funcționale cu kinetoterapia post-accident vascular cerebral. Tehnicile de reabilitare care sunt susținute de dovezi care sugerează reorganizarea corticală ca mecanism al schimbării includ terapia de mișcare indusă de constrângeri , stimularea electrică funcțională , antrenamentul cu bandă de alergat cu sprijin pentru greutatea corporală și terapia cu realitate virtuală . Terapia asistată de robot este o tehnică emergentă, care este, de asemenea, presupusă a funcționa prin neuroplasticitate, deși în prezent nu există dovezi suficiente pentru a determina mecanismele exacte ale schimbării atunci când se utilizează această metodă.

Un grup a dezvoltat un tratament care include niveluri crescute de injecții cu progesteron la pacienții răniți la creier. Administrarea de progesteron după leziuni cerebrale traumatice (TBI) și accident vascular cerebral reduce edemul , inflamația și moartea celulelor neuronale și îmbunătățește memoria de referință spațială și recuperarea senzorial-motorie. Într-un studiu clinic, un grup de pacienți grav răniți au avut o reducere cu 60% a mortalității după trei zile de injecții cu progesteron. Cu toate acestea, un studiu publicat în New England Journal of Medicine în 2014, care detaliază rezultatele unui studiu clinic de fază III, multicentric, finanțat de NIH, cu 882 de pacienți, a constatat că tratamentul leziunilor cerebrale traumatice acute cu hormonul progesteron nu oferă niciun beneficiu semnificativ pacienților în comparație cu placebo.

Viziune binoculara

Timp de decenii, cercetătorii au presupus că oamenii trebuiau să dobândească vederea binoculară , în special stereopsia , în copilăria timpurie sau nu o vor câștiga niciodată. Cu toate acestea, în ultimii ani, îmbunătățirile reușite la persoanele cu ambliopie , insuficiență de convergență sau alte anomalii ale stereo viziunii au devenit exemple primare de neuroplasticitate; îmbunătățirea vederii binoculare și recuperarea stereopsiei sunt acum domenii active ale cercetării științifice și clinice.

Membre fantomă

O explicație schematică a cutiei oglinzii. Pacientul plasează membrul intact într-o parte a cutiei (în acest caz mâna dreaptă) și membrul amputat în cealaltă parte. Datorită oglinzii, pacientul vede o reflectare a mâinii intacte unde ar fi membrul lipsă (indicat cu contrast mai mic). Pacientul primește astfel feedback vizual artificial că membrul „înviat” se mișcă acum când mișcă mâna bună.

În fenomenul senzației membrelor fantomă , o persoană continuă să simtă durere sau senzație într-o parte a corpului său care a fost amputată . Acest lucru este ciudat de frecvent, apare la 60-80% dintre amutați. O explicație pentru aceasta se bazează pe conceptul de neuroplasticitate, deoarece hărțile corticale ale membrelor îndepărtate se cred că s-au angajat cu zona din jurul lor în girusul postcentral . Acest lucru are ca rezultat ca activitatea din zona înconjurătoare a cortexului să fie interpretată greșit de zona cortexului responsabilă anterior de membrul amputat.

Relația dintre senzația membrului fantomă și neuroplasticitate este una complexă. La începutul anilor 1990 VS Ramachandran a teoretizat că membrele fantomă erau rezultatul remapării corticale . Cu toate acestea, în 1995, Herta Flor și colegii ei au demonstrat că remaparea corticală are loc numai la pacienții cu dureri fantomă. Cercetările sale au arătat că durerea membrelor fantomă (mai degrabă decât senzațiile menționate) a fost corelatul perceptual al reorganizării corticale. Acest fenomen este uneori denumit plasticitate dezadaptativă.

În 2009, Lorimer Moseley și Peter Brugger au efectuat un experiment în care au încurajat subiecții amputați de brațe să folosească imagini vizuale pentru a-și contorsiona membrele fantomă în configurații imposibile. Patru dintre cei șapte subiecți au reușit să efectueze mișcări imposibile ale membrului fantomă. Acest experiment sugerează că subiecții au modificat reprezentarea neuronală a membrelor lor fantomă și au generat comenzile motorii necesare pentru a executa mișcări imposibile în absența feedback-ului din corp. Autorii au afirmat că: „De fapt, această constatare extinde înțelegerea noastră asupra plasticității creierului, deoarece este o dovadă că schimbările profunde în reprezentarea mentală a corpului pot fi induse pur de mecanisme interne ale creierului - creierul se schimbă cu adevărat singur”.

Durere cronică

Persoanele care suferă de durere cronică au dureri prelungite la locurile care ar fi putut fi rănite anterior, dar în prezent sunt sănătoase. Acest fenomen este legat de neuroplasticitate datorată unei reorganizări dezadaptative a sistemului nervos, atât periferic, cât și central. În perioada de afectare a țesuturilor, stimulii nocivi și inflamația provoacă o creștere a aportului nociceptiv de la periferie la sistemul nervos central. Nocicepția prelungită de la periferie produce apoi un răspuns neuroplastic la nivel cortical pentru a-și schimba organizarea somatotopică pentru locul dureros, inducând o sensibilizare centrală . De exemplu, persoanele care se confruntă cu sindromul durerii regionale complexe demonstrează o reprezentare somatotopică corticală diminuată a mâinii contralateral, precum și o distanță scăzută între mână și gură. În plus, s-a raportat că durerea cronică reduce semnificativ volumul substanței cenușii din creier la nivel global și mai precis la nivelul cortexului prefrontal și al talamusului drept . Cu toate acestea, după tratament, aceste anomalii ale reorganizării corticale și ale volumului de substanță cenușie sunt rezolvate, precum și simptomele acestora. Rezultate similare au fost raportate pentru durerea membrelor fantomă, durerile lombare cronice și sindromul tunelului carpian .

Meditaţie

O serie de studii au legat practica meditației de diferențele în grosimea corticală sau densitatea materiei cenușii . Unul dintre cele mai cunoscute studii care au demonstrat acest lucru a fost condus de Sara Lazar , de la Universitatea Harvard, în 2000. Richard Davidson , neurolog al Universității din Wisconsin , a condus experimente în colaborare cu Dalai Lama asupra efectelor meditației asupra creier. Rezultatele sale sugerează că practica pe termen lung sau pe termen scurt a meditației poate duce la diferite niveluri de activități în regiunile creierului asociate cu efecte precum atenția , anxietatea , depresia , frica , furia și compasiunea, precum și capacitatea corpului de a se vindecă singur. Aceste modificări funcționale pot fi cauzate de modificări ale structurii fizice a creierului.

Fitness și exerciții fizice

Exercițiul aerob promovează neurogeneza adulților prin creșterea producției de factori neurotrofici (compuși care promovează creșterea sau supraviețuirea neuronilor), cum ar fi factorul neurotrofic derivat din creier (BDNF), factorul de creștere asemănător insulinei (IGF-1) și creșterea endotelială vasculară factor (VEGF). Neurogeneza indusă de efort în hipocampus este asociată cu îmbunătățiri măsurabile ale memoriei spațiale . Exercițiile aerobice consistente pe o perioadă de câteva luni induc îmbunătățiri semnificative clinic ale funcției executive (adică „ controlul cognitiv ” al comportamentului) și volumul crescut de substanță cenușie în mai multe regiuni ale creierului, în special în cele care dau naștere controlului cognitiv. Structurile cerebrale care prezintă cele mai mari îmbunătățiri ale volumului de materie cenușie ca răspuns la exercițiile aerobe sunt cortexul prefrontal și hipocampul ; se observă îmbunătățiri moderate în cortexul cingulat anterior , cortexul parietal , cerebelul , nucleul caudat și nucleul accumbens . Scoruri mai mari de fitness fizic (măsurate cu VO ₂ max ) sunt asociate cu o funcție executivă mai bună, viteză de procesare mai mare și un volum mai mare de hipocamp, nucleul caudat și nucleul accumbens.

Surditate și pierderea auzului

Din cauza pierderii auzului, cortexul auditiv și alte zone de asociere ale creierului la persoanele surde și / sau cu deficiențe de auz suferă plasticitate compensatorie. Cortexul auditiv este de obicei rezervat pentru procesarea informațiilor auditive la persoanele care aud, acum este redirecționat pentru a îndeplini alte funcții, în special pentru vedere și somatosensare .

Persoanele surde au o atenție vizuală periferică sporită, o schimbare mai bună a mișcării, dar nu o capacitate de detectare a schimbării culorii în sarcinile vizuale, o căutare vizuală mai eficientă și un timp de răspuns mai rapid pentru țintele vizuale în comparație cu persoanele auditive. Procesarea vizuală modificată la persoanele surde este adesea asociată cu reutilizarea altor zone ale creierului, inclusiv cortexul auditiv primar , cortexul de asociere parietală posterioară (PPAC) și cortexul cingulat anterior (ACC). O recenzie de Bavelier și colab. (2006) rezumă multe aspecte pe tema comparării abilităților vizuale între persoanele surde și auditive.

Zonele cerebrale care îndeplinesc o funcție în procesarea auditivă sunt destinate procesării informațiilor somatosenzoriale la persoanele surde congenital. Au o sensibilitate mai mare în detectarea schimbării frecvenței vibrațiilor peste prag și o activare mai mare și mai răspândită în cortexul auditiv sub stimulare somatosenzorială. Cu toate acestea, răspunsul rapid pentru stimulii somatosenzoriale nu se găsește la adulții surzi.

Implant cohlear

Neuroplasticitatea este implicată în dezvoltarea funcției senzoriale. Creierul se naște imatur și apoi se adaptează la intrările senzoriale după naștere. În sistemul auditiv, pierderea auzului congenital, o afecțiune înnăscută destul de frecventă care afectează 1 din 1000 de nou-născuți, s-a dovedit a afecta dezvoltarea auditivă, iar implantarea unei proteze senzoriale care activează sistemul auditiv a împiedicat deficitul și a indus maturizarea funcțională a sistemului auditiv. . Datorită unei perioade sensibile pentru plasticitate, există și o perioadă sensibilă pentru o astfel de intervenție în primii 2-4 ani de viață. În consecință, la copiii cu surditate prelinguală, implantarea cohleară timpurie , de regulă, le permite copiilor să învețe limba maternă și să dobândească o comunicare acustică.

Orbire

Datorită pierderii vederii, cortexul vizual la persoanele nevăzătoare poate suferi plasticitate trans-modală și, prin urmare, alte simțuri pot avea capacități sporite. Sau s-ar putea să se întâmple contrariul, lipsa de intrare vizuală slăbind dezvoltarea altor sisteme senzoriale. Un studiu sugerează că girusul temporal mijlociu posterior drept și girul occipital superior dezvăluie mai multă activare la orbi decât la persoanele cu vedere în timpul unei sarcini de detectare a mișcării sunetului. Mai multe studii susțin această din urmă idee și au descoperit capacitatea slăbită în evaluarea distanței audio, reproducerea proprioceptivă, pragul pentru bisecția vizuală și judecarea unghiului minim audibil.

Ecolocația umană

Ecolocația umană este o abilitate învățată pentru oameni de a-și simți mediul din ecouri. Această abilitate este utilizată de unii nevăzători pentru a naviga în mediul lor și pentru a simți în detaliu împrejurimile lor. Studiile din 2010 și 2011 folosind tehnici funcționale de imagistică prin rezonanță magnetică au arătat că părți ale creierului asociate procesării vizuale sunt adaptate noii abilități de ecolocație. Studiile cu pacienți nevăzători, de exemplu, sugerează că ecourile de clic auzite de acești pacienți au fost procesate de regiunile creierului dedicate viziunii mai degrabă decât audiției.

Tulburare de hiperactivitate cu deficit de atenție

Studiile RMN efectuate la 1713 de participanți arată că atât copiii, cât și adulții cu tulburare de hiperactivitate cu deficit de atenție (ADHD) au volume mai mici de nucleu accumbens , amigdala , caudat , hipocamp , putamen și volumul general cortical și intracranian; și au mai puțină suprafață și grosime corticală, comparativ cu persoanele fără ADHD.

Opinii de IRM studii cu privire la persoanele cu ADHD sugereaza ca tratamentul pe termen lung al ADHD cu stimulente, cum ar fi amfetamina sau metilfenidat , scade anomalii in structura creierului si functia gasit la subiectii cu ADHD, si imbunatateste functia in mai multe parti ale creierului, cum ar ca nucleu caudat drept al ganglionilor bazali , cortexul prefrontal ventrolateral stâng (VLPFC) și girusul temporal superior .

În dezvoltarea timpurie a copilului

Neuroplasticitatea este cea mai activă în copilărie ca parte a dezvoltării umane normale și poate fi văzută și ca un mecanism deosebit de important pentru copii în ceea ce privește riscul și rezistența. Trauma este considerată un risc mare, deoarece afectează negativ multe zone ale creierului și pune o presiune asupra sistemului nervos simpatic din activarea constantă. Trauma modifică astfel conexiunile creierului astfel încât copiii care au suferit traume pot fi hiper vigilenți sau excitați excesiv. Cu toate acestea, creierul unui copil poate face față acestor efecte adverse prin acțiunile neuroplasticității.

Există multe exemple de neuroplasticitate în dezvoltarea umană. De exemplu, Justine Ker și Stephen Nelson au analizat efectele antrenamentului muzical asupra neuroplasticității și au constatat că antrenamentul muzical poate contribui la experiența plasticității structurale dependente. Acesta este momentul în care schimbările din creier apar pe baza experiențelor unice pentru un individ. Exemple în acest sens sunt învățarea mai multor limbi, practicarea unui sport, practicarea teatrului etc. Un studiu realizat de Hyde în 2009 a arătat că schimbările din creierul copiilor ar putea fi observate în doar 15 luni de pregătire muzicală. Ker și Nelson sugerează că acest grad de plasticitate în creierul copiilor poate „ajuta la furnizarea unei forme de intervenție pentru copii ... cu tulburări de dezvoltare și boli neurologice”.

La animale

Într-o singură durată de viață , indivizii unei specii de animale pot întâlni diverse modificări ale morfologiei creierului . Multe dintre aceste diferențe sunt cauzate de eliberarea hormonilor în creier; altele sunt produsul factorilor evolutivi sau al etapelor de dezvoltare . Unele modificări apar sezonier la specii pentru a spori sau genera comportamente de răspuns.

Modificări sezoniere ale creierului

Modificarea comportamentului creierului și a morfologiei pentru a se potrivi cu alte comportamente sezoniere este relativ frecventă la animale. Aceste modificări pot îmbunătăți șansele de împerechere în timpul sezonului de reproducere. Exemple de schimbări sezoniere ale morfologiei creierului pot fi găsite în multe clase și specii.

În cadrul clasei Aves , chickadees negru-plafonate experiență o creștere a volumului lor hipocampus și puterea de conexiuni neuronale la hipocampus în timpul lunilor de toamna. Aceste modificări morfologice din hipocamp care sunt legate de memoria spațială nu se limitează la păsări, deoarece pot fi observate și la rozătoare și amfibieni . La păsările cântătoare , multe nuclee de control al cântecelor din creier cresc în timpul sezonului de împerechere. Dintre păsări, modificările morfologiei creierului pentru a influența tiparele cântecului, frecvența și volumul sunt frecvente. Imunoreactivitatea hormonului care eliberează gonadotropina (GnRH) , sau recepția hormonului, este redusă la graurii europeni expuși la perioade mai lungi de lumină în timpul zilei.

Iepurele de mare din California , un gasteropod , are mai mult succes inhibarea de ouătoare hormoni în afara sezonului de împerechere , datorită eficienței crescute de inhibitori din creier. Modificări ale naturii inhibitoare a regiunilor creierului pot fi găsite și la oameni și la alte mamifere. La amfibianul Bufo japonicus , o parte a amigdalei este mai mare înainte de reproducere și în timpul hibernării decât după reproducere.

Variația sezonieră a creierului apare la multe mamifere. O parte din hipotalamusul ovinelor comune este mai receptiv la GnRH în timpul sezonului de reproducere decât în ​​alte perioade ale anului. Oamenii experimentează o modificare a „dimensiunii nucleului suprachiasmatic hipotalamic și a neuronilor imunoreactivi ai vasopresinei din cadrul acestuia” în timpul toamnei, când aceste părți sunt mai mari. Primăvara, ambele își reduc dimensiunile.

Cercetarea traumatică a leziunilor cerebrale

Grupul lui Randy Nudo a descoperit că, dacă un accident vascular cerebral mic (un infarct) este indus de obstrucția fluxului sanguin către o porțiune a cortexului motor al unei maimuțe, partea corpului care răspunde prin mișcare se mișcă atunci când zonele adiacente zonei cerebrale deteriorate sunt stimulat. Într-un studiu, tehnicile de cartografiere a microstimulării intracorticale (ICMS) au fost utilizate la nouă maimuțe normale. Unele au suferit proceduri de infarct ischemic, iar altele, proceduri ICMS. Maimuțele cu infarct ischemic au păstrat mai multă flexie a degetelor în timpul recuperării alimentelor și după câteva luni acest deficit a revenit la nivelurile preoperatorii. În ceea ce privește reprezentarea distală a membrelor anterioare , „procedurile de cartografiere postinfarct au arătat că reprezentările de mișcare au suferit reorganizări în tot cortexul adiacent, nedeteriorat”. Înțelegerea interacțiunii dintre zonele deteriorate și nedeteriorate oferă o bază pentru planuri mai bune de tratament la pacienții cu AVC. Cercetările actuale includ urmărirea modificărilor care apar în zonele motorii ale cortexului cerebral ca urmare a unui accident vascular cerebral. Astfel, pot fi constatate evenimente care apar în procesul de reorganizare a creierului. Nudo este, de asemenea, implicat în studierea planurilor de tratament care pot îmbunătăți recuperarea după accident vascular cerebral, cum ar fi fizioterapia, farmacoterapia și terapia de stimulare electrică.

Jon Kaas , profesor la Universitatea Vanderbilt , a reușit să arate „modul în care zona somatosenzorială 3b și nucleul ventroposterior (VP) al talamusului sunt afectate de leziunile coloanei dorsale unilaterale de lungă durată la niveluri cervicale la maimuțele macace”. Creierele adulte au capacitatea de a se schimba ca urmare a rănirii, dar amploarea reorganizării depinde de amploarea leziunii. Cercetările sale recente se concentrează asupra sistemului somatosenzorial, care implică un simț al corpului și al mișcărilor sale folosind multe simțuri. De obicei, deteriorarea cortexului somatosenzorial duce la afectarea percepției corpului. Proiectul de cercetare Kaas se concentrează pe modul în care aceste sisteme (sisteme somatosenzoriale, cognitive, motorii) răspund cu modificări plastice rezultate din leziuni.

Un studiu recent al neuroplasticității implică munca depusă de o echipă de medici și cercetători de la Universitatea Emory , în special Dr. Donald Stein și Dr. David Wright. Acesta este primul tratament din 40 de ani care are rezultate semnificative în tratarea leziunilor traumatice ale creierului, în timp ce nu are efecte secundare cunoscute și este ieftin de administrat. Dr. Stein a observat că șoarecii de sex feminin păreau să se recupereze după leziuni ale creierului mai bine decât șoarecii de sex masculin și că, în anumite momente ale ciclului estru , femelele și-au revenit și mai bine. Această diferență poate fi atribuită diferitelor niveluri de progesteron, niveluri mai ridicate de progesteron ducând la recuperarea mai rapidă a leziunilor cerebrale la șoareci. Cu toate acestea, studiile clinice au arătat că progesteronul nu oferă niciun beneficiu semnificativ pentru leziunile cerebrale traumatice la pacienții umani.

Îmbătrânire

Profilarea transcripțională a cortexului frontal al persoanelor cuprinse între 26 și 106 ani a definit un set de gene cu expresie redusă după vârsta de 40 de ani și în special după vârsta de 70 de ani. Genele care joacă roluri centrale în plasticitatea sinaptică au fost cele mai semnificativ afectate de vârstă, manifestând în general o expresie redusă în timp. A existat, de asemenea, o creștere semnificativă a deteriorării ADN-ului cortical , probabil a deteriorării ADN-ului oxidativ , la promotorii genelor cu îmbătrânire.

Speciile reactive de oxigen par să aibă un rol semnificativ în reglarea plasticității sinaptice și a funcției cognitive. Cu toate acestea, creșterea legată de vârstă a speciilor reactive de oxigen poate duce, de asemenea, la afectarea acestor funcții.

Multilingvism

Efectul benefic al multilingvismului asupra comportamentului și cunoașterii oamenilor este bine cunoscut în zilele noastre. Numeroase studii au arătat că persoanele care studiază mai multe limbi au funcții cognitive și flexibilități mai bune decât persoanele care vorbesc o singură limbă. Bilingvilor li se pare că au o durată mai mare de atenție, abilități mai puternice de organizare și analiză și o teorie a minții mai bună decât monolingvii. Cercetătorii au descoperit că efectul multilingvismului asupra unei cunoașteri mai bune se datorează neuroplasticității.

Într-un studiu proeminent, neurolingviștii au folosit o metodă de morfometrie bazată pe voxel (VBM) pentru a vizualiza plasticitatea structurală a creierului la monolingvii și bilingvii sănătoși. Au investigat mai întâi diferențele de densitate a substanței gri și albă între două grupuri și au găsit relația dintre structura creierului și vârsta dobândirii limbajului. Rezultatele au arătat că densitatea materiei cenușii în cortexul parietal inferior pentru multilingvi a fost semnificativ mai mare decât monolingvii. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că bilingvii timpurii aveau o densitate mai mare de substanță gri față de bilingvii târzii din aceeași regiune. Cortexul parietal inferior este o regiune cerebrală foarte asociată cu învățarea limbii, care corespunde rezultatului VBM al studiului.

Studii recente au constatat, de asemenea, că învățarea mai multor limbi nu numai că restructurează creierul, ci și mărește capacitatea creierului de plasticitate. Un studiu recent a constatat că multilingvismul nu afectează doar substanța cenușie, ci și substanța albă a creierului. Materia albă este alcătuită din axoni mielinizați, care este foarte asociată cu învățarea și comunicarea. Neurolingviștii au folosit o metodă de scanare prin difuziune tensorială (DTI) pentru a determina intensitatea substanței albe dintre monolingvi și bilingvi. Creșterea mielinizărilor în tractele de substanță albă s-a găsit la persoanele bilingve care folosesc activ ambele limbi în viața de zi cu zi. Cererea de a trata mai multe limbi necesită o conectivitate mai eficientă în creier, ceea ce a dus la o densitate mai mare de substanță albă pentru multilingv.

Deși încă se dezbate dacă aceste modificări ale creierului sunt rezultatul dispoziției genetice sau ale cerințelor de mediu, multe dovezi sugerează că experiența de mediu, socială a multilingvilor timpurii afectează reorganizarea structurală și funcțională din creier.

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

Videoclipuri

• Ramachandran. Sindromul Phantom Limb . despre conștiință, neuroni oglindă și sindromul membrelor fantomă

Alte lecturi

• Chorost M (2005). Reconstruit: modul în care devin parte a computerului m-a făcut mai uman . Boston: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-37829-6.

linkuri externe

• Neuroplasticitate la Biblioteca Națională de Medicină din SUA Titlurile subiectului medical (MeSH)
• Mituri Neuro: Fapte și ficțiuni separate în învățarea bazată pe creier de Sara Bernard