Plastyczność mózgu, Studia - materiały, referaty itd, Fizjoterapia, Diagnostyka funkcjonalna

Plastyczność naszego zachowania jest wynikiem plastyczności mózgu polegającej na zmianach zachodzących w jego strukturze. Owa plastyczność to więcej niż odciskanie się wpływów środowiska na strukturze mózgu. Bo mózg oprócz tego, że ulega tym zmianom, nierzadko też im się przeciwstawia. Jest zatem w swoim reagowaniu elastyczny. W olbrzymiej większości przypadków plastyczność jest konieczna i korzystna dla organizmu, ale czasami bywa przyczyną patologii. Na przykład uzależnianie się od narkotyku polega na tworzeniu zmian plastycznych w mózgu i te właśnie zmiany leżą u podstaw choroby uzależnieniowej.
Plastyczność mózgu wyraża się w rozwoju jego modularnej struktury oraz wielkiej zdolności do naprawy i uzupełniania ubytków neuronalnych, co wiąże się na przykład z przejmowaniem obszarów do tej pory niezagospodarowanych. Modularność mózgu polega na tym, że pewne rejony zostają delegowane do przetwarzania szczególnych kategorii informacji. Tak na przykład określone obszary kory potylicznej służą do rozpoznawania twarzy. Ponieważ obiektywnie różnice między twarzami są bardzo niewielkie, dane wzrokowe płynące z twarzy muszą być szczególnie dokładnie obrabiane - i gdyby mózg podobnie starannie przetwarzał wszystkie bodźce, jego wydajność znacznie by spadła. Tylko obiekty przypominające twarz są rozpoznawane w tym obszarze. Ponieważ zazwyczaj osoba rozpoznawana ma głowę uniesioną do góry, jedynie obiekty prawidłowo zorientowane mogą być dalej opracowywane. Twarze ułożone inaczej trudno rozpoznać, nawet wyjątkowo charakterystyczne, a ich wyraz jest nie do odczytania. Rodzice często mówią, że ich dzieci, chociaż normalnie wyraźnie różne, są do siebie bardzo podobne, kiedy śpią. Ich twarze są wówczas ułożone poziomo i rozpatrywane bez zwracania uwagi na różniące je szczegóły.
Plastyczność daje też możliwość kompensowania strat w zakresie komórek nerwowych. Jedną z taktyk, jakie przyjmuje wtedy mózg, jest zajmowanie terenów niezagospodarowanych. Gdy braknie dopływu bodźców sensorycznych z jakiegoś obszaru, na przykład po amputacji dłoni, neurony odpowiedzialne do tej pory za przetwarzanie informacji płynących z niego zaczynają się zajmować analizą bodźców płynących z sąsiednich okolic. Tego rodzaju plastyczność czasem bywa bardzo niekorzystna dla funkcjonowania organizmu.

Neurony mogą też kompensować - przez ich zwiększony wysiłek - deficyty wynikające ze śmierci swoich kolegów. Wskutek tego takie choroby neurodegeneracyjne jak choroba Parkinsona czy Alzheimera ujawniają się dopiero wówczas, kiedy wymarło 70-80 proc. niszczonych przez nie neuronów. Chociaż w warunkach współczesnej medycyny nie jest to korzystne, bo późne rozpoznanie wyklucza skuteczną terapię, taka plastyczność mózgu pozwala osobom śmiertelnie chorym żyć bez żadnego uszczerbku w ich funkcjonowaniu nawet parę dziesiątków lat. Wiele z nich umiera, zanim pojawią się pierwsze oznaki choroby.
Najważniejszym przykładem plastyczności neuronalnej jest neurogeneza, czyli tworzenie nowych komórek nerwowych. Przez długi czas sądzono, że w mózgu po okresie dojrzewania żadne nowe neurony pojawić się nie mogą, ponieważ są to komórki, które utraciły zdolność dzielenia się i rozmnażania. Doniesienia o neurogenezie pojawiały się już w latach 50. dwudziestego wieku, ale nie były traktowane na serio. Dopiero w latach 90. zaczęto poważnie badać tworzenie się nowych neuronów z komórek progenitorowych, które znajdują się zwłaszcza w strukturach związanych z funkcjami poznawczymi - w hipokampie i korze mózgowej. Dziś wiemy, że tworzenie się nowych neuronów rzeczywiście następuje, a proces ten oraz rozrost wypustek i zwiększenie liczby połączeń między neuronami sprzyjają poprawie funkcji poznawczych.
Szybkość neurogenezy, bardzo wysoka przed okresem dojrzewania, później znacznie spada, ale proces w warunkach naturalnych dalej zachodzi, aż do końca życia. Eksperymenty prowadzone na myszach wykazały, że spadek liczby tworzących się neuronów trwa od okresu dojrzewania do wczesnej starości, ale potem szybkość ich tworzenia nie zmienia się. Z badań szwedzkich i amerykańskich naukowców wynika, że u człowieka neurogeneza występuje jeszcze wtedy, gdy ma on 72 lata.
Co ważniejsze, szybkość neurogenezy można pobudzić, zmuszając mózg do pracy. Właśnie w takiej sytuacji odkryto zjawisko neurogenezy: u samców ptaków śpiewających zaobserwowano znaczne powiększenie części mózgu odpowiedzialnej za pamięć w czasie, gdy uczyły się one pieśni godowych. Po założeniu rodziny ptaki nie musiały już śpiewać i ich powiększone obszary mózgu malały, aż do następnego sezonu godowego. Badania prowadzone wśród londyńskich taksówkarzy wykazały, że ich hipokampy - struktury mózgu odpowiedzialne za tworzenie pamięci przestrzennej - są większe niż u przeciętnych mieszkańców stolicy Wielkiej Brytanii. Nic dziwnego - mapa Londynu w mózgu taksówkarza musi być znacznie większa i dokładniejsza niż u jego pasażerów.

Neurogenezę można zwiększyć poprzez bombardowanie mózgu nowymi wrażeniami wymagającymi odpowiedzi. Dobrze widać to u zwierząt i ludzi umieszczanych w zróżnicowanym i atrakcyjnym środowisku - tzw. wzbogaconym. Z badań wynika, że zarówno dzieci, jak i zwierzęta chowane w środowisku wzbogaconym znacznie lepiej rozwiązują problemy poznawcze, czyli po prostu stają się inteligentniejsze. Neurogenezie sprzyjają także wysiłek fizyczny, restrykcje kaloryczne (czyli po prostu głodówki) i wysiłek intelektualny.
Ponieważ plastyczność neuronalna jest bardzo wysoka w okresie tworzenia się mózgu, więc po czasie burzliwej neurogenezy okazuje się, że neuronów jest więcej niż pracy dla nich. Rywalizują one ze sobą o znalezienie miejsca, w którym mogłyby być zatrudnione. Rywalizację tę nazwano darwinizmem neuronalnym. Prowadzi ona do wymierania wielkiej liczby neuronów - u człowieka między 8. a 15. rokiem życia. Redukcja liczby neuronów jest naturalnym i ważnym procesem kształtowania się mózgu. Umożliwia jego optymalny rozwój, podobnie jak w ogrodnictwie tzw. przecinanie rzodkiewki - konieczne dla otrzymania dobrego plonu. Należy jednak pamiętać, że neurogeneza nie zanika w okresie dojrzewania i utrzymuje się do późnej starości, chociaż z wiekiem jej intensywność spada. Oznacza to, że uczyć możemy się do końca życia.
U osobników młodych rozwój neuronów jest bardzo podatny na czynniki zewnętrzne. Czas ten, kiedy plastyczność neuronalna jest największa, nazywa się okresem krytycznym. Jeżeli w tym okresie neuronom brakuje odpowiednich bodźców, rozwiną się nieprawidłowo i później nie będą w stanie danych bodźców przetwarzać. Takie zjawisko opisywano u osób urodzonych jako niewidome, na przykład w wyniku wrodzonej katarakty, którym następnie przywrócono wzrok. Jeżeli to przywrócenie nastąpi późno, to znaczy w wieku powyżej 10 lat, nigdy nie pozwoli pacjentom korzystać ze wzroku: sygnały wzrokowe płyną, ale są dla osoby niezrozumiałe. Obserwacje te potwierdziły badania na zwierzętach, prowadzone między innymi przez profesora Bogusława Żernickiego w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN.
Plastyczność występująca we wczesnych okresach rozwoju jest spowodowana nie tylko tworzeniem się nowych komórek nerwowych, ale również powstającymi wówczas bardzo intensywnie nowymi połączeniami między nimi. Pod wpływem uwalnianego w czasie aktywności nerwowej glutaminianu rozrastają się na dendrytach sąsiednich neuronów małe twory - filopodia. Po nawiązaniu kontaktu z innym neuronem przekształcają się one w tzw. kolce synaptyczne, na których znajdują się miejsca połączenia - synapsy.

Bardzo wysoka plastyczność neuronalna w okresie wczesnego dzieciństwa, później gwałtownie spada. Jeżeli więc we właściwym czasie neurony nie nauczą się odpowiednio pracować, nie nauczą się tego już nigdy. Plastyczność neuronalna jest blokowana przez rozwijające się sieci perineuronalne, twory złożone z proteoglikanów, oplatające kadłub neuronu i proksymalne odcinki dendrytów. Już w XIX wieku odkrył je Camillo Golgi, wybitny neurolog, ale gdy Santiago Ramón y Cajal uznał je za artefakt, przestano się nimi interesować przez prawie 100 lat. Dziś zostały odkryte na nowo i wiemy, że pojawiają się pod koniec okresu krytycznego, powodując stabilizację neuronów i utratę plastyczności. Obecnie w niektórych pracowniach, również w Instytucie Nenckiego, próbuje się znaleźć metody, które mogłyby, rozpuszczając sieci perineuronalne, przywrócić plastyczność neuronom. Byłoby to niesłychanie korzystne na przykład podczas prób cofania skutków udaru mózgu.
Istnieje wiele czynników, które zmniejszają plastyczność neuronów i prowadzą do ich wymierania. Są to przede wszystkim stres, uszkodzenia spowodowane przez wolne rodniki (a więc niewłaściwa dieta) i bezczynność neuronalna. Ponieważ jesteśmy tak młodzi, jak młody i plastyczny jest nasz mózg, powinniśmy dbać o to, aby tę plastyczność jak najdłużej utrzymywać. Gwałtowny wzrost śmiertelności mężczyzn w wieku 66-68 lat jest w dużej mierze właśnie skutkiem zaniechania wysiłku intelektualnego i zubożenia środowiska, w którym przebywa się po przejściu na emeryturę. Warto też wspomnieć, że są już leki wspomagające plastyczność mózgu, takie jak tianeptyna czy rasagilina.
O warunki do rozwoju plastyczności neuronalnej należy dbać przez całe życie. Najważniejszy jest ten okres dzieciństwa, który poprzedza okres krytyczny. Kontakt z dziećmi, czytanie, opowiadanie i zabawa mają decydujące znaczenie dla ich późniejszego rozwoju. Nie zastąpi tego nawet najlepsza sytuacja materialna, w pogoni za którą rodzice ograniczają czas na kontakt z dzieckiem. Równie ważne jest aktywizowanie fizyczne i intelektualne osób starszych. Te dwie funkcje można świetnie połączyć, zwłaszcza w dobrej, wspierającej się rodzinie, która powinna być naturalnym wzbogaconym środowiskiem, sprzyjającym rozwojowi mózgu i dobrego samopoczucia jej członków w każdym wieku.