NEUROPLASTYCZNOŚĆ - nadzieja współczesnej rehabilitacji

Neuronów w naszym organizmie jest ponoć tyle ile gwiazd w Układzie Słonecznym.

W ciągu wielu lat naukowcy starali się zgłębiać swoją wiedzę na temat pracy mózgu.

Spośród wielu cech, jakimi charakteryzuje się mózg za najważniejsze uznali
plastyczność i elastyczność.

Układ nerwowy niczym mapa

Jaśniejszy mózg Einsteina

Przekaznictwo informacji w nim - niczym komunikacja zachodząca między miastami

Głębokie przekonanie o stałości struktury i funkcji układu nerwowego dorosłego człowieka utrudniło akceptację spontanicznie zachodzącej plastyczności

Zmiany plastyczne w mózgu zachodzą po przecięciu nerwów obwodowych, uszkodzeniu siatkówki, amputacjach, urazach mózgu, treningu i uczeniu się.

Plastyczność kompensacyjna ( pourazowa)

• Pierwsze prace eksperymentalne → uszkodzenie nerwu czuciowego powoduje zmiany pól recepcyjnych neuronów
  kory somatosensorycznej

• Obszar kory związany z aktywnością określonego regionu ciała,
  po jego uszkodzeniu jest „kolonizowany” przez wejścia dotykowe sąsiednich odcinków ciała istnieje rywalizacja między sąsiadującymi reprezentacjami.

• osłabienie jednej reprezentacji poprzez eliminacje dopływu bodźców czuciowych powoduje, iż traci ona swoje miejsce w korze na rzecz aktywnych funkcjonalnie sąsiadów; wg zasady Hebbowskiej „ cells fire together, wire together” im silniej aksony niosące informację z jednego nerwu pobudzą neurony kory, tym większa szansa na „zdobycie” danego neuronu na reprezentowanie obszarów obsługiwanych przez ten nerw.

Dawniej…

• głębokie przekonanie o stałości struktury i funkcji układu nerwowego dorosłego człowieka

• ukształtowany mózg może tylko tracić neurony

• uszkodzenia się nie leczą

• nie tworzą się nowe połączenia

• konkretne części mózgu mają na stałe przypisane zadania

Obecnie…

• Neuron zachowuje zdolność do tworzenia nowych wypustek, nowych połączeń aksonalnych

• Prostymi środkami można wspomagać działanie mózgu i go zmieniać

• Można rozwijać w sobie zdolność kreatywnego myślenia

• Współzawodnictwo przy powstawaniu połączeń synaptycznych

Współzawodnictwo przy powstawaniu połączeń synaptycznych ↔ przemapowania w mózgu

• Szczurom uszkodzono korę ruchową w miejscu reprezentacji mięśni nogi. Reprezentacja mięśni nogi została odtworzona w miejscu sąsiadującym z uszkodzeniem.

• U małp, które badano w 10-20 lat po amputacji ramienia, obserwowano bardzo rozległe zmiany topografii mapy powierzchni ciała w korze mózgowej. Korowa reprezentacja ręki została zastąpiona reprezentacją twarzy i tułowia.

• Odnerwiony obszar kory wzrokowej rejonów siatkówki wypełnia się reprezentacją sąsiednich okolic pola widzenia.

• Dowody na przemapowanie kory mózgowej po amputacji kończyn uzyskano także w badaniach na ludziach. Stwierdzono poszerzanie się reprezentacji twarzy i tułowia w korze somatosensorycznej.

• U małp, po urazach kory somatosensorycznej w obszarze palców ręki zaobserwowano pojawienie się uszkodzonej reprezentacji w nowych miejscach (dlaczego?).

Warunki konieczne do zajścia zmian plastycznych:

• Aktywacja receptorów NMDA,

• Obecność modulatorów:

• Acetylocholiny, noradrenalina, serotoniny

• Korzystnie wpływa obniżenie układu GABA- ergicznego

Po jakim czasie następują zmiany ?

• po upływie kilku minut (po niedokrwiennym zablokowaniu grubych włókien aferentnych idących z kończyn

• po upływie tygodni (po przebytych udarach)

• niekiedy nawet po kilkanastu latach (amputacje)

Z doświadczeń klinicznych wynika, iż wśród chorych z uszkodzeniem mózgu istnieje grupa zdrowiejąca spontanicznie, bez uczestnictwa w programach rehabilitacyjnych, nie uzyskująca żadnej poprawy mimo intensywnej terapii, poprawa stanu zdrowia uzależniona od oddziaływań rehabilitacyjnych.

Sieci neuronalne

• Sieci neuronalne, zawiadujące swoistymi, często powtarzalnymi ruchami, zwane ośrodkowymi generatorami wzorca, mogą sterować wykonaniem specyficznych, rytmicznych czynności, nie angażując świadomości.

• Główne sieci kontroli neuronalnej, które pozwalają oddychać , przełykać i żuć, a także poruszać oczami, znajdują się w pniu mózgu.

• Sieci odpowiedzialne za chodzenie i bieganie, a również sterujące wykonaniem niektórych odruchów obronnych znajdują się
  w rdzeniu kręgowym.

• Bardzo proste sygnały sterujące, które pochodzą z pnia mózgu , mogą pobudzać w rdzeniu kręgowym generatory wzorca lokomocyjnego.

• W ten sposób wywoływane są złożone wzorce ruchowe, w których bierze udział wiele mięśni tułowia i kończyn.

• Wyspecjalizowane sieci neuronalne w kresomózgowiu wybierają „programy ruchowe”, pobudzające odpowiednie części pnia mózgu.

• Pień mózgu inicjuje ruchy i kontroluje ich szybkość, aktywując sieci neuronalne znajdujące się w rdzeniu kręgowym.

• Te lokalne sieci zawierają niezbędne połączenia, które w odpowiednich momentach rozpoczynają i kończą skurcz mięśni zaangażowanych w kolejne fazy ruchu.

Plastyczność mózgu w rozwoju dziecka

• Pojęcie plastyczności mózgu wprowadził polski uczony Jerzy Konorski w 1948 roku.

• Zwrócił uwagę, że komórki nerwowe charakteryzują się pobudliwością,
  a w określonych układach neuronów powstają trwałe przekształcenia funkcjonalne w wyniku działania określonych bodźców lub ich kombinacji.

• Te przekształcenia plastyczności zostały nazwane zmianami plastycznymi.

• Według Konorskiego podłożem plastyczności są morfologiczne zmiany synaptyczne.

• Współcześnie uważa się, że plastyczność mózgu jest odpowiedzialna za efekty uczenia się, wpływu środowiska sensorycznego na rozwój mózgu, efekty naprawcze po uszkodzeniu mózgu.

Proces uczenia się i artykułowania języka.

• Porozumiewania się za pomocą mowy stanowi zdumiewające połączenie sprawności ruchowej i intelektualnej.

• W przypadku języka mówionego zdania budowane są w tylnym ośrodku mowy (pole Wernicke`a), a stąd informacja przekazywana jest do przedniego ośrodka (pole Broca).

• Po podzieleniu zdania na elementy dźwiękowe (fonemy), generowane są sygnały nerwowe, które następnie docierają do mięśni klatki piersiowej, krtani, ust i warg.

Istota plastyczności mózgu

• Istotą plastyczności jest aktywacja genomu podczas pobudzania neuronu i synteza odpowiedniego białka, odpowiedzialnego za gotowość do zmian synaptycznych, oraz współdziałanie wielu neuronów w procesie wzmacniania.

• Gdy dwa lub więcej neuronów jest pobudzonych jednocześnie, wówczas połączenia te mogą plastycznie się wzmocnić.

Plastyczność pamięciowa mózgu

• Odgrywa rolę w procesie uczenia się.

• W odpowiedzi na bodźce następują wzmocnienie i reorganizacja połączeń między określonymi neuronami.

• W konsekwencji powstaje pamięciowa zmiana plastyczna - ślad (engram) pamięci.

• Informacje gromadzone w postaci doznań wewnętrznych w neuronach są zapamiętywane, tj. przechowywane w określonym czasie
  z możliwością wykorzystania ich w miarę potrzeby.

• Istnieje wielka różnorodność form pamięci.

• Różne okolice mózgu przechowują różne postacie pamięci jako całości.

• Pamięć złożonych umiejętności , charakterystycznych dla człowieka, jest reprezentowana zarówno w układzie percepcji, jak i w układzie ruchowym i asocjacyjnym.

• Wydzielane w mózgu neurohormony mają wpływ na poziom emocji i procesy wzbudzania czynności neuronalnej, od których zależy proces uczenia się
  i formowania pamięci.

• Poziom uwagi, motywacja, emocje i wzbudzanie czynności neuronalnej zależą od wyspecjalizowanych okolic mózgu (np. od ośrodków widzenia, słuchu), ściśle powiązanych ze strukturami układu limbicznego, podwzgórza i wzgórza, stanowiąc układ neurohormonalny.

• W wyniku uczenia się następuje zmiana w sile połączeń synaptycznych między zespołami neuronów zaangażowanych w tworzeniu śladu pamięciowego przez zwiększenie liczby synaps oraz zwiększenie sprawności działania już istniejących.

• Deprywacje receptorów czuciowych, słuchu, wzroku, równowagi, smaku i węchu nie tylko prowadzą do zaniku drogi aferentnej, ale także powodują atrofię mikrostruktur w mózgu.

Plastyczność rozwojowa mózgu

• Obejmuje zjawiska tworzenia i dojrzewania połączeń międzyneuronalnych w czasie rozwoju embrionalnego.

• Zjawiskiem charakterystycznym dla rozwoju OUN jest nadprodukcja neuronów i apoptoza, czyli zaprogramowana śmierć 40-80% neuronów w okresie płodowym i tuż po urodzeniu.

• Neurony obumierają, aktywując w sobie program samobójczy, gdy nie mogą znaleźć struktury docelowej lub też nie otrzymują wystarczającej liczby bodźców.

Tę rolę apoptozy nazwano dopasowaniem ilościowym. Apoptoza może służyć do eliminowania niewłaściwych połączeń spowodowanych błędami rozwojowymi.

Na uwagę zasługują badania nad działaniem czynników genetycznych i epigenetycznych w zjawisku zaprogramowanej śmierci neuronów, prawdopodobnie uwarunkowanym genetycznie (np. w zespole Downa). Przebieg apoptozy mogą modyfikować czynniki zewnętrzne, ale nie mogą one całkowicie tego zjawiska wyeliminować.

• Wykryto także nadprodukcję synaps w wielu strukturach mózgu, a także ich obumieranie (ok. 20-30%).

• Aktywność funkcjonalna jest niezbędna do prawidłowego kształtowania zakończeń aksonalnych, umożliwiających tworzenie się sieci połączeń międzyneuronalnych, a także ich dojrzewanie.

Plastyczność kompensacyjna

• Polega na tworzeniu połączeń synaptycznych między nietypowymi strukturami, umożliwiających częściową lub całkowitą odnowę utraconych funkcji mózgu.

• Czynnikiem ułatwiającym tę plastyczność jest degeneracja już istniejących synaps, aby mogła się rozwinąć nowa sieć połączeń z innych neuronów. Dalsze procesy naprawcze wspomagają czynniki troficzne i gangliozydy.

• Zdolność regeneracji włókien nerwowych zależy od wielu czynników fizycznych i biochemicznych, a maleje z upływem czasu i odległości od miejsca uszkodzenia w stosunku do komórki nerwowej. Nerwy zmiażdżone regenerują się szybciej niż przeciętne. Proces ten jest szybszy także wtedy, gdy jest dostępność substancji troficznych, takich jak czynniki wzrostu nerwów, syntetyzowane w układzie nerwowym.

• Zdolność regeneracji aksonów jest ograniczona.

• Procesy te są hamowane przez substancje wytwarzane w mózgu.

• Jedynie promaksymalny odcinek ma zdolność do odrastania, rozgałęziania się i odtwarzania połączeń w sieci neuronalnej.

• Powstawanie korowych map ciała odbywa się pod wpływem informacji sensorycznych zachowań ruchowych i tworzenia się świadomości schematu ciała.

• Najlepiej poznany jest obraz ciała w korze somatosenorycznej.

• Zmiany map korowych można obserwować bardzo szybko po ustaniu przekazywania bodźców z nerwów obwodowych do określonego obszaru kory.

• W ten sposób dochodzi do zaniku motoneuronów korowych i powstania deficytu świadomości dotyczącej schematu ciała.

• Każdy neuron w korze mózgowej otrzymuje informacje w postaci impulsów z kilku lub kilkunastu tysięcy połączeń.

• Nie wszystkie informacje wywołują powstanie potencjału czynnościowego; są to wejścia podprogowe. Dopiero usunięcie wejścia dominującego może spowodować wejście potencjałów słabszych (podprogowych).

• Zmiana map korowych może nastąpić przez aktywację, tzw. milczących synaps
  i rozrastanie się aksonów wzgórzowo- podwzgórzowych lub korowo-korowych
  we wszystkich obszarach kory sensorycznej, motorycznej, wzrokowej, słuchowej.

• Częste używanie receptorów dotykowych powoduje zwiększenie obszaru kory somatosenorycznej pobudzanej przez te receptory. Ćwiczenie motoryki poprzez reedukację oraz doskonalenie umiejętności percepcyjnych przeorganizowuje aktywne obszary kory mózgowej, tworząc nową mapę ciała.

Integracja sensoryczna

• Informacja sensoryczna odbywa się w korze mózgowej, gdzie informacje z wrażeń zmysłowych są przyjmowane przesiewane (eliminowane), rozpoznawane, interpretowane
  i integrowane z już posiadanymi.

• Bodźce dźwięki, przedmioty, osoby są postrzegane i integrowane z już posiadanymi i mogą być postrzegane tylko wtedy, kiedy mogą być włączone w proces integracji, jeżeli mają jakieś znaczenie dla danej osoby.

• Do pracy mózgu potrzebna jest ciągłość przetwarzania bodźców.

• Drażnienia zmysłów, ruch, bodźce powstające w czasie ruchu pobudzają do tworzenia połączeń nerwowych na synapsach; następnie dochodzi do integracji impulsów i zapamiętywania w ośrodkach kory mózgowej.

• Ruch ciała, używanie rąk, mowy mogą podlegać koordynacji i stanowić podstawę do kształtowania się celowych i sensownych działań.

• U noworodka percepcja poszczególnych kanałów zmysłowych i motoryczna aktywność są jeszcze słabo ze sobą powiązane.

• Łączenie się podstawowych informacji
  z poszczególnych kanałów zmysłowych następuje w pierwszych dwóch miesiącach po urodzeniu i stopniowo się doskonali w pierwszych latach życia.

• Uczenie się, myślenie abstrakcyjne nie zjawiają się automatycznie, ale są wynikiem wielu lat rozwoju i przetwarzania bodźców mózgu.

• Ayres (1989) odróżnia 4 poziomy integracji sensorycznej, a każdy poziom buduje się na poprzednim. Główną podstawą tworzenia się schematu ciała są najniższe, podstawowe piętra integracji zmysłowej.

Poziomy integracji sensorycznej

• Na poziomie I ( pierwsze dwa miesiące życia) podlegają powiązaniu bodźce dotykowe podczas ssania, jedzenia, odczuwania przyjemnego dotyku.

• Integracja błędnikowych i prioreceptywnych bodźców umożliwia niemowlęciu koordynację ruchów gałek ocznych, utrzymanie postawy, napięcia mięśniowego, równowagi i poczucia pewności w stosunku do sił grawitacji.

• Zaburzenia powstałe na tym poziomie integracji prowadzi do upośledzenia odczucia grawitacji i reakcji odruchowej postawy, czego skutkiem jest powstanie wrażenia sztywności i braku płynności ruchu.

• Na poziomie II (do końca 1-go roku życia), odbywa się łączenie bodźców zmysłów podstawowych: systemu błędnikowego, prioreceptywnego i dotykowego, co warunkuje napięcie uwagi, koordynację i planowanie ruchu.

• W świadomości powstaje percepcja własnego ciała oraz koordynacja czynności obu jego stron; wytwarza się stabilność emocjonalna.

• Zaburzenie napięcia uwagi dziecka w późniejszym wieku powoduje nadpobudliwość psychoruchową, deficyt uwagi i aktywności w sposób celowy.

• Poziom III (kształtujący się od 1 do 3-go roku życia) obejmuje integrację bodźców wzrokowych i słuchowych, powiązanie ich z bodźcami przedsionkowymi i prioreceptywnymi.

• Uzmysławianie ciała, koordynacja wzrokowo-ruchowa, używanie mowy i zdolność jej rozumienia oraz uczenia się odgrywają ważną rolę w rozwoju aktywności celowej (zależnej od woli), służącej poznaniu świata.

• Integracja bodźców optycznych z wymienionymi wyżej bodźcami zmysłów podstawowych umożliwia dokładną percepcję wzrokową i tzw. Koordynację oko-reka.
  Dzięki temu dziecko może włożyć kurtkę, nalać sobie mleka, budować z klocków dom, malować.

• Na poziomie IV integracji (od 3 do 6-go roku życia) odbywają się specjalizacja jednej połowy mózgu i lateralizacja czynności ciała.

• Powstają efekty końcowe procesów przetwarzania bodźców zmysłowych, które odbywały się na poprzednich trzech poziomach.

• Dziecko uzyskuje świadomość własnego ja, pojawia się samokontrola funkcji fizjologicznych, troska o siebie i poczucie zaufania do siebie, zdolność do koncentracji uwagi, umiejętność organizacji, myślenia abstrakcyjnego i rozumienia oraz zdolność uczenia się technicznego.

• Osiągnięcia integracyjne na poziomie IV stanowią podstawę do nauki szkolnej.

• Podczas aktywności motorycznej, zbiegów pielęgnacyjnych, karmienia, pieszczot dziecko doznaje wrażeń zmysłowych, ciepła dotyku, odczucia ciała.

• Od urodzenia integruje te wrażenia z obrazem ciała
  (już w 3 miesiącu życia), tworząc obraz o określonych wymiarach, granicach kształcie i pozycji.

• Ta wiedza stanowi w świadomości schemat ciała.

• Nie wszystkie bodźce odbierane przez receptory docierają do kory mózgowej i nie wszystkie są uświadomione.

• Stopień pobudliwości, koncentracja uwagi zależą od procesów hamowania i torowania pobudzeń o.u.n., gdzie szczególną role odgrywa twór siatkowaty (formatio reticularis).

• Poszczególne układy zmysłów mogą być stymulowane lub hamowane przez neuronu tworu siatkowego, który rozpoznaje zbyt słabe, wzmacniając je, lub wycisza bodźce zbyt mocne, zanim dotrą do odpowiednich struktur mózgu (jądra podkorowe, kora mózgowa, móżdżek).

• Zburzenia integracji sensorycznej objawiają się tym silniej, im niższy poziom integracji jest upośledzony (Ayres, 1984)

Rozwój procesów integracyjnych wg Ayres - 1989

Wiek	Poziom integracji	Bodźce słuchowe	Bodźce błędnikowe i prioreceptywne	Bodźce dotykowe	Bodźce wzrokowe
0 - 2 m-ce	I. specyficz. integracja zmysłowa (modalna)	reakcja na siłę i wysokość dźwięków	ruch oczu i postawa, równowaga, napięcie mięśniowe, poczucie pewności w stosunku do sił przyciągania ziemskiego	Przy: ssaniu, jedzeniu, pieszczotach, dobrym samopo, relacji matka-dziecko.	Reakcje na: - barwy, - formy.
1 rok	II. Początek połączeń między-modalnych i integracji seryjnej

Wiek	Poziom integracji	Bodźce słuchowe	Bodźce błędnikowe i prioreceptywne	Bodźce dotykowe	Bodźce wzrokowe
3 lata	III. Integracja seryjna na poziomie międzymodalnym i skrzyżowanym
6 lat	IV. Osiągnięcia integracyjne, stanowiące podstawę do nauki szkolnej

3

kompensacyjna (pourazowa)

rozwojowa

pamięciowa

• pojęcie wprowadzone przez J.Konorskiego

• wg niego NEUROPLASTYCZNOŚĆ = zdolność do trwałej zmiany

funkcjonowania neuronów pod wpływem bodźców środowiska

• hipokamp jako główna struktura, której dotyczą zmiany

• 3 rodzaje neuroplastyczności:

NEUROPLASTYCZNOŚĆ

PLASTYCZOŚĆ MÓZGU

• specjalizacja jednej połowy mózgu i jednej strony ciała,

• świadomość własnego ja,

• kontrola samego siebie,

• troska o samego siebie,

• zdolność koncentracji i organizacji,

• zdolność myślenia abstrakcyjnego i rozumienia,

• zdolność do uczenia się technicznego.

• używanie mowy,

• koordynacja oko - ręka,

• percepcja wizualna,

• aktywność celowa (zależna od woli),

• percepcja ciała (uzmysłowienie własnego ciała),

• koordynacja obydwu stron ciała,

• planowanie ruchu,

• stopień aktywności,

• czas koncentracji uwagi,

• stabilność emocjonalna.

---