8 min read

Нейропластичность

Нейропластичность описывает способность мозга изменяться и адаптироваться. Мозг - удивительно гибкий орган. По мере того как мы растем и учимся, наш опыт умножается, а клетки мозга эволюционируют. Эти структурные изменения создают нейронные пути, которые позволяют нам применять полученные в прошлом знания для решения новых задач.

Человеческий мозг способен совершать самые удивительные пути восстановления. Мы слышим истории о том, как пациенты, перенесшие инсульт, заново учатся читать и писать, а спортсмены восстанавливают мелкую моторику после травматических повреждений мозга. Эти подвиги стали возможны благодаря мощной пластичности нашей нервной системы.

Центральная нервная система (головной и спинной мозг) является корнем всех мыслей, движений, эмоций и памяти - по сути, всего человеческого опыта. Понять нейропластичность - значит постичь динамическую природу нашего мозга и остальной нервной системы. Отсюда мы можем начать понимать, как мы можем использовать этот потенциал.

Что такое нейропластичность?

что такое нейропластичность

Нейропластичность - это зонтичный термин, описывающий исключительную способность мозга к изменениям. Другими терминами нейропластичности являются пластичность мозга, нейронная пластичность и пластичность нейронов. Пластичность человеческого мозга проявляется на многих уровнях, от молекулярного до поведенческого.

Нейроны, или нервные клетки, могут изменять паттерны экспрессии своих генов в ответ на динамичное окружение. Эти изменения приводят к изменениям в синапсах, где нейроны общаются друг с другом. Когда нейроны выстреливают, они выпускают нейромедиаторы из своих аксонов в синаптическую щель. Нейротрансмиттеры связываются с рецепторами на дендритах других нейронов, что активирует или тормозит их действия. Нейрон, выделяющий нейромедиаторы, является пресинаптическим нейроном, а нейрон, принимающий нейромедиаторы, - постсинаптическим нейроном.

Нейропластичность может быть структурной и функциональной. Структурная пластичность относится к физическим изменениям в нервной системе, таким как объем мозгового вещества и количество дендритов. Функциональная пластичность относится к изменениям во взаимодействии между нейронами, таким как прочность нейронных путей.

Переживания, через которые мы проходим, приводят к изменениям в синапсах, называемым пластичностью, зависящей от активности. Зависимая от активности пластичность, которая может быть функциональной или структурной, лежит в центре нейропластичности и необходима для функций более высокого уровня, таких как обучение, память, выздоровление и адаптивное поведение. Эти изменения могут быть острыми (кратковременными) или длительными.

 

Почему нейропластичность важна?

почему нейропластичность важна

Без нейропластичности мы не сможем расти, учиться и адаптироваться к окружающей среде. Истории нашей жизни и опыт могут изменить структуры и сети нашего мозга.

Нейропластичность также играет важнейшую роль в адаптации к болезненным состояниям и сенсорному дефициту. Изменения в пластичности мозга связаны с многочисленными расстройствами, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, тревогу, депрессию, посттравматическое стрессовое расстройство и наркоманию.

Для иллюстрации того, насколько невероятна функциональная адаптивность мозга, исследования пациентов с болезнью Паркинсона показывают, что двигательные симптомы появляются только после потери значительной части дофаминовых нейронов substantia nigra (SN). По консервативным оценкам, этот порог составляет 30% нейронов, однако исследования показали, что до появления симптомов потеря нейронов достигает 70%.

Другой пример - исследование людей, которые родились слепыми или стали слепыми очень рано. Исследование показало, что чтение шрифта Брайля активировало нейроны в зрительной коре этих пациентов, что свидетельствует о том, что нейронные сети адаптировались для передачи сигналов "тактильного зрения". Другие исследования показали, что обработка слуховых сигналов у слепых пациентов аналогичным образом активирует зрительную кору.

 

Наука о нейропластичности

наука о нейропластичности

Мы должны изучить клеточный и субклеточный уровни, чтобы понять научную основу нейропластичности. Мы увидим, как нейроны изменяют себя после взаимодействия с другими нейронами, подобно тому, как мы адаптируем свое поведение. Сначала мы изучим структурную пластичность через нейрогенез, а затем погрузимся в принцип функциональной пластичности "огонь вместе, провода вместе".

Нейрогенез

Многие из нас слышали, что при рождении мы имеем определенное количество нейронов, и каждый поврежденный нейрон - это один вычеркнутый с доски. Хотя это мнение отражает относительно стабильное количество нейронов во взрослом мозге, оно, тем не менее, устарело.

Нейрогенез - это генерация новых нейронов. Скорость нейрогенеза высока во время развития плода и в раннем детстве, но резко снижается в позднем подростковом и взрослом возрасте. Единственная структура взрослого мозга с четко установленным нейрогенезом - это зубчатая извилина (ЗГ) гиппокампа, область мозга, критически важная для обучения и памяти.

Исследования на животных и человеческих моделях показывают, что гиппокампальный нейрогенез также участвует во многих когнитивных функциях и функциях, связанных с настроением. Эти вновь образованные нейроны могут играть роль в процессах страха, тревоги, стресса, распознавания образов, пространственной памяти, внимания и т.д.

Несмотря на меньшую изученность гиппокампа, исследования показывают, что низкий уровень взрослого нейрогенеза может происходить и в некоторых других областях мозга. В частности, взрослый нейрогенез может происходить в неокортексе коры головного мозга (функции высшего порядка), стриатуме (пути движения и вознаграждения) и обонятельной луковице (обработка запахов).

Нейрогенез имеет решающее значение для поддержания когнитивных способностей на протяжении всей жизни и адаптации к некоторым неврологическим заболеваниям. Однако способность к нейрогенезу в человеческом мозге снижается с возрастом, а взрослый нейрогенез происходит только в определенных областях мозга. Рабочей лошадкой пластичности мозга является перестройка мозговых цепей, а не генерация новых нейронов.

Огонь вместе, провода вместе

Канадский психолог Дональд Хебб предположил, что когда пресинаптический нейрон неоднократно активирует постсинаптический нейрон, их связь укрепляется. Другие ученые прозвали эту теорию обучения Хебба "огонь вместе, провода вместе". Это отличная мнемоника, но мы должны помнить, что она слишком упрощает влияние времени на нейронные связи.

Хеббианское обучение лежит в основе нашего понимания пластичности, зависящей от времени спайка (STDP), которая утверждает, что время стимуляции двух нейронов имеет решающее значение для определения результата. Если пресинаптический нейрон срабатывает непосредственно перед постсинаптическим нейроном, связь укрепляется, то есть постсинаптический нейрон может быть легче активирован пресинаптической стимуляцией.

Однако если пресинаптический нейрон срабатывает сразу после постсинаптического нейрона, связь ослабевает, то есть постсинаптический нейрон становится труднее активировать. Если два нейрона "срабатывают" одновременно, сила их связи не меняется.

До сих пор наиболее принятая модель этого механизма включает в себя явление, известное как долговременное потенцирование (LTP). В LTP центральным нейротрансмиттером является глутамат, классический возбуждающий нейротрансмиттер. Глутаматные рецепторы NMDA, расположенные на постсинаптической мембране, опосредуют LTP. Ионы магния блокируют NMDA-рецепторы в исходном состоянии.

При активации постсинаптической клеточной мембраны рецептор NMDA изгоняет ион магния. Это позволяет ионам кальция проходить через NMDA-рецепторы. Затем ионы кальция изменяют распределение архетипических глутаматных рецепторов, AMPA-рецепторов, увеличивая их мембранную экспрессию. Таким образом, постсинаптические нейроны становятся более чувствительными к глутамату и легче активируются.

LTP работает вместе со смежной концепцией долгосрочной депрессии (LTD). LTD возникает, когда пресинаптический нейрон срабатывает слишком слабо, чтобы активировать постсинаптический нейрон, или когда постсинаптический нейрон начинает срабатывать раньше пресинаптического нейрона.

Предполагается, что LTD участвует в остром стрессовом ответе и может лежать в основе упразднения синапсов, которое происходит при нейродегенеративных заболеваниях. Например, патогенез болезни Альцгеймера включает в себя снижение LTP и увеличение LTD. Однако LTP не всегда хорошо, а LTD не всегда плохо. Такие наркотики, как кокаин, изменяют детерминанты пути LTP/LTD таким образом, что их употребление аномально стимулирует LTP и ингибирует LTD, что приводит к зависимости.

LTP/LTD-зависимый нейропластический путь реструктурирует синапсы. Синаптическая пластичность лежит в основе нашей способности формировать воспоминания, учиться и адаптировать свое будущее поведение на основе прошлого опыта.

 

Нейропластичность и обучение

нейропластичность и обучение

Процесс обучения происходит, когда организм применяет прошлый опыт к новым ситуациям. Поэтому обучение тесно связано с формированием памяти. Исследователи искали так называемые энграммы памяти, чтобы связать пластичность мозга с формированием памяти,

Программы памяти действуют как мост между субклеточными изменениями и поведенческими изменениями. Некоторые из наиболее убедительных доказательств существования энграмм памяти были получены в ходе исследований по обусловливанию страха, которое представляет собой заученную реакцию организма на нейтральный стимул в паре с аверсивным стимулом.

Например, исследователи проигрывали мышам слуховой стимул, скажем, определенную мелодию, а затем наносили удар ногой, который заставлял мышей замирать. В конце концов, мыши замирали в ответ на слуховой стимул без удара ногой, потому что они научились ассоциировать мелодию с болью. Исследование также показало, что удар ногой активировал нейроны в миндалине, и те же нейроны начали активироваться в ответ на слуховой стимул. Таким образом, изменение нейронных путей на клеточном уровне объяснило изменение поведения. В других исследованиях, посвященных обусловливанию, были обнаружены аналогичные энграммы памяти с участием гиппокампа, миндалины и коры головного мозга.

Другие исследователи использовали оптогенетические методы для включения и выключения процессов LTP и LTD в определенных областях мозга у мышей. Они обнаружили, что когда оптогенетические манипуляции с синаптической пластичностью были направлены на миндалину, они могли деактивировать, а затем снова активировать нейронные сети для конкретных реакций обусловливания страха. Другими словами, они установили прямую связь между синаптической пластичностью и обучением.

Процессы обучения более высокого уровня, такие как формирование явной памяти, включают в себя более сложные механизмы. Тем не менее, синаптическая пластичность, или способность мозга перестраивать себя, добавляя новые связи и отсекая лишние, играет центральную роль в нашей способности учиться и развиваться.

Нейропластичность и стресс

Стресс - это физиологическое состояние, которое имеет широкие последствия для всего организма. При хроническом стрессе нейроны демонстрируют измененную морфологию. Это явление заметно в гиппокампе. Помимо функций обучения и памяти, гиппокамп взаимодействует с гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой осью (ГПА), которая модулирует реакцию на стресс.

При хроническом стрессе пирамидальные клетки в гиппокампе втягивают свои дендриты. Поскольку постсинаптические нейроны получают стимуляцию через свои дендриты, втягивание дендритов снижает эффективность синаптической передачи и приводит к уменьшению объема гиппокампа. Нейроны в медиальной префронтальной коре демонстрируют аналогичную реакцию на стресс. Нейроны в миндалине претерпевают противоположные изменения при хроническом стрессе, усиливая повреждение гиппокампа.

Однако это пагубное изменение морфологии нейронов обратимо. Являясь наглядным свидетельством пластичности мозга, новые синапсы заменяют утраченные в результате стресса, как только стрессор ослабевает. Препараты, направленные на стимулирование нейропластичности, могут предотвратить ретракцию дендритов и усилить нейрогенез. Вызванное стрессом нейровоспаление также способствует дегенерации синапсов, но некоторые противовоспалительные препараты, по-видимому, восстанавливают нейрогенез.

Нейропластичность и депрессия

Как уже говорилось ранее, нейротрансмиттеры - это молекулы, которые действуют как передатчики сообщений между нейронами. Серотонин является важнейшим нейромедиатором в регуляции настроения. Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) - это класс антидепрессантов, которые воздействуют на серотониновые рецепторы. Эти препараты препятствуют выведению серотонина из синапсов, что позволяет им дольше сохранять эффективность. Исследования показали, что SSRI обращают вспять сокращения серого вещества мозга, связанные с депрессией, и могут повысить синаптическую пластичность и нейрогенез.

Серотонин-опосредованное усиление нейропластичности связано с молекулой, называемой нейротрофическим фактором мозга (BDNF). BDNF жизненно важен для нейронной пластичности, поскольку он регулирует возбуждающие и тормозные синаптические сигналы. Антидепрессанты активируют экспрессию BDNF, тем самым повышая пластичность мозга. Кроме того, исследования показали, что прямое введение BDNF в гиппокамп вызывает антидепрессивный эффект, способствует серотонинергическому нейрогенезу и увеличивает рост дендритов.

Исследования визуализации у людей показывают, что у пациентов с депрессией уменьшен объем нескольких структур мозга, включая гиппокамп. Помимо дисрегуляции настроения, это может влиять на когнитивные способности. Антидепрессанты могут устранить истощение гиппокампа, возможно, через механизмы, зависящие от нейрогенеза. Показано, что немедикаментозные методы лечения депрессии, такие как физические упражнения, медитация, дыхательная работа и обучение, также влияют на нейронную пластичность.

 

Использование нейропластичности

использование нейропластичности

Хотя пластичность мозга снижается с возрастом, мозг взрослого человека все еще подвергается перестройке. Существуют фармакологические подходы для лечения некоторых заболеваний, на которые влияет снижение нейропластичности, например, антидепрессанты. Однако существует также множество нефармакологических стратегий для повышения нейропластичности, включая йогу, тренинг осознанности, диету и физические упражнения. Эти стратегии в целом направлены на снижение стресса и нейровоспаления.

Йога, медитация и дыхание

Как уже говорилось ранее, стресс играет важную роль в нейропластичности. Умственные и физические упражнения, снижающие стресс, могут помочь использовать силу нейропластичности. Например, различные исследования показали, что йога, тай-чи и упражнения на глубокое дыхание снижают уровень стресса и маркеры нейровоспаления. Эти упражнения могут смягчить последствия острого и хронического стресса, уменьшить боль и улучшить качество сна.

Исследования показывают, что тренировка внимательности и медитация могут увеличить плотность серого и белого вещества. Кроме того, общее обучение и обогащение может увеличить нейрогенез в области DG гиппокампа - основном месте нейрогенеза у взрослых.

Вдумчивость может перестроить мозг на структурном уровне, что дает целостные преимущества. Кроме того, тренировки, направленные на развитие мышления, улучшают концентрацию и фокусировку, что способствует пластичности мозга, зависящей от активности. Другими словами, физические упражнения и упражнения на развитие мышления снижают вызванное стрессом нейровоспаление и улучшают концентрацию внимания, синергетически усиливая нейропластичность.

Диета, добавки и физические упражнения

Многие природные соединения и лекарственные травы обладают неврологическими свойствами. Одним из них является гинкго билоба, который способствует нейрогенезу и образованию синапсов в гиппокампе, а также увеличивает выработку BDNF.

Антиоксиданты также оказывают противовоспалительное и нейропротекторное действие. Антиоксиданты защищают нервную систему от окислительного стресса - повреждения, вызванного естественными побочными продуктами метаболизма кислорода. Организм обычно вырабатывает достаточное количество антиоксидантов, но мы можем дополнить его с помощью продуктов, содержащих ресвератрол, таких как черника, клюква, темный шоколад и фисташки.

Физические упражнения также способствуют нейропластичности. Физическая активность высокой интенсивности может вызвать нейрогенез гиппокампа, а активность умеренной и низкой интенсивности может улучшить выживаемость нейронов и память. Исследования показывают, что физическая активность также способствует нейрогенезу гиппокампа, увеличивая приток крови к мозгу.

Существует оговорка, что высокоинтенсивные или изнурительные физические упражнения могут повысить кислородный обмен до такой степени, что естественные антиоксиданты организма не смогут адекватно противостоять окислительному стрессу. Исследования показали, что такие физические упражнения, как марафонский бег, могут усилить окислительный стресс и воспаление и подавить иммунную функцию. Однако прием антиоксидантов и поливитаминов до и после высокоинтенсивных тренировок может предотвратить эти недостатки.

Выводы

Нейропластичность описывает потенциал нашей центральной нервной системы изменяться при определенной стимуляции. Два основных направления нейропластичности - это нейрогенез и синаптическая пластичность, зависящая от активности. Нейропластичность имеет решающее значение для обучения, памяти и регуляции настроения. Снижение или изменение нейропластичности вовлечено в патогенез многих нейродегенеративных и нейропсихологических расстройств. Поскольку нейропластичность чувствительна к стрессу, упражнения по снижению физического и умственного стресса могут способствовать развитию нейропластичности и помочь нам иметь более здоровый мозг.

Часто задаваемые вопросы

 

Что такое нейропластичность?

Нейропластичность, или нейронная пластичность, - это способность мозга изменять свою структуру и функции для адаптации к новому опыту. Она играет важную роль в обучении, формировании памяти и восстановлении после неврологических заболеваний и травм.

Что является примером нейропластичности?

Когда мы переживаем новый опыт, мы часто используем полученные знания для адаптации нашего будущего поведения. Эти изменения не только поведенческие; мозг также меняет свою структуру и сигнальные пути. Пластичность мозга также является причиной возникновения фантомных болей в конечностях, поскольку мозг адаптируется к потере нерва в ампутированной конечности.

Каковы два основных типа нейропластичности?

Нейронная пластичность может быть структурной или функциональной. Структурная нейронная пластичность - это когда мозг и нейроны физически изменяются. Например, новые нейроны растут путем нейрогенеза или у существующих нейронов вырастают новые дендриты. Функциональная нейронная пластичность изменяет нейронные сети мозга для создания или изменения функциональных результатов.

Что повышает пластичность мозга?

Пластичность нервной системы может быть защищена и усилена непосредственно и с помощью подходов, снижающих стресс и воспаление. В качестве примера можно привести йогу, обучение, практику осознанности, антиоксиданты и физические упражнения.

РЕСУРСЫ ФИЗИЧЕСКОГО ЗДОРОВЬЯ АНАХАНЫ

ВИКИ ПО ФИЗИЧЕСКОМУ ЗДОРОВЬЮ

Реакция "бой или полет

Гигиена сна

Управляемая медитация для сна

Нейропластичность

БЛОГИ О ФИЗИЧЕСКОМ ЗДОРОВЬЕ

Что такое нервная система

Что такое центральная нервная система

Что такое блуждающий нерв

Что такое периферическая нервная система

Что такое соматическая нервная система

Что такое вегетативная нервная система

Ссылки

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0896-6273(13)00932-X

Клиническая прогрессия при болезни Паркинсона и нейробиология аксонов - PMC

(PDF) Активация первичной зрительной коры при чтении по Брайлю у слепых испытуемых

Перекалибровка значимости взрослого нейрогенеза - ScienceDirect

Серотонин и нейропластичность - связи между молекулярной, функциональной и структурной патофизиологией при депрессии Краус, Кристоп

Хеббианское обучение и предиктивные зеркальные нейроны для действий, ощущений и эмоций | Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences

NMDA-рецептор-зависимая долговременная потенциация и долговременная депрессия (LTP/LTD)

Энграммы памяти: Воспоминания о прошлом и воображение будущего - PMC

Нейропластичность у взрослых: Более 40 лет исследований - PMC

BDNF - ключевой трансдуктор эффектов антидепрессантов - PMC

Интегративный подход к нейровоспалению при психических расстройствах и нейропатической боли - Diana I Lurie, 2018

(PDF) Использование нейропластичности: Современные подходы и клиническое будущее

Влияние физических упражнений на вегетативную нервную систему с акцентом на противовоспалительные и антиоксидантные эффекты - PMC

что такое прогрессивная мышечная релаксация

Прогрессивная мышечная релаксация

Прогрессивная мышечная релаксация, или ПМР, - это упражнение на расслабление, которое помогает достичь глубокого состояния релаксации.

Continue Reading
что такое нейропластичность

Нейропластичность

Нейропластичность описывает способность мозга изменяться и адаптироваться. Мозг - удивительно гибкий орган. По мере того как мы растем и учимся, наш...

Continue Reading
медитация для сна

Управляемая медитация для сна

Вы боитесь ночного времени, потому что не можете уснуть или заснуть? Медитация глубокого сна может стать решением этой проблемы.

Continue Reading