Узнайте о происхождении, типах и использовании нейропластичности в различных группах населения, а также о том, как вы можете перепрограммировать свой мозг для улучшения пластичности.
Что такое нейропластичность?
Знаете ли вы, что человеческий мозг постоянно меняется благодаря процессу, известному как нейропластичность?
Нейроны - это нервные клетки, из которых состоит мозг и нервная система. Пластичность означает способность мозга к изменениям и его податливость. Нервная ткань мозга обладает огромной способностью к пластичности.
Таким образом, нейропластичность, также известная как пластичность мозга, - это способность мозга адаптироваться и изменяться. Этот термин относится к способности нервной системы реагировать на внутренние или внешние раздражители путем реструктуризации и реорганизации структуры и функции мозга и роста нейронных сетей.
Структурные и функциональные изменения происходят в результате повреждения мозга, изменения окружающей среды, нового опыта или структурных изменений, связанных с обучением.
Нейропластичность помогает нам адаптироваться к физиологическим изменениям, новому опыту и давлению окружающей среды. Когда мы получаем новый опыт, мы создаем новые нейронные связи между нейронами и перестраиваем мозг, чтобы адаптироваться к новым ситуациям.
Хотя нейропластичность происходит ежедневно, мы также можем поощрять и стимулировать пластичность мозга.
История и исследования нейронной пластичности
Ежи Конорски впервые ввел термин нейропластичность в 1948 году; невролог описал изменения, которые он наблюдал в структурах нейронов, а более широко он стал использоваться в 1960-х годах.
До 1960-х годов ученые считали, что развитие и изменения мозга могут происходить только в раннем детстве и младенчестве. К зрелому возрасту структура мозга становится постоянной.
Однако идея нейропластичности восходит к "отцу нейронауки" Сантьяго Рамон-и-Кахалю. В начале 1900-х годов он обнаружил, что человеческий мозг меняется после того, как человек достигает зрелого возраста, вопреки распространенным в то время представлениям.
В 1960-х годах еще одно открытие гласило, что нейроны могут реорганизоваться после травмирующего события. Исследования также обнаружили, что стресс может изменить структуру мозга и его функции.
Исследователи в конце 1990-х годов обнаружили, что стресс также может убивать клетки мозга; однако этот вывод пока не подтвержден.
В течение нескольких десятилетий мозг считался "невозобновляемым органом" в том смысле, что клетки мозга содержатся в ограниченном количестве и отмирают по мере старения человека. Как сказал Рамон-и-Кахаль:"В центрах взрослого человека нервные пути представляют собой нечто неизменное, законченное и неподвижное. Ничто не может быть восстановлено, и все может умереть".
Дальнейшие исследования обнаружили другие способы, с помощью которых клетки мозга умирают, адаптируются, восстанавливают связь, пополняются и растут заново - этот процесс называется нейрогенез у взрослых.
Как работает нейропластичность?
Мозг состоит из отдельных рабочих единиц или обширных сетей, называемых нейронами. Миллионы взаимосвязанных нейронов работают вместе для выполнения одной задачи.
Нейронные сети следуют специфическим и уникальным схемам связи, стреляя в одинаково специфических последовательностях, и нейроны помогают людям выполнять различные задачи.
Быстрое развитие и рост мозга происходят у людей в первые несколько лет детства. Например, когда ребенок рождается, каждый нейрон в коре головного мозга имеет примерно 2500 маленьких промежутков, или синапсов, между нейронами, через которые они передают нервные импульсы.
К трем годам их количество увеличивается до 15 000 синапсов на нейрон. У взрослых количество синапсов в два раза меньше. Причиной этого является синаптическая обрезка, когда новый опыт устраняет некоторые связи в мозге, а другие связи укрепляет.
Часто используемые нейроны имеют более прочные связи в мозге, в то время как никогда или редко используемые нейроны в конечном итоге умирают. Когда слабые связи отмирают, а новые образуются, мозг становится адаптируемым к изменяющимся обстоятельствам и окружающей среде.
Нейропластичность против нейрогенеза
Хотя нейропластичность и нейрогенез являются родственными понятиями, это две разные концепции.
Нейропластичность означает способность мозга формировать новые пути и связи и перестраивать свои схемы. Нейрогенез, с другой стороны, - это способность мозга выращивать новые нейроны.
Нейрогенез - захватывающая концепция. Возможность выращивать новые нейроны и заменять ими мертвые или поврежденные нейроны открывает путь к новой профилактике и лечению деменции, восстановлению после травм мозга и многим другим неизвестным нам областям.
Структурная и функциональная нейропластичность
Экспериментальные исследования мозга выявили два основных типа нейропластичности - функциональная пластичность и структурная нейропластичность.
Функциональная нейропластичность - это способность мозга переносить функции на всю область мозга с поврежденного участка мозга. Она запускается в процессе обучения и развития, приводя к постоянным структурным изменениям в нейронных синапсах.
Структурная пластичность - это изменение прочности связей между нейронами в мозге. Мозг может изменять свою физическую структуру в ответ на обучение и способность мозга изменять связи между нейронами.
Другие виды нейропластичности
К другим типам нейропластичности относится пластичность, зависящая от опыта. Зависимая от опыта пластичность - это постоянный процесс организации и создания связей между нейронами благодаря жизненному опыту человека.
Гомеостатическая пластичность включает механизмы мозга, которые поддерживают гомеостаз синаптической сети путем координации изменений возбудимости и связи между несколькими нейронами для стабилизации функции цепи.
Синаптическая пластичность - это способность мозга производить длительные, зависящие от опыта изменения в прочности связей между нейронами. Это фундаментальное свойство нейронов, поскольку они могут изменять эффективность и силу синаптической передачи с помощью различных механизмов, зависящих от активности, известных как синаптическая пластичность.
Синаптическая пластичность возникает, когда пресинаптический нейрон стимулирует постсинаптический нейрон, добавляя больше рецепторов нейротрансмиттера и снижая порог, необходимый для стимуляции пресинаптическим нейроном.
Преимущества нейропластичности
Существует несколько преимуществ нейропластичности. Она приносит пользу мозгу и познанию разными способами. Адаптации и изменения в мозге формируют работу мозга человека и его взгляды на мир.
Он также влияет на способность к обучению, память и подсознательные убеждения человека.
Некоторые преимущества нейропластичности включают:
- Повышенная способность людей учиться новому
- Люди занимаются деятельностью более обдуманно
- Помощь людям, испытывающим депрессию и тревогу.
- Помогает людям восстановиться после травматических повреждений головного мозга и инсультов
- Увеличивает память и объем мозга
- Способность перестраивать работу мозга.
- Улучшение когнитивных навыков у людей.
- Усиление мозговой деятельности в некоторых областях мозга.
Характеристики нейропластичности
Первоначально исследования утверждали, что с возрастом нейронные сети мозга становятся жесткими и фиксированными. Однако недавно было обнаружено, что мозг никогда не перестает меняться и адаптироваться.
Существуют некоторые определяющие характеристики нейропластичности.
Возраст и среда являются определяющими характеристиками нейропластичности. Пластичность может проявиться в любом возрасте; определенные изменения связаны с определенным возрастом. Мозг претерпевает множество изменений в первые годы жизни, когда незрелый мозг организуется и растет.
Молодой мозг, как правило, более восприимчив и чувствителен к опыту, чем мозг старшего возраста. Однако это не означает, что пожилой мозг не может адаптироваться, учиться новому и повышать свою пластичность.
Мозговые связи становятся сильнее или слабее в зависимости от того, какие нейронные сети используются чаще или реже. Взаимодействие между окружающей средой и генетикой играет определенную роль в формировании пластичности мозга человека. Нейропластичность - это непрерывный процесс, в котором участвуют клетки мозга, включая сосудистые и глиальные клетки. Этому способствуют и препятствуют уровень стресса, повседневный образ жизни и привычки.
При повреждении мозга, например, при инсульте, могут быть повреждены участки мозга, связанные с некоторыми функциями. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) показывает, что здоровые участки мозга могут взять на себя функции поврежденных участков мозга и восстановить утраченные способности.
Ограничения пластичности мозга
Хотя пластичность мозга является перспективным направлением для профилактики и лечения различных заболеваний, она имеет свои ограничения. Мозг не может меняться бесконечно. Определенные участки мозга отвечают за конкретные функции. Например, области мозга необходимы для познания, речи, языка и движений.
Большинство доказательств восстановления и повреждения в пластичности мозга находится вокруг коры головного мозга. Хотя некоторые области могут компенсировать потери, кора не может полностью взять на себя функции сложных областей мозга, которые повреждены, например, гиппокампа.
Нейропластичность и психология
Важнейшим элементом эффективного консультирования и коучинга является нейропластичность. Помимо изменений в мозге и функциональной адаптации, нейропластичность предлагает потенциальные пути для психологических изменений. Лекарства и химические вещества используются для изменения работы нашего мозга, а психология приложила много усилий для понимания изменений в мозге посредством изменения моделей мышления.
Что если бы мы могли добиться значительных и постоянных изменений с помощью ежедневных действий и опыта? Именно здесь обучение играет важную роль. Когда человек учится, в его мозге формируются новые пути. Каждый новый урок и опыт может изменить режим работы мозга и подключить новые нейроны.
Возраст и нейропластичность
Как можно предположить, с возрастом происходят изменения в нейропластичности, но у разных людей они разные.
Пластичность мозга и дети
У детей мозг постоянно меняется, растет и развивается. С каждым новым опытом развивающийся мозг адаптируется и вносит изменения в структуру мозга, его функции или и то, и другое. Поэтому нейропластичность наиболее активна в критический детский период как часть нормального развития человека.
Во время критического периода нервная система получает сенсорные сигналы для правильного развития.
Каждый нейрон в мозге младенца имеет примерно 7 500 связей с другими нейронами. К двум годам количество связей между нейронами в два раза больше, чем в среднем мозге взрослого человека.
Когда ребенок вырастает и критический период заканчивается, количество поддерживаемых связей уменьшается, а оставшиеся укрепляются.
У детей наблюдаются четыре основных типа нейропластичности.
- Нарушенная нейропластичность: включает изменения в мозге, вызванные приобретенными или генетическими нарушениями.
- Чрезмерная или дезадаптивная пластичность включает реорганизацию дезадаптивных и новых путей, что может привести к инвалидности и расстройствам.
- Адаптивная пластичность: изменения, возникающие в результате обучения или отработки нового навыка или адаптации к структурным или функциональным изменениям после травмы.
Эти процессы более выражены у малышей и детей младшего возраста, что повышает их способность восстанавливаться после травм более эффективно, чем у взрослых. Существуют глубокие случаи нейропластического восстановления, адаптации и роста у детей.
Пластичность мозга у взрослых
Напротив, нейропластичность наблюдается в мозге взрослого человека, как правило, с меньшей силой и в меньшей степени, чем у детей, но взрослый мозг все равно может меняться и адаптироваться.
Взрослый мозг может восстанавливать утраченные и старые функции и связи, которые не использовались часто, улучшая когнитивные функции и память.
Хотя потенциал нейропластичности у взрослых ниже, чем у детей или молодых людей, при здоровом образе жизни и некоторых усилиях взрослые могут стимулировать положительный рост и изменения в своем мозге так же, как и молодые люди.
Как перепрограммировать свой мозг и улучшить пластичность?
Существует несколько способов стимулировать изменения в мозге для повышения и усиления нейропластичности в любой момент жизни.
Обогащение окружающей среды
Первый шаг - создание обогащающей среды. Стимулирование позитивных изменений в мозге включает в себя обеспечение обогащенной среды, которая предлагает вызов, новизну и сфокусированное внимание, особенно в подростковом и детском возрасте.
Однако обогащающая среда может принести пользу мозгу и во взрослой жизни. Обогащенная среда стимулирует мозг различными способами. Например, это могут быть путешествия, музыкальное обучение и опыт, чтение художественной литературы, создание произведений искусства и танцы.
Сон и физические упражнения
Другой способ - это отдых или сон. Сон играет важную роль в росте дендритов в мозге. Дендриты растут на конце нейронов и передают информацию между нейронами от одного к другому. Укрепление связей между нейронами может способствовать большей пластичности мозга.
Сон оказывает важное влияние на физическое и психическое здоровье человека. Исследования показывают, что генетика и состав серого вещества мозга также вносят свой вклад в эти эффекты.
Соблюдение гигиены сна может помочь вам улучшить свой сон. Это означает разработку и соблюдение последовательного графика сна и создание условий, подходящих для спокойного и крепкого сна.
Регулярные физические упражнения или активность - это еще один способ развития нейропластичности, поскольку он имеет ряд преимуществ. Например, исследования показывают, что физические упражнения могут помочь предотвратить потерю нейронов в значительных областях гиппокампа - области мозга, участвующей в памяти. Упражнения также могут способствовать образованию новых нейронов в той же области мозга, повышая пластичность мозга.
Последние исследования показывают, что физические упражнения также могут повысить пластичность мозга благодаря воздействию на нейротрофический фактор мозга (BDNF, белок роста нервов), базальные ганглии (область мозга, которая контролирует двигательную активность и обучение) и функциональную связь. Повышение уровня BDNF приводит к увеличению нейрогенеза, что облегчает депрессию и тревогу и приводит к улучшению когнитивных способностей.
Рекомендуется не менее 150 минут кардиоупражнений умеренной интенсивности каждую неделю, включая плавание, езду на велосипеде, танцы или ходьбу, а также не менее двух дней силовых тренировок.
Изменения в образе жизни
Также доказано, что прерывистое голодание способствует адаптивным реакциям в синапсах, улучшая пластичность мозга.
Практика внимательности и игры в настольные, карточные или видеоигры также могут улучшить пластичность мозга.
Исцеление мозга с помощью пластичности
Исследования нейропластичности продвинулись вперед благодаря наблюдению за изменениями в мозге людей, перенесших тяжелую черепно-мозговую травму.
Исследования показали, что некоторые люди, пережившие серьезную травму и имевшие серьезные повреждения головного мозга, смогли восстановиться до высокой степени функциональности благодаря нейропластичности. Нейропластичность позволяет нервным клеткам мозга компенсировать травму и корректировать деятельность в ответ на изменения в окружающей среде и новые ситуации.
Исследования показывают, что полная функциональность может быть восстановлена у людей с разной степенью травмы мозга. Согласно данным Translational Research in Traumatic Brain Injury, за травмой следуют три фазы нейропластичности.
-
Фаза 1: наступает сразу после травмы, когда нейроны начинают умирать, что приводит к сокращению тормозных путей коры головного мозга. Эта фаза длится примерно 24-48 часов и может выявить вторичные нейронные сети, которые редко или никогда не использовались.
-
Фаза 2: наступает через несколько дней после травмы. Деятельность корковых путей становится возбуждающей, создавая новые синапсы. Другие клетки и нейроны мозга заменяют мертвые и поврежденные клетки, способствуя заживлению.
-
Фаза 3: наступает через несколько недель, когда мозг ремоделируется благодаря генерации новых синапсов полным ходом. На этой фазе реабилитация и терапия могут помочь мозгу освоить новые нейронные пути, ограничивая травмирующее воздействие на мозг.
В настоящее время разрабатывается и исследуется множество фармакологических методов лечения, которые помогают людям восстановиться после травмы путем усиления нейропластичности, в дополнение к методам лечения и терапии, включающим экспрессию генов и стволовых клеток, привлечение иммунных клеток для ограничения повреждений и регулирования воспалительных реакций.
Когда ткани повреждены, воспалительные реакции приводят к повышению ноцицептивного входа в центральную нервную систему с периферии.
Несмотря на ограничения нейропластичности и сложность восстановления после травмы мозга, травма и черепно-мозговая травма являются наилучшими ситуациями для использования нейропластических способностей мозга. Например, мозг может восстанавливаться, реорганизовываться и вызывать значительные изменения после травмы или черепно-мозговой травмы.
Пластичность мозга и инсульт
У людей, восстанавливающихся после инсульта, наблюдается нейропластичность. Инсульты часто приводят к повреждению мозга пациентов из-за снижения кровотока. Повреждения могут варьироваться от умеренных (ограниченное нарушение работы лицевых мышц) до тяжелых (серьезные проблемы с памятью и нарушения когнитивных функций).
В зависимости от степени тяжести, объем мозга может быть уменьшен, а клетки мозга могут погибнуть, что приведет к дисфункции мозга. Восстановление после инсульта зависит от способности мозга к самовосстановлению.
Однако пациенты, перенесшие инсульт, также могут успешно восстановиться. По мнению экспертов, лучший способ стимулирования нейропластичности для восстановления после инсульта включает использование двух ключевых методов:
-
Повторение задачи: постоянное повторение навыка или движения способствует более быстрому обучению, например, музыкальное обучение.
-
Практика для конкретной задачи
Освоение нового вида деятельности или навыка или повторное освоение старого с помощью регулярной и конкретной практики может привести к значительным изменениям в мозге. Вы можете учиться, повторяя задания, а конкретная практика и улучшения в одной области могут также улучшить другие навыки и способности.
Трудовая, физическая и речевая терапия может стимулировать нейропластичность и позволить мозгу преодолеть физические и умственные недостатки. Например, если начать процесс реабилитации сразу после инсульта или любой неврологической травмы, можно воспользоваться естественным повышением пластичности мозга после травмы.
Часть реабилитации направлена на восстановление связей между нервными клетками. Перестройка мозга может позволить другим областям взять на себя функции, которые ранее выполнялись поврежденными участками.
Пластичность мозга и депрессия
Психические расстройства, включая депрессию и тревогу, связаны со снижением нейропластичности. Негативная нейропластичность связана с психическими расстройствами. Депрессия может привести к повреждению мозга, способствуя развитию дезадаптивных и нездоровых путей и препятствуя развитию адаптивных путей.
Современные методы лечения этих состояний направлены на улучшение нейропластичности и обучение пациентов ценным навыкам преодоления проблем.
Исследования показывают, что ежедневное поведение человека может изменить структуру мозга. Например, они могут научиться депрессии и тревоге. Благодаря профессиональной нейронной тренировке эти тенденции могут быть заменены конструктивными путями.
Например, посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) может стать серьезной проблемой для здоровья в будущем.
Способствовать нейропластичности могут упражнения для мозга, общение с близкими людьми и здоровое питание.
Изучение новых навыков и языка, выполнение ручной двигательной активности или игры для тренировки мозга также могут улучшить нейропластичность и помочь справиться с депрессией и тревогой.
Другие применения нейропластичности
Исследования выявили другие области применения пластичности нейронов и ее участие в различных заболеваниях, включая бинокулярное зрение, фантомные конечности и потерю слуха.
Бинокулярное зрение
В течение многих лет ученые полагали, что стереопсис или бинокулярное зрение должно быть приобретено человеком в раннем детстве, в противном случае оно никогда не будет развито. В последнее время успешное улучшение зрения у людей с аномалиями стереозрения и амблиопией является ярким примером нейропластичности. Бинокулярное зрение и нейропластичность являются постоянными и активными областями клинических и научных исследований.
Призрачные конечности
Фантомная боль в конечности - это когда человек продолжает испытывать ощущения или боль в части тела, которая была ампутирована. Это явление характерно для людей, перенесших ампутацию. В основе фантомной боли лежит нейропластичность.
Нейроны коры или карты удаленных конечностей взаимодействуют с окружающей областью в постцентральной извилине. Эта активность неправильно интерпретируется областью коры, ответственной за ампутацию.
Люди могут изменять нейронные представления своих фантомных конечностей, чтобы генерировать команды для выполнения сложных движений.
Медитация
Исследования также указывают на связь между медитацией и нейропластичностью. Практика медитации связана с изменениями в интенсивности и толщине коры серого вещества в мозге. Медитация может привести к физическим изменениям в структуре мозга, особенно в областях, связанных с депрессией, тревогой, страхом, гневом, состраданием и вниманием.
Потеря слуха и глухота
Потеря слуха или глухота может привести к тому, что слуховая кора и другие связанные с ней области мозга претерпевают компенсаторную пластичность. Слуховая кора в первую очередь отвечает за обработку слуховой информации; однако у людей с нарушениями слуха она перенаправляется на другие функции, включая соматосенсацию и зрение.
Заключение
Нейропластичность - это процесс, которым можно манипулировать как в здоровом, так и в больном мозге, что приводит к многочисленным преимуществам. С момента зарождения мозга и до самой смерти нейронные связи в мозге адаптируются в ответ на меняющиеся потребности. Этот бесконечный и динамичный процесс позволяет нам адаптироваться и извлекать уроки из различного опыта.
Ссылки
Нейропластичность - StatPearls - Книжная полка NCBI.
Нейропластичность: Как опыт изменяет мозг
Динамический мозг и меняющиеся правила нейропластичности: Последствия для обучения и восстановления
