Mózg to niezwykła struktura, która pozwala nam, nie tylko funkcjonować sprawnie w skomplikowanym środowisku, ale również myśleć, tworzyć, odczuwać.

„Gdybyśmy zajrzeli do wnętrza mózgu, zobaczylibyśmy gąszcz komórek i połączeń między mimi. W przeciętnym ludzkim mózgu znajduje się około 100 miliardów neuronów, jeszcze więcej komórek glejowych i biliony połączeń miedzy neuronami, nazywanych synapsami.

Żeby mózg mógł sprawnie działać, musi być odpowiednio odżywiony. Zapewnia mu to rozbudowany system naczyń krwionośnych. Z każdym uderzeniem serca arterie krwionośne dostarczają do mózgu około 20 – 25% krwi obecnej w organizmie. Miliardy komórek mózgowych pobierają z krwi prawie 20% transportowanego tlenu oraz substancji odżywczych. Jednak substancje krążące we krwi nie mogą –  od tak swobodnie – przenikać do tkanki mózgu. Zapewnia to tzw. bariera krew – mózg. Pod względem anatomicznym zbudowana jest ze śródbłonka naczyń krwionośnych i komórek glejowych, znajdujących się w ośrodkowym układzie nerwowym. Przez barierę krew – mózg łatwo przechodzą produkty odżywcze, tlen i dwutlenek węgla, natomiast przenikanie innych substancji (także niektórych leków i hormonów) z krwi do tkanki mózgu jest w mniejszym lub większym stopniu utrudnione […]

Układ nerwowy

Układ nerwowy dzielimy na ośrodkowy (mózg i rdzeń kręgowy) oraz obwodowy. Patrząc na mózg z zewnątrz widzimy korę mózgową i móżdżek, który odpowiada za koordynację ruchów i utrzymanie równowagi ciała. Pod korą ukrywa się szereg struktur podkorowych, m. in. wzgórze, czyli stacja pośrednia przekazywania bodźców do kory, hipokamp, odpowiedzialny za pamięć i wykonywanie zadań przestrzennych, jądra migdałowate związane z emocjami.

Kora mózgowa

Kora mózgowa podzielona jest na kilka części, tzw. płatów, z których każdy odpowiada za przetwarzanie innych informacji. W obrębie kory znajdują się tzw. mapy korowe, czyli centralne reprezentacje powierzchni ciała. Rozróżnia się 2 typy reprezentacji, ze względu na funkcje z jakimi są związane: reprezentację ruchową i reprezentację czuciową. Każdy obszar naszego ciała jest w tych obszarach kory reprezentowany, tworząc specyficzną mapę tzw. homunkulusa. Pierwszy homunkulus zaproponowany został przez kanadyjskiego neurochirurga Widera Penfielda  i był bardzo podobny do obecnego. Wielkość poszczególnych części homunkulusa mówi o tym, jak duży obszar kory przetwarza bodźce odbierane przez poszczególne narządy[…]

Najczęściej jednak reprezentacje poszczególnych obszarów ciała nie są ograniczone do jednego obszaru kory mózgowej. Dla przykładu, reprezentacja siatkówki została znaleziona w 32 obszarach korowych. Każdy obszar specjalizuje się w przetwarzaniu innego aspektu informacji wzrokowej, aby ostatecznie dostarczyć pełną informację o bodźcu. Jest to możliwe dzięki istnieniu połączeń między neuronami, nazywanymi synapsami.

Neurony

Neurony mogą mieć rozmaite kształty i funkcje. Mogą, zależnie od używanego neurotransmitera, hamować albo pobudzać neuron sąsiedni. W synapsie wyróżniamy część presynaptyczną i postsynaptyczną. Część presynaptyczna odpowiada za uwalnianie neurotransmitera, zaś w części postsynaptycznej zlokalizowane są receptory dla neurotransmitera. Część postsynaptyczna, zwłaszcza w przypadku synaps pobudzających, często występuje na specjalnych wyrostkach dendrytów, nazywanych kolcami dendrytycznymi […]

Czy taki skomplikowany układ komórkowy, jakim jest mózg może być stabilny?

Histolog Hiszpański Santiago Ramon y Cajal, który za swoje badania nad strukturą systemu nerwowego otrzymał w 1906 roku nagrodę Nobla, pisał w 1928 r,: …”jak rozwój został zakończony, źródła wzrostu i regeneracji aksonów oraz dendrytów wyschły nieodwołalnie. W ośrodkach dojrzałych, drogi nerwowe są w pewnym stopniu utrwalone i niezmienne; wszystko może umrzeć, nic nie może być zregenerowane”. Ten dogmat dominował przez ponad pół wieku i zniechęcał do poświęcania wysiłku i środków na badania regeneracji ośrodkowego układu nerwowego po jego uszkodzeniu”.

Do jego obalenia przyczyniło się odkrycie, którego autorami jest dwóch naukowców: Altmann i Bayer, którzy w latach 60tych XX wieku, zaobserwowali podziały komórkowe prowadzące do wytwarzania nowych neuronów w dwóch strukturach mózgu szczura (tzw. strefie przykomorowej i w hipokampie). Mimo, że początkowo ich wyniki nie zyskały uznania, to w późniejszych badaniach potwierdzono, że nowe neurony powstają w mózgu dorosłego człowieka w tych samych strukturach, co w mózgu szczura. To odkrycie wzbudziło nową nadzieję na możliwość odbudowania uszkodzonej tkanki mózgowej.

Plastyczność mózgu

Zmiany w układzie nerwowym są możliwe dzięki temu, że istnieje w nim zjawisko plastyczności. Plastyczność jest wspaniałą właściwością mózgu, umożliwiającą procesy uczenia się, adaptację mózgu do środowiska sensorycznego oraz procesy kompensacyjne po uszkodzeniu mózgu. Pojęcie plastyczności mózgu (łac. plistikos – tworzenie) wprowadził do fizjologii polski uczony Jerzy Konorski w 1948 roku. Teorie tę autor oparł na dwóch przesłankach:

• Komórki nerwowe reagują na nadchodzące impulsy określonym cyklem zmian, co nazywa się pobudliwością, a zmiany powstające w ośrodkach w wyniku tej właściwości nazywa się zmianami spowodowanymi pobudliwością;
• W określonych układach neuronów powstają trwałe przekształcenia funkcjonalne w konsekwencji określonych bodźców lub ich kombinacji, co nazywa się plastycznością, a odpowiadające im zmiany określa się jako zmiany plastyczne.

Miejscem kluczowym, w którym powstaje i zanika plastyczność mózgu jest synapsa. To ona ciągle modyfikuje swoje właściwości, zmieniając wydajność przewodzenia impulsów nerwowych. Ta niezwykła zdolność określana jest plastycznością synaptyczną i jest uważana za komórkowe podłoże uczenia się i pamięci. Można ją zdefiniować jako trwałą zmianę własności neuronów. W zależności od trwałości można mówić o plastyczności krótkotrwałej (mniej niż godzina) lub długotrwałej (godziny, tygodnie, miesiące).

Podstawa plastyczności

O mechanizmach sterujących zmianami plastycznymi wiemy dzięki Profesorowi Erykowi Kandelowi, który na obiekt badawczy wybrał ślimaka morskiego Aplysia Californica (Zając morski). Odkrył on, że w synapsach tego ślimaka, w czasie uczenia się zachodzą zmiany funkcjonalne oraz strukturalne oraz, że inne zmiany towarzyszą pamięci krótko-, a inne długotrwałej. Podstawą plastyczności jest więc zmiana właściwości połączenia pomiędzy neuronami. Aby taka zmiana zaszła, konieczne jest aby neurony były pobudzane jednocześnie. Mówi o tym Reguła Hebba: równoczesne pobudzenie to silniejsze połączenia.

Ze względu na charakter obserwowanych zmian, plastyczność możemy podzielić na funkcjonalną i strukturalną. Plastyczność funkcjonalna obejmuje zmiany właściwości istniejących synaps, zaś plastyczność strukturalna związana jest ze zmianą kształtu, wielkości lub liczby połączeń synaptycznych.

Plastyczność strukturalną często możemy obserwować na przykładzie kolców dendrytycznych, które są bardzo dynamicznymi strukturami. Mogą one zmieniać wielkość i kształt pod wpływem doświadczenia. Uważa się, że im większy kolec, tym większy prąd synaptyczny jest w stanie wygenerować. Jeszcze inny podział plastyczności możemy przeprowadzić ze względu na czas jej występowania. Dzielimy ją wówczas na rozwojową, pamięciową oraz na kompensacyjną.

Plastyczność rozwojowa jest odpowiedzialna za tworzenie się oraz reorganizację połączeń synaptycznych we wczesnym okresie rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. We wczesnej fazie rozwoju układu nerwowego wystepuje nadmiar neuronów i synaps. Niewykorzystywane lub słabiej wykorzystywane elementy stopniowo zanikają.

Plastyczność pamięciowa odgrywa rolę w procesach uczenia się i pamięci. Dochodzi wówczas do wzmocnienia i reorganizacji połączeń synaptycznych pomiędzy konkretnymi neuronami, w odpowiedzi na specyficzne bodźce. Konsekwencją tego jest powstanie tzw. engramu (śladu pamięciowego), to jest pamięciowej zmiany plastycznej. Efekt tego rodzaju plastyczności możemy obserwować w korze mózgowej w postaci powiększenia korowej reprezentacji ćwiczonej funkcji. Trening i doświadczenie powodują jej powiększenie, natomiast brak treningu skutkuje kurczeniem się takiej mapy korowej.

Przykłady plastyczności korowych:

1. Powiększenie się korowej reprezentacji palców u pianistów
2. Powiększenie się hipokampów u taksówkarzy

Plastyczność kompensacyjna, inaczej pouszkodzeniowa odpowiedzialna jest za efekty naprawcze po uszkodzeniu mózgu, manifestujące się powstawaniem nietypowych połączeń funkcjonalnych, które umożliwiają częściową lub całkowitą odnowę utraconych funkcji (dr Monika Liguz-Lęcznar)

Reorganizacja kory mózgu

• Reorganizacja kory mózgu może zachodzić jednocześnie na różnych poziomach:
• Lokalnie – w rejonach sąsiadujących z uszkodzeniem.
• W nieuszkodzonych obszarach tej samej półkuli mózgu.
• Lokalnie w tej samej półkuli mózgu.
• Zmiany te mogą być przyspieszone, a ich zakres rozszerzony przez odpowiedni dobór strategii rehabilitacyjnej.
• Pomimo wspólnych mechanizmów procesy te mogą być zindywidualizowane przez stan danego organizmu, warunki środowiskowe czy intensywność interakcji.

Neurorehabilitacja

Plastyczność jak już wiadomo jest jedną z najważniejszych cech układu nerwowego. Jest ona podstawą nowoczesnej neurorehabilitacji

Powrót do zdrowia na skutek neurorehabilitacji jest związany z zachodzeniem zmian w organizacji mózgu (dr Emilia Mikołajewska, mgr inż. Dariusz Mikołajewski)

W postach na tym blogu, o farmakoterapii zaburzeń autystycznych oraz Leczenie dzieci z rozpoznaniem Autyzmu dziecięcego i padaczki ujęta jest neurorehabilitacja – stymulacja mózgu dziecka z ASD za pomocą farmakologii używanej w leczeniu całościowych zaburzeń rozwoju. Do neurorehabilitacji jeszcze wrócę nie raz.

źródło:

• Dr. Monika Liguz-Lęcznar: „Czy można naprawić mózg Plastyczność neuronalna jako podstawowy mechanizm regeneracji układu nerwowego po uszkodzeniach” (fragmenty), Pracownia Neuroplastycznosci; Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN
• Dr. Halina Flisiak-Antonijczuk: „Zespół Downa – straregie terapeutyczne”