NEUROPLASTICITATEA

NEUROPLASTICITATEA:• Capacitatea SNC de a se adapta si reorganiza permanent sub efectul stimulilor unui mediu.

• Capacitatea de a-si modifica permanent circuitele neuronale, structura, functiile si arhitectura.

• Formarea sau stergerea unor conexiuni intre celulele nervoase in cadrul unor experiente, sau in cadrul unor stimuli.

• Modelarea creierului - mecanisme:

• 1. Formarea de noi terminatii dendritice

• 2. Formarea de conexiuni

• 3. Stergerea conexiunilor vechi.

• La nastere fiecare neuron are aproximativ 2500 sinapse

• La varsta de 3 ani – numaru sinapselor creste la 15.000

• Un adult are in medie 8000 de sinapse per neuron

• In procesul imbatranirii conexiunile vechi sunt sterse

• Experienta si factorii de mediu decid care conexiuni vor fi sterse si care vor fi pastrate.

• Remodelarea neuronala permite regenerarea tesutului nervos lezat.

Neuroplasticitatea poate fi observata

1. La nivel microscopic – modificarile neuronilor

2. Macroscopic – reorganizarea hartii ariilor cerebrale ca raspuns in cadrul unor leziuni.

Teoria Hebbiana (Donald Hebb) : Daca celula A este destul de aproape pentru a excita celula B in mod repetat, celula B dezvolta sinapse prin care se conecteaza cu celula A si preia comenzileacesteia.

• HOMUNCULUS MOTOR • HOMUNCULUS SENSITIV

• Reorganizarea hartii corticale a fost studiata pentru I data in anii 1970-1980 ( Michael Merzenich, Jon Kaas si Doug Dasmusson) :

Cand cortexul este privat de un anumit stimul, aceasta este activat mai tarziu de alti stimuli, de obiceiadiacenti.

• “Merzenich 1984”: cortexul motor inainte si dupa amputarea degetului III la maimute.Inainte de amputare erau proiectate cinci zone distincte, corespunzatoare fiecărui deget. 62 zile dupăamputarea d. III, aria corticala corespunzatoare acestui deget a fost invadată de ariilecorespunzatoare d. II si d. IV. Ariile d. I si d. V au rămas neschimbate după amputare.

• “Imperial College London 2013”: 29 balerine si 20 sportive au fost solicitate sa se invarta intr-o camera in intuneric. Balerinele – mult mai rezistente la senzatia de ameteala. La sportive reflexeleoculare si senzatia de ameteala corelau, iar la balerine acestea erau decuplate. O zona a cerebeluluiimplicata in receptionarea semnalelor de la urechea interna era mai putin dezvoltata la balerine.

MEMBRUL FANTOMA

O persoana continua sa simta durere sau senzatia unui membru dupa amputarea acestuia. 80% din persoanelecu membre amputate.

Explicatia : proiectiile functiilor senzitive ale membrelor sunt situate in zone alaturate in girusul postcentral,astfel activitatea din zonele alaturate se proiecteaza in zona membrului amputat, si este interpretata gresit.

1990 V.S. Ramachandran : membrul fantoma – rezultatul reorganizarii corticale.

1995 Herta Flor &co: reorganizarea corticala - doar la pacientii cu dureri fantoma – plasticitatemaladaptativa.

In 2009 Lorimer Moseley and Peter Brugger: 7 personae cu un m.s. amputat.

Prin proiectare vizuala pacientii trebuiau sa-si pozitioneze membrele intr-o pozitie

anumita. 4 din 7 au reusit.

Concluzie: acesti pacienti si-au modificat reprezentarea neurala a membrului

fantoma si au generat comenzi motrii pentru a executa miscari imposibile in absenta

feedback-ului de la membrul absent.

Plasticitatea creierului

Arie de cercetare intensa - concepte reinnoite continuu

Stabilizarea conexiunilor existente Formarea unor noi conexiuni

Dezvoltarea sinapselor (min-h)

Stabilizarea sinapselor (h-zile)

Efectivitatea sinapsei:

Stimulare:

1. De la secunde la minute: memorie de scurta durata

2. De la ore la zile: memorie intermediara

3. De la luni la ani: memorie de lunga durata

Aceste schimbari au loc la nivelul urmatoarelor coponente celulare:

1. Butonii terminali

2. Membrana postsinaptica

3. Nucleu

Formarea de conexiuni noi in procesul regenerativ

Demascarea unor cai preexistente (silentioase)

Regenerarea unei cai

Regenerarea are loc ca raspuns unei leziuni nervoase = cresterea unor noi axoni din celuleleneuronale, si formarea unor noi cai de excitatie.

Factori de crestere nervoasa

Reenervarea celulei de catre un stimul alternativ

• Reteaua de comunicare neuronala a creierului este capabila sa faca miliarde de cacule pe secunda.

• Aceasta este posibil cu ajutorul a 3 tipuri de structuri: neuroni, neurotransmitatori si receptori.

• Neurotransmitatori: dopamina, norepinefrina, serotonina, glutamatul, GABA, Ach.

Substante care modifica plasticitatea creierului:

Serotonina: creste numarul de sinapse si de conexiuni axonale

Glucocorticoizii: reduc numarul sinapselor si conexiunilor nervoase.

Stresul cronic poate reduce numarul dendritelor.

Crizele epileptic si AVC reduc numarul sinapselor, dar de asemenea stimuleaza regenerarea nervoasa.

Aplicatii si exemple

Tratamentul leziunilor SNC

Oftalmologie

Proteze auditive

Cresterea capacitatii cognitive

Durere cronica

Meditatie, fitness

Oftalmologie

• Paul Bach-Y- Rita (1960) a inventat un scaun care permitea persoanelor oarbe sa vada.Pacientii au fost plasati in spatele unei camere, iar imaginea a fost tradusa in semnale electrcecare au simulat 400 senzori tactili ce vibrau in spatele pacientilor. Vibratiile au permispacientilor sa detecteze fete, umbre si obiecte. S-a demonstrate ca semnalele erau transmisecortexului vizual, ceea ce a demonstart capacitatea creierului de a se adapta unor noi stimulisenzitivi.

• Teoria vederii binoculare : pacientii cu insuficienta convergenta isi pot recapata vederea lamaturitate.

Proteze auditive

Perioada de plasticitate limitata : primii 2-4 ani de viata

Meditatie

• Richard J. Davidson (PMC 2010) “Buddha's brain: neuroplasticity and meditation”

Calugari budisti din Tibet: meditatia in decursul a mai multor ore un timp indelungat a avut ca rezultatmodificarea structurii si functiei creierului acestora.

Meditatia a fost asociata cu activarea a multiple regiuni din creier responsabile de monitorizare(cortexul dorsolateral prefrontal), atentie ( cortexul vizual), orientarea atentiei ( sulcusul frontal superior, sulcusul intraparietal si aria motorie suplementara).

Tratamentul leziunilor nervoase

Activitatea creierului asociata unei functii anumite poate fi transferata unei noi locatii.Neuroplasticitatea implica faptul ca leziunile nervoase ischemice pot fi restabilite cu ajutorul terapiei dereabilitare. Acestea au ca rezultat reorganizarea corticala, si includ: terapie mobilizatoare constantindusa, stimulare electrica functionala, terapie bazata pe realitatea virtuala. Alta terapie nouintrodusa este terapia asistata robotic, care este inca in studiu.

• Reducerea fluxului sanguin la nivel nervos duce la deteriorarea rețelelor neuronale și la tulburari sensitive, motorii si cognitive. Dovezile provenite de la modele animale sugerează că cea mai mare recuperare are loc in perioada post AVC, atunci candneuroplasticitatea este la nivelul maxim.

• Chester H. Ho, Ronald J. Triolo “Functional electrical stimulation and spinal cord injuries” (PMC2015)

Injuria acuta a neuronilor poate duce la pierderea conexiunilor dintre SNC si organeleperiferice, in ciuda unor sinapse neuromusculare intacte. Astfel au fost dezvoltateneuroproteze care restaureaza functiile anumitor parti ale corpului prin stimulareaelectrica functionala a SNC si sistemului nervos periferic. Cele mai simple dispositive includ plasarea unor electrozi la nivelul pielii. O metoda mai invaziva este implantareade electrozi la nivel muscular. Alte tipuri de electroni pot fi implantate in jurulneuronilor.

• Rezultatele studiului:

• Trialul “Freehand” : 12 pacienti – implantare stimulatoare electrice IST-12. Pacientii au reusit sa faca extensia antebratului, flexia si extensia mainii. Fiecare membru al studiului a reusit sa faca cel putin 2 activitati din 11.

• Folosirea stimularii electrice ca metoda de reabilitare poate face activitatile de zi cu zi o realitate pentru pacientii cu leziuni ale SNC. De asemenea permit restaurarea functieirespiratorii si prevenirea escarelor .

CONCLUZII

Rolul neuroplasticitatii este recunoscut la ora actuala in dezvoltarea sanatoasa, invatare, memorie,recuperarea dupa leziuni ale creierului si schimbarile produse prin psihoterapie. In cea mai mareparte a secolului 20 oamenii de stiinta credeau ca structurile cerebrale raman neschimbate dupacopilarie. Aceasta credinta a fost insa schimbata de cercetarile recente care au aratat caneuroplasticitatea se pastreaza in perioada de adult.