Cwiczenia dla mozgu - neuroplastycznosc.pdf - Neurobiologia - zznn

dla mózgu

CO U˚YWANE – NIE ZANIKA. UKIERUNKOWANE åWICZENIA FIZYCZNE

I UMYS¸OWE POPRAWIAJÑ FUNKCJONOWANIE MÓZGU.

MARGUERITE HOLLOWAY

MÓZG ZOSTA¸ STWORZONY, by si´ zmieniaç –

stanowczo mówi Michael M. Merzenich, siedzàc w

ma∏ej sali konferencyjnej University of California w

Medical Center w San Francisco. Ogromne okno z

lewej strony wychodzi na wzgórze g´sto poroÊni´te

eukaliptusami, których ga∏´zie poruszajà si´ na wie-

trze. Obserwacja Merzenicha, ˝e z mózgiem jest jak

z tymi ga∏´ziami – tzn. ˝e zmienia si´ on w zale˝no-

Êci od tego, w jakim kierunku popycha go doÊwiad-

czenie – nie wydaje si´ ju˝ tak radykalna jak w la-

tach osiemdziesiàtych, kiedy on i paru innych

badaczy przedstawili jà po raz pierwszy. Idea z po-

zoru jest ma∏o odkrywcza: oczywiÊcie, ˝e nasz mózg

sam si´ koryguje – przecie˝ si´ uczymy. Lecz Merze-

nich ma na myÊli coÊ wi´cej: zdolnoÊç mózgu do

zmiany ma powa˝niejsze implikacje.

Wyobraêmy sobie ogromny obszar zalewowy.

Jednego roku woda p∏ynie wieloma ma∏ymi ka-

na∏ami na wschód, w nast´pnym przedziera si´

przez Êrodek g∏´bokim korytem. Mija kolejny rok

i mapa rozlewiska wyglàda zupe∏nie inaczej: ze

wschodu na zachód p∏ynà kr´te strumienie. To sa-

mo dzieje si´ w mózgu – mówi dalej Merzenich.

– Pojawia si´ zmiana na wejÊciu – czy to w sferze za-

chowania, czy to w postaci zadania zr´cznoÊcio-

wego bàdê umys∏owego, takiego jak obliczenie na-

piwku lub rozegranie partii nowej gry planszowej

– i mózg odpowiednio si´ dostosowuje. Aparatura

do obrazowania mózgu metodà funkcjonalnego ma-

gnetycznego rezonansu jàdrowego ukazuje nowà

map´: rozjaÊniajà si´ inne obszary. I ani Merze-

nich, ani inni, którzy zajmowali si´ neuroplas-

tycznoÊcià, wcale nie mówià o m∏odych mózgach,

o rozwijajàcym si´ mózgu niemowl´cia czy ma∏ego

dziecka, zdolnym do nauczenia si´ pierwszego j´-

zyka, a nast´pnie, za jednym zamachem – drugie-

go. Oni opisujà doros∏y mózg, twój mózg.

Mówià, ˝e przez ca∏e ˝ycie mo˝e byç w znacz-

nym stopniu wcià˝ na nowo modelowany, bez ˝ad-

nych leków i operacji. JeÊli zajdzie potrzeba, ró˝ne

jego obszary mo˝na nauczyç wykonywania rozma-

itych zadaƒ. Gdy któryÊ obszar funkcjonuje êle lub

jest uszkodzony, inny mo˝e w∏àczyç si´ jako dubler

i odgrywaç jego rol´. Doniesienia o takim przesu-

ni´ciu zadaƒ dotyczà pacjentów po udarze, którzy

utracili mow´ lub zdolnoÊç poruszania si´, pacjen-

tów z pora˝eniem mózgowym, muzyków i ludzi in-

nych zawodów, którzy nie mogà poruszaç osobno

poszczególnymi palcami, a tak˝e osób z zaburze-

niem obsesyjno-kompulsyjnym czy zaburzeniem

czytania. Zdarza si´, ˝e serie intensywnych çwiczeƒ

umys∏owych i fizycznych likwidujà skutki urazu.

Nast´pnym krokiem – mówià Merzenich i jego

wspó∏pracownicy – jest rozwijanie i doskonalenie

PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 61

å W I C Z E N I A

HOMUNKULUS

W KORZE MÓZGOWEJ wyró˝niamy m.in.

kor´ czuciowà i kor´ ruchowà. Klasyczny

homunkulus dla ka˝dego z tych obszarów

ukazuje odpowiednià przestrzeƒ,

którà mózg wykorzystuje do przetwarzania

informacji i reagowania na informacj´

z ró˝nych cz´Êci cia∏a. Nowe odkrycia

wskazujà, ˝e w wyniku doÊwiadczenia

mapy te mogà si´ zmieniaç.

OKOLICA CZUCIOWA

OKOLICA RUCHOWA

KORA

RUCHOWA

LEWEJ

PÓ¸KULI

KORA

CZUCIOWA

LEWEJ

PÓ¸KULI

takich zabiegów, a tak˝e opracowanie opartych na

çwiczeniach terapii, skutecznych w leczeniu schi-

zofrenii, choroby Parkinsona, zwiàzanego z wie-

kiem ot´pienia, autyzmu i wielu innych powa˝nych

zaburzeƒ. „Chcia∏bym odkryç wszystkie sposoby

wykorzystywania plastycznoÊci mózgu do jego ulep-

szania – rozmarza si´ Merzenich. – Jestem przeko-

nany, ˝e w przysz∏oÊci nie b´dzie to niczym niezwy-

k∏ym. Zrozumiemy, ˝e mózg trzeba çwiczyç i trzeba

to robiç w konkretny sposób.”

Wielu ludziom – tym, którzy medytujà, stosujà

biologiczne sprz´˝enie zwrotne lub poddajà si´ psy-

choterapii – ta idea mo˝e wydawaç si´ zgodna z

intuicjà: skoncentruj swój wysi∏ek w okreÊlony spo-

sób, a twój mózg zmieni si´, gdy pojmie twoje za-

chowanie. Dla neurobiologów i lekarzy takie po-

dejÊcie oraz jego potencjalne kliniczne zastosowania

sà czymÊ nowym. „Jeszcze pod koniec lat siedem-

dziesiàtych i przez ca∏e lata osiemdziesiàte mózg

uwa˝ano za niemodyfikowalnà czarnà skrzynk´ –

mówi Thomas P. Sutula, dyrektor Centrum Neuro-

biologii w University of Wisconsin-Madison. – Cze-

ka nas prawdziwa rewolucja.”

Na razie to poczàtek i trudno si´ do niej przy∏à-

czyç, cz´Êciowo dlatego, ˝e jednego z jej przywód-

ców nie sposób zmusiç do zaj´cia stanowiska.

Wystarczy wspomnieç nazwisko Merzenicha w

obecnoÊci neurobiologa, a z pewnoÊcià zacznie wy-

chwalaç jego b∏yskotliwoÊç i b´dzie chcia∏ z nim

rozmawiaç, na koƒcu jednak doda: „jeÊli tylko uda

si´ go znaleêç”. Ludzie opowiadajà, ˝e byli zahip-

notyzowani, kiedy prezentowa∏ swojà wizj´, a kil-

ka dni póêniej zaczynali si´ zastanawiaç, jak to si´

sta∏o. „O co tu chodzi?” – pyta jeden z naukowców.

„To cz∏owiek-widmo” – ˝artuje inny. Niektórzy za-

chowujà rezerw´ wobec Merzenicha, poniewa˝ aby

rozwijaç terapie oparte na plastycznoÊci, rozpoczà∏

dzia∏alnoÊç komercyjnà; uwa˝ajà, ˝e si´ poÊpieszy∏

z jej wprowadzeniem na rynek – nie przeprowa-

dzajàc wczeÊniej koniecznych testów.

Od synaps do struktur

JE Â LI NAWET POMIN Ñå KONTROWERSJE wokó∏ Mer-

zenicha, pozostajà zasadnicze pytania dotyczà-

ce samej dziedziny. Chocia˝ badacze zdobyli ju˝

podstawowe dane, dzi´ki którym mo˝na zrozu-

mieç neuroplastycznoÊç opartà na nabywaniu

umiej´tnoÊci lub uruchamianà przez doÊwiadcze-

nie, jest jeszcze wiele niejasnoÊci. Dotyczà one

g∏ównie ograniczeƒ. Nikt dok∏adnie nie wie, jak

si´ ma plastycznoÊç mózgu doros∏ych do plastycz-

noÊci mózgu dzieci – poza tym, ˝e ta pierwsza

jest mniejsza. Nikt w pe∏ni nie rozumie, jak dzia-

∏a plastycznoÊç na rozmaitych poziomach: od

impulsów elektrycznych i neuroprzekaêników

po synapsy, sieci i wyspecjalizowane okolice móz-

gu. I nikt nie wie, ile mo˝e straciç jedna cz´Êç

mózgu, kiedy przejmuje obcià˝enie drugiej – ja-

ka mo˝e byç ciemna strona wykorzystywania

neuroplastycznoÊci.

„PlastycznoÊç jest najbardziej nadu˝ywanym s∏o-

wem w neurobiologii” – twierdzi Roger Nicoll, któ-

rego laboratorium UCSF równie˝ znajduje si´ w

San Francisco. Terminem tym zacz´to opisywaç

PRZEGLÑD / Przemodelowanie mózgu

n Wbrew d∏ugo utrzymujàcemu si´ przekonaniu doros∏y mózg nie jest

skamienia∏oÊcià. Jeden obszar mo˝e zajàç przestrzeƒ drugiego i przejàç

jego funkcje ∏atwiej, ni˝ si´ wydaje.

n Badacze wykorzystujà neuroplastycznoÊç do leczenia osób z zaburzeniami

czytania, po udarach, z ró˝nymi postaciami zespo∏ów pourazowych

oraz w innych przypadkach.

n Niektórzy naukowcy majà nadziej´, ˝e stosujàc çwiczenia fizyczne i gry

komputerowe, mo˝na przywróciç sprawnoÊç mózgu, pomóc pacjentom

przezwyci´˝yç problemy z pami´cià i ró˝nego rodzaju zaburzenia psychiczne.

62 ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2003

praktycznie ka˝dà zmian´ w mózgu, od poziomu

chemicznego przez tworzenie si´ nowych neuro-

nów (nazwane neurogenezà) do ponownego mapo-

wania wi´kszych struktur. Poziomem najbardziej

podstawowym jest ten, który bada Nicoll: plastycz-

noÊç synaps – miejsc, w których neurony komuniku-

jà si´ ze sobà za pomocà sygna∏ów chemicznych,

czyli neuroprzekaêników. Uczenie si´ powoduje

wzmocnienie po∏àczeƒ mi´dzy neuronami – przez

zwi´kszenie zarówno liczby po∏àczeƒ, jak i zdolno-

Êci neuronów do komunikowania si´ chemicznego.

Te zmiany powodujà, ˝e neurony tworzà ∏aƒcuch,

który mo˝e byç ponownie wykorzystany, by dopro-

wadziç do okreÊlonego ruchu, wywo∏aç uczucie lub

myÊl. To na poziomie synaps tworzy si´ lub zanika

plastycznoÊç.

Do lat szeÊçdziesiàtych uwa˝ano, ˝e u doros∏ych

nie mogà powstawaç nowe synapsy – gdy zatrzymu-

je si´ rozwój mózgu, uk∏ad po∏àczeƒ mi´dzy neuro-

nami zostaje „zamro˝ony”. Póêniejsze badania udo-

wodni∏y jednak, ˝e jest inaczej. Na przyk∏ad Geoffrey

Raisman i Pauline M. Field, wówczas pracujàcy w

Oxford University, wykazali, ˝e istnieje plastycznoÊç

synaps u doros∏ych. Inni naukowcy, m.in. Mark R.

Rosenzweig z University of California w Berkeley i

William T. Greenough z University of Illinois oraz

ich wspó∏pracownicy, dokonali prze∏omowych od-

kryç dotyczàcych wp∏ywu Êrodowiska i doÊwiadcze-

nia na mózg. Greenough na przyk∏ad odkry∏, ˝e no-

we synapsy mogà si´ tworzyç zarówno u m∏odych,

jak i u doros∏ych szczurów, gdy zwierz´ta b´dà wy-

konywaç nowe, trudne zadania lub zostanà umiesz-

czone w „z∏o˝onym Êrodowisku”, co oznacza – pod-

kreÊla Greenough – ∏adne klatki z ciekawymi

zabawkami, „z pewnoÊcià nie wymagajàce takiego za-

anga˝owania intelektualnego, jak Êrodowisko, w któ-

rym normalnie bytujà”. Te synapsy wp∏ywajà na po-

praw´ pami´ci i koordynacji ruchowej.

Po zbadaniu plastycznoÊci synaptycznej zacz´to

doceniaç plastycznoÊç w wi´kszej skali – na pozio-

mie ca∏ej sieci neuronów czy te˝ jakiejÊ okolicy

mózgu. By∏a to jednak koncepcja nienowa. Na prze-

∏omie XIX i XX wieku kilku uczonych twierdzi∏o,

Ludzie UWA˚ALI

MÓZG za niemodyfikowalnà

CZARNÑ SKRZYNK¢ .

˝e mózg jest materia∏em plastycznym, kszta∏towa-

nym przez doÊwiadczenie. Na przyk∏ad William

James uwa˝a∏, ˝e mózg jest nieustannie zmienia-

ny w wyniku doÊwiadczenia, a w latach dwudzie-

stych XX wieku Karl Lashley odkry∏, ˝e kora ru-

chowa u ma∏p zmienia si´ z tygodnia na tydzieƒ.

Podobne badania przeprowadzono w latach sie-

demdziesiàtych, przewa˝y∏y jednak opinie naukow-

ców, którzy uwa˝ali, ˝e mózg doros∏ego jest stabilny

i niezmienny: tylko w okresie rozwoju niemowl´-

cego i we wczesnym dzieciƒstwie, czyli w tzw. okre-

sach krytycznych, ulega on ogromnym zmianom.

„Uwa˝ano wtedy – mówi Merzenich – ˝e mózg jest

jak komputer, którego ostateczne i najwa˝niejsze

funkcje zostajà ustalone w okresach krytycznych.”

W latach osiemdziesiàtych Merzenich i jego

wspó∏pracownicy, w tym Jon Kaas z Vanderbilt

PONOWNE MAPOWANIE PALCÓW

BezpoÊrednio

po przeci´ciu nerwu

22 dni

po przeci´ciu nerwu

Przez zabaw´ do zdrowia

BADANIA NAD å WICZENIAMI i tym, co zosta∏o nazwa-

ne wzbogacaniem (dostarczaniem stymulacji przez

zabaw´ lub rozwiàzywanie zadaƒ), wcià˝ trwajà i

budzà zainteresowanie ze wzgl´du na mo˝liwoÊç

klinicznych zastosowaƒ. Stymulacja i çwiczenie

przyÊpieszajà powrót szczurów do zdrowia po

uszkodzeniu mózgu, a z niedawno przeprowadzo-

nego eksperymentu wynika, ˝e u myszy z genem

warunkujàcym chorob´ Huntingtona, umieszczo-

nych w z∏o˝onym otoczeniu, choroba rozwija si´

wolniej. Greenough i inni wià˝à te efekty nie tylko

z tworzeniem si´ synaps, ale tak˝e z powstawaniem

naczyƒ krwionoÊnych i komórek zwanych astrocy-

tami, które odgrywajà wa˝nà rol´ w mózgu, oczysz-

czajàc go ze zb´dnych substancji, takich jak potas,

i utrzymujàc Êrodowisko wewn´trzne w stanie opty-

malnym dla neuronów. Intensyfikacji ulega tak˝e

tworzenie si´ mieliny, otoczki aksonów komórek

nerwowych, kluczowej dla przetrwania i skuteczne-

go dzia∏ania neuronu.

Palec

W klasycznym ju˝

doÊwiadczeniu z ma∏pami

Michael M. Merzenich

wykaza∏ plastycznoÊç map

korowych. Gdy przecià∏

nerw przewodzàcy informacj´

z cz´Êci palca lub r´ki

( pokolorowane powierzchnie

z lewej ) do specyficznych

dla tych obszarów miejsc

w korze, odkry∏, ˝e miejsca

te zaczynajà odpowiadaç

tej cz´Êci d∏oni, której

przedtem nie s∏u˝y∏y

( pokolorowane powierzchnie

z prawej ). Co wi´cej,

powierzchnia d∏oni

reprezentowana w tym

obszarze kory zwi´ksza si´

z up∏ywem czasu.

D∏oƒ

PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 63

Metoda

ograniczania

i wymuszania

ruchowego polega

na tym, ˝e pacjenci

poddawani sà

treningowi

wymuszajàcemu

wykorzystanie innej

cz´Êci mózgu

do wykonywania

czynnoÊci

uprzednio

sterowanej przez

uszkodzony obszar

kory. W wyniku

unieruchomienia

zdrowego ramienia

pacjent zmusza

swój mózg

do ponownego

nauczenia si´

u˝ywania ramienia

pora˝onego

w wyniku udaru.

University, przeprowadzili seri´ doÊwiadczeƒ, wy-

kazujàc, ˝e kora ruchowa u doros∏ej ma∏py mo˝e

ulec zmianie. Kora – zewn´trzna warstwa mózgu,

w której u ludzi znajdujà si´ okolice zwiàzane z

mowà i rozumowaniem – jest zorganizowana w ob-

szary informacji zmys∏owej, ruchowej, s∏uchowej

i inne. W jednym z badaƒ amputowali ma∏pie palec

i stwierdzili, ˝e okolica kory ruchowej, aktywowa-

na przez ten palec, zosta∏a szybko „zasiedlona”

przez projekcje neuronów przenoszàcych informa-

cje z sàsiedniego palca, z czego wynika, ˝e obszar

mózgu pierwotnie zawiadujàcy utraconym palcem

zaczà∏ byç wykorzystywany do monitorowania i

przetwarzania informacji z palca sàsiedniego.

Opuszczone miejsce natychmiast zajà∏ dziki lokator.

„Wtedy otworzy∏y mi si´ oczy” – mówi Merzenich.

Dla Êrodowiska neurobiologów by∏o to niezwyk∏e

odkrycie. „Merzenich jako jeden z pierwszych po-

kaza∏, ˝e mapy [neuronalne] sà ruchome; zrobi∏o to

na mnie ogromne wra˝enie – wspomina Bryan Kolb,

naukowiec kierujàcy badaniami nad neuroplastycz-

noÊcià w University of Lethbridge w Kanadzie. –

Podejrzewano, ˝e istnieje genetyczny plan mózgu i je-

go organizacji. Nikt jednak nie przypuszcza∏, ˝e mo˝-

na wykryç zmiany na tak ogólnym poziomie.”

Dzicy lokatorzy przenieÊli si´ z najbli˝szego sà-

siedztwa po prawej stronie, odleg∏ego o milimetry.

Póêniej w 1991 roku odkryto takich, którzy pokonali

odleg∏oÊç mierzonà w centymetrach. Fundamenty

pod to odkrycie po∏o˝y∏ wiele lat wczeÊniej Edward

Taub (obecnie pracujàcy w University of Alabama

w Birmingham) w badaniu, w którym kilku ma∏-

pom przecià∏ nerwy jednej r´ki, by zobaczyç, co

wydarzy si´ w ich mózgu. Taub zosta∏ zmuszony

do przerwania badaƒ przez obroƒców praw zwie-

rzàt, którzy nag∏oÊnili spraw´ ma∏p z Silver Spring

i doprowadzili do procesu.

Kilka lat póêniej te same ma∏py bada∏ Tim P. Pons

z Wake Forest University School of Medicine, Taub

i inni naukowcy. Odkryli coÊ niezwyk∏ego. Obszar

mózgu, do którego pierwotnie dociera∏y informacje

z obecnie bezu˝ytecznego ramienia, teraz odbiera∏

informacje z twarzy. Obszary cia∏a, których dotyczy-

∏a ta zmiana, by∏y od siebie odleg∏e. „W korze dosz∏o

do pot´˝nej reorganizacji. Nikt wczeÊniej takiej

mo˝liwoÊci nie dopuszcza∏ – wyjaÊnia Ford Ebner

z Vanderbilt University. – By∏ to kolejny kamieƒ mi-

lowy.” Doros∏y mózg wyraênie by∏ dynamicznym i

sprawnie dzia∏ajàcym w∏odarzem: ka˝da pusta prze-

strzeƒ musia∏a zostaç zagospodarowana.

Mózg muzyka

PRZEZ OSTATNIE 20 LAT wyniki badaƒ na ma∏pach by-

∏y zbie˝ne z danymi uzyskanymi u ludzi, a plastycz-

noÊç korowa sta∏a si´ uznanà cechà doros∏ego

mózgu. Badajàc ludzi, którzy stracili r´k´ lub nog´,

stwierdzono, ˝e przestrzeƒ, która niegdyÊ rozszy-

frowywa∏a informacje z tej koƒczyny, mo˝e zostaç

skolonizowana przez neurony „obs∏ugujàce” tu∏ów

lub twarz. Obszar kory u muzyków grajàcych na

instrumentach strunowych, zarzàdzajàcy r´kà, któ-

rà wykonujà oni palcówki, jest wi´kszy ni˝ obszar

zarzàdzajàcy r´kà niepalcujàcà, a najwi´kszà prze-

strzeƒ zajmujà palce najcz´Êciej u˝ywane. Kora

wzrokowa u osób pos∏ugujàcych si´ alfabetem

Braille’a staje si´ aktywna, kiedy dotykajà one pal-

cami wypuk∏oÊci. Poniewa˝ wszystkie dane by∏y

zbie˝ne, Merzenich, Taub i inni zacz´li si´ zasta-

nawiaç, jak spo˝ytkowaç te obserwacje dla dobra

osób z ró˝nymi upoÊledzeniami i urazami. „Wie-

dzieliÊmy, ˝e przez ca∏e ˝ycie mózg jest plastyczny

– mówi Merzenich. – To sk∏oni∏o nas do postawie-

nia pytania, czy mo˝na doprowadziç do korzystnej

zmiany w mózgu starszych osób.”

Najmocniejszy dowód – ˝e mózg, dzi´ki jego pla-

stycznoÊci, mo˝na leczyç – stanowià wyniki badaƒ

na pacjentach po udarze, które Taub i jego wspó∏-

pracownicy rozpocz´li w latach osiemdziesiàtych.

Podczas wczeÊniejszych eksperymentów Taub od-

kry∏, ˝e ma∏py, którym przeci´to nerwy ramienia,

wcià˝ nim porusza∏y, gdy wymuszano to impulsem

elektrycznym. Okaza∏o si´, ˝e ludzie, którzy z powo-

du udaru utracili funkcj´ ruchowà, tak˝e mogà

nauczyç si´ ponownie u˝ywaç koƒczyny. Taub i jego

wspó∏pracownicy – Thomas Elbert z Universität

Konstanz i Wolfgang Mittner z Friedrich-Schiller

Universität w Jenie – najpierw unieruchamiali

sprawne rami´, a nast´pnie zalecali pacjentom

intensywne çwiczenia ruchowe i trening pora˝onego

ramienia wiele godzin dziennie. Po dwu tygodniach

pacjenci znów poruszali ca∏kowicie, zdawa∏oby si´,

bezw∏adnà koƒczynà. Leczenie to nazwano metodà

ograniczania i wymuszania ruchu (CI – constraint-

Cwiczenia dla mozgu - neuroplastycznosc.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: