NEUROPLASTICITA PLASTICITA MOZKU A MOTORICKÉ UČENÍ NEUROPLASTICITA NEUROPLASTICITA NEUROPLASTICITA - HISTORIE

Transkript

1 NEUROPLASTICITA PLASTICITA MOZKU A MOTORICKÉ UČENÍ Je schopnost adaptace, přestavby a reorganizace CNS v jeho molekulární formě a funkci. IMPLIKACE PRO NEUROREHABILITACI Bc. Hana Kafková RHC odd.kn Liberec a.s. NEUROPLASTICITA - HISTORIE anatom Michele Vicenzo Malacarne popsal experimenty kdy porovnával mozky trénovaných zvířat. Pitva prokázala podstatné zvětšení cerebella u trénovaných zvířat oproti netrénovaným. Ale tyto nálezy brzy upadly v zapomnění Myšlenky o možnosti změn mozku a jeho funkce navrhl v r William James ve svých Principech psychologie. Opět nedošlo k přijetí těchto poznatků Karl Lashley 1923 pokusy na opicích, které ukázaly změny nervových traktů a další studie, ale tehdejší vědecká veřejnost tato fakta nepřijala NEUROPLASTICITA Počátky 70.léta (Paul Bach-y-Rita) Teorie neuroplasticity stále odmítána mozek nazírán jako stroj hire wired, a jeho funkce pevně lokalizovány bez možnosti změn DŮVODY ODMÍTÁNÍ NEUROPLASTICITY V té době se pacienti s poškozením mozku málokdy plně uzdravili Neexistovala zobrazovací technika Vývoj chápání mozku jako stroje s neměnnými vlastnosti - lokalizacionizmus NEUROPLASTICITA Plasticita je vyvolána potřebou interakce mezi osobou a prostředím a snahou o dosažení určitého cíle. Funguje celoživotně na všech úrovních CNS Plasticita je nutným předpokladem pro učení (Brodal 2001) Neuroplasticita může probíhat i v negativním smyslu (plastický paradox), závislost na drogách, fantomová bolest,chronická bolest,rigidní chování (Doidge 2012) 1

2 MECHANISMY PLASTICITY Exprese genů Neurotrofní faktory tvorba růstových faktorů Dlouhodobá potenciace x deprese Synaptická aktivita synaptogeneze, odmaskování spících synapsí Axonální transport přenos látek potřebných k růstu axonů Kolaterální rašení NEUROPLASTICITA NA BUNĚČNÉ ÚROVNI EXPRESE GENŮ: DNA kód lidského genomu není určen syntézou proteinů pouze jedním způsobem, ale je též modifikován epigenetickými procesy vlivy prostředí a biologickými procesy při expresi genů a proteinů (Eisenberg 2004). Ovlivnění neurogeneze (hippocampus, NEUROPLASTICITA NA BUNĚČNÉ ÚROVNI exprese genů je kontrolována seriemi proteinů, které se vážou k DNA, známé jako transkripční factory. Mnohé studie identifikovaly specifické transkripční faktory důležité při LTP (dlouhodobé potenciaci) a LTD (dlouhodobé depresi), a dalších formách neurální a behaviorální plasticity. NEUROPLASTICITA NA BUNĚČNÉ ÚROVNI Důsledkem je produkce bílkovin Růstových faktorů Růst nových axonů, dendritů Synaptogeneze Tvorba nových neuronálních sítí DLOUHODOBÁ POTENCIACE Je dlouhodobé usnadnění přenosu signálu mezi dvěma neurony které je výsledkem synchronní stimulace Je jedním z hlavních rysů plasticity schopnost synapsí měnit svoji výkonnost Protože paměťové stopy jsou kódovány modifikací synaptické výkonnosti, předpokládá se, že LTP je jedním z hlavních buněčných mechanismů, který je základem učení a paměti. DLOUHODOBÁ DEPRESE Long Time Depression V neurofyziologii je nazírána jako redukce účinnosti neuronálních synapsí trvající několik hodin i déle po dlouhodobém stimulu přicházejícím v určitém sledu. Děje se v mnohých částech mozku různými mechanismy v závislosti na oblasti mozku a vývojovém stupni CNS (hippocampus a cerebellum) 2

3 LTD je jedním z mnoha procesů, které slouží k selektivnímu oslabení specifických synapsí a tak konstruktivnímu využití posílení synaptického přenosu pomocí LTP. Tato vyváženost je nezbytná, protože pokud by se síla synapsí stále zvyšovala,došlo by ke stropovému efektu a tím k inhibici kódování nových informací. Proces důležitý pro motorické učení (cerebellum) NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS Procesy neuroplasticity začínají již krátce po poškození. Rozdělení na dvě skupiny Přímé mechanismy (restorative) Nepřímé mechanismy ( compensatory) (Friel&Nudo 1998) NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS Přímé mechanismy úpravy (restorative) časná úprava změn a obnova funkce neuronů. NAvíc neurony sousedící s poškozenou oblastí převezmou jejich funkci NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS Nepřímé (compensatory) Funkce nahrazována odlišnými nervovými okruhy. Plasticita v pozitivním smyslu změny v kortikální reprezentaci ve smyslu forced use (CMIT) Ale i v negativním naučené nepoužívání (learn non use), naučené patologické vzory pohybu MECHANISMY ÚPRAVY MOZKU PO POŠKOZENÍ: Diaschisis je přechodná ztráta funkce CNS v oblastech vzdálených od místa poškození, která jsou s místem léze atomicky propojená (Feeney 1991) Resorpce edému edém v místě poškození utlačuje axony a tím blokuje jejich vedení (Craik 1992) Snížení edému pak múže vést k obnově funkce OBNOVA FUNKCE Spontánní obnova reparativní procesy po poškození: Absorbce edému Absorbce nekrotické tkáně Otevření kolaterální cirkulace v oblasti léze Období 3-4 týdnů 3

4 Zapojení redundantních synapsí a okruhů (unmasking of previous silent synapses) Denervační supersensitivita zvýšení citlivosti postsynaptické membrány neuronu, která se stává hypersenzitivní na uvolňované transmitery. Metabolické změny zvýšení kyslíkového metabolismu v oblastech zodpovědných za řízení motoriky z postižené hemisféry i v opačné hemisféře Reparace funkce lepší při zvýšení O2 postižené hemisféry buněčná úroveň Reaktivní synaptogeneze axony ze sousedních oblastí prorůstají do poškozené oblasti a obsazují synapse dříve inervované poškozenými axony buněčná úroveň Regenerativní synaptogeneze rašení nových výběžků z poškozeného axonu Uvádí se spíše u periferního NS kortikální úroveň Kortikální reprezentace těla je neustále modifikována u dospělých osob zdravých, ale kortikální reorganizace se děje jak po periferním poškození (amputace) ale i po poškozenícns. Kortikální hyperexcitabilita časně po poškození facilituje kortikální plasticitu. Ward&Cohen 2004 kortikální úroveň Reorganizace poškozené hemisféry Podíl ipsilaterálních drah na úpravu funkce Podíl mozečku hemisféra kontralaterálně k poškozené mozkové hemisféře - spojení s motorickým učením (Small et al 2002) Cross-modality plasticity oblast mozku zbavená stimulace z určité oblasti začne reagovat na input z jiné senzorické oblasti (Chan et al 2002) 4

5 STRATEGIE K PODPOŘE NEURÁLNÍ PLASTICITY Nejlepší způsob podpory neuroplasticity je UČENÍM Klíčovým faktorem při učení je koncept aktivního zapojení - získávání nových synaptických spojení Důležitým předpokladem krátkodobá dlouhodobá paměť (sdílení stejných synapsí) STRATEGIE K PODPOŘE NEURÁLNÍ PLASTICITY Plasticita odvozená tréninkem zvýšení kortikální reprezentace prstů opic Jenkins et al 1995 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ PLASTICITU Rozsah léze Celkový stav mozku (opakovaná CMP, degenerativní procesy,..) Věk Duševní stav deprese Motivace...a mnohé další faktory PLASTICITA. Je schopnost CNS ke změnám své struktury tak, aby vyhovovala požadované funkci. To znamená,že vstupy do CNS modifikují vnitřní strukturu tak, aby příště byla odpověď na daný podnět stejná a vyvolána snadněji. PROTO: abnormální pohyb naučený v krátké době, bude posilovat abnormální pohyb v dlouhodobém období, protože pro CNS bude snadnější na daný podnět odpovídat stejným způsobem i v budoucnosti Understanding Neuromuscular Plasticity Kidd, Lawes & Musa, 1992 NEUROPLASTICITA A MOTORICKÉ UČENÍ PO POŠKOZENÍ CNS Motorické učení se děje i u osob po CMP! senzomotorické CMP (Boyd a Winstein 2003) cerebellární CMP snížení chyb v přesnosti pohybu, ale přetrvává deficit v časování (timing) pohybu (Boyd a Winstein 2004) CMP v basálních gangliích jednostranná léze nevylučuje implicitní motorické učení, ale narušuje schopnost využití explicitních informací při výkonu a učení motorických dovedností (Boyd a Winstein 2004,2006) 5

6 Při chybějící rehabilitaci se osoby se ztrátou pohybových funkcí naučí kompenzační strategie aby obstály nárokům denních aktivit (Kleim a Jones 2008) Bez řízené terapie se používání kompenzačních strategií zvyšuje a v dlouhodobé perspektivě může vést ke zvýšení problémů špatná plasticita (Cirstea a Levin 2007) důležité implikace Většina výzkumu se děje u méně postižených osob Motorické učení je nezbytné pro obnovu pohybových funkcí pomocí terapie Po CMP se motorické učení mnohých funkcí odehrává bez ohledu na závažnost a místo léze Motorické učení se děje bez ohledu na terapii a může mít jak pozitivní výsledky (dobrá obnova pohybových funkcí), tak negativní (nekvalitní kompenzační pohyby) Substrátem pro učení je neuroplasticita Synaptická potenciace v závislosti na zkušenosti,synaptogeneze a reorganizace kortikálních map se snižují s věkem,ale i stárnoucí mozek je schopen učení! (Kleim a Jones 2008) Neuroplasticita je vždy větší u fyzicky i mentálně aktivních jedinců! FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ MOTORICKÉ UČENÍ 1. Specificita konkrétní úkol 2. Intenzita tréninku mentální praxe 3. Pozornost 4. Výzva + smysluplnost daného úkolu (problem solving) 5. ÚSPĚCH = ODMĚNA = MOTIVACE 6

7 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ MOTORICKÉ UČENÍ 6. Stimulující prostředí 7. Dobrý spánek 8. Nutrice Aktivity trénující pouze dosažené schopnosti zlepšují vaskularizaci,ale nepodporují plasticitu! FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ MOTORICKÉ UČENÍ Vytvoření interního modelu pro danou aktivitu (pohyb) Způsob praxe v bloku opakování jednoho úkolu stejným způsobem Variabilní praxe - účinnější vyžaduje schopnost řešení problému TYPY MOTORICKÉHO UČENÍ IMPLICITNÍ učení a paměť Při malé lézi nebývá poškozeno sítě se širokou distribucí v cerebellu, BG a SM kortexu EXPLICITNÍ učení a paměť při fokální lézi může být kompletní poškození schopnosti expl.učení Hippocampus,mediální temporální lalok Příliš mnoho explicitních informací může narušovat proces implicitního učení. Boyd L.,Winstein C. Explicit information Interferes with Implicit Motor Learning of Both Continuous and Discrete Movement Task after Stroke, 2003,2006 Explicitní učení rychlejší zlepšení-výsledky v krátkodobém čase Implicitní učení trvá déle, ale je větší retence naučené dovednosti Explicitní učení pomocí instrukcí verbálních i kontaktních Implicitní učení samostatné shromažďování potřebných Informací (parametrů) - učení pokus-omyl Jestliže se učíme chybami,neměl bych se snažit udělat tolik chyb, jak jen je možné? KLINICKÉ IMPLIKACE??? INSTRUKCE??? kdy? jaké množství, jak často? Kdy přestat?...? MANUÁLNÍ VEDENÍ PACIENTA v jaké míře? Jak dlouho? Kdy ruce pryč? Chybami se člověk učí ale do jaké míry nechat pacienta chybovat, abychom zamezili selháním, frustraci, demotivaci, nezájmu o terapii? Důležité znát pravidla motorického učení Zkušenost a vnímavost terapeuta 7

8 ZÁVĚREM Pro zlepšení funkčních schopností : nutný intenzivní trénink samotné postižené ruky Trénink celého programu natažení+úchop s variabilitou praxe Ale i trénink bimanuálních aktivit Přizpůsobení prostředí a úkolu úrovni pacientových schopností Uvážení explicitních informací instrukce, handling 8