10.10.2013
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. 1890 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
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
• 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
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
10.10.2013
NEUROPLASTICITA NA BUNĚČNÉ
ÚROVNI
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
• 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
DLOUHODOBÁ DEPRESE
• 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.
• 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)
Long Time Depression
2
10.10.2013
NEUROPLASTICITA PO
POŠKOZENÍ CNS
• 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)
Procesy neuroplasticity začínají již krátce po
poškození.
Rozdělení na dvě skupiny –
Přímé mechanismy (restorative)
Nepřímé mechanismy ( compensatory)
NEUROPLASTICITA PO
POŠKOZENÍ CNS
NEUROPLASTICITA PO
POŠKOZENÍ CNS
Přímé mechanismy úpravy (restorative) –
časná úprava změn a obnova funkce
neuronů. NAvíc – neurony sousedící s
poškozenou oblastí převezmou jejich
funkci
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
(Friel&Nudo 1998)
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
OBNOVA FUNKCE
• Spontánní obnova –
reparativní procesy po
poškození:
• Absorbce edému
• Absorbce nekrotické
tkáně
• Otevření kolaterální
cirkulace v oblasti léze
• Období 3 -4 týdnů
3
10.10.2013
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
• Zapojení redundantních synapsí a okruhů
• 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
(unmasking of previous silent synapses)
• Denervační supersensitivita – zvýšení
citlivosti postsynaptické membrány
neuronu, která se stává hypersenzitivní na
uvolňované transmitery.
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
buněčná úroveň
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
buněčná úroveň
• Reaktivní synaptogeneze –
axony ze sousedních
oblastí prorůstají do
poškozené oblasti a
obsazují synapse dříve
inervované poškozenými
axony
• Regenerativní synaptogeneze – rašení
nových výběžků z poškozeného axonu
• Uvádí se spíše u periferního NS
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
kortikální úroveň
NEUROPLASTICITA PO POŠKOZENÍ CNS
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
• 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
10.10.2013
STRATEGIE K PODPOŘE NEURÁLNÍ
PLASTICITY
STRATEGIE K PODPOŘE NEURÁLNÍ
PLASTICITY
• Nejlepší způsob podpory neuroplasticity je
Plasticita odvozená
tréninkem – zvýšení
kortikální reprezentace
prstů opic
UČENÍM
Klíčovým faktorem při učení je koncept
aktivního zapojení - získávání nových
synaptických spojení
Důležitým předpokladem – krátkodobá
dlouhodobá paměť (sdílení stejných synapsí)
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
MOTORICKÉ UČENÍ U CMP
• 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
10.10.2013
MOTORICKÉ UČENÍ U CMP
• Při chybějící rehabilitaci se osoby se ztrátou
pohybových funkcí naučí kompenzační strategie
aby obstály nárokům denních aktivit
•
(Kleim a Jones 2008)
MOTORICKÉ UČENÍ U CMP
• Bez řízené terapie se používání
kompenzačních strategií zvyšuje a v
dlouhodobé perspektivě může vést ke
zvýšení problémů – „špatná plasticita“
(Cirstea a Levin 2007)
MOTORICKÉ UČENÍ U CMPdůležité 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)
MOTORICKÉ UČENÍ U CMP
• Neuroplasticita je vždy větší u fyzicky i
mentálně aktivních jedinců !
MOTORICKÉ UČENÍ U CMP
• 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)
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
10.10.2013
FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ MOTORICKÉ
UČENÍ
6. Stimulující prostředí
7. Dobrý spánek
8. Nutrice
Aktivity trénující pouze dosažené schopnosti
zlepšují vaskularizaci,ale nepodporují
plasticitu !
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
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?
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
• 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
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
10.10.2013
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
Download

Plasticita mozku a motorické učení.pdf