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
