Neuroplasticitate:

adaptarea creierului la experienta

Drd. Liviu Crisan Laboratorul de Neurostiinte ale Emotiei si Cognitiei www.emcoglab.org

Neuroplasticitate

• Capacitatea creierului de a-si schimba structura si de a se reorganiza functional in acord cu experienta de interactiune cu mediul

• Proprietate si a creierului adult

• Neuroplasticitatea este evidentiata prin:

– modificarea tariei sinapselor

– cresterea/reducerea numarului de sinapse

– modificarea excitabilitatii neuronilor

– neurogeneza

Wilder Penfield (1891-1976)

Homunculus senzitiv si motor

Cortex: organizare columnara

Cortex: organizare columnara

• Cortexul are atat o organizare laminara (in straturi) cat si columnara – multi axoni si dendrite traverseaza vertical izocortexul descriind o coloana

– coloanele formeaza mini-circuite specializate sa indeplineasca o functie

– in S1 – neuronii dintr-o coloana corticala au acelasi camp receptor

• Aria somestezica primara (S1) prezinta o organizare somatotopica: organizarea neuronilor din cortex reflecta relatiile spatiale si densitatea receptorilor de pe suprafata senzitiva

• Reprezentarea somatotopica a regiunilor periferice la nivelul S1 se numeste homunculus senzitiv

Michael Merzenich

• Hartile corticale sunt plastice – chiar si in creierul adult

Michael Merzenich

Plasticitatea cortexului S1

- dupa amputarea degetului 3 (sus)

- dupa stimularea degetelor 2-3 (jos)

• Merzenich demonstreaza:

1. Plasticitatea hartilor corticale la creierul adult

– regiunea corticala care nu mai primeste semnale de la periferie este recrutata pentru prelucrarea semnalelor de la regiunile periferice adiacente

– plasticitate competitiva: regiunile periferice mai puternic stimulate sunt mai bine reprezentate la nivel cortical

2. Postulatul lui Hebb (“Cells that fire together wire together”)

- activarea simultana a celulelor dintr-o retea neuronala induce o crestere a tariei sinapselor dintre ele

John Donoghue

• Doua mecanisme ale reorganizarii cortexului S1 dupa lezarea unui nerv periferic

Principii generale ale reorganizarii corticale

Principii generale ale reorganizarii corticale (cont.)

Bryan Kolb

Adaptarea la un mediu complex

Plasarea sobolanilor intr-un mediu

imbogatit dupa o leziune cerebrala:

- plasticitate neuronala sporita

- recuperare functionala mai buna

Praag et al., 2000

• Sobolanii crescuti intr-un mediu imbogatit prezinta:

• crestere a volumului de substanta cenusie in cortex, hipocamp, ganglioni bazali

• neuroni piramidali cu soma mai mare, mai multe ramificatii dendritice si spini dendritici mai densi

• neurogeneza adulta sporita

• corp calos mai voluminos

• performante mai bune in sarcini de memorie spatiala

• recuperare mai buna dupa leziuni cerebrale

• aceste efecte sunt inregistrate si la varsta adulta

Gaser & Schlaug, 2003

• Muzicienii profesionisti

– volum mai mare de substanta cenusie in regiuni cerebrale motorii, auditive si vizuo-spatiale

• La violonisti, reprezentarea corticala a mainii stangi la nivelul girusului precentral (aria motoria primara) din emisfera dreapta este superioara celei corespunzatoare mainii drepte, din emisfera stanga.

– aceasta diferenta nu este inregistrata si la pianisti.

Draganski et al., 2004

• Plasticitatea corticala poate fi detectata structural – de ex.: exersarea jonglatului induce cresteri ale volumului de substanta cenusie in ariile cerebrale asociate cu prelucrarea si stocarea miscarii vizuale complexe

• Achizitia unei deprinderi (ex. jonglatul) si deteriorarea acelei deprinderi din lipsa de exercitiu se asociaza cu modificari structurale selective la nivelul creierului (adica doar in acele regiuni cerebrale care sunt relevante functional)

Maguire et al., 2000, 2006

• diferente in volumul de substanta cenusie din hipocamp asociate cu expertiza de a naviga intr-un spatiu foarte complex

• control vs taxi

• taxi vs autobuz

• Exista o diferenta functionala pe axul anterior-posterior al hipocampului

– Hipocampul anterior – asociat cu detectarea si invatarea unor stimuli vizuo-spatiali noi

– Hipocampul posterior – asociat cu navigarea intr-un mediu familiar (volum sporit la taximetristii cu experienta)

Maguire et al., 2006

Sadato et al., 1996

Pascual-Leone et al., 2000

Amedi et al., 2003

• Plasticitate inter-modala:

• La persoanele nevazatoare, cortexul occipital este implicat in prelucrarea semnalelor de la alte modalitati senzoriale (ex. tactile, auditive – in regiunile anterioare) dar si in prelucrarea limbajului, in memoria verbala si in rationamentul semantic (in regiunile posterioare – V1)

Merabet et al., 2008

• Deprivarea vizuala induce prelucrari informationale non-vizuale (ex. tactile, lingvistice) in cortexul occipital, prin doua mecanisme:

– (rapid, efect pe termen scurt) exagereaza expresia unor conexiuni neuronale deja existente, anterior mascate

– (lent, efect pe termen lung) creeaza noi conexiuni neuronale intermodale