روایت انعطاف‌پذیری عصبی

تاریخ انتشار: اکتبر 31, 2018

خلاصه: ممکن است بارها از رسانه‌ها و فرهنگ عامیانه شنیده باشید که مغز انسان پس از تولد تغییری نمی‌کند. با این حال، تحقیقات علوم اعصاب در چند دهه‌ گذشته نشان داده است که این بسیار دور از حقیقت است.

مغز انسان به طور قابل توجهی انعطاف‌پذیر است، به این معنی که توانایی تغییر و واکنش به محیط و تجارب را دارد. با شروع از سطح سلولی، نورون‌های انسانی با دروندادهای جدید سازگار می‌شوند. از طریق فرایندی به نام سیناپتوژنز (synaptogenesis)، با تشکیل سیناپس‌های جدید، ارتباطات جدیدی بین نورون‌های موجود برقرار می‌شود. این اتصالات وقتی شکل می‌گیرند که آکسون یک نورون با دندریت دیگری ارتباط برقرار می‌کند؛ این ارتباط معمولا بر روی پیش‌آمدگی دندریت که خار دندریتیک (dendritic spine) نامیده می‌شود، برقرار می‌شود. به خصوص، نشان داده شده است که ثبات و پایداری خار دندریتیک ذخیره‌سازی خاطرات مادام العمر را بازنمایی می‌کند.
سیناپتوژنز وابسته به تجربه است و در سراسر طول زندگی فرد رخ می‌دهد. این فرآیند فوق‌العاده پویا است، زیرا افزایش همکاری فعال بین دو نورون باعث تقویت اتصالات آنها، و افت همکاری آنها، به کاهش تدریجی قدرت سیناپسی منجر می‌شود. اگر اتصال به اندازه‌ کافی ضعیف شود، هرس سیناپسی (Synaptic pruning) اتفاق می‌افتد و اتصال ایجاد شده بین دو نورون حذف می‌شود. به هرحال، این خبر چندان بدی نیست. هرس سیناپسی در سراسر طول عمر رخ می‌دهد و برای رشد طبیعی مغز ضروری است.
اما برای تغییر مغز چه چیزی لازم است؟ به خاطر سپردن عدد پی تا یک صد هزار رقم؟ تبدیل شدن به یک شطرنج‌باز مشهور جهان؟ با وجود همه این‌ها تاثیر قدرتمند پیچیدگی محیط اطراف را نیز نباید نادیده گرفت.
در دهه‌ی 1960، ماریان دیاموند و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، یک سری آزمایش ساده انجام دادند تا تعیین کنند که آیا محیط «غنی‌شده» بر مغز موش آزمایشگاهی تاثیر می‌گذارد یا خیر. دیاموند مغز موش‌هایی را که در محیط «غنی‌شده» نگهداری می‌شدند، که شامل یک موش دیگر، اسباب‌بازی‌ها و یک پیچ و تاب کوچک چوبی بود، با موش‌هایی که در یک محیط فقیر (تنها، بدون اسباب‌بازی و ماز) رها شده بودند، مقایسه کرد. نتایج او نشان داد که محیط غنی‌شده ضخامت قشر (cortex) موش را به ویژه در قشر بینایی (visual cortex) افزایش داده است. اگر چه این یافته‌ها امروزه دیگر بحث‌برانگیز نیست، ولی آنان فرضیه‌ی غالب آن زمان را که در آن رشد مغز یک روند از پیش تعیین شده‌ ژنتیکی تلقی می‌شد، بی‌رنگ کردند.
امروزه، با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)، ما می‌توانیم اثرات محیط و تجربه را بر هردوی ساختار و عملکرد مغز ببینیم. این آزمایشات، درک صحیحی از انعطاف‌پذیری مغز انسان در تمامی سطوح آن به ما داده‌اند.
یکی از مشهورترین نمونه‌های اولیه‌ این تحقیق در انگلستان انجام شده بود که محققان مغز 16 راننده‌ی تاکسی لندن را بررسی کردند تا اثرات «تجربه‌ی ناوبری گسترده»(extensive navigation experience) را بر ساختار مغز بررسی کنند. برای اینکه یک راننده‌ی تاکسی واجد شرایط اخذ گواهینامه در لندن باشد، باید تست «دانش» (The Knowledge) را پشت سر بگذراد، آزمونی که نیاز به دانش وسیعی در مورد مسیرها و مکان‌های متعدد این شهر تاریخی دارد. محققان با مقایسه‌ی مغز این رانندگان تاکسی با گروه کنترل رانندگان غیر‌تاکسی، دریافتند که رانندگان تاکسی دارای ماده‌ی خاکستری (gray matter) بیشتری در هیپوکامپ پشتی هر دو طرف (bilateral posterior hippocampus) مغز هستند هیپوکامپ ساختاری در لوب گیجگاهی است که دارای عملکردهای متعددی است اما به ویژه درگیر ذخیره‌سازیِ بازنمایی فضایی محیط اطراف خود فرد است. علاوه بر این، نشان داده شد که رانندگان قدیمی‌تر نسبت به رانندگان جدیدتر ماده‌ی خاکستری بیشتری در این منطقه دارند. این یکی از اولین مطالعاتی بود که نشان داد تخصص، ناوبری فضایی در این مورد، می‌تواند به تفاوت‌های خاص و محلی در آناتومی مغز انسان منجر شود.
مطالعه‌ جالب توجه دیگری یک رویکرد بیشتر مداخله‌ای را در پیش گرفت. گروه دیگری در آلمان به جای بررسی تغییرات تدریجی حاصل تخصص، مطالعه‌ای را انجام دادند که در آن شرکت‌کنندگان قبل و بعد از دستیابی به یک مهارت جدید، اسکن شدند. این دانشمندان مغز داوطلبان را قبل و بعد از 3 ماه تمرینات مداوم و منظم تردستی (juggling training) اسکن کردند. نسبت به سایر مهارت‌های دیگر، تبدیل شدن به یک شعبده‌بازِ موفق نیاز به هماهنگی و تمرکز خوب دست و چشم دارد، اما این مطالعه افزایش قابل‌توجهی را در ناحیه «hMT/V5» از ماده‌ی خاکستری هردو طرف مغز شرکت‌کنندگان نشان داد، منطقه‌ای از مغز که در پردازش حرکات پیچیده‌ بصری درگیر است.
علاوه بر این، مطالعه‌ دیگری به دنبال آن نشان داد که پس از آموزش تردستی تغییراتی در ماده‌ی سفید (white matter) نیز در نزدیکی مناطق مشابه رخ می‌دهد. این دانشمندان با استفاده از رویکرد مداخله‌ای، به وجود یک ‌رابطه‌ی علی بین تجربه و انعطاف‌پذیری عصبی پی بردند، که به ویژه در تنظیمات بالینی حائز اهمیت است تا اثربخشی دارو یا رفتار درمانی را در ایجاد نتایج مثبت در بیماران نشان دهد. بنابراین، انباشت شواهدِ دال بر انعطاف‌پذیری که از مطالعات علوم پایه به دست آمده است، زمینه را برای نشانگرهای عصبی یا تصویربرداری مغز فراهم کرده است که به عنوان معیارهای نتیجه در آزمایشات بالینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
علیرغم نوآوری این یافته‌های حاصل از مطالعات MRI، مکانیسم دقیق این تغییرات در ساختار مغز انسان بالغ، هنوز ناشناخته باقی مانده است. این مسئله تا حدودی به این دلیل است که روش‌های بررسی این موضوع بیش از حد تهاجمی هستند تا بر روی انسان‌های زنده انجام ‌شوند. با این حال، مطالعات انجام شده با استفاده از بافت مغز انسان پس از مرگ نشان داده‌اند که نوروژنز (neurogenesis)، تولید نورون‌های جدید، در هیپوکامپ در سراسر بزرگسالی اتفاق می‌افتد. اگرچه مطالعاتی که اخیرا در زمینه‌ی بالینی انجام شده است، نمی‌تواند شواهدی برای نوروژنز در بزرگسالان پیدا کند، اما چندین پروسه‌ دیگر نشان داده‌اند که تغییراتی در ماده‌ی خاکستری مشاهده شده است. در میان این پروسه‌هایی که انعطافپذیری عصبی (neuroplasticity) را حمایت می‌کنند، آنژیوژنز (angiogenesis) که توسعه‌ی رگ‌های خونی جدید است و سیناپتوژنز (synaptogenesis) حضور دارند.
برای درک بهتر این چرخه و سایر فرایندهای منتج به تغییرات نوروآناتومیک (neuroanatomical changes)، محققان در حال تلاش برای توسعه‌ روش‌های پیشرفته‌تر تصویربرداری عصبی و افزایش همکاری بین دانشمندانی هستند که مغز را در سطوح شناختی و مولکولی مطالعه می‌کنند.

همانطور که دیدید، عوامل متنوعی از حافظه تا خبره شدن در مهارت‌ها می‌توانند مغز را تحت تاثیر قرار دهند. با وجود بسیاری از اکتشافات اخیر در این زمینه، هنوز هم محققانی که انعطاف‌پذیری عصبی را مطالعه می‌کنند با سوالات زیادی روبرو هستند. به خصوص، رشته‌ای از تحقیقات، از انعطاف‌پذیری عصبی به عنوان رویکردی برای درک و تسهیل بهبود عملکرد پس از آسیب ناشی از سکته‌ی مغزی یا آسیب تروماتیک مغز (traumatic brain injury) استفاده می‌کند. اما یک چیز کاملا روشن است: از زمانی که شما شروع به خواندن این مطلب کرده‌اید مغزتان تغییر کرده است، حداقل کمی!

 

References:

Yang, G., Pan, F., & Gan, W. B. (2009). Stably maintained dendritic spines are associated with lifelong memories. Nature, 462(7275), 920.

Paolicelli, R. C., Bolasco, G., Pagani, F., Maggi, L., Scianni, M., Panzanelli, P., … & Ragozzino, D. (2011). Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development. Science, 333(6048), 1456-1458.

Diamond, M. C., Krech, D., & Rosenzweig, M. R. (1964). The effects of an enriched environment on the histology of the rat cerebral cortex. Journal of Comparative Neurology, 123(1), 111-119.

Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., Good, C. D., Ashburner, J., Frackowiak, R. S., & Frith, C. D. (2000). Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97(8), 4398-4403.

Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U., & May, A. (2004). Neuroplasticity: changes in grey matterAreas in the central nervous system that consist primarily o… induced by training. Nature, 427(6972), 311.

Scholz, J., Klein, M. C., Behrens, T. E. J., & Johansen-Berg, H. (2009). Training induces changes in white matter architecture. Nature Neuroscience, 12(11), 1370–1371.

Eriksson, P. S., Perfilieva, E., Björk-Eriksson, T., Alborn, A. M., Nordborg, C., Peterson, D. A., & Gage, F. H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nature Medicine, 4(11), 1313.

Sorrells, S. F., Paredes, M. F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K. W., … & Chang, E. F. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults. Nature, 555(7696), 377.

Zatorre, R. J., Fields, R. D., & Johansen-Berg, H. (2012). Plasticity in gray and white: neuroimaging changes in brain structure during learning. Nature Neuroscience, 15(4), 528.

Pascual-Leone, A., Amedi, A., Fregni, F., & Merabet, L. B. (2005). The plastic human brain cortex. Annu. Rev. Neurosci., 28, 377-401.

0

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
0