Η επίδραση της εξάσκησης της μνήμης εργασίας σε γνωσιακές λειτουργίες και το νευροβιολογικό υπόβαθρό της σε ποντίκια και σε ανθρώπους
Authors: Σταυρουλάκη Βασιλική 
Published: June 2021

Η νευροπλαστικότητα είναι η ικανότητα του ενήλικου εγκεφάλου να μαθαίνει νέες συμπεριφορές, να σχηματίζει νέες μνήμες και επίσης να μεταβάλλει τις υποκείμενες νευρικές δομές που είναι υπεύθυνες για αυτή τη μάθηση. Αυτή η δυνατότητα μπορεί να λειτουργήσει βοηθητικά ενάντια στις γνωστικές διαταραχές, που συμπίπτουν με τις συστημικές νευρικές αλλαγές, όπως η γήρανση ή η εμφάνιση της σχιζοφρένειας. Έτσι, το ερώτημα που τίθεται είναι εάν καινοτόμες δραστηριότητες μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές στη βασική γνωσιακή λειτουργία. Μια τέτοια δραστηριότητα είναι η εξάσκηση της μνήμης εργασίας, η οποία αντιπροσωπεύει ένα αντικείμενο μελέτης με ραγδαία δημοτικότητα. Η μνήμη εργασίας, ως η ικανότητα διατήρησης και επεξεργασίας πληροφοριών, συνιστά μια θεμελιώδης γνωστική λειτουργία. Συστηματικά θεωρείται απαραίτητη για πτυχές της καθημερινής λειτουργικότητας, όπως η διατήρηση της προσοχής. Ένας τρόπος βελτίωσης της είναι μέσω δοκιμασιών εξάσκησης της. Ένας μεγάλος αριθμός ερευνητικών εργασιών και αρκετών μετά- αναλύσεων έχει ελέγξει τα οφέλη αυτής της εξάσκησης, υποστηρίζοντας (αρκετές από αυτές) ότι μπορεί να οδηγήσει σε βελτίωση και άλλων γνωστικών λειτουργιών που σχετίζονται με αυτήν. Η ικανότητα αυτή, η οποία συνιστά τη γνωστική μεταφορά, είναι ο στόχος της παρούσας μελέτης. Ειδικότερα, η παρούσα μελέτη επιδιώκει να διερευνήσει κατά πόσον η εξάσκηση της μνήμης εργασίας μπορεί να βελτιώσει τη γνωστική ευελιξία, τόσο σε δείγμα ανθρώπων όσο και σε δείγμα μυών. Η γνωστική ευελιξία είναι μια ανώτερη εκτελεστική λειτουργία, που μπορεί να οριστεί ως η ικανότητα προσαρμογής συμπεριφορών σε συνάρτηση με τις αλλαγές του περιβάλλοντος. Απαραίτητη προϋπόθεση για να επέλθει η βελτίωση της γνωστικής ευελιξίας είναι οι δυο λειτουργίες να χρησιμοποιούν κοινό νευροανατομικό και νευροφυσιολογικό υπόβαθρο. Αυτό συμβαίνει στην παρούσα μελέτη, εφόσον το νευροανατομικό υπόβαθρο της μνήμης εργασίας εστιάζει στον προμετωπιαίο φλοιό, μια ανώτερη περιοχή του εγκεφάλου που υποστηρίζει τις εκτελεστικές λειτουργίες. Ο προμετωπιαίος φλοιός συνδέεται, όμως, τόσο με τον ιππόκαμπο, την περιοχή που υποστηρίζει τη χωρική μνήμη, όσο και με τον κογχικομετωπιαίο φλοιό, ο οποίος υποστηρίζει την προσαρμοστικότητα στην αλλαγή κανόνων. Ειδικότερα, στα πλαίσια του ανθρώπινου δείγματος διερευνήθηκε η επίδραση της εξάσκησης της μνήμης εργασίας στη γνωστική ευελιξία σε ένα δείγμα 144 υγιών συυμετεχόντων (74: άνδρες & 65: γυναίκες), οι οποίοι διακρίθηκαν σε τρεις ομάδες. Στην: α)ομάδα ελέγχου: όπου για έξι μέρες μετά τη βασική εκτίμηση, οι συμμετέχοντες δεν είχαν καμία υποχρέωση σχετικά με τη μελέτη, β)ομάδα μερικής εξάσκησης: όπου αμέσως μετά τη βασική εκτίμηση και για έξι μέρες, οι συμμετέχοντες εκτελούσαν καθημερινά τη δοκιμασία Letter – Number Sequencing (LNS) μέχρι τις δοκιμές με τρία ψηφία και γ)ομάδα πλήρους εξάσκησης: όπου αμέσως μετά τη βασική εκτίμηση και για έξι μέρες, οι συμμετέχοντες εκτελούσαν καθημερινά τη δοκιμασία LNS. Μετά από μια εβδομάδα, από τη συνεδρία της βασικής εκτίμησης, όλοι οι συμμετέχοντες εκτέλεσαν τη δοκιμασία Intra/Extra Dimensional Shift (ID/EDS). Επίσης, κατά την πρώτη συνεδρία βασικής εκτίμησης, πραγματοποιήθηκε λήψη δείγματος στοματικού επιχρίσματος των συμμετεχόντων. Αυτό το βήμα είχε ως στόχο τη συσχέτιση της απόδοσης του δείγματος με συγκεκριμένους γενετικούςπολυμορφισμούς, δηλαδή τον COMT (rs4680) και τον BDNF (rs6265).Τα αποτελέσματα ανέδειξαν μια στατιστικά σημαντική επίδρασης της εξάσκησης της μνήμης εργασίας στην προσαρμοστικότητα. Πιο συγκεκριμένα, αναδείχθηκε ότι η ομάδα πλήρους εξάσκησης έκανε λιγότερα λάθη, λιγότερο χρόνο και λιγότερες προσπάθειες για την ολοκλήρωση των σταδίων της δοκιμασίας σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Σχετικά με το φύλο εντοπίστηκε ότι οι άνδρες συγκριτικά με τις γυναίκες συμμετέχουσες χρειάζονταν μεγαλύτερο χρονικό διάστημα για να ολοκληρώσουν τα εννέα στάδια της δοκιμασίας ID/EDS. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε κάποια άλλη διαφορά φύλου στη δοκιμασία της γνωστικής ευελιξίας. Σχετικά με τη συσχέτιση του γενετικού υποβάθρου και της ομάδας εξάσκησης ή μη εντοπίστηκε ότι οι συμμετέχοντες μόνο της ομάδας ελέγχου που φέρουν το Met/Val αλλήλιο (ετεροζυγώτες) χρειάστηκαν μεγαλύτερο αριθμό δοκιμών για να ολοκληρώσουν τα στάδια της δοκιμασίας, συγκριτικά με τους συμμετέχοντες που ήταν ομοζυγώτες (Val/Val και Met/Met) της ομάδας ελέγχου και τους ετεροζυγώτες των δυο ομαδών εξάσκησης. Χρησιμοποιώντας ένα παρόμοιο πειραματικό σχεδιασμό, με βάση το δεύτερο στόχο, η μελέτη στα ζώα εξέτασε την επίδραση της εξάσκησης της μνήμης εργασίας, μέσω της χρήσης της δοκιμασίας Delayed Alternation Task (DAT) στο T-maze, στη γνωστική ευελιξία. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν 79 μύες ράτσας C57BL/6 (67:αρσενικά & 32:θηλυκά). Στη συνέχεια τα ζώα χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες: Στην α)στην ομάδα ελέγχου, στην οποία τα ποντίκια παρέμειναν στον κλωβό τους, β)στην ομάδα μερικής προσαρμογής, όπου τα ποντίκια εκτέλεσαν το DAT χωρίς καθυστερήσεις και γ)στην ομάδα πλήρους προσαρμογής, στην οποία τα ποντίκια εκτέλεσαν το DAT με αυξανόμενες καθυστερήσεις. Η εξάσκηση της μνήμης εργασίας διήρκεσε εννέα ημέρες, και δυο ημέρες αργότερα, όλα τα ποντίκια υποβλήθηκαν σε μια δοκιμασία εκτίμησης της γνωστικής ευελιξίας, το Attentional Set - Shifting Task (AST). Επίσης, σε 15 ζώα και των τριών ομαδών πραγματοποιήθηκαν οι δοκιμασίες μνημονικής αναγνώρισης αντικειμένων, καθώς και η δοκιμασία συντελεστικής μάθησης φόβου. Με το πέρας των συμπεριφορικών δοκιμασιών από τους μύες που συμμετείχαν στις δοκιμασίες, 26 θανατώθηκαν και οι εγκέφαλοι τους υποβλήθηκαν σε χρώση Golgi-Cox και σε χρώση Nissl. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ομάδα πλήρους προσαρμογής, παρουσίασε βελτιωμένη επίδοση ιδιαίτερα στους αρσενικούς μύες, εφόσον έκανε λιγότερα λάθη και λιγότερες δοκιμές προκειμένου να ολοκληρώσει τα στάδια της δοκιμασίας AST, συγκριτικά με την ομάδα μερικής προσαρμογής. Η βελτιωμένη αυτή εικόνα της ομάδας πλήρους προσαρμογής παρατηρήθηκε σε καίρια στάδια της δοκιμασίας, σε ένα από τα οποία γίνεται η εναλλαγή εντός της διάστασης (Compound discrimination reversal -CDR). Στην περίπτωση των θηλυκών μυών εντοπίστηκαν διαφορές όσον αφορά τους χρόνους αντίδρασης στην ίδια δοκιμασία, καθώς παρατηρήθηκε ότι η ομάδα πλήρους και μερικής προσαρμογής χρειάστηκε λιγότερο χρόνο στις περιπτώσεις των σωστών και συνολικών δοκιμών, όσον αφορά το διάστημα επιλογής ενός από τα δυο δοχεία και εντοπισμού της τροφικής επιβράβευσης, συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου. Όσον αφορά τις ηλικιακές διαφορές, εντοπίστηκε στο σύνολο των λανθασμένων αποκρίσεων του σταδίου Simple Discrimination και Intradimensional Shift II στους αρσενικούς μύες της ομάδας ελέγχου, ότι τα ζώα ηλικίας 6-9 μηνών παρουσιάζουν μεγαλύτερο αριθμό λανθασμένων επιλογών σε σχέση με τα νεότερα (2-5), κάτι που δε συμβαίνει στην περίπτωση των άλλων δυο ομαδών. Επίσης, τα μεγαλύτερα σε ηλικία ζώα της ομάδας μερικής προσαρμογής χρειάζονταν μεγαλύτερο αριθμό δοκιμών για την ολοκλήρωση του σταδίου Extradimentional Shift, συγκριτικά με τα νεώτερα, κάτι που δεν παρατηρήθηκε στις άλλες δυο ομάδες. Οι διαφορές που εντοπίστηκαν στις τρεις ομάδες στην προσαρμοστικότητα στην αλλαγή κανόνων δεν παρατηρήθηκαν στις δοκιμασίες μνημονικής αναγνώρισης και συντελεστικής μάθησης φόβου. Τέλος, μέσω της χρώσης Golgi Cox εντοπίστηκε ότι οι μικρότεροι σε ηλικία αρσενικοί μύες παρουσιάζουν μεγαλύτερη πυκνότητα συνολικών και ώριμων ακανθών συγκριτικά με τους μεγαλύτερους, στις περιοχές του προμετωπιαίου φλοιού και του ιπποκάμπου. Επίσης αναδείχθηκε ότι η ομάδα πλήρους προσαρμογής παρουσίαζε μεγαλύτερη πυκνότητα των πιο ώριμων ακανθών (σχήματος μανιταριού και λεπτής γραμμής) τόσο στην περιοχή του προμετωπιαίου φλοιού (και για τα δυο φύλα) όσο και του ιππόκαμπου (CA1 περιοχή) (για τους αρσενικούς μύες) συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου. Δεν παρατηρήθηκε όμως κάτι αντίστοιχο αναφορικά με το πάχος των περιοχών του προμετωπιαίου φλοιού και του ιππόκαμπουστις τρεις ομάδες των μυών με τη χρώση Nissl.Συμπερασματικά, τα ευρήματα της παρούσας διατριβής αναδεικνύουν την σημασία της μεταφραστικότητας για τη διερεύνηση των επιδράσεων της εξάσκησης της μνήμης εργασίας σε άλλες γνωστικές λειτουργίες. Η πολύπλευρη προσέγγιση που υιοθετήθηκε συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση των επιδράσεων της νοητικής εξάσκησης και στην προσπάθεια ερμηνείας του νευροβιολογικού υποστρώματος που αυτή δρα. Τα ευρήματα μπορούν να αξιοποιηθούν στο πλαίσιο διαμόρφωσης εξατομικευμένων πρώιμων παρεμβάσεων σε πληθυσμούς κινδύνου με ήπιες μορφές προβλημάτων.