Nöroplastisite

Beyin plastisitesi veya nöral plastisite olarak da bilinen nöroplastisite, beynin yapısal veya fizyolojik değişikliklere uğrama yeteneğidir. Nöroplastisitenin bir zamanlar sadece çocukluk döneminde olduğu düşünülüyordu, ancak 20. yüzyılın ikinci yarısında yapılan araştırmalar beynin birçok yönünün yetişkinlik döneminde bile değişebildiğini (veya "plastik" olduğunu) gösterdi. Yine de, çocuk beyni yetişkin beyninden daha yüksek plastisiteye sahiptir.
Nöroplastisitenin amacı, filogenez, ontogenik ve fizyolojik öğrenme sırasında ve ayrıca beyin hasarından sonra sinir ağlarını en uygun şekle getirmektir. Nöroplastisite, tek bir nörondaki mikroskobik boyuttaki değişiklikleri de, yaralanma sonucu gerçekleşen kabuksal yeniden eşleme gibi daha büyük ölçekli değişiklikleri de kapsar. Davranışlar, çevresel uyaranlar, düşünceler, meditasyon ve duygular aktiviteye bağlı plastisite yoluyla beyinde değişimlere neden olabilir; bunun sağlıklı gelişim, öğrenme, hafıza ve beyin hasarının onarılması üzerinde önemli etkileri vardır. Tek hücre seviyesinde, sinaptik plastisite, nöronlar arasındaki bağlarda bir değişiklik anlamına gelirken, sinaptik olmayan plastisite, nöronların içsel uyarılabilirliklerinin değişmesidir.
Tarih
Kökeni
"Plastisite" terimi ilk olarak 1890'da William James tarafından Psikoloji Prensipleri'nde davranışa uygulanmıştır. Nöral plastisite terimini ilk kullanan kişinin Polonyalı sinirbilimci Jerzy Konorski olduğu düşünülmektedir.
1793'te, İtalyan anatomisti Michele Vicenzo Malacarne, hayvanları eşleştirdiği, çiftlerden bir tanesini kapsamlı bir şekilde yıllarca eğittiği ve sonra çiftlerin her ikisini de parçalayıp kadavralarını incelediği deneyleri anlattı. Bu deneylerde, eğittiği hayvanların beyinciklerinin önemli ölçüde daha büyük olduğunu keşfetti. Ancak bu bulgular bir şekilde unutuldu. Beyin ve işlevinin yetişkinlik boyunca sabit kalmadığı fikri, 1890'da William James tarafından Psikoloji Prensipleri'nde önerildi, ancak bu fikir de büyük ölçüde göz ardı edildi. 1970'lere kadar sinirbilimciler, beynin yapısının ve işlevinin yetişkinlik boyunca özünde sabitlendiğine inanıyorlardı.
Beyin genellikle 1900'lerin başına kadar yenilenemeyen bir organ olarak görülürken, nörobilimin babası Santiago Ramón y Cajal, yetişkin beyinlerinin yapısındaki patolojik olmayan değişiklikleri tanımlamak için nöronal plastisite terimini kullandı. Ünlü Neuron Doktrini'ne göre Cajal, ilk önce nöronu sinir sisteminin temel birimi olarak tanımladı ve bu tanım daha sonra sinirsel plastisite kavramını geliştirmek için önemli bir temel oluşturmuş oldu. Plastisite terimini, bir kişinin özellikle yetişkinliğe ulaştıktan sonra merkezi sinir sisteminde gerçekleşen dejenerasyon ve rejenerasyon konusundaki çalışmalarına referans olarak kullandı. Birçok sinirbilimci, plastisite terimini, Cajal'ın terimin kavramsal aktarımının çekişmeli bir tartışmaya yol açtığı periferik sinir sisteminin rejeneratif kapasitesini açıklamak için kullandı.
Bu terim o zamandan beri bolca kullanıldı:
Araştırma ve keşif
1923 yılında Karl Lashley, rhesus maymunları üzerinde, nöronal yollarda değişiklikler olduğunu kanıtlayan deneyler yaptı ve bu deneylerin, plastisitenin bir kanıtı olduğu sonucuna vardı. Buna ve plastisitenin varlığını ortaya koyan diğer araştırmalara rağmen, nörobilimciler nöroplastisite fikrini geniş ölçüde kabul etmediler.
1945 yılında, Justo Gonzalo, beyin dinamikleri araştırmalarından, projeksiyon alanlarının davranışlarının aksine, "merkezi" kabuksal kütlenin (görsel, dokunsal ve işitsel projeksiyon alanlarından az çok eşit uzaklıkta olan kütle), belirsiz veya çok algılı olmasından ziyade, bir çeşit "manevra kütlesi" olabileceği, bu kütlenin nöral uyarılabilirliği artırabileceği ve plastisite özellikleri sayesinde hareketi yeniden düzenleyebileceği sonucuna vardı. Adaptasyonun ilk örneği olarak, bilhassa ters algı bozukluklarına dair dinamik ve adaptif özelliklerin hasar gördüğü muhtelif birinci elden beyin hasarları başta olmak üzere Stratton deneyindeki ters gösteren dürbünde dik görmeyi verdi. [örneğin bkz. s. 260-62 Cilt. I (1945), sayfa 696 Cilt II (1950)]. İzdüşüm alanındaki duyusal sinyallerin daha sonra görevi üstlenen serebral kütlenin büyümesi vesilesiyle büyütülecek ve daha merkezi yerlerdeki giderek artan beyin plastisitesi ile de tekrar düz hale getirileceği ters ve kısıtlı anahatlardan ibaret olduğunu beyan etti.
Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Marian Diamond, 1964'te yayımladığı araştırmasında, anatomik beyin plastisitesinin ilk bilimsel kanıtlarını sundu.
1960'larda ve sonrasında, özellikle de Paul Bach-y-Rita, Michael Merzenich ve Jon Kaas gibi bilim adamları tarafından konu hakkında başka önemli kanıtlar da sunuldu.
1960'larda Paul Bach-y-Rita, az sayıda insan üzerinde test edilmiş olan bir cihaz icat etti. Bu cihazda, cihaza iliştirilmiş yumrular, kameranın çevrilmiş resimleri algılayacağı şekilde titreşiyordu ve böylece, duyusal ikame yoluyla bir imgelemin oluşmasına yol açıyordu.
}}
Shepherd Ivory Franz'ın inme geçirdikten sonra iyileşen insanlarla yaptığı çalışmalarda görüldü ki, beynin sağlıklı kalmış yerleri, işlevini yitirmiş yerlerin yönetimini en azından bir dereceye kadar ele geçirmişti. Bu da nöroplastisitenin varlığını destekledi.
Eleanor Maguire, Londra'nın yerleşimini bilen yerel taksi şoförlerinin hipokampüslerinin yapısındaki değişiklikleri belgeledi. Londra taksi şoförlerinde, taksi şoförlüğü yapmayan insanlardan oluşan kontrol grubundakilerden farklı olarak beyindeki gri maddenin farklı bir şekilde dağıtılmış olduğu belirlendi. Hipokampal plastisite üzerindeki bu çalışma sadece ilgili bilim insanlarını değil, aynı zamanda dünya çapında kamu ve medyanın da ilgisini çekti.
Michael Merzenich, otuz yılı aşkın bir süredir nöroplastisitenin öncülerinden biri olan bir sinirbilimcidir. Alan konusunda yaptığı iddialardan "en iddialılarından bazıları- yapılan beyin egzersizlerinin, şizofreni kadar şiddetli hastalıkların tedavisinde bile ilaçlar kadar faydalı olabileceği - plastisitenin insanın ilk anlarından son anlarına kadar işlevini sürdürdüğü, ve bilişsel işlevlerdeki (nasıl öğrendiğimiz, düşündüğümüz, algıladığımız ve hatırlamadığımızla ilgili) köklü ilerlemelerin yaşlı insanlarda bile mümkün olduğu"dur. Merzenich'in çalışması, David Hubel ve Torsten Wiesel'in yavru kedilerle yaptıkları çalışmada elde ettikleri önemli bir keşiften etkilendi. Deneyde kedilerin bir gözü kapatılıyor ve kortikal beyin haritaları kaydediliyordu. Hubel ve Wiesel, beklendiğinin aksine, yavru kedilerin beyinlerindeki kapalı gözden sorumlu kısmın işlevsiz kalmadığını ve açık gözden gelen görsel bilgileri işlediğini gördüler. "... sanki beyin herhangi bir 'kortikal yer'i boşa harcamak istemiyordu ve kendini yeniden yapılandırmanın bir yolunu bulmuştu."
Bu, kritik evrede nöroplastisitenin gerçekleştiği anlamına geliyordu. Ancak Merzenich, nöroplastisitenin kritik evreden sonra da meydana gelebileceğini savundu. Yetişkinlerde plastisitenin meydana gelmesi ile ilk olarak, Clinton Woosley ile başladığı doktora sonrası bir çalışmada karşılaştı. Deney, bir periferik sinir kesildiğinde ve hemen sonrasında rejenere edildiğinde beyinde meydana gelen değişikliklerin gözlemlenmesini içeriyordu. İki bilim insanı, periferal bir siniri kesmeden ve uçlarını bir araya getirmeden önce ve sonra, maymunların beyinlerindeki elle ilgili olan kısmı mikro haritaya ekledi. Daha sonra, karmakarışık olmasını bekledikleri beyindeki el haritasının neredeyse normal olduğunu gördüler. Bu, önemli bir buluştu. Merzenich'ın iddiası şu şekildeydi; "Beyin haritası, anormal bir müdahaleden sonra yapısını normalleştirebiliyorsa, yaygın görüş olan değiştirilemez bir sistemle doğduğumuz gerçeği yanlış olmalı, çünkü beynin plastik olduğu anlaşılıyor." Merzenich 2016'da, "deneyim ve sinirsel aktivite sonucu beynin işlevinin yeniden yapılandırılmasına izin veren mekanizmaların keşfinden dolayı" nörobilim alanında Kavli Ödülü'nü aldı.
Nörobiyoloji
JT Wall ve J Xu, nöroplastisitenin altında yatan mekanizmaların izini sürdü. Yeniden düzenleme kortikal olarak ortaya çıkmaz, ancak işleme hiyerarşisinde her düzeyde gerçekleşir; bu, serebral kortekste gözlemlenen harita değişikliklerine sebep olur.
Türleri
Christopher Shaw ve Jill McEachern Nöroplastisite teorisine doğruda, nöroplastisite çalışmasında farklı çerçeveler ve sistemleri kaplayan her şey dahil bir teorinin olmadığını belirtiyorlar. Bununla birlikte, araştırmacılar nöroplastisiteyi sinir sisteminin yapısı ve işlevi ile ilgili uyarlanabilir değişiklikler yapma yeteneği olarak tanımlamaktadırlar. Buna bağlı olarak, iki tip nöroplastisite sıklıkla tartışılmaktadır: yapısal nöroplastisite ve fonksiyonel nöroplastisite.
Yapısal nöroplastisite
Yapısal plastisite genellikle beynin nöronal bağlantılarını değiştirme yetisi olarak anlaşılır. Yeni nöronlar sürekli olarak üretilir ve bu tip nöroplastisiteye bağlı olarak yaşam süresi boyunca merkezi sinir sistemine entegre edilir. Günümüzde araştırmacılar, insan beyninin yapısal değişikliklerini incelemek için çoklu kesitsel görüntüleme yöntemleri (yani manyetik rezonans görüntüleme (MRI), bilgisayarlı tomografi (BT)) kullanmaktadır. Bu tip nöroplastisite sıklıkla çeşitli iç veya dış uyaranların beynin anatomik olarak yeniden yapılanması üzerindeki etkisini inceler. Beyindeki gri madde oranındaki değişiklikler veya sinaptik kuvvet, yapısal nöroplastisite örnekleri olarak kabul edilir. Yapısal nöroplastisite şu anda mevcut akademide sinirbilim alanında daha fazla araştırılmaktadır.
İşlevsel nöroplastisite
İşlevsel plastisite, beynin nöronların fonksiyonel özelliklerini değiştirme ve uyarlama yetisini ifade eder. Değişiklikler hafıza elde etmek için önceki aktiviteye cevaben (aktiviteye bağlı plastisite ) veya patolojik bir olayı telafi etmek için nöronların bozulmasına veya hasarına yanıt olarak (reaktif plastisite ) meydana gelebilir. Sonraki durumda, davranışsal veya fizyolojik süreçlerin geri kazanımını üretme talebine bağlı olarak beynin bir kısmından beynin başka bir kısmına transfer olur. Aktiviteye bağlı plastisitenin fizyolojik formları ile ilgili olarak, sinapsları içerenlere sinaptik plastisite denir. Uzun süreli kuvvetlendirme (LTP) ve uzun süreli depresyon (LTD), bellekle ilişkili sinaptik plastisite örnekleri olarak kabul edilir. Son zamanlarda sinaptik plastisitenin, nöronların içsel uyarılabilirliğini içeren başka bir aktiviteye bağlı plastisite ile tamamlanabileceği daha açık hale gelmiştir ki bu, içsel plastisite olarak adlandırılmaktadır. Bu, homeostatik plastisitenin aksine, bir ağ içindeki bir nöronun genel aktivitesini korumak zorunda değildir, ancak anıların kodlanmasına katkıda bulunur. Çalışmalar, hokkabazlık, video oyunu oynama veya müzik eğitimi gibi farklı yaşam deneyimlerinin işlevsel plastisite ile ilişkili olduğunu göstermiştir.
Uygulamalar ve örnek
Yetişkin beyni, tamamen sabit nöronal devrelerle "kablolu" değildir. Nöronal devrelerin, eğitime ve yanı sıra yaralanmaya bağlı olarak kortikal ve subkortikal yeniden kablolanmasının birçok örneği vardır. Yetişkin, memeli beyninde nörogenezin (beyin hücrelerinin doğumunun) meydana geldiğine dair sağlam kanıtlar vardır ve bu değişiklikler yaşlılığa kadar devam edebilir. Nörogenez için kanıtlar esas olarak hipokampus ve koku alma soğancığı ile sınırlıdır, ancak mevcut araştırmalar beyincik de dahil olmak üzere beynin diğer bölümlerinin de dahil olabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, yeni nöronların yerleşik devrelere katılımı ile indüklenen yeniden kablolamanın derecesi bilinmemektedir ve bu yeniden kablolamanın işlevsel olarak fazla olması gerekebilir.
Serebral korteks de dahil olmak üzere birbiriyle ilişkili çok sayıda yapıyı içeren beynin sinaptik ağlarının aktif, deneyime bağlı olarak yeniden düzenlenmesi için şimdi bol miktarda kanıt var. Bu sürecin moleküler ve ultrayapısal seviyelerde nasıl gerçekleştiğinin spesifik detayları aktif sinirbilim araştırmalarının konusudur. Deneyimin beynin sinaptik organizasyonunu etkileme şekli, genel zihin teorisi ve Nöral Darwinizm de dahil olmak üzere bir dizi beyin fonksiyonu teorisinin temelini oluşturur. Nöroplastisite kavramı aynı zamanda Aplysia gibi omurgasız hayvan modellerinde klasik şartlandırma çalışmalarında sinaptik yapının ve fonksiyonun deneyim odaklı değişimiyle ilişkili bellek ve öğrenme teorilerinin merkezinde yer alır.
Beyin hasarının tedavisi
Nöroplastisitenin şaşırtıcı bir sonucu, belirli bir işlevle ilişkili beyin aktivitesinin, farklı bir yere aktarılabilmesidir; bu normal deneyimlerden kaynaklanabilir ve ayrıca beyin hasarının iyileşme sürecinde ortaya çıkar. Nöroplastisite, yaralanmanın fonksiyonel sonuçlarına rehabilitasyon yaklaşımları bağlamında edinilmiş beyin hasarının hedefe yönelik deneyimsel terapötik programlarla tedavisi için bilimsel temeli destekleyen temel konudur.
Nöroplastisite, en azından kısmen, inme sonrası fizik tedavi ile fonksiyonel sonuçlardaki gelişmeleri açıklayan bir teori olarak popülerlik kazanmaktadır. Değişim mekanizması olarak kortikal yeniden yapılanmayı öneren kanıtlarla desteklenen rehabilitasyon teknikleri arasında kısıtlamaya bağlı hareket terapisi, fonksiyonel elektriksel stimülasyon, vücut ağırlığı desteği ile koşu bandı eğitimi ve sanal gerçeklik terapisi bulunmaktadır. Robot destekli terapi, nöroplastisite yoluyla çalışması gerektiği varsayılan yeni bir tekniktir, ancak şu anda bu yöntemi kullanırken değişimin kesin mekanizmalarını belirlemek için yeterli kanıt yoktur.
Bir grup araştırmacı, beyin hasarı olan hastalarda artan progesteron enjeksiyon seviyelerini içeren bir tedavi geliştirdi. "Travmatik beyin hasarı (TBI) ve inme sonrası progesteron verilmesi ödem, inflamasyon ve nöronal hücre ölümünü azaltır ve mekansal referans belleği ve duyusal motor iyileşmesini artırır." Klinik bir çalışmada, ağır yaralanan bir grup hasta, üç günlük progesteron enjeksiyonundan sonra mortalitede %60'lık bir azalmaya sahipti. Bununla birlikte, 2014 yılında New England Tıp Dergisi'nde yayınlanan ve 882 hastanın çok merkezli NIH tarafından finanse edilen faz III klinik çalışmasının sonuçlarını detaylandıran bir çalışma, akut travmatik beyin hasarının progesteron hormonu ile tedavisinin plasebo ile karşılaştırıldığında hastalara anlamlı bir fayda sağlamadığını buldu.
Görme
Yıllar boyunca, araştırmacılar insanların erken çocukluk döneminde binoküler görme, özellikle stereopsi almak zorunda olduklarını ya da asla kazanamayacaklarını varsaydılar. Bununla birlikte, son yıllarda ambliyopi, yakınsama yetersizliği veya diğer stereo görme anomalileri olan kişilerde başarılı gelişmeler nöroplastisitenin başlıca örnekleri haline gelmiştir; binoküler görme gelişmeleri ve stereopsis iyileşmesi artık bilimsel ve klinik araştırmaların aktif alanlarıdır.
Beyin eğitimi
Beyin eğitimi, bilişsel eğitim tekniklerini ifade eder. Bazı şirketler şu anda beyin eğitici bilgisayar programları, özellikle internet veya bilgisayar tabanlı beyin eğitimi sunmaktadır.
Duyu protezleri
Nöroplastisite duyusal fonksiyonun gelişiminde rol oynar. Beyin olgunlaşmamış doğar ve doğumdan sonra duyusal girdilere uyum sağlar. İşitsel sistemde, konjenital işitme bozukluğunun (1000 yeni-doğandan 1'ini etkileyen doğuştan gelen oldukça sık bir durum), işitsel gelişimi etkilediği ve işitsel sistemi aktive eden duyu protezlerinin implantasyonunun, işitsel sistemin eksikliklerini engellediği ve fonksiyonel olgunlaşmayı uyardığı gösterilmiştir. Plastisite için hassas bir dönem olması nedeniyle, yaşamın ilk 2-4 yılında bu tür bir müdahale için de hassas bir dönem vardır. Sonuç olarak, konuşma öncesi sağır çocuklarda, erken koklear implantasyon, kural olarak, çocukların ana dilini öğrenmelerine ve akustik iletişim kazanmalarına izin verir.
Fantom uzuvlar
Fantom uzuv hissi fenomeninde, bir kişi vücudunun kesilmiş bir kısmında ağrı veya his hissetmeye devam eder. Bu, ampute'lerin% 60-80'inde meydana gelen garip bir şekilde yaygındır. Bunun için bir açıklama, nöroplastisite kavramına dayanmaktadır, çünkü çıkarılan ekstremitelerin kortikal haritalarının, postcentral girusta çevrelerindeki alanla meşgul olduğuna inanılmaktadır. Bu, korteksin çevresindeki alandaki aktivitenin, önceden kesilmiş uzuvdan sorumlu olan korteks bölgesi tarafından yanlış yorumlanmasına neden olur.
Fantom uzuv hissi ve nöroplastisite arasındaki ilişki karmaşıktır. 1990'ların başında VS Ramachandran, fantom uzuvların kortikal yeniden eşleşmenin sonucu olduğunu teorize etti. Bununla birlikte, 1995 yılında Herta Flor ve meslektaşları kortikal yeniden eşlemenin sadece fantom ağrısı olan hastalarda olduğunu gösterdi. Araştırmaları, fantom ekstremite ağrısının (belirtilen duyumlardan ziyade) kortikal yeniden yapılanmanın algısal korelasyonu olduğunu gösterdi. Bu fenomen bazen uyumsuz plastisite olarak adlandırılır.
2009'da Lorimer Moseley ve Peter Brugger, kol ampute bireylerini hayali uzuvlarını imkansız yapılandırmalara dönüştürmek için görsel görüntüler kullanmaya teşvik ettikleri dikkate değer bir deney gerçekleştirdiler. Yedi özneden dördü fantom uzvun imkansız hareketlerini gerçekleştirmeyi başardı. Bu deney, deneklerin hayali uzuvlarının nöral temsilini değiştirdiğini ve vücuttan geri bildirim yokken imkansız hareketleri gerçekleştirmek için gerekli motor komutlarını ürettiğini göstermektedir. Yazarlar, Aslında, bu bulgu beynin plastisitesi hakkındaki anlayışımızı genişletmektedir, çünkü vücudun zihinsel temsilindeki derin değişikliklerin sadece iç beyin mekanizmaları tarafından indüklenebileceğinin kanıtıdır - beyin gerçekten kendini değiştirir.
Kronik ağrı
Kronik ağrıdan muzdarip kişiler, daha önce yaralanmış olabilecek, ancak şu anda sağlıklı olan bölgelerde uzun süreli ağrı yaşamaktadır. Bu fenomen, hem periferik hem de merkezi olarak sinir sisteminin uyumsuz bir şekilde yeniden düzenlenmesi nedeniyle nöroplastisite ile ilgilidir. Doku hasarı döneminde, zararlı uyaranlar ve iltihaplanma, periferden merkezi sinir sistemine nosiseptif girdinin yükselmesine neden olur. Çevresinden uzun süreli nosisepsiyon daha sonra ağrılı bölge için somatotopik organizasyonunu değiştirmek ve merkezi duyarlılaşmaya neden olmak için kortikal düzeyde nöroplastik bir tepki ortaya çıkarır. Örneğin, karmaşık bölgesel ağrı sendromu yaşayan bireyler, elin ağızda kontralateral olarak azalmış kortikal somatotopik temsili ve ayrıca el ve ağız arasında azalmış bir boşluk gösterirler. Ek olarak, kronik ağrının beyindeki gri madde hacmini küresel olarak ve daha spesifik olarak prefrontal korteks ve sağ talamusta önemli ölçüde azalttığı bildirilmiştir. Bununla birlikte, tedaviyi takiben, kortikal reorganizasyon ve gri cevher hacmindeki bu anormallikler ve semptomları giderilir. Fantom ekstremite ağrısı, kronik bel ağrısı ve karpal tünel sendromu için benzer sonuçlar bildirilmiştir.
Meditasyon
Bazı çalışmalar meditasyon yapmayı gri maddenin kortikal kalınlığı veya yoğunluğundaki farklılıklarla ilişkilendirilmiştir. Bu ilişkilendirmeyi gösteren ve en iyi bilinen çalışmalardan biri, 2000 yılında Harvard Üniversitesinden Sara Lazar tarafından yönetildi. Wisconsin Üniversitesi'nden bir sinir bilimci olan Richard Davidson, Dalai Lama ile işbirliği yaparak meditasyonun beyindeki etkileri konusunda deneyler yaptı. Elde ettiği sonuçlar, uzun süreli veya kısa süreli meditasyon uygulamasının, dikkat, kaygı, depresyon, korku, öfke ve vücudun kendini iyileştirme yeteneği gibi niteliklerle ilişkili beyin bölgelerinde farklı aktivite düzeyleriyle sonuçlandığını göstermektedir. Bu fonksiyonel değişikliklere beynin fiziksel yapısında değişikliklere neden olmuş olabilir.
Fitness ve egzersiz
Aerobik egzersiz, beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF), insülin benzeri büyüme faktörü 1 (IGF-1) ve vasküler endotelyal büyümefaktörü (VEGF) gibi nörotrofik faktörlerin (nöronların büyümesini veya hayatta kalmasını destekleyen bileşikler) üretimini artırarak yetişkin nörojenezini teşvik eder. Hipokampüste egzersize bağlı oluşan nörojenez, uzamsal bellekte ölçülebilir gelişmelerle ilişkilidir. Birkaç aylık bir süre boyunca sürekli aerobik egzersiz yürütme fonksiyonunda (yani, davranışın bilişsel kontrolünde ) klinik olarak önemli gelişmelere ve özellikle de bilişsel kontrolle ilişkilendirilmiş birçok beyin bölgesinde gri madde hacminde artışa neden olur. Aerobik egzersize yanıt olarak gri madde hacminde en büyük gelişmeleri gösteren beyin yapıları prefrontal korteks ve hipokampus ; Ön singulat korteks, paryetal korteks, serebellum, kaudat nükleus ve nükleus akümülatlarında orta derecede iyileşmeler görülür. Daha yüksek fiziksel olarak formda olma skorları ([[VO2 max]] ile ölçülür) daha iyi yürütme fonksiyonu, daha çabuk işlem hızı ve daha büyük hacimde hipokampus, kaudat çekirdeği ve çekirdek akümülatörleri ile ilişkilidir.
İnsan ekolokasyonu
İnsan ekolokasyonu, insanların çevrelerini yankılardan algılamaları için öğrenilmiş bir beceridir. Bu yetenek bazı kör insanlar tarafından etrafta yönlerini bulmak ve çevresini ayrıntılı olarak algılamak için kullanılır. 2010 ve 2011 yıllarında fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme tekniklerini kullanan çalışmalar, beynin görsel işleme ile ilişkili bölümlerinin kendilerini yeni ekolokasyon becerisine uyarlandığını göstermiştir. Örneğin kör hastalarla yapılan çalışmalar, bu hastalar tarafından duyulan tıklama yankılarının, seçmelere değil görmeye ayrılmış beyin bölgeleri tarafından işlendiğini göstermektedir.
DEHB uyarıcıları
DEHB olan bireyler hakkındaki MRI çalışmaları üzerine yazılan incelemelerde dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğunun (DEHB) amfetamin veya metilfenidat gibi uyarıcılarla uzun süreli tedavisinin, DEHB olan kişilerde bulunan beyin yapısında ve fonksiyonundaki anormallikleri azalttığını ve beynin farklı bölümlerinde işlevini iyileştirdiğini göstermektedir, örneğin; bazal gangliyonun sağ kauda çekirdeği.
Çocuklarda
Nöroplastisite normal insan gelişmesinin bir parçası olarak en çok çocukluk döneminde aktiftir ve aynı zamanda risk ve dayanıklılık açısından çocuklar için özellikle önemli bir mekanizma olarak görülebilir. Travmanın beynin birçok bölgesini olumsuz etkilediği ve sempatik sinir sistemini sürekli aktivasyona zorladığı için büyük bir risk olarak kabul edilir. Travma beynin bağlantılarını, travma yaşayan çocukların aşırı uyanık veya aşırı uyarılmış olabilecekleri şekilde değiştirir. Lakin, bir çocuğun beyni nöroplastisite eylemleriyle bu olumsuz etkilerle başa çıkabilir.
İnsan gelişiminde nöroplastisitenin birçok örneği vardır. Justine Ker ve Stephen Nelson tarafından yazılan bir makalede müzik eğitiminin nöroplastisite üzerindeki etkileri incelenmiştir. Müzik eğitimi, deneyime bağlı bir plastisite şeklidir. Bu, beyindeki değişikliklerin bireye özgü deneyimlere dayanarak meydana gelmesidir. Bunun örnekleri birden fazla dil öğrenmek, spor yapmak, tiyatro yapmak vb. Hyde tarafından 2009 yılında yapılan bir araştırma, 15 ay gibi kısa bir sürede bile müzik eğitimi alındığında çocukların beynindeki değişikliklerin gözlemlenebildiğini gösterdi. Ker ve Nelson, çocukların beynindeki bu plastisite derecesinin "çocuklar için gelişimsel bozukluklar ve nörolojik hastalıklar ile bir tür müdahale sağlamaya yardımcı olabileceğini" ileri sürüyor.
Hayvanlarda
Tek bir yaşamda, bir hayvan türünün bireyleri beyin morfolojisinde çeşitli değişikliklerle karşılaşabilir. Bu farklılıkların çoğuna beyindeki hormonların salınması neden olur; diğerleri ise evrimsel faktörlerin veya gelişimsel sürecin ürünüdür. Yanıt davranışlarını geliştirmek veya üretmek için türlerde dönemsel olarak bazı değişiklikler meydana gelir.
Dönemsel Beyin Değişiklikleri
Beyin davranışını ve morfolojisini diğer dönemsel davranışlara uyacak şekilde değiştirmek hayvanlarda nispeten yaygındır. Bu değişiklikler üreme mevsiminde çiftleşme şansını artırabilir. Dönemsel beyin morfolojisi değişikliğinin örnekleri birçok sınıf ve tür içinde bulunabilir.
Aves sınıfında, siyah şapkalı bülbüllerin sonbahar aylarında hipokampüslerinin hacminde bir artış ve hipokampusteki sinirsel bağlantıların gücülendiği görülür. Hipokampusteki mekansal hafıza ile ilgili olan bu morfolojik değişiklikler, kemirgenlerde ve amfibilerde de görülebildiği için kuşlar ile sınırlı değildir. Ötücü kuşlarda, beyindeki birçok şarkı kontrol çekirdeği çiftleşme mevsiminde boyut olarak artar. Kuşlar arasında, beyin morfolojisindeki değişikliklerle şarkı modellerinin, frekansının ve ses seviyesinin etkilenmesi yaygındır. Gonadotropin salgılatıcı hormon (GnRH) immünoreaktivitesi veya hormon alımı, gün boyunca daha uzun süre ışık alan Avrupa sığırcıklarında azalır.
Bir gastropod olan California deniz tavşanı, beyindeki inhibitörlerin etkinliğinin artması nedeniyle çiftleşme mevsimi dışında yumurta bırakan hormonların daha başarılı bir şekilde inhibisyonuna sahiptir. İnhibitör doğasındaki değişiklikler ile ilgili beynin bölgeleri insanlarda ve diğer memelilerde de bulunabilir. Amfibi Bufo japonicus'ta, amigdalanın bir kısmı üreme öncesinde ve hazırda bekletme sırasında üreme sonrası olduğundan daha büyüktür.
Dönemsel beyin varyasyonu birçok memelide görülür. Dişi koyunlarda hipotalamusunun bir kısmı üreme mevsiminde yılın diğer zamanlarına göre GnRH'ye daha açık olması yaygındır. İnsanlar, bu kısımların daha büyük olduğu sonbaharda "hipotalamik suprachiasmatik çekirdeğin ve içindeki vazopressin -immunoreaktif nöronlarının boyutunda" bir değişiklik yaşarlar. İlkbaharda, her ikisi de boyut olarak küçülür.
Travmatik Beyin Hasarı Araştırması
Randy Nudo grubu, bir maymunun motor korteksinin bir kısmına kan akışının engellenmesi ile küçük bir inme (enfarktüs) indüklenirse, vücudun hasarlı beyin alanına uyarıldığında ona bitişik alanlarda hareketle tepki veren kısmının hareket ettiğini bulmuştur. . Bir çalışmada, dokuz normal maymunda intrakortikal mikrostimülasyon (ICMS) haritalama teknikleri kullanılmıştır. Bazılarına iskemik enfarktüs prosedürleri, diğerlerine ise ICMS prosedürleri uygulandı. İskemik enfarktüslü maymunlar yiyecek alımı sırasında daha fazla parmak fleksiyonu sürdürdü ve birkaç ay sonra bu açık preoperatif seviyelere döndü. Distal ön ayak temsili ile ilgili olarak, "enfarktüs sonrası haritalama prosedürleri, hareket temsillerinin bitişik, hasarsız korteks boyunca yeniden organize edildiğini ortaya koydu." Hasarlı ve hasarsız alanlar arasındaki etkileşimin anlaşılması, inmeli hastalarda daha iyi tedavi planları için bir temel sağlar. Mevcut araştırma, bir inme sonucu serebral korteksin motor bölgelerinde meydana gelen değişikliklerin izlenmesini içerir. Böylece, beynin yeniden yapılanma sürecinde meydana gelen olaylar tespit edilebilir. Nudo ayrıca fizyoterapi, farmakoterapi ve elektriksel stimülasyon terapisi gibi inmelerden iyileşmeyi artırabilecek tedavi planlarını incelemede de yer almaktadır.
Vanderbilt Üniversitesi'nde profesör olan Jon Kaas, "talamusun somatosensoryal alanı 3b ve ventroposterior (VP) çekirdeğinin makak maymunlarındaki servikal seviyelerde uzun süredir tek taraflı dorsal-kolon lezyonlarından nasıl etkilendiğini" gösterebildi. Yetişkin beyinler yaralanma sonucu değişme yeteneğine sahiptir, ancak yeniden yapılanmanın kapsamı yaralanmanın boyutuna bağlıdır. Son araştırması, birçok duyu kullanarak vücut algısı ve hareketlerinin hissini içeren somatosensoriyel sisteme odaklanıyor. Genellikle, somatosensoriyel korteksin hasarı, vücut algısının bozulmasına neden olur. Kaas'ın araştırma projesi, bu sistemlerin (somatosensoriyel, bilişsel, motor sistemleri) yaralanmadan kaynaklanan plastik değişikliklere nasıl tepki verdiğine odaklanmaktadır.
Nöroplastisite ile ilgili yeni bir çalışma, Emory Üniversitesi'nde bir takım doktorlar ve araştırmacılardan oluşan ekip, özellikle Dr. Donald Stein ve Dr. David Wright, ile yapılan çalışmaları içermektedir. Bu, 40 yıldaki travmatik beyin yaralanmalarının tedavisinde önemli sonuçları olan ilk tedavi olup aynı zamanda bilinen hiçbir yan etki yaratmaz ve uygulanması ucuzdur. Dr. Stein, dişi farelerin beyin yaralanmalarından erkek farelerden daha iyi iyileştiğini ve östrus döngüsünün belirli noktalarında dişilerin daha da iyi iyileştiğini fark etti. Bu fark, farklı progesteron seviyelerine atfedilebilir, daha yüksek progesteron seviyeleri, farelerde beyin hasarından daha hızlı iyileşmeye yol açar. Bununla birlikte, klinik çalışmalar progesteronun travmatik beyin hasarı insan hastaları için önemli bir fayda sağlamadığını göstermiştir.
Yaşlanma
26 ila 106 yaş arasındaki kişilerin frontal korteksinin transkripsiyonel profili, 40 yaşından sonra ve özellikle 70 yaşından sonra dışa-vurum azaltılmış bir dizi gen tanımlamıştır. Sinaptik plastisitede merkezi rol oynayan genler, yaştan en önemli şekilde etkilenmişti ve genellikle zaman içinde azalmış dışa-vurum gösterdi. Yaşlanan gen promotörlerinde kortikal DNA hasarı, muhtemelen oksidatif DNA hasarı da belirgin bir artış gösterdi.
Reaktif oksijen türlerinin sinaptik plastisite ve bilişsel işlevin düzenlenmesinde önemli bir rolü olduğu görülmektedir. Buna rağmen, reaktif oksijen türlerindeki yaşa bağlı artışlar da bu işlevlerde bozulmalara neden olmuş olabilir.
Çok dillilik
Çok-dilliliğin insanların davranışları ve bilişleri üzerindeki olumlu etkisi günümüzde iyi bilinmektedir. Çok sayıda çalışma, birden fazla dili çalışan kişilerin, yalnızca bir dili konuşan insanlardan daha iyi bilişsel işlevlere ve esnekliklere sahip olduğunu göstermiştir. İki dilli kişilerin, tek dilli olanlardan daha uzun dikkat sürelerine, daha güçlü organizasyon ve analiz becerilerine ve daha iyi bir zihin teorisine sahip oldukları bulunmuştur. Araştırmacılar, çok dilliliğin daha iyi bilişsellik üzerindeki etkisinin nöroplastisiteye bağlı olduğunu bulmuşlardır.
Önde gelen bir çalışmada, nörologlar sağlıklı tek dilli ve iki dilli kişilerde beynin yapısal plastisitesini görselleştirmek için voksel bazlı bir morfometri (VBM) yöntemi kullandılar. İlk önce iki grup arasındaki gri ve beyaz madde yoğunluğundaki farklılıkları araştırdılar ve beyin yapısı ile dil edinme yaşı arasındaki ilişkiyi buldular. Sonuçlar, çok dilli bireyler için alt parietal kortekste gri madde yoğunluğunun, tek dilli bireylerden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermiştir. Araştırmacılar ayrıca erken yaşta iki dilli olanların aynı bölgedeki daha geç iki dilli olanlara göre daha fazla gri madde yoğunluğuna sahip olduğunu keşfettiler. Alt parietal korteks, dil öğrenimi ile yüksek oranda ilişkili olan ve çalışmanın VBM sonucuna karşılık gelen bir beyin bölgesidir.
Son çalışmalar, birden fazla dil öğrenmenin sadece beyni yeniden yapılandırmakla kalmayıp, beynin plastisite kapasitesini de artırdığını bulmuştur. Son zamanlarda yapılan bir araştırma, çok-dilliliğin sadece gri maddeyi değil, beynin beyaz maddesini de etkilediğini buldu. Beyaz madde, öğrenme ve iletişim ile büyük ölçüde ilişkili olan miyelinli aksonlardan oluşur. Nörolinguistler, tek dili ve iki dili bilen insanların beyaz madde yoğunluğunu belirlemek için bir difüzyon tensör görüntüleme (DTI) tarama yöntemi kullandılar. Her iki dili günlük yaşamda aktif olarak kullanan iki dilli bireylerde beyaz madde yollarında artan miyelinasyonlar bulundu. Birden fazla dil kullanma talebi, beyin ve gri madde içinde daha verimli bağlantı gerektirir ve bu da çok dilli kişiler için daha fazla beyaz madde yoğunluğu ile sonuçlanır.
Beyindeki bu değişikliklerin genetik eğilimden mi yoksa çevresel taleplerden mi kaynaklandığı hala tartışılsa da, birçok kanıt erken çok dilli bireylerin çevresel, sosyal deneyimin beyinde yapısal ve işlevsel yeniden yapılanmayı etkilediğini göstermektedir.