Neuroplastyczność – podstawowe mechanizmy

Zjawisko neuroplastyczności pojawiło się w świadomości uczonych ok. 50 lat temu. Obecnie jest ono uważane za podstawową cechę mózgu. Definiujemy je jako trwałą zmianę odpowiedzi neuronów wywołaną bodźcami ze środowiska. Na poziomie komórkowym głównym mechanizmem zmiany siły synapsy jest plastyczność synaptyczna. Działa ona według reguły Hebba, czyli jednoczesnej aktywacji neuronu pre- i postsynaptycznego. Jej przejawami są zjawiska długotrwałego wzmocnienia synaptycznego i długotrwałego osłabienia synaptycznego. Plastyczność synaptyczna prowadzi do zmian struktury synaps i kolców dendrytycznych, synaptogenezy i do modyfikacji aksonów. Dodatkową formą plastyczności jest plastyczność homeostatyczna, działająca nieco mniej specyficznie i regulująca reaktywność neuronu w sytuacji intensywnego pobudzenia neuronu lub znacznego wyciszenia jego aktywności. Na poziomie makroskopowym neuroplastyczność modyfikuje funkcjonalne połączenia neuronów, wzmacniając drogi o silnej i skorelowanej aktywności. W rozwijającym się mózgu neuroplastyczność pozwala na dostosowanie zmian rozwojowych do bodźców płynących ze środowiska i na uczenie się. W dorosłym mózgu zmiany neuroplastyczne są podstawą uczenia się i pamięci, tzn. powstawania nowych obwodów neuronalnych służących śladowi pamięciowemu. Są też zaangażowane w zmiany obszarów reprezentacji czuciowych i ruchowych mózgu, które powstają w wyniku intensywnej aktywności lub uszkodzenia nerwów. Neuroplastyczność jest podstawą naprawy mózgu po udarze i poprzez koordynację aktywności słabych połączeń, bocznicowanie aksonów i synaptogenezę może doprowadzić do odzyskania funkcji ruchowych, czuciowych i poznawczych.

Neuroplasticity, a concept recognised about 50 years ago, is now considered the core mechanism of brain function. Neuroplasticity is defined as a durable change in the way neurons respond to a stimulus. At the cellular level, synaptic plasticity is the leading mechanism of modification of synaptic strength, operating via long-term potentiation and long-term depression. It operates according to Hebb’s principle of simultaneous activation of pre- and postsynaptic neurons. Synaptic plasticity leads to structural changes of synapses, dendritic spines, and axonal modifications. An additional form of plasticity, homeostatic plasticity, changes neuronal reactivity in a less specific way, in response to intensive input or input elimination. On a macroscopic level, neuroplasticity modifies neural pathways, strengthening those with strong and correlated activity. In a developing brain, neuroplasticity serves developmental adjustments triggered by external stimuli and allows learning. In an adult brain, neuroplastic changes are the basis of learning and memory, i.e. formation of new neuronal circuits dedicated to the memory engram. Such changes also underlie modifications of sensory and motor representations by activity or by denervation. Neuroplasticity in brain repair after stroke acts via coordination of activation of weak connections, axonal sprouting, and synaptogenesis, which can result in functional recovery of lost abilities – motor, sensory, and cognitive.