Понятие нейропластичности

Нейропластичность — способность нейронов и нейронных сетей изменять свои связи и поведение в ответ на новую информацию, сенсорную стимуляцию, развитие, повреждение или дисфункцию. Нейропластичность — сложное фундаментальное свойство ЦНС. Для медицины представление о нейропластичности важно для понимания возможности регенерации нервной ткани в головном и спинном мозге взрослого организма, где популяция нейронов, за редким исключением, характеризуется стабильностью.

Нейропластичность относится к структурным и функциональным изменениям в мозге, которые происходят в результате нового опыта. Благодаря нейропластичности мозг может реорганизовать себя после повреждения. Нейропластичность в основном проявляется посредством создания новых связей между нейронами.

Хотя функции нейронов в сетях кажутся жестко закрепленными в ЦНС, тем не менее, нейронные сети, отвечая за определенную функцию, сохраняют способность к реорганизации.

Быстрые изменения или реорганизация нейронных сетей в мозге могут происходить в самых разных формах и в разных условиях. Другие формы нейропластичности действуют по тому же механизму, но при других обстоятельствах и иногда лишь в ограниченной степени. Эти обстоятельства включают изменения в организме, такие как потеря конечности или органа чувств, которые впоследствии изменяют баланс сенсорной активности, воспринимаемой мозгом. Кроме того, нейропластичность используется мозгом во время усиления потока сенсорной информации посредством опыта, например, при обучении и памяти, а также после фактического физического повреждения мозга (например, вызванного инсультом), когда мозг пытается компенсировать утраченную активность.

Нейропластичность — способность мозга формировать и реорганизовывать синаптические связи, особенно в ответ на обучение или опыт.

 

Формы нейропластичности

·       пластичность в нейрогенезе

·       адаптивная пластичность

·       структурная нейропластичность

 

Пластичность в ходе нейрогенеза

Это фундаментальное свойство наиболее активно протекающего процесса формирования структуры мозга (нейронных сетей).

 

Адаптивная пластичность

Пластичность развития возникает, когда нейроны молодого мозга быстро формируют отростки и образуют синапсы. Затем, когда мозг начинает обрабатывать сенсорную информацию, активность одних синапсов возрастает, а других ослабевает. В конце концов, некоторые неиспользуемые синапсы полностью удаляются — процесс, известный как синаптическая обрезка (прунинг), в результате которого остаются постоянно и эффективно функционирующие нейронные сети.

Адаптивная пластичность включает в себя способность усваивать новую информацию или навыки. Адаптивная пластичность обычно повышена у молодых людей. Снижение пластичности может возникнуть в результате травмы или генетических дефектов, которые нарушают фундаментальные процессы, обеспечивающие пластичность.

Адаптивная пластичность — это тип нейропластичности, на который мы можем влиять; все начинается с многократного выполнения действия, пока оно не станет устойчивым.

·       синаптический прунинг. Нейронные связи, которые больше не работают должным образом или используются реже, угасают. При этом появляются новые связи, в которых задействованы нейроны с высокой активностью. Наша способность изучать новое и запоминать факты или приобретать навыки во многом зависит от синаптического прунинга. Например, чтобы иметь более активные нейронные связи для выполнения удара по мячу, мы должны практиковать этот навык как можно чаще, чтобы нейроны, участвующие в путях, связанных с навыком удара по мячу, оставались активными.

 

Структурная нейропластичность

·       Гибель интернейронов и включение в нейронную сеть других интернейронов, исходно не выполнявших функцию первых.

·       Синаптическая пластичность — способность синапсов усиливать или ослаблять передачу сигналов с течением времени в ответ на увеличение или уменьшение их активности. Этот механизм считается основным, с помощью которого реализуется феномен памяти и обучения.

·       Пластичность дендритных шипиков — фундаментальный механизм, характерный для ЦНС. Он лежит в основе синаптической потенциации и является ключевым для формирования памяти, обучения и когнитивных способностей, для нормального функционирования мозга. Пластичность дендритных шипиков может проявляться через следующие изменения:

o   перестройка структуры уже существующих синапсов. Например, увеличение или уменьшение размеров шипиков

o   появление новых синаптических контактов, что обусловлено формированием новых дендритных шипиков вследствие стимуляции синаптической пластичности. Не столько сами дендриты, сколько шипики являются элементарными единицами хранения памяти. Они непрерывно и спонтанно формируются в мозге, перемещаясь, вырастая и исчезая в короткие промежутки времени.

Дендритные шипики опосредуют структурную синаптическую пластичность, а нарушения в шипиках могут приводить к синаптической дисфункции и психическим заболеваниям. Таким образом, пластичность дендритных шипиков имеет прямое отношение к развитию, созреванию, старению и психическим расстройствам.

·       Рост аксонов — обязательный процесс, предшествующий образованию новых связей.

·       Спраутинг (ветвление) аксонов  —отрастание от тел нейронов новых дендритов и аксонов. Этот процесс является формой нейропластичности, которая позволяет мозгу компенсировать утраченные функции за счёт формирования новых связей между нейронами.

o   Различают два вида спраутинга:

§  коллатеральный. Ветвление аксонов в области узловых перехватов (Ранвье), в нескольких сотнях микрометров от немиелинизированного участка.

§  терминальный (регенераторный). Ветвление или удлинение концевого участка аксона.

Спраутинг может наблюдаться в различные сроки после повреждения нервной системы, однако наиболее активно протекает в раннем нейрогенезе.

 

Роль глии в нейропластичности

·       Глия влияет на образование синапсов. Она помогает мозгу определять, какие нервные связи усиливаются или ослабевают с течением времени. Эти изменения связаны с процессами обучения и долговременной памяти.

·       Глия способна изменять нейронные сигналы на уровне синаптических контактов между нейронами.

·       Глия участвует в восстановлении повреждённых нервных волокон.

·       Глиальные клетки взаимодействуют с нейронами и между собой посредством физического контакта и за счет выделения сигнальных молекул.

 

Функциональная нейропластичность (на уровне всего мозга, поведенческих реакций, высшей нервной деятельности).

 

Нейрорегенерация: основные понятия и общие принципы

Нейропластичность — окно возможностей для нейрорегенерации.

Нейроны — стабильная клеточная популяция.

Глия — обновляющиеся клеточные популяции

 

Нейрорегенерация: основные цели

Поддержание выживания нейронов = нейропротекция

Удлинение отростков нейронов (аксонов и дендритов)

Ремиелинизация

Восстановление специфических нервных связей (синапсов) с иннервируемой тканью-мишенью)

 

Концепция нейропротекции

Нейротрофические факторы контролируют:

·       морфогенетические процессы в нейрогенезе (физиологическая гибель нейронов, рост аксонов и др.)

·       дифференцированное состояние нейронов и устойчивость нервных связей

·       посттравматическое выживание нейронов, регенерацию отростков и восстановление нервных связей

Семейства нейротрофических факторов:

·       нейротрофинов

·       глиального нейротрофического фактора

·       нейропоэтических цитокинов

·       отдельные факторы

 

Регенерация в периферической и ЦНС, сравнительная характеристика

Лимитирующие факторы регенерации в ЦНС:

·       отсутствие адекватной трофической поддержки для выживания и роста аксонов

·       исчезновение врожденной способности к росту аксонов, проявляющейся в нейрогенезе

·       образование глиального рубца — физического барьера и источника тормозящих рост химических факторов

·       эффект ингибиторов роста аксонов

 

Ингибиторы роста аксонов в миелине:

·       миелин-ассоциированный гликопротеин (MAG)

·       миелин-специфический белок 1 (MSP1)

·       Nogo A — мощный ингибитор регенерации аксонов ЦНС, вырабатываемый олигодендроцитами

 

Ингибиторы роста аксонов в тканевом матриксе ЦНС

·       хондроитинсульфат протеогликаны

 

Терапевтические стратегии увеличения нейропластичности и стимулирования нейрорегенерации

·       генная терапия (доставка терапевтических генов)

·       клеточная терапия (стволовые клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, репрограммирование клеток)

·       клеточно-опосредованная генная терапия

·       нанотехнологии доставки биоактивных молекул

·       реконструирование внеклеточного матрикса (комбинация тканеинженерного матрикса и стволовых клеток)

·       электростимуляция.