Plastyczny mózg myszoskoczków

Plastyczny mózg myszoskoczków

Uszkodzenia mózgu najczęściej wiążą się ze znacznym upośledzeniem różnych funkcji umysłowych. Słynny jest przypadek Phineasa Gage'a, który w trakcie robót doznał poważnego urazu mózgu, na skutek którego jego zachowanie zmieniło się o sto osiemdziesiąt stopni - z grzecznego i kulturalnego, spokojnego człowieka stał się opryskliwy i nieodpowiedzialny. Równie znany jest przypadek pacjenta HM, którego poddano operacji usunięciu hipokampa. Miała ona wyleczyć go z epilepsji, skutek jej jednak był tragiczny - HM utracił możliwość zapamiętywania nowych informacji, przez co został skazany na życie w wiecznej teraźniejszości

Nie zawsze jednak tak się dzieje. Zdarzają się przypadki, w których mózg jest w stanie skompensować uraz - opisuje się m.in. pacjentów, którzy z jakichś przyczyn urodzili się tylko z jedną półkulą. Mimo tak ogromnego braku potrafią funkcjonować względnie normalnie. Jeszcze bardziej zaskakujący był przypadek człowieka, który na skutek wodogłowia utracił większą część kory mózgowej, a mimo to pracował jako urzędnik i dorobił się dwójki dzieci.
To, na ile człowiek jest w stanie odzyskać sprawność po urazie mózgu zależy od wielu czynników - wieku, w jakim do niego doszło, rozległości uszkodzenia czy miejsca uszkodzenia. Jedne obszary mogą łatwo zostać skompensowane przez rejony leżące w przeciwległej półkuli, inne - które cechują się lateralizacją - niekoniecznie.

Ciekawym przypadkiem są uszkodzenia kory słuchowej. Uraz tego obszaru w obydwu półkulach prowadzi do tzw. głuchoty korowej. W zaburzeniu tym mózg pacjenta przetwarza bodźce dźwiękowe (co można stwierdzić badając odpowiedzi słuchowe neuronów w rdzeniu), ale nie docierają one do świadomości. Osoba taka może zatem reagować na różne dźwięki, choć nie jest świadoma, że je usłyszała. Co istotne, uszkodzenie kory słuchowej następuje najczęściej w jednej, a następnie w drugiej półkuli na skutek np. dwóch udarów mózgu. Dopiero drugi udar staje się przyczyną głuchoty korowej.

Kora słuchowa jest niezbędna do przetwarzania złożonych aspektów sygnału dźwiękowego, takich jak np. modulacje amplitudy dźwięku (czyli, potocznie mówiąc, szybkie zmiany w głośności). Badania nad myszoskoczkami pokazały, że obustronne usunięcie kory słuchowej uniemożliwia zwierzętom odróżnianie dźwięków o różnej modulacji. jednostronna lezja (uszkodzenie) tego rejonu może mieć zaś różny skutek i nie zawsze prowadzi do upośledzenia funkcji słuchowych - badacze uważają, że ma to związek z procesami kompensacyjnymi.

Aby sprawdzić mechanizm tej zaskakującej plastyczności i, być może, przyczynić się do lepszego zrozumienia możliwej kompensacji między półkulami także w przypadku głuchoty korowej u ludzi, badacze z University of Erlangen-Nürnberg w Niemczech przeprowadzili interesujący eksperyment na myszoskoczkach. - jego celem było sprawdzenie, jak najpierw jednostronne, a następnie dwustronne usunięcie kory słuchowej wpływa na zdolność rozróżniania dźwięków o różnej modulacji amplitudy.
Zwierzęta przeszły najpierw trening. Były uczone reagowania na dźwięki o różnej modulacji amplitudy. Gdy puszczano jeden wariant dźwięku, zwierzęta otrzymywały awersyjny szok elektryczny w stopę; przy dźwięku o innej modulacji zaś nic się nie działo. Po pewnym czasie uczyły się tego i słysząc odpowiedni dźwięk musiały przeskoczyć przez przegródkę, aby uniknąć szoku.
Zdolność rozróżniania dźwięków mierzono ich reakcją - trafienie (hit) oznaczało, że zwierze przeskoczyło przez przegródkę słysząc właściwy dźwięk, fałszywy alarm zaś - że zareagowało "niepotrzebnie" na dźwięk, który nie był powiązany z szokiem elektrycznym. Dużo trafień i mało fałszywych alarmów oznaczało, że zwierzę rozróżnia dźwięki poprawnie.

Po 15 dniach takiego treningu myszoskoczki poddawano lezji - usuwano im korę słuchową lewej bądź prawej półkuli; jako próba kontrolna posłużyły myszoskoczki, które poddano operacji bez dokonywania lezji. Po pierwszej operacji zwierzęta były poddane kolejnym 15 dniom treningu; wtedy usuwano im korę słuchową z drugiej półkuli. Potem następowała ostatnia sesja treningu.
Zgodnie z przewidywaniami, operacja nie miała wpływu na potencjały słuchowe rejestrowane w rdzeniu - kora słuchowa znajduje się wyżej w hierarchii przetwarzania, jej lezje nie powinny zatem upośledzać percepcji bodźca na niższych poziomach.

Co jednak zaskakujące, zarówno zwierzęta z grupy kontrolnej, jak i te, którym usunięto korę słuchową najpierw w lewej, a potem w prawej półkuli, nie wykazały żadnych istotnych statystycznie zmian w zdolności rozróżniania dźwięków ani po pierwszej, ani po drugiej operacji. U osobników, którym usunięto najpierw prawą, a potem lewą korę słuchową zaś zaobserwowano pogorszenie po drugiej lezji; było ono jednak bardzo niewielkie.
Co ciekawe, zwierzęta z obydwu grup oddanych lezji wykazywały jednak po drugiej operacji zwiększoną liczbę fałszywych alarmów w porównaniu z grupą kontrolną. Efekt ten jednak był w dużej części kompensowany faktem, że myszoskoczki te miały również wyższy niż w kontroli poziom reakcji właściwych.

Badania te są bardzo zaskakujące - choć obustronna lezja przeprowadzona jednocześnie prowadzi do utraty zdolności rozróżniania dźwięków na podstawie bardziej złożonych parametrów, wprowadzenie dłuższego odcinka czasu między jedną operacją a drugą pozwala najwyraźniej skompensować uszkodzenie. Co ważne, kompensacja ta nie odbywa się na drodze prostego przejęcia funkcji przez drugą półkulę - gdyby tak było, druga lezja prowadziłaby do głębokiego upośledzenia funkcji; tak się jednak nie stało - mimo pewnego pogorszenia, zwierzęta nadal były w stanie w miarę poprawnie rozróżniać dźwięki.

Oznacza to, że jakieś inne obszary w mózgu muszą przejmować funkcję wyciętej kory słuchowej. Trudno jednak stwierdzić, jakie są to rejony - nie przeprowadzono jeszcze badań w tym kierunku.
Badanie jednak jest ważne także z punktu widzenia pacjentów z uszkodzeniami kory słuchowej. Głuchota korowa następuje dopiero po drugim udarze, który niszczy korę słuchową w drugiej półkuli. Między udarami istnieje jednak okno czasowe, które można by potencjalnie wykorzystać np. na różnego rodzaju próby rehabilitacji słuchowej i intensywnego treningu, który mógłby potencjalnie umożliwić innym obszarom mózgu przejęcie funkcji kory słuchowej zanim zostanie ona zupełnie uszkodzona.

Na podstawie:

  • Depner, M., Tziridis, K., Hess, A., & Schulze, H. (2014). Sensory cortex lesion triggers compensatory neuronal plasticity. BMC Neuroscience. 15:57

 

Depresja młodzieńcza jest poważnym problemem zdrowotnym i społecznym, gdyż w pewnym momencie życia dotyka nawet 20% nastolatk... czytaj więcej
Komunikacja słowna składa się z dwóch nierozerwalnie ze sobą połączonych procesów – mówienia, czyli tworzenia komunikatu oraz... czytaj więcej
...czyli o efekcie ćwiczeń fizycznych na metabolizm mózgowy i objętość istoty szarej u starszych dorosłych  Liczne wnioski pł... czytaj więcej
Popularność różnego rodzaju treningów poznawczych stale wzrasta. Za ich powodzeniem stoi przekonanie, że ‘brain fitness’ real... czytaj więcej