Neuroplasticitatea: fereastra spre reconfigurarea creierului

Odată cu o nouă etapă în evoluția tehnologică, revine întrebarea „Oare suntem mai aproape de a deschide porțile minții?” Ultimele cercetări în domeniu ne arată faptul că putem să ne vindecăm sau chiar să ne întinerim creierul printr-o serie de mecanisme menite să redeschidă ferestrele de neuroplasticitate anterior considerate închise odată cu maturizarea neuronală.

Introducere

Mulți ne întrebăm care este oare primul semn de îmbătrânire. Momentul în care ne apar primele fire albe? Sau când începem să simțim o durere de genunchi, de spate? Când două etaje de urcat pe scări parcă nu mai sună la fel de simplu ca în tinerețe? Cel mai mare răsunet pentru noi nu sunt aceste evenimente, deși bune predictoare ale stării fizice de sănătate. Realitatea este că începem să realizăm îmbătrânirea în momentul în care ne dăm seama că nu mai avem aceeași viteză de gândire, aceeași capacitate de a învăța lucruri noi, exerciții cognitive care odinioară păreau simple acum necesită mai mult timp. O limbă nouă, o procedură nouă, un nou sistem informatic, lucrurile noi care ne scot din zona mintală de confort vin la pachet cu un mai mare grad de oboseală cognitivă. Deși experți în aptitudinile acumulate în timp, aceste noi provocări se regăsesc față în față cu un creier mai puțin apt sau doritor de noi circuite sinaptice.

Cantitate versus calitate

            Este naturală această încetinire în acumularea de noi aptitudini? Și dacă da, ce rol are? Privit la scală microscopică, s-a observat faptul că pe măsură ce creștem, dezvoltăm „plase perineuronale” sau PNN-uri (perineuronal nets), structuri matriceale extracelulare care înconjoară interneuronii corticali de înaltă viteză. Dezvoltarea acestor PNN-uri pare a fi dependentă de activitate și are un rol important în maturizarea corticală; ele cresc în densitate și formează o legătură mai strânsă în jurul interneuronilor. Incidental, această creștere coincide închiderii perioadei critice de plasticitate corticală. Rolul PNN-urilor pare a fi de stabilizare a sinapselor de înaltă viteză, pentru a optimiza circuitele neuronale [1].

Toate la timpul lor

            Cea mai complexă și încă neînțeleasă structură a corpului nostru este fără dubiu creierul, care atinge maturizarea în jurul vârstei de 25 ani, mult mai târziu față de celelalte structuri (de exemplu, din punct de vedere dermatologic se consideră că pielea începe să îmbătrânească după vârsta de 21 ani, când creierul nostru nici măcar nu și-a atins apogeul). Această „imaturitate” a creierului se descrie drept neuroplasticitate sau capacitatea de a crea circuite neuronale de novo. Se permite practic acumularea de noi aptitudini, circuite ce ulterior se întăresc și devin permanente prin stimulări repetate.

            Desigur că aceste circuite au la rândul lor perioade optime de dezvoltare, numite ferestre de neuroplasticitate. Trei mari categorii sunt: până în vârsta de doi ani pentru circuitele vizuale și acustice, între doi ani și pubertate dezvoltăm circuitele legate de comunicare, iar între pubertate si vârsta adultă dezvoltăm circuitele legate de memorie, planificare și luarea deciziilor. Astfel, putem observa că cea mai bună fereastră pentru a învăța o limbă străină, de exemplu, este între vârsta de doi ani și pubertate, perioadă în care creierul este cel mai bine pregătit să înmagazineze și să folosească această aptitudine. Cum ar fi dacă am putea să forțăm aceste limite ale ferestrelor neuroplasticității sau de ce nu chiar să le redeschidem după ce ele s-au închis? Putem considera neuroplasticitatea drept o „fântână a tinereții”, când vine vorba de vârsta creierului.

Prospectul viitorului

            Încercarea omenirii de a forța limitele creierului este la fel de veche precum civilizația însăși, urme ale folosirii substanțelor psihogene regăsindu-se în legende, mituri și, ulterior, în situri arheologice. Să luăm de exemplu legenda Oracolului din Delphi, datând din secolul VII î.Hr., unde preoteasa Pythia mergea într-o cameră sacră pentru a inhala vaporii dintr-o crăpătură în stâncă, transpunând-o într-o transă prin care comunica cu zeul Apollo, acesta transmițându-i profeții. S-a dovedit ulterior faptul că prin acea crăpătură se elibera un amestec gazos de etilenă, benzen, dioxid de carbon și metan, care inducea o stare euforică și psihedelică. Epoca modernă vine la pachet cu tehnici moderne, la ora actuală existând echipe de cercetare care încearcă prin metode chimice să redeschidă această fereastră a neuroplasticității. Pentru una dintre cele mai des întâlnite neurodegenerescențe, respectiv boala Alzheimer, se încearcă nu doar tratamente farmacologice ce oferă neuroprotecție, cât și unele care țintesc spre redeschiderea neuroplasticității. Studiile iau în considerare nivelurile de factori neurotrofici derivați din creier, de proteine sinaptice, schimbări în conectivitate funcțională măsurată prin IRM-uri sau activitatea glutamatergică. Se încearcă astfel modelarea metabolismului glucidic și insulinic, studiile dovedind o îmbunătățire a neuroplasticității hipocampului în decurs de trei săptămâni de tratament. O altă abordare este calea enzimatică, substanțe precum bryostatin sau neflamapimod arătând rezultate încurajatoare în îmbunătățirea funcțiilor cognitive și păstrarea memoriei episodice, dovezi ale ușoarei creșteri a neuroplasticității [2].

Fire noi în țesătura electrică?

            O altă abordare a neuroplasticității se face pe cale electrică. Încercată încă din 1740, odată cu momentul descoperirii activității electrice la nivel neuronal, stimularea electrică transcraniană are un traseu lung în istoria medicinei, cu anecdote precum amnezia retrogradă suferită de Benjamin Franklin după administrarea unor șocuri electrice la nivelul capului. Între anii 1740 și 1930 se puteau găsi nenumărate dispozitive electrice ce promiteau stări de euforie sau chiar îmbunătățire a performanțelor cognitive, cu efecte adverse precum migrene, amețeli, greață sau pierderea stării de conștiență. Actualmente beneficiem de o mult mai bună reglementare a acestor dispozitive, ca de exemplu stimularea magnetică transcraniană dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Stanford, care promite remisiunea rapidă a episoadelor depresive, unde de asemenea s-a observat că tratamentele repetate devin din ce în ce mai eficiente, pe măsură ce se îmbunătățește reglajul individual al terapiei, prin deschiderea și formarea de noi circuite neuronale [3].

Există tot mai multe dovezi că stimularea transcraniană prin curent direct modulează activitatea creierului și, în consecință, îmbunătățește plasticitatea sinaptică și performanța cognitivă. În general, cercetările pe animale de laborator o prezintă drept o tehnică promițătoare de stimulare neinvazivă a creierului. Dovezile sunt în concordanță cu studiile pe oameni, care sugerează că această tehnică este utilă pentru a atenua simptomele neurologice ale mai multor tulburări ale creierului, îmbunătățind astfel învățarea și memoria. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru ca această tehnică să poată fi transpusă pe deplin în strategii terapeutice optime [4].

Artificial sau natural?

            Am văzut cum se încearcă deschiderea acestor ferestre de neuroplasticitate pe cale chimică sau electrică. S-a observat în schimb și o cale naturală de deschidere, respectiv apariția ferestrelor de neuroplasticitate la pacienții post-AVC. Descrise drept perioade de recuperare biologică spontană, cu plasticitate sinaptică crescută în momentele timpurii post-AVC, recuperarea a avut cel mai mare impact la 2 – 4 săptămâni posteveniment ischemic, fereastra de neuroplasticitate închizându-se la 6 luni. Există unele dovezi din studiile preclinice cum că redeschiderea unei perioade de plasticitate sporită este benefică pentru recuperarea comportamentală. La rozătoarele care au suferit un AVC cu recuperare incompletă, s-a demonstrat că ulterior, un al doilea AVC a redeschis o fereastră de plasticitate sporită, care a permis recuperarea completă, redobândindu-se chiar și achizițiile pierdute de la evenimentul ischemic inițial. Deși acesta nu este un tratament fezabil la om, există mai multe terapii promițătoare, precum cele farmacologice și celulare, stimularea neinvazivă a creierului și exercițiile cardiovasculare, care pot fi capabile să prelungească sau să redeschidă o perioadă de plasticitate crescută. Aceste terapii ar putea reprezenta o oportunitate interesantă pentru o mai mare recuperare după un accident vascular cerebral [5].

Imersia în noua realitate

            Trebuie luat în considerare și ce facem după ce deschidem aceste ferestre de neuroplasticitate. Mulți cercetători pun accentul pe imersie, însemnând terapii cât mai complexe care să modifice întreaga percepție asupra mediului înconjurător. În studiul neuroplasticității naturale, s-a dovedit că achiziția unor noi aptitudini este îmbunătățită în funcție de gradul de imersie într-un mediu nou. Copiii prepubertini expuși la o limbă nouă au dezvoltat mai repede și mai bine capacitatea de înțelegere a acesteia atunci când au interacționat direct cu vorbitori nativi, unde atenția și interesul lor au fost captate și menținute, versus copiii care doar au fost expuși limbii, fără contact direct sau interacțiune, dovedind faptul că mediul social și atenția sunt factori importanți în modularea neuroplasticității [6]. La ferestrele deschise ulterior (chimic, electric, evenimente ischemice etc.) se încearcă și terapii cu imersie accentuată, fie prin realitate virtuală, fie prin realitate augmentată sau jocuri video special concepute pentru a simula un mediu nou, nemaiîntâlnit, diferit de viața cotidiană. Ideea din spate nu este de a recupera aptitudini vechi și pierdute, ci de a scrie circuite complet noi, care să le înlocuiască pe cele vechi, nereparând drumul neuronal, ci creând unul nou. Exemple vedem în studiile efectuate de departamentul de neurologie al Universității Johns Hopkins, care folosește neuroanimații pentru tratamentul intensiv al membrelor superioare în ACV-urile subacute [7].

Regulile încă se scriu

            Neuroplasticitatea devine astfel o mare speranță pentru îmbunătățirea învățării pe tot parcursul vieții și tratarea leziunilor cerebrale sau a tulburărilor dintr-o gamă largă. Trebuie totuși luat în considerare faptul că există un scop biologic pentru reducerea naturală a plasticității, care are loc pe măsură ce creierul nostru se maturizează. De exemplu, ce s-ar putea întâmpla dacă experiențele noastre de mediu ar avea pentru totdeauna același impact dramatic asupra circuitelor neuronale pe care îl au în timpul dezvoltării: creierul nostru ar fi probabil într-o stare constantă de aflux, cu experiențe noi care anulează frecvent circuitele stabilite prin experiențele anterioare. S-ar putea să nu putem reține niciuna dintre lecțiile majore pe care le-am învățat. Acest tip de eșec de a stabiliza circuitele neuronale poate sta la baza patologiei unor tulburări de neurodezvoltare.

            O preocupare evidentă, în special pentru intervențiile farmacologice, este pericolul efectelor secundare. Reducerea unei forme excesive de inhibiție care apare după un AVC promovează recuperarea funcțională la un model de șobolan. Cu toate acestea, a face acest lucru prea devreme ar putea de fapt să promoveze moartea celulelor și să crească severitatea evenimentului [8]. Dar, pe măsură ce înțelegem mai multe despre biologia de bază a circuitelor neuronale care stau la baza plasticității și răspunsul lor la boli sau răni, proiectarea unor intervenții mai sigure și mai direcționate devine posibilă.

Pentru ABONAMENTE și CREDITE DE SPECIALITATE click AICI!

Referințe bibliografice:

1. Willis A, Pratt JA, Morris BJ. Enzymatic Degradation of Cortical Perineuronal Nets Reverses GABAergic Interneuron Maturation. Mol Neurobiol. 2022 May; 59(5):2874–2893. doi: 10.1007/s12035-022-02772-z. Epub 2022 Mar 1. PMID: 35233718; PMCID: PMC9016038;
2. Colavitta MF, Barrantes FJ. Therapeutic Strategies Aimed at Improving Neuroplasticity in Alzheimer Disease. Pharmaceutics 2023, 15, 2052. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15082052;
3. https://med.stanford.edu/news/all-news/2021/10/depression-treatment.html;
4. Cavaleiro C, Martins J, Gonçalves J, Castelo-Branco M. Memory and Cognition-Related Neuroplasticity Enhancement by Transcranial Direct Current Stimulation in Rodents: A Systematic Review. Neural Plast. 2020 Feb 25; 2020:4795267. doi: 10.1155/2020/4795267. PMID: 32211039; PMCID: PMC7061127;
5. Hordacre B, Austin D, Brown KE, et al. Evidence for a Window of Enhanced Plasticity in the Human Motor Cortex Following Ischemic Stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair. 2021; 35(4):307–320. doi: 10.1177/1545968321992330;
6. Pliatsikas C, Meteyard L, Veríssimo J, DeLuca V, Shattuck K, Ullman MT. The effect of bilingualism on brain development from early childhood to young adulthood. Brain Struct Funct. 2020 Sep; 225(7):2131–2152. doi: 10.1007/s00429-020-02115-5. Epub 2020 Jul 20. PMID: 32691216; PMCID: PMC7473972;
7. Krakauer JW, Kitago T, Goldsmith J, et al. Comparing a Novel Neuroanimation Experience to Conventional Therapy for High-Dose Intensive Upper-Limb Training in Subacute Stroke: The SMARTS2 Randomized Trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 2021; 35(5):393-405. doi: 10.1177/15459683211000730;
8. Hensch TK, Bilimoria PM. Re-opening Windows: Manipulating Critical Periods for Brain Development. Cerebrum. 2012 Jul; 2012:11. Epub 2012 Aug 29. PMID: 23447797; PMCID: PMC3574806.

Dr. Tiberiu-Adrian Popovici

Medic Rezident – Chirurgie Generală, Doctorand UMF Carol Davila, Asist. Facultatea de Medicină, Catedra de Anatomie, UTM