Нейронауки развития и пластичности
Нейронауки развития и пластичности изучают, как нервная система формируется в процессе развития и как она продолжает изменяться на протяжении всей жизни в ответ на опыт, травмы и старение. Эта область связывает генезис и дифференциацию нейронов, формирование нейронных цепей и способность этих цепей перестраиваться под воздействием активности, рассматривая мозг как структуру, которая собирается, а затем непрерывно перестраивается, а не является фиксированной.
Definition
Нейронауки развития и пластичности — это изучение процессов, которые формируют нервную систему и позволяют ее цепям модифицироваться под воздействием активности и опыта на протяжении развития, зрелости, старения и восстановления после травм.
Scope
Эта область ориентирует читателя на протяжении всего жизненного цикла нервной ткани: как генерируются и специфицируются нейроны, как открываются и закрываются ограниченные по времени критические периоды, как опыт вызывает устойчивые изменения в нейронных цепях, как стареющий мозг деградирует и защищается, и как функция может быть восстановлена после повреждения. Это обзорная справочная информация по фундаментальной области нейронаук и не содержит клинических рекомендаций.
Sub-topics
Core questions
- Как нейроны генерируются, специфицируются и собираются в функционирующие цепи?
- Почему некоторые формы обучения и уточнения цепей ограничены временными критическими периодами?
- Как опыт оставляет устойчивые структурные и функциональные изменения в нейронных цепях?
- Что вызывает снижение функций стареющего мозга и какие процессы его защищают?
- По каким механизмам нервная система восстанавливает функции после травмы?
Key concepts
- Нейрогенез и дифференциация нейронов
- Активность-зависимое уточнение цепей
- Критические и чувствительные периоды
- Опыт-зависимая пластичность
- Синаптическая пластичность
- Старение мозга и признаки старения
- Восстановление функций и нейрореабилитация
Mechanisms
На протяжении всей жизни повторяется одна и та же логика: нейронные цепи формируются паттернами активности. В процессе развития нейроны генерируются и дифференцируются, затем вытягивают аксоны и образуют синапсы, которые подвергаются прунингу и уточнению в соответствии с электрической активностью, так что ранняя структура формируется под воздействием использования (Katz & Shatz, 1996). В определенных временных окнах пластичность усиливается, а затем ограничивается по мере созревания ингибиторных цепей и накопления молекулярных тормозов, что приводит к возникновению критических периодов (Hensch, 2005). В зрелом мозге опыт продолжает модифицировать синаптическую силу и связность, в то время как старение приводит к прогрессирующему набору клеточных и молекулярных изменений, которые снижают эту способность (Lopez-Otin et al., 2013). После травмы остаточная пластичность поддерживает частичное восстановление функции, что является основой для нейрореабилитации (Langhorne et al., 2009).
Clinical relevance
Принципы этой области лежат в основе того, как клиницисты и ученые понимают нейроонтогенетические состояния, возрастное снижение когнитивных функций и восстановление после инсульта или черепно-мозговой травмы. Данная статья описывает биологические основы, которые информируют эти области, и как реабилитация использует пластичность; это справочный материал по механизмам и не является основой для индивидуальной диагностики или принятия решений о лечении.
Evidence & guidelines
Доказательства в этой области охватывают фундаментальные исследования развития и пластичности на животных и клеточных моделях, исследования с использованием методов визуализации и изучения поражений у человека, а также клинические испытания реабилитации. Систематические обзоры обобщают известные данные о восстановлении двигательных функций после инсульта и поддерживающих его вмешательствах (Langhorne et al., 2009).
History
Эта область выросла из работ двадцатого века, показавших, что сенсорный опыт формирует развивающуюся кору, наиболее известными из которых являются исследования Хабела и Визеля по зрительной депривации у котят, которые продемонстрировали ограниченные по времени окна кортикальной пластичности. Открытие взрослого нейрогенеза, молекулярный анализ критических периодов и определение старения как набора поддающихся описанию признаков впоследствии расширили эту область до всеобъемлющего описания того, как нервная система строится, поддерживается и перестраивается на протяжении всей жизни.
Key figures
- Carla Shatz
- Takao Hensch
- David Hubel
- Torsten Wiesel
Related topics
Seminal works
- katz-shatz-1996
- hensch-2005
- lopez-otin-2013
Frequently asked questions
- Является ли мозг фиксированным после развития, или он продолжает изменяться?
- Он продолжает изменяться. Хотя общая архитектура формируется в процессе развития, нейронные цепи остаются модифицируемыми под воздействием опыта на протяжении всей жизни, а остаточная пластичность поддерживает обучение и частичное восстановление после травмы, хотя способность к изменениям, как правило, снижается с возрастом.
- Как эта область связана с нейроонтогенетическими и нейродегенеративными заболеваниями?
- Она предоставляет базовые биологические знания о том, как формируются, адаптируются и деградируют нейронные цепи, что лежит в основе понимания нарушений развития и возрастных дегенеративных изменений; сама по себе эта область является механистическим справочным материалом, а не клиническим руководством.