Ćwiczenia dla mózgu - Neuro
advertisement
åWICZENIA dla mózgu MELISSA SZALKOWSKI CO U˚YWANE – NIE ZANIKA. UKIERUNKOWANE åWICZENIA FIZYCZNE I UMYS¸OWE POPRAWIAJÑ FUNKCJONOWANIE MÓZGU. MARGUERITE HOLLOWAY MÓZG ZOSTA¸ STWORZONY, by si´ zmieniaç – stanowczo mówi Michael M. Merzenich, siedzàc w ma∏ej sali konferencyjnej University of California w Medical Center w San Francisco. Ogromne okno z lewej strony wychodzi na wzgórze g´sto poroÊni´te eukaliptusami, których ga∏´zie poruszajà si´ na wietrze. Obserwacja Merzenicha, ˝e z mózgiem jest jak z tymi ga∏´ziami – tzn. ˝e zmienia si´ on w zale˝noÊci od tego, w jakim kierunku popycha go doÊwiadczenie – nie wydaje si´ ju˝ tak radykalna jak w latach osiemdziesiàtych, kiedy on i paru innych badaczy przedstawili jà po raz pierwszy. Idea z pozoru jest ma∏o odkrywcza: oczywiÊcie, ˝e nasz mózg sam si´ koryguje – przecie˝ si´ uczymy. Lecz Merzenich ma na myÊli coÊ wi´cej: zdolnoÊç mózgu do zmiany ma powa˝niejsze implikacje. Wyobraêmy sobie ogromny obszar zalewowy. Jednego roku woda p∏ynie wieloma ma∏ymi kana∏ami na wschód, w nast´pnym przedziera si´ przez Êrodek g∏´bokim korytem. Mija kolejny rok i mapa rozlewiska wyglàda zupe∏nie inaczej: ze wschodu na zachód p∏ynà kr´te strumienie. To samo dzieje si´ w mózgu – mówi dalej Merzenich. – Pojawia si´ zmiana na wejÊciu – czy to w sferze zachowania, czy to w postaci zadania zr´cznoÊciowego bàdê umys∏owego, takiego jak obliczenie napiwku lub rozegranie partii nowej gry planszowej – i mózg odpowiednio si´ dostosowuje. Aparatura do obrazowania mózgu metodà funkcjonalnego magnetycznego rezonansu jàdrowego ukazuje nowà map´: rozjaÊniajà si´ inne obszary. I ani Merzenich, ani inni, którzy zajmowali si´ neuroplastycznoÊcià, wcale nie mówià o m∏odych mózgach, o rozwijajàcym si´ mózgu niemowl´cia czy ma∏ego dziecka, zdolnym do nauczenia si´ pierwszego j´zyka, a nast´pnie, za jednym zamachem – drugiego. Oni opisujà doros∏y mózg, twój mózg. Mówià, ˝e przez ca∏e ˝ycie mo˝e byç w znacznym stopniu wcià˝ na nowo modelowany, bez ˝adnych leków i operacji. JeÊli zajdzie potrzeba, ró˝ne jego obszary mo˝na nauczyç wykonywania rozmaitych zadaƒ. Gdy któryÊ obszar funkcjonuje êle lub jest uszkodzony, inny mo˝e w∏àczyç si´ jako dubler i odgrywaç jego rol´. Doniesienia o takim przesuni´ciu zadaƒ dotyczà pacjentów po udarze, którzy utracili mow´ lub zdolnoÊç poruszania si´, pacjentów z pora˝eniem mózgowym, muzyków i ludzi innych zawodów, którzy nie mogà poruszaç osobno poszczególnymi palcami, a tak˝e osób z zaburzeniem obsesyjno-kompulsyjnym czy zaburzeniem czytania. Zdarza si´, ˝e serie intensywnych çwiczeƒ umys∏owych i fizycznych likwidujà skutki urazu. Nast´pnym krokiem – mówià Merzenich i jego wspó∏pracownicy – jest rozwijanie i doskonalenie PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 61 HOMUNKULUS W KORZE MÓZGOWEJ wyró˝niamy m.in. kor´ czuciowà i kor´ ruchowà. Klasyczny homunkulus dla ka˝dego z tych obszarów ukazuje odpowiednià przestrzeƒ, którà mózg wykorzystuje do przetwarzania informacji i reagowania na informacj´ z ró˝nych cz´Êci cia∏a. Nowe odkrycia wskazujà, ˝e w wyniku doÊwiadczenia mapy te mogà si´ zmieniaç. OKOLICA CZUCIOWA OKOLICA RUCHOWA takich zabiegów, a tak˝e opracowanie opartych na çwiczeniach terapii, skutecznych w leczeniu schizofrenii, choroby Parkinsona, zwiàzanego z wiekiem ot´pienia, autyzmu i wielu innych powa˝nych zaburzeƒ. „Chcia∏bym odkryç wszystkie sposoby wykorzystywania plastycznoÊci mózgu do jego ulepszania – rozmarza si´ Merzenich. – Jestem przekonany, ˝e w przysz∏oÊci nie b´dzie to niczym niezwyk∏ym. Zrozumiemy, ˝e mózg trzeba çwiczyç i trzeba to robiç w konkretny sposób.” Wielu ludziom – tym, którzy medytujà, stosujà biologiczne sprz´˝enie zwrotne lub poddajà si´ psychoterapii – ta idea mo˝e wydawaç si´ zgodna z intuicjà: skoncentruj swój wysi∏ek w okreÊlony sposób, a twój mózg zmieni si´, gdy pojmie twoje zachowanie. Dla neurobiologów i lekarzy takie podejÊcie oraz jego potencjalne kliniczne zastosowania sà czymÊ nowym. „Jeszcze pod koniec lat siedemdziesiàtych i przez ca∏e lata osiemdziesiàte mózg uwa˝ano za niemodyfikowalnà czarnà skrzynk´ – mówi Thomas P. Sutula, dyrektor Centrum Neurobiologii w University of Wisconsin-Madison. – Czeka nas prawdziwa rewolucja.” Na razie to poczàtek i trudno si´ do niej przy∏àczyç, cz´Êciowo dlatego, ˝e jednego z jej przywódców nie sposób zmusiç do zaj´cia stanowiska. PRZEGLÑD / Przemodelowanie mózgu n n n Wbrew d∏ugo utrzymujàcemu si´ przekonaniu doros∏y mózg nie jest skamienia∏oÊcià. Jeden obszar mo˝e zajàç przestrzeƒ drugiego i przejàç jego funkcje ∏atwiej, ni˝ si´ wydaje. Badacze wykorzystujà neuroplastycznoÊç do leczenia osób z zaburzeniami czytania, po udarach, z ró˝nymi postaciami zespo∏ów pourazowych oraz w innych przypadkach. Niektórzy naukowcy majà nadziej´, ˝e stosujàc çwiczenia fizyczne i gry komputerowe, mo˝na przywróciç sprawnoÊç mózgu, pomóc pacjentom przezwyci´˝yç problemy z pami´cià i ró˝nego rodzaju zaburzenia psychiczne. 62 ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2003 KORA CZUCIOWA LEWEJ PÓ¸KULI Wystarczy wspomnieç nazwisko Merzenicha w obecnoÊci neurobiologa, a z pewnoÊcià zacznie wychwalaç jego b∏yskotliwoÊç i b´dzie chcia∏ z nim rozmawiaç, na koƒcu jednak doda: „jeÊli tylko uda si´ go znaleêç”. Ludzie opowiadajà, ˝e byli zahipnotyzowani, kiedy prezentowa∏ swojà wizj´, a kilka dni póêniej zaczynali si´ zastanawiaç, jak to si´ sta∏o. „O co tu chodzi?” – pyta jeden z naukowców. „To cz∏owiek-widmo” – ˝artuje inny. Niektórzy zachowujà rezerw´ wobec Merzenicha, poniewa˝ aby rozwijaç terapie oparte na plastycznoÊci, rozpoczà∏ dzia∏alnoÊç komercyjnà; uwa˝ajà, ˝e si´ poÊpieszy∏ z jej wprowadzeniem na rynek – nie przeprowadzajàc wczeÊniej koniecznych testów. Od synaps do struktur wokó∏ Merzenicha, pozostajà zasadnicze pytania dotyczàce samej dziedziny. Chocia˝ badacze zdobyli ju˝ podstawowe dane, dzi´ki którym mo˝na zrozumieç neuroplastycznoÊç opartà na nabywaniu umiej´tnoÊci lub uruchamianà przez doÊwiadczenie, jest jeszcze wiele niejasnoÊci. Dotyczà one g∏ównie ograniczeƒ. Nikt dok∏adnie nie wie, jak si´ ma plastycznoÊç mózgu doros∏ych do plastycznoÊci mózgu dzieci – poza tym, ˝e ta pierwsza jest mniejsza. Nikt w pe∏ni nie rozumie, jak dzia∏a plastycznoÊç na rozmaitych poziomach: od impulsów elektrycznych i neuroprzekaêników po synapsy, sieci i wyspecjalizowane okolice mózgu. I nikt nie wie, ile mo˝e straciç jedna cz´Êç mózgu, kiedy przejmuje obcià˝enie drugiej – jaka mo˝e byç ciemna strona wykorzystywania neuroplastycznoÊci. „PlastycznoÊç jest najbardziej nadu˝ywanym s∏owem w neurobiologii” – twierdzi Roger Nicoll, którego laboratorium UCSF równie˝ znajduje si´ w San Francisco. Terminem tym zacz´to opisywaç JE ÂLI NAWET POMIN Ñå KONTROWERSJE ALFRED T. KAMAJIAN KORA RUCHOWA LEWEJ PÓ¸KULI praktycznie ka˝dà zmian´ w mózgu, od poziomu chemicznego przez tworzenie si´ nowych neuronów (nazwane neurogenezà) do ponownego mapowania wi´kszych struktur. Poziomem najbardziej podstawowym jest ten, który bada Nicoll: plastycznoÊç synaps – miejsc, w których neurony komunikujà si´ ze sobà za pomocà sygna∏ów chemicznych, czyli neuroprzekaêników. Uczenie si´ powoduje wzmocnienie po∏àczeƒ mi´dzy neuronami – przez zwi´kszenie zarówno liczby po∏àczeƒ, jak i zdolnoÊci neuronów do komunikowania si´ chemicznego. Te zmiany powodujà, ˝e neurony tworzà ∏aƒcuch, który mo˝e byç ponownie wykorzystany, by doprowadziç do okreÊlonego ruchu, wywo∏aç uczucie lub myÊl. To na poziomie synaps tworzy si´ lub zanika plastycznoÊç. Do lat szeÊçdziesiàtych uwa˝ano, ˝e u doros∏ych nie mogà powstawaç nowe synapsy – gdy zatrzymuje si´ rozwój mózgu, uk∏ad po∏àczeƒ mi´dzy neuronami zostaje „zamro˝ony”. Póêniejsze badania udowodni∏y jednak, ˝e jest inaczej. Na przyk∏ad Geoffrey Raisman i Pauline M. Field, wówczas pracujàcy w Oxford University, wykazali, ˝e istnieje plastycznoÊç synaps u doros∏ych. Inni naukowcy, m.in. Mark R. Rosenzweig z University of California w Berkeley i William T. Greenough z University of Illinois oraz ich wspó∏pracownicy, dokonali prze∏omowych odkryç dotyczàcych wp∏ywu Êrodowiska i doÊwiadczenia na mózg. Greenough na przyk∏ad odkry∏, ˝e nowe synapsy mogà si´ tworzyç zarówno u m∏odych, jak i u doros∏ych szczurów, gdy zwierz´ta b´dà wykonywaç nowe, trudne zadania lub zostanà umieszczone w „z∏o˝onym Êrodowisku”, co oznacza – podkreÊla Greenough – ∏adne klatki z ciekawymi zabawkami, „z pewnoÊcià nie wymagajàce takiego zaanga˝owania intelektualnego, jak Êrodowisko, w którym normalnie bytujà”. Te synapsy wp∏ywajà na popraw´ pami´ci i koordynacji ruchowej. Po zbadaniu plastycznoÊci synaptycznej zacz´to doceniaç plastycznoÊç w wi´kszej skali – na poziomie ca∏ej sieci neuronów czy te˝ jakiejÊ okolicy mózgu. By∏a to jednak koncepcja nienowa. Na prze∏omie XIX i XX wieku kilku uczonych twierdzi∏o, Ludzie UWA˚ALI MÓZG za niemodyfikowalnà CZARNÑ SKRZYNK¢. ˝e mózg jest materia∏em plastycznym, kszta∏towanym przez doÊwiadczenie. Na przyk∏ad William James uwa˝a∏, ˝e mózg jest nieustannie zmieniany w wyniku doÊwiadczenia, a w latach dwudziestych XX wieku Karl Lashley odkry∏, ˝e kora ruchowa u ma∏p zmienia si´ z tygodnia na tydzieƒ. Podobne badania przeprowadzono w latach siedemdziesiàtych, przewa˝y∏y jednak opinie naukowców, którzy uwa˝ali, ˝e mózg doros∏ego jest stabilny i niezmienny: tylko w okresie rozwoju niemowl´cego i we wczesnym dzieciƒstwie, czyli w tzw. okresach krytycznych, ulega on ogromnym zmianom. „Uwa˝ano wtedy – mówi Merzenich – ˝e mózg jest jak komputer, którego ostateczne i najwa˝niejsze funkcje zostajà ustalone w okresach krytycznych.” W latach osiemdziesiàtych Merzenich i jego wspó∏pracownicy, w tym Jon Kaas z Vanderbilt PONOWNE MAPOWANIE PALCÓW BezpoÊrednio po przeci´ciu nerwu Przez zabaw´ do zdrowia i tym, co zosta∏o nazwane wzbogacaniem (dostarczaniem stymulacji przez zabaw´ lub rozwiàzywanie zadaƒ), wcià˝ trwajà i budzà zainteresowanie ze wzgl´du na mo˝liwoÊç klinicznych zastosowaƒ. Stymulacja i çwiczenie przyÊpieszajà powrót szczurów do zdrowia po uszkodzeniu mózgu, a z niedawno przeprowadzonego eksperymentu wynika, ˝e u myszy z genem warunkujàcym chorob´ Huntingtona, umieszczonych w z∏o˝onym otoczeniu, choroba rozwija si´ wolniej. Greenough i inni wià˝à te efekty nie tylko z tworzeniem si´ synaps, ale tak˝e z powstawaniem naczyƒ krwionoÊnych i komórek zwanych astrocytami, które odgrywajà wa˝nà rol´ w mózgu, oczyszczajàc go ze zb´dnych substancji, takich jak potas, i utrzymujàc Êrodowisko wewn´trzne w stanie optymalnym dla neuronów. Intensyfikacji ulega tak˝e tworzenie si´ mieliny, otoczki aksonów komórek nerwowych, kluczowej dla przetrwania i skutecznego dzia∏ania neuronu. ALFRED T. KAMAJIAN BADANIA NAD åWICZENIAMI Palec D∏oƒ 22 dni po przeci´ciu nerwu W klasycznym ju˝ doÊwiadczeniu z ma∏pami Michael M. Merzenich wykaza∏ plastycznoÊç map korowych. Gdy przecià∏ nerw przewodzàcy informacj´ z cz´Êci palca lub r´ki (pokolorowane powierzchnie z lewej) do specyficznych dla tych obszarów miejsc w korze, odkry∏, ˝e miejsca te zaczynajà odpowiadaç tej cz´Êci d∏oni, której przedtem nie s∏u˝y∏y (pokolorowane powierzchnie z prawej). Co wi´cej, powierzchnia d∏oni reprezentowana w tym obszarze kory zwi´ksza si´ z up∏ywem czasu. PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 63 wydarzy si´ w ich mózgu. Taub zosta∏ zmuszony do przerwania badaƒ przez obroƒców praw zwierzàt, którzy nag∏oÊnili spraw´ ma∏p z Silver Spring i doprowadzili do procesu. Kilka lat póêniej te same ma∏py bada∏ Tim P. Pons z Wake Forest University School of Medicine, Taub i inni naukowcy. Odkryli coÊ niezwyk∏ego. Obszar mózgu, do którego pierwotnie dociera∏y informacje z obecnie bezu˝ytecznego ramienia, teraz odbiera∏ informacje z twarzy. Obszary cia∏a, których dotyczy∏a ta zmiana, by∏y od siebie odleg∏e. „W korze dosz∏o do pot´˝nej reorganizacji. Nikt wczeÊniej takiej mo˝liwoÊci nie dopuszcza∏ – wyjaÊnia Ford Ebner z Vanderbilt University. – By∏ to kolejny kamieƒ milowy.” Doros∏y mózg wyraênie by∏ dynamicznym i sprawnie dzia∏ajàcym w∏odarzem: ka˝da pusta przestrzeƒ musia∏a zostaç zagospodarowana. Mózg muzyka PRZEZ OSTATNIE 20 LAT wyniki badaƒ na ma∏pach by∏y zbie˝ne z danymi uzyskanymi u ludzi, a plastycznoÊç korowa sta∏a si´ uznanà cechà doros∏ego mózgu. Badajàc ludzi, którzy stracili r´k´ lub nog´, stwierdzono, ˝e przestrzeƒ, która niegdyÊ rozszyfrowywa∏a informacje z tej koƒczyny, mo˝e zostaç skolonizowana przez neurony „obs∏ugujàce” tu∏ów lub twarz. Obszar kory u muzyków grajàcych na instrumentach strunowych, zarzàdzajàcy r´kà, którà wykonujà oni palcówki, jest wi´kszy ni˝ obszar zarzàdzajàcy r´kà niepalcujàcà, a najwi´kszà przestrzeƒ zajmujà palce najcz´Êciej u˝ywane. Kora wzrokowa u osób pos∏ugujàcych si´ alfabetem Braille’a staje si´ aktywna, kiedy dotykajà one palcami wypuk∏oÊci. Poniewa˝ wszystkie dane by∏y zbie˝ne, Merzenich, Taub i inni zacz´li si´ zastanawiaç, jak spo˝ytkowaç te obserwacje dla dobra osób z ró˝nymi upoÊledzeniami i urazami. „WiedzieliÊmy, ˝e przez ca∏e ˝ycie mózg jest plastyczny – mówi Merzenich. – To sk∏oni∏o nas do postawienia pytania, czy mo˝na doprowadziç do korzystnej zmiany w mózgu starszych osób.” Najmocniejszy dowód – ˝e mózg, dzi´ki jego plastycznoÊci, mo˝na leczyç – stanowià wyniki badaƒ na pacjentach po udarze, które Taub i jego wspó∏pracownicy rozpocz´li w latach osiemdziesiàtych. Podczas wczeÊniejszych eksperymentów Taub odkry∏, ˝e ma∏py, którym przeci´to nerwy ramienia, wcià˝ nim porusza∏y, gdy wymuszano to impulsem elektrycznym. Okaza∏o si´, ˝e ludzie, którzy z powodu udaru utracili funkcj´ ruchowà, tak˝e mogà nauczyç si´ ponownie u˝ywaç koƒczyny. Taub i jego wspó∏pracownicy – Thomas Elbert z Universität Konstanz i Wolfgang Mittner z Friedrich-Schiller Universität w Jenie – najpierw unieruchamiali sprawne rami´, a nast´pnie zalecali pacjentom intensywne çwiczenia ruchowe i trening pora˝onego ramienia wiele godzin dziennie. Po dwu tygodniach pacjenci znów poruszali ca∏kowicie, zdawa∏oby si´, bezw∏adnà koƒczynà. Leczenie to nazwano metodà ograniczania i wymuszania ruchu (CI – constraint- ELIZABETH DERAMUS Metoda ograniczania i wymuszania ruchowego polega na tym, ˝e pacjenci poddawani sà treningowi wymuszajàcemu wykorzystanie innej cz´Êci mózgu do wykonywania czynnoÊci uprzednio sterowanej przez uszkodzony obszar kory. W wyniku unieruchomienia zdrowego ramienia pacjent zmusza swój mózg do ponownego nauczenia si´ u˝ywania ramienia pora˝onego w wyniku udaru. University, przeprowadzili seri´ doÊwiadczeƒ, wykazujàc, ˝e kora ruchowa u doros∏ej ma∏py mo˝e ulec zmianie. Kora – zewn´trzna warstwa mózgu, w której u ludzi znajdujà si´ okolice zwiàzane z mowà i rozumowaniem – jest zorganizowana w obszary informacji zmys∏owej, ruchowej, s∏uchowej i inne. W jednym z badaƒ amputowali ma∏pie palec i stwierdzili, ˝e okolica kory ruchowej, aktywowana przez ten palec, zosta∏a szybko „zasiedlona” przez projekcje neuronów przenoszàcych informacje z sàsiedniego palca, z czego wynika, ˝e obszar mózgu pierwotnie zawiadujàcy utraconym palcem zaczà∏ byç wykorzystywany do monitorowania i przetwarzania informacji z palca sàsiedniego. Opuszczone miejsce natychmiast zajà∏ dziki lokator. „Wtedy otworzy∏y mi si´ oczy” – mówi Merzenich. Dla Êrodowiska neurobiologów by∏o to niezwyk∏e odkrycie. „Merzenich jako jeden z pierwszych pokaza∏, ˝e mapy [neuronalne] sà ruchome; zrobi∏o to na mnie ogromne wra˝enie – wspomina Bryan Kolb, naukowiec kierujàcy badaniami nad neuroplastycznoÊcià w University of Lethbridge w Kanadzie. – Podejrzewano, ˝e istnieje genetyczny plan mózgu i jego organizacji. Nikt jednak nie przypuszcza∏, ˝e mo˝na wykryç zmiany na tak ogólnym poziomie.” Dzicy lokatorzy przenieÊli si´ z najbli˝szego sàsiedztwa po prawej stronie, odleg∏ego o milimetry. Póêniej w 1991 roku odkryto takich, którzy pokonali odleg∏oÊç mierzonà w centymetrach. Fundamenty pod to odkrycie po∏o˝y∏ wiele lat wczeÊniej Edward Taub (obecnie pracujàcy w University of Alabama w Birmingham) w badaniu, w którym kilku ma∏pom przecià∏ nerwy jednej r´ki, by zobaczyç, co OSOBA Z GRUPY KONTROLNEJ PRAWA PÓ¸KULA MÓZGU PRAWA PÓ¸KULA MÓZGU LEWA PÓ¸KULA MÓZGU LEWA PÓ¸KULA MÓZGU -induced). „Zgodnie z dotychczasowà wiedzà, po up∏ywie roku ju˝ nie mo˝na przywróciç utraconej funkcji” – wyjaÊnia Taub. Jednak pacjenci, nawet ci, którzy doznali udaru przed 20 laty, a nawet jeszcze dawnej, mogli ponownie pos∏ugiwaç si´ r´kà. Ogranicz i wymuÊ zmiany w mapie mózgu osób leczonych. „Metoda ograniczania i wymuszania ruchu uaktywnia du˝e obszary kory sàsiadujàce z uszkodzonym obszarem” – mówi Taub. Zwrócili na to uwag´ tak˝e inni badacze, i terapia ta stosowana jest obecnie w ró˝nych oÊrodkach. Na przyk∏ad w badaniu, które niedawno przeprowadzi∏ Daniel B. Hier z University of Illinois w Chicago, stwierdzono, ˝e w czasie terapii ulegajà zmianie wzorce korowe u pacjentów po udarze. Chocia˝ ten sposób leczenia jest ju˝ stosowany w rozmaitych wariantach, wielu specjalistów wcià˝ zwleka z jego wykorzystaniem, czekajàc na wyniki dalszych badaƒ. Dlatego National Institutes of Health niedawno wprowadzi∏y próby kliniczne metody ograniczania i wymuszania ruchu w szeÊciu oÊrodkach. Jordan Grafman z National Institute of Neurological Disorders and Stroke przypomina, ˝e bardzo wa˝na jest powtarzalnoÊç wyników. PodkreÊla, ˝e badacze muszà wiedzieç, „czy terapia jest skuteczna tylko u niektórych pacjentów, oraz w jakim okresie po urazie powinno si´ jà rozpoczàç.” Taub, Elbert i ich wspó∏pracownicy zacz´li stosowaç swojà metod´ ograniczania i wymuszania w POPRAW¢ SPRAWNOÂCI ODZWIERCIEDLAJÑ DAMEL B. HIER I JUN WANG University of Illinois w Chicago OSOBA PO UDARZE Aktywne obszary mózgu (czerwony i ˝ó∏ty) uwidocznione sà w obrazach uzyskanych technikà fRMI obu pó∏kul osoby z grupy kontrolnej (z lewej) i obu pó∏kul osoby po udarze (z prawej). Kiedy osoba z grupy kontrolnej otwiera lub zaciska prawà d∏oƒ, rozÊwietla si´ kora ruchowa lewej pó∏kuli. Po rehabilitacji osoba po udarze z uszkodzeniami w lewej pó∏kuli wykorzystuje wiele obszarów kory zarówno w lewej, jak i prawej pó∏kuli, wykonujàc taki sam ruch – to sugeruje, ˝e mózg zosta∏ przeorganizowany tak, by ruch móg∏ zostaç wykonany. leczeniu dzieci z pora˝eniem mózgowym. Z powodzeniem rehabilitowali tak˝e pacjentów po udarze, którzy utracili zdolnoÊç sprawnej mowy. Ograniczanie i wymuszanie u pacjentów z afazjà polega na powtarzaniu okreÊlonych dêwi´ków przez godzin´ dziennie. W tym przypadku ograniczanie nie wià˝e si´ z fizycznym „powstrzymaniem” funkcji jak w terapii ruchowej. W zasadzie polega tylko na çwiczeniu wymawiania s∏ów i dêwi´ków. Taub, Merzenich i Nancy Byl z UCSF stosowali podobnà terapi´ w przywracaniu zdolnoÊci poruszania z osobna ka˝dym palcem. Gdy ludzie szybko i d∏ugo przebierajà palcami, rozgraniczenie mi´dzy przynale˝nymi im obszarami w korze zaczyna si´ zacieraç. Okolica odpowiadajàca jednemu palcowi ∏àczy si´ z okolicà drugiego palca. Wynikiem jest miejscowe zaburzenie napi´cia mi´Êni r´ki (focal-hand dystonia) – przy próbie uniesienia jednego palca nieuchronnie unosi si´ drugi, czasem jeszcze trzeci, czwarty i piàty. Dzi´ki powtarzaniu çwiczeƒ, zupe∏nie innych dla ka˝dego palca, udaje si´ przywróciç pierwotne granice mapy. Merzenich zainteresowa∏ si´ tak˝e zaburzeniami mowy i dysleksjà u dzieci i niektórych doros∏ych – w∏aÊnie tym narazi∏ si´ innym naukowcom. W po∏owie lat dziewi´çdziesiàtych z Paulà Tallal z Rutgers University za∏o˝y∏ Scientific Learning, firm´, która opracowa∏a i sprzedaje program komputerowy Fast ForWord. Pomys∏ dwojga naukowców, oparty na wynikach niezale˝nie przeprowadzonych badaƒ, polega∏ na tym, by dzi´ki spowolnieniu ciàgów PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 65 dêwi´ków – na przyk∏ad „ba” i „da” – dzieci majàce k∏opot z przetwarzaniem mowy szybko nauczy∏y si´ s∏yszeç g∏oski osobno, a wi´c „b” oddzielone od „a”. Po setkach powtórzeƒ – miesiàcami çwiczonych podczas gry na komputerze, nawet po 20 godzin w tygodniu – dêwi´ki stopniowo przyÊpieszano i z czasem dziecko uczy∏o si´ s∏yszeç i przetwarzaç je w normalnym tempie. Z artyku∏u Merzenicha, Tallal i grupy innych badaczy, opublikowanego w Proceedings of the National Academy of Sciences USA, wynika, ˝e dzieci z dysleksjà, które pos∏ugiwa∏y si´ Fast ForWord, nie tylko nauczy∏y si´ lepiej czytaç, ale tak˝e nastàpi∏a zmiana w ich mózgach – mow´ zacz´∏y przetwarzaç inne obszary. Przedwczesne nadzieje CHOCIA˚ NIEKTÓRZY BADACZE uwa˝ajà, ˝e technika ta obroni si´ sama, czekajà na ostateczne potwierdzenie w postaci niezale˝nych opracowaƒ. Guinevere F. Eden z Georgetown University Medical Center zwraca uwag´, ˝e nie przeprowadzono badaƒ kontrolnych poprawy czytania: dzieci majàce problemy z czytaniem, które uczestniczy∏y w eksperymencie, nie zosta∏y porównane z innymi dzieçmi dyslektycznymi. „Mo˝na by∏o si´ spodziewaç, ˝e wypadnà lepiej w drugiej turze zadaƒ, poniewa˝ w drugiej próbie zawsze wypadajà lepiej, nawet jeÊli nie çwiczy∏y” – zauwa˝a Eden, dodajàc, ˝e gry komputerowe cz´sto poprawiajà u grajàcego koncentracj´ i to w∏aÊnie, a nie sprawniejsze przetwarzanie mowy, mo˝e mieç wp∏yw na lepszy wynik. Ponadto obawia si´, ˝e rodzice mogà pok∏adaç w programie nadmierne nadzieje i traciç na niego zbyt du˝o pieni´dzy. „To bardzo podatna grupa i szkoda, ˝e nie ma systemu, który by ich lepiej chroni∏” – twierdzi. Merzenich lekcewa˝y krytyk´ tego rodzaju. WyÊmiewa pomys∏, ˝e badania, w których ma udzia∏ – takie jak jedno z niedawno opublikowanych w PNAS – sà tendencyjne. Uwa˝a, ˝e firma Scientific Learning jest potrzebna, i ˝a∏uje tylko tego, ˝e programy nie docierajà do wszystkich dzieci, do których mia∏y dotrzeç. Wed∏ug niektórych osób zajmujàcych si´ tà dziedzinà, interesy Merzenicha rzucajà cieƒ na jego osiàgni´cia. Inni jednak jego dzia∏ania popierajà. „Wspaniale jest zamknàç si´ w laboratorium – mówi Sutula. – Ale dla spo∏eczeƒstwa jest lepiej, kiedy si´ dzia∏a – mo˝na poprawiç jakoÊç ˝ycia.” Scientific Learning to przyk∏ad praktycznego rozwiàzania jednego z zasadniczych problemów na polu zastosowaƒ neuroplastycznoÊci: zasypania przepaÊci pomi´dzy neurobiologami i rehabilitantami. „Jest mnóstwo interesujàcych spostrze˝eƒ na ELIZABETH DERAMUS Program do nauki czytania, zaprojektowany przez Michaela M. Merzenicha i Paul´ Tallal, doprowadza do wymiany obwodów w mózgach dzieci z dysleksjà lub innymi problemami. Ta kontrowersyjna metoda z wykorzystaniem programu komputerowego Fast ForWord nie zosta∏a dotàd oceniona w niezale˝nych badaniach, ale naukowcy twierdzà, ˝e zaobserwowali u dzieci znacznà popraw´ umiej´tnoÊci czytania. 66 ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2003 temat sposobów poprawy funkcjonowania cz∏owieka – mówi Grafman – ale ich praktyczne zastosowanie nie jest takie proste.” „To bardzo wa˝ne, bo kiedy badanie zostanie ju˝ przeprowadzone, znalezienie funduszy na wdro˝enie wyników graniczy prawie z cudem – przyznaje Taub. – Dla rehabilitantów niektóre idee wydajà si´ dalekie od obszaru ich dzia∏alnoÊci – dodaje – choç dla neurobiologów sà z nim bezpoÊrednio zwiàzane.” Granice plastycznoÊci OBECNY CEL MERZENICHA wydaje si´ jeszcze trudniejszy do realizacji – naukowiec prowadzi badania majàce potwierdziç, ˝e çwiczenia i gry mogà cofnàç lub z∏agodziç objawy schizofrenii, autyzmu i os∏abienia pami´ci zwiàzanego z wiekiem. Dotychczas nie opublikowa∏ jeszcze ˝adnych wyników na ten temat. Nie jest te˝ rozmowny, gdy pada pytanie o wspó∏pracowników. Chocia˝ udzieli∏ mi d∏ugiego wywiadu i pokaza∏ laboratorium, nie odpowiedzia∏ na proÊby o wi´cej informacji. Lecz jeÊli jego idea oka˝e si´ s∏uszna, b´dzie to dokonanie niezwyk∏e. Merzenich wierzy, ˝e wykonywanie zadaƒ na komputerze nasila uwalnianie neuroprzekaêników odpowiedzialnych za pami´ç. „Podobnie jest z dzieçmi, które majà problemy z naukà i pami´cià – mówi. – Maszyneria mózgu jest plastyczna i prawie na pewno mo˝na wprowadziç korzystne zmiany w mózgu starszych osób przez zmuszenie jej do dzia∏ania.” Naukowiec obiecuje, ˝e wkrótce przedstawi wyniki, twierdzi te˝, ˝e ta sama zasada znajduje zastosowanie – i ju˝ dzia∏a – u pacjentów autystycznych i u osób z chorobà Parkinsona. „Panuje przekonanie, ˝e uszkodzony mózg mo˝na naprawiç lekami lub zmieniajàc jego fizycznà struktur´ – mówi. – Bardzo skuteczne mo˝e byç jednak sterowane komputerem çwiczenie, poniewa˝ oddzia∏uje na mózg w kontrolowany sposób.” Pacjenci mogliby na przyk∏ad çwiczyç gr´ komputerowà, w której wygrywa si´ pieniàdze lub pokonuje przeszkody; wzmocnienie pozytywne doprowadzi∏oby do uwolnienia, powiedzmy, dopaminy – neuroprzekaênika zwiàzanego z doÊwiadczaniem przyjemnoÊci, którego poziom stopniowo obni˝a si´ w niektórych chorobach, takich jak choroba Parkinsona. Naukowcy czekajà na argumenty. Chcieliby si´ dowiedzieç, jakie sà granice plastycznoÊci. „Moje g∏ówne zastrze˝enie co do poglàdu Mike’a dotyczy tego, ˝e nie bierze on pod uwag´ roli genów mimo powa˝nych danych na ten temat – mówi Steven E. Hyman z Harvard University. – Jest wielkim or´downikiem plastycznoÊci – potrzebujemy jego g∏osu. Ale obawiam si´, ˝e nasz mózg mo˝e okazaç si´ nie tak plastyczny, jak on sàdzi.” Inni martwià si´ kosztami – na przyk∏ad czy pobudzenie plastycznoÊci w jakimÊ miejscu nie zmniejszy zdolnoÊci mózgu do rozwini´cia jej póêniej – i tym, jak mo˝na po∏àczyç podawanie leków i wiedz´ na temat neuroplastycznoÊci, by uzyskaç wi´kszà popraw´. „Mo˝liwoÊci sà praktycznie nieograniczone, a my próbujemy rozpracowaç regu∏y” – konstatuje Kolb. Tymczasem fundamentalne przekonanie Merzenicha, ˝e leczeniem z wykorzystaniem plastycznoÊci mo˝na kierowaç, sterujàc zachowaniem, zosta∏o, jak si´ zdaje, potwierdzone przez osiàgni´cie w innej dziedzinie. Jeffrey Schwartz z University of California w Irvine doniós∏ o zmianach w mapie mózgu ludzi z zaburzeniem obsesyjno-kompulsyjnym, którzy brali udzia∏ w treningu behawioralnym. Pacjenci najwyraêniej modelowali swoje mózgi, by unikaç pewnych wzorców myÊlenia. Badacze z Laval University’s Geriatric Research Unit w Quebecu sugerujà, ˝e çwiczenia mogà chroniç MO˚LIWOÂCI DOSKONALENIA mózgu sà nieograniczone, ale METODY jeszcze NIEZNANE. przed chorobà Alzheimera. Wyniki badania opublikowane w zesz∏ym roku w Journal of the American Medical Association wskazujà, ˝e aktywnoÊç umys∏owa, taka jak codzienne czytanie gazety, pomaga powstrzymaç chorob´ Alzheimera. Zakrojone na wielkà skal´ badania da∏y podobne wyniki. Po oÊmiu latach od wypadku dzi´ki çwiczeniom w widoczny sposób poprawi∏ si´ stan aktora Christophera Reeve’a cierpiàcego na paraplegi´ – mo˝e poruszaç palcami ràk i nóg, i odpychaç si´ nogami. Ta poprawa to po raz pierwszy opisane tak rozleg∏e i tak odleg∏e w czasie ponowne po∏àczenie rdzenia kr´gowego z mózgiem. Mózg Reeve’a niespodziewanie w ró˝nych miejscach rozb∏yskuje. „Uk∏ad nerwowy jest zdolny do wszystkiego” – stwierdza lekarz Reeve’a, John W. McDonald z Washington University School of Medicine. A w kwestii usprawnienia dzia∏ania mózgu mówi: „Nie wiemy jeszcze, jaki rodzaj zadaƒ umys∏owych mo˝e pomóc w danym przypadku.” Merzenich prawdopodobnie powiedzia∏by, ˝e wie – oczywiÊcie, gdyn by uda∏o si´ do niego dodzwoniç. JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ Neural Plasticity: Merzenich, Taub and Greenough. Erin Clifford, Harvard Brain, tom 16, s. 16-20, 1999. Dost´pne pod adresem internetowym: http://hcs.harvard.edu/~husn/BRAIN/vol6/p16-20-Neuronalplasticity.pdf Cortical Reorganization of Function after Brain Damage. Red. Harvey S. Levin i Jordan Grafman; Oxford University Press, 2000. Neural Consequences of Environmental Enrichment. Henriette van Praag, Gerd Kempermann i Fred H. Gage, Nature Reviews Neuroscience, tom 1, nr 3, s. 191-198; XII/2000. Exercise, Experience and the Aging Brain. James D. Churchill, Roberto Galves, Stanley Colcombe, Rodney A. Swain, Arthur F. Kramer i William T. Greenough; Neurobiology of Aging, tom 23, nr 5, s. 941-955, IX/2002. The Mind and the Brain: Neuroplasticity and the Power of Mental Force. Jeffrey M. Schwartz i Sharon Begley; Harper Collins, 2002. PAèDZIERNIK 2003 ÂWIAT NAUKI 67
