Ćwiczenia dla mózgu - Neuro - AGH

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