Obrázok č. 1 Mozog uložený v lebke (Zdroj: Anatomy 3D Atlas)
Podľa Orela (2021) základom a hmotným podkladom vývinu mozgu a všeobecne všetkých buniek, tkanív a orgánov, je genetická informácia uložená v štruktúre 2-vláknovej molekuly DNA. Už vieme, že v priebehu vývinu a diferenciácie sa cielene a selektívne uplatňuje len vybrané gény z celej širokej palety génov uložených v DNA bunečných jadier. Genetický základ tak vytvára akési základné pole alebo ohraničenie, v rámci ktoré sa vývin realizuje. Ku genetickému sa však vždy pridáva pôsobenie rady vonkajších a vnútorných faktorov, ktoré vývin stavby a funkciu nervových buniek ( a samozrejme aj ďalších buniek nášho tela) významne ovplyvňujú a zasahujú tiež do expresie (prejavu) genetickej informácie. Hrubé odhady celkového počtu neurónov v celom mozgu sa točí okolo číšla 100 miliárd. Pokiaľ uvážime, že jeden neurón môže mať rádovo i niekoľko tisíc synaptických spojení, tak môžeme predpokladať, že sú možnosti kombinácii neurálnej siete nášho mozgu obrovské. Veľká časť synapsií, vzniká na základe procesu učenia a získavania skúseností (platí, že nemáme dosť gény, aby stačili pre vytvorenie zdravého funkčného mozgu). Samotné činnosť neurónov ovplyvňuje nie len ich funkčnosť, ale tiež ich vzhľad a stavbu. Zrelé neuróny síce stratili schopnosť sa množiť, ale vedia rozvetvovať a predlžovať svoje výbežky, vytvárať nové vlákna a tiež sa zapojovať prostredníctvom nových synapsií. Novovytvorené neurálne siete sa pritom napojujú na stávajúce a neustále tak rozširujúce možnosti kombinácií. Nové synapsie sú pritom neuróny schopné vytvoriť a zapojiť veľmi rýchlo – rádovo môže ísť o niekoľko desiatok sekúnd až minút. Hustota 3D neurálnej siete sa tak môže v priebehu života významne meniť. Deje sa tak v nadväznosti na kvalitu a kvantitu stimulov a celých radov vplyvov, ktoré na neuróny pôsobia/ negatívne sa môžu prejaviť napríklad niektoré chorobné stavy. Opakovane sledujeme, že stavba nervových buniek podmieňuje ich funkciu a zároveň funkcie nervových buniek ovplyvňuje stavbu neurónu a ich prepojení. Vzťah stavby a funkcie mozgu je tak obojsmerný. Tento princíp sa uplatňuje v celom nervovom systéme, najviac zrejmý je pritom v mozgu. Vieme, že geneticky daná hustota a kapacita neurálnej siete je len hrubá a zďaleka nie je konečná, naopak, neustále sa dynamicky pretvára a mení v súčinnosti s vlastnou aktivitou a stimulmi, okolnosťami a podnetmi z okolia. Práve schopnosť meniť a pretvárať zložitú sieť mozgových neurónov (a tým modifikovať svoju štruktúru, funkciu a rovnako variabilitu a kapacitu) nám dávajú podnet pre označenie tohto deja, ktorý nazývame mozgová plasticita.
Plasticita mozgu a ich dopady sa môžu prejaviť na troch úrovniach:
- úroveň neurálna a synaptická ( sa týka jednotlivých neurónov a komunikácie medzi nimi)
- úroveň modulárna (zahrňuje určitý neurálny okruh, čiastočnú funkciu, či subsystém)
- úroveň multimodulárna (je najzložitejšia, je rozprestrená medzi jednotlivými funkčnými systémami mozgu)
Mozgová plasticita je jednoznačným podkladom a predpokladom učenia v najširšom slova zmysle, pamäti, prežívania a správania, ale i citového a osobného života. Zasahuje prakticky do všetkých a psychických funkcií. Mozgová plasticita neustále mení a prispôsobuje neurálne siete – nezasahuje pritom do ich hrubej stavby. Práve mozgová plasticita je dôvodom, prečo je niekedy v mozgu obtiažne presne lokalizovať určitú funkciu, prečo u druhých ľuďoch nachádzame odlišnosti v stavbe a funkcií neurónových sietí alebo prečo neexistuje presa priama úmera medzi mierou poškodeného mozgu a rozsahom klinického prejavu. Podstatná je tiež otázka časová – pokiaľ napríklad v mozgu vzniká určitý defekt pomaly, môžu práve vďaka mozgovej plasticite neurónové siete do značne miery kompenzovať i roziahlejšie poškodenie.
Základné typy mozgovej plasticity
V prípade mozgovej plasticity ide o komplexný fenomén, z praktického hľadiska je však vhodné hovoriť o plasticite ontogenetickej, pasticite podmienenej stimulácií a plasticite reparačnej.
- Ontogenetická plasticita – je spojená s vývinom mozgu a jeho neuronálnych sietí v priebehu života jedinca ( respektíve od prvých týždňov vnútromaternicového života do veku dospelosti). Je teda základnym predpokladom rozvoja sietí mozgových neurónov v priebehu života pred narodením i po ňom.
- Plasticita podmieňená stimuláciou – existuje v dvoch formách – krátkodobá stimulácia je podkladom plasticity reaktívnej, dlhodobé pôsobenie stimulácie, ktoré podmieňuje plasticitu adaptívnu. Všetky prežité skúsenosti a situácie priamo ovplyvňujú mozgové okruhy. Podstatné sú nie len podnety pasívne prijímané, kedy napríklad dieťa poslúcha a pozoruje, ale tiež aktívne interaktívny (kedy na základe akcie dieťaťa vzniká odozva – napríklad dieťa zhodí kocky zo stolu, čo vyvolá hmatový, zvukový a zrakový podnet a ešte na to nejako zareaguje matka). Práve interakcia je veľmi podstatnou zložkou vývinu a plasticity mozgu. Priblížme si komplexný fenomén mozgovej plasticity vo vzťahu k osobnosti človeka pomocou jednoduchej a zjednodušenej schémy. Rozsah zmien podmienených mozgovou plasticitou je mimo iného ovplyvnený intenzitou a frekvenciou pôsobiacich faktorov a činností, tréningu, učení a ich biologicky individuálne špecifickým významom. Inými slovami, podnety rovnakej kvality a kvantity teda môžu na rôzne jedince pôsobiť odlišne a viesť k rozdielnym dôsledkom. Pôsobenie negatívnych skúseností spojených so stresom môže mimo iného ovplyvniť mozog rovnako prostredníctvom pôsobenia hormónov uvoľňovaných počas stresu. Už vieme, že stres, najmä chronický mimo iného stimuluje uvoľňovanie kortikoidov/ kortizol, kortikosteron z kôry nadobličiek. Pôsobenie týchto hormónov prináša v tele celú radu dopadov a účinky kortikoidov sa prejavia tiež v samotnom mozgu. Dochádza tiež napríklad v oblasti hipokampu, ktorý sa môže prejaviť poruchami pamäti a poklesom kognitívneho výkonu. Výsledkom dlhodobej nadprodukcie kortikoidov môže byť až preukazateľná atrofia (úbytok) mozgového tkaniva. Môžeme teda povedať, že nadprodukcia kortikoidov tak zasahuje do plasticity mozgu v negatívnom smere. Zaujímavý je tiež vzťah mozgových systémov a správania, ktorý je tiež obojstranný – mozog umožňuje určité spôsoby a formy správania (ovplyvňuje ch kvantitu a kvalitu) a aktívne správanie pritom spätne ovplyvňuje mozog a pôsobenie na nej.
- Možnosti mozgového tkaniva kompenzovať, či obnovovať poškodenie sa označuje ako plasticita reparačná. V priebehu nej dochádza k štrukturálnej a funkčnej obnove poškodenej neurónovej siete, čím je umožnené zvládanie a kompenzácia určitého deficitu alebo straty. Významnú rolu hrá tiež interakcia neurónov s podpornými bunkami.
- Mozgová plasticita ako taká zahrňuje i samotný vznik nervových buniek ich diferenciáciou a migráciou ( realizované prioritne v období vnútromaternicového vývinu). Bežnou a do určitej miery tiež prirodzenou zmenou mozgu v priebehu života je však tiež zánik synapsií, nervových výbežkov a v neposlednom rade i odumieranie nervových buniek. Jedným z podstatných predpokladov plasticity mozgu je fakt, že dielčie a komplexné funkcie sú v mozgovej kôre do určitej miery lokalizované ( viazané na určitú konkrétnu oblasť), tiež distribuované (zdieľané medzi viacerými oblasťami). Platí pritom, že miera lokalizácie/distribúcie je u rôznych funkcií odlišná. Funkcia široko distribuovaná umožňuje možnosti mozgovej plasticity ako funkcie užšie lokalizované. Vieme, že zrelé neuróny sa nedelia, nič menej i v dospelom mozgu existujú kmeňové bunky, ich delením a následnou diferenciáciou môžu nové neuroblasty a neuróny vznikať. Mozog tak má určitú kapacitu nahradiť neuróny stratené napríklad pri úraze alebo nejakom ochorení. Celá zložitá 3D sieť mozgových neurónov vzniká a rozvíja sa zhruba od jedného mesiaca vnútromaternicového života kontinuálne, postupne a vo vzájomnej súčinnosti a previazanosti jednotlivých prvkov, fázovitým a krokovitým zapojením nových elementov do stávajúcich prepojení. Také podmienky, za ktorých sa vyvíjajú mozgové okruhy v období embryonálneho a fetálneho, či v ranom detstve už nikdy ďalej nenastanú. Znamená to, že aj keď v mozgu dospelého človeka vznikne nový neurón, nikdy na nezapojí spôsobom, ako to robí neurón vzniknutý v priebehu vnutromaternicového života. To prirodzene limituje prínos kmeňových buniek v ich množstvách plnohodnotné náhrady poškodené, či zničené mozgové tkanivá.
Regenerácia nervových vlákien
Pokiaľ reparačná plasticita predstavuje kompenzačné reakcie na poškodené nervové tkanivá, je podľa nás podstatné a užitočné zoznámiť sa aspoň rámcovo so základnými mechanizmami a dejmi, ktoré sa týkajú možnosti reparácie poškodených nervových vlákien.
Regenerácia poškodených nervových vlákien v periférnych nervoch
Poškodenie vlákien senzitívneho alebo motorického neurónu na periférií vyvolá charakteristickú následnosť dejov a zmien. Distálna časť poraneného nervového vlákna, pomerne rýchlo stráca schopnosť viesť vzruchy, odumiera a rozpadá sa. Swannove bunky, ktoré tvorili obaly nervových vlákien, sa začnú meniť. Množia sa spolu s makrofágmi, ktoré sem prenikajú, odstraňujú zvyšky poškodeného vlákna a jeho obalov. Táto komplexná bunečná reakcia sa označuje ako Wallerova degenerácia. Telo a jadro poškodeného neurónu menia niektoré svoje vlastnosti , napríklad menia farbu. Významne sa teda zvyšuje novotvorba bielkovín (proteosyntéza). Už v priebehu niekoľko hodín začínajú z miesta poškodenia pučať nové axonálne výhonky a teda je spustený regeneračný proces. Rastúce vlákna sa vetvia a postupne získavajú funkčné myelínové pošvy tvorené Schwannovými bunkami. Celý proces sa označuje ako Wallerova regenerácia, v opačnom prípade môže nastať aj odumretie daného neurónu. Množiace sa Schwannove bunky v poškodených periferných nervoch vytvárajú ideálne prostredie, ktoré podporuje regeneráciu a rast nervových vlákien. Rastúce nervové vlákno môže nakoniec obnoviť funkčné spojenie s perifériou.
Regenerácia poškodených nervových vlákien v centrálnom nervovom systéme
Oproti výraznej možnosti poškodených nervových vlákien na periférií vykazuje centrálny nervový systém, teda mozog a miecha, dospelých cicavcov človeka len veľmi obmedzenú schopnosť regenerácie. Aj keď aj tu existuje významná možnosť novotvorby synapsií, poškodené axóny spravidla nedorastajú ani neobnovujú svoju funkciu, v takej miere, ako je to možné na periférií. V mieste poranenia mozgového alebo miechového tkaniva sa hromadia gliové bunky (najmä mikroglie, ale i oligodendroglie a astrocyty) a vytvárajú tu gliovú jazvu. Na rozdiel od Schwannových buniek, ktoré na periférii rast nových nervových vlákien stimulujú, majú však glie prítomné v mozgu a v mieche opačný vplyv/ rast axónov aktívne inhibujú. Akokoľvek mnohé mozgové neuróny udržujú schopnosť rastu dendritov, axonu i novotvorby synaptických spojení, je vďaka aktivite glií možnosť regenerácie poškodené mozgové a miechové tkanivo významne limitovaná.
Zoznam použitej literatúry
PROCHÁZKA, R. – OREL, M. (2021). Vývojová neuropsychologie. Praha: Grada, 223 s. ISBN 978-80-271-3080-1.