Νευροπλαστικότητα ή πλαστικότητα του εγκεφάλου ορίζεται η ικανότητα του νευρικού συστήματος να αλλάζει τις δραστηριότητες του ως απάντηση σε ενδογενή ή εξωγενή ερεθίσματα, αναδιοργανώνοντας τη δομή, τις λειτουργίες ή τις συνδέσεις του.

Παλαιότερα πίστευαν ότι ο εγκέφαλος σταματούσε να αναπτύσσεται μετά τα πρώτα χρόνια της ζωής τού ανθρώπου. Θεωρούσαν ότι μόνο κατά την πρώιμη «κρίσιμη περίοδο» της ζωής ενός μικρού παιδιού σχηματίζονται οι συνδέσεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου και στη συνέχεια παραμένουν σταθερές για την υπόλοιπη ζωή του. Δηλαδή, θεωρούσαν ότι μόνο οι νέοι εγκέφαλοι είναι  «πλαστικοί» και ως εκ τούτου μπορούν να σχηματίσουν νέες συνδέσεις. Εξαιτίας αυτής της πεποίθησης, οι επιστήμονες πίστευαν ότι εάν μια συγκεκριμένη περιοχή τού ενήλικου εγκεφάλου υποστεί βλάβη, τα νευρικά κύτταρα δεν μπορούν να δημιουργήσουν νέες συνδέσεις ή να αναγεννηθούν, οπότε οι λειτουργίες που ελέγχονταν από αυτή την περιοχή τού εγκεφάλου χάνονται μόνιμα. Σήμερα γνωρίζουμε πως μία θεμελιώδης ιδιότητα των νευρώνων είναι η ικανότητά τους να τροποποιούν την ισχύ και την αποτελεσματικότητα της συναπτικής μετάδοσης μέσω ποικίλου αριθμού μηχανισμών που εξαρτώνται από τις δραστηριότητες του ατόμου, και περιγράφεται συνήθως ως συναπτική πλαστικότητα. 

Στο βιβλίο «Principle of Psychology», που γράφτηκε πριν από περίπου 100 χρόνια, ο William James παρουσίασε την πρώτη θεωρία τής νευροπλαστικότητας, υπαινισσόμενος ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ικανός να αναδιοργανωθεί. Δεν ήταν παρά το 1948 όταν ο όρος νευροπλαστικότητα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Πολωνό Νευροεπιστήμονα Jerzy Konorski, ο οποίος υποστήριξε πως οι νευρώνες οι οποίοι έχουν «τυχαία ενεργοποίηση εξαιτίας της γειτνίασής τους με άλλον πυροδοτούμενο νευρώνα, με τον καιρό δημιουργούν πλαστικές αλλαγές στον εγκέφαλο». Ωστόσο στο δεύτερο μισό τού 20ου αιώνα, και μετά από την πραγματοποίηση ενός ευρέος φάσματος ερευνών κατά τις οποίες φάνηκε ότι πολλές πτυχές τού εγκεφάλου παραμένουν μεταβλητές ακόμη και σε ενήλικες, ο όρος Νευροπλαστικότητα πήρε εξέχουσα θέση. Νευροπλαστικότητα είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει αλλαγές στον εγκέφαλο που συμβαίνουν καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής ως απάντηση σε νέες εμπειρίες. 

Πρόσφατη έρευνα δείχνει ότι η ανάπτυξη και η συμπεριφορά τού εγκεφάλου καθοδηγείται αφενός από ένα βασικό γενετικό λεπτομερές προσχέδιο, και αφετέρου από μια σειρά εμπειριών που διαμορφώνουν τον αναδυόμενο εγκέφαλο. Ακόμη και προγεννητικά γεγονότα μπορούν να είναι παράγοντες τροποποίησης των νευρωνικών συνδέσεων. Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα ερμηνειών σχετικά με τον προσδιορισμό τού όρου νευροπλαστικότητα. Μερικοί τον εξετάζουν σε σχέση με την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος, ενώ άλλοι τον συσχετίζουν με βλάβη στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα. Πιο αναλυτικά νευροπλαστικότητα είναι:

• «Η ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάζει σε δομή ή λειτουργία ανάλογα με την εμπειρία»
• «Η ικανότητα του νευρικού συστήματος για προσαρμογή ή αναγέννηση μετά από τραύμα»
• Η ικανότητα του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος να υποβληθεί σε διαρθρωτικές και λειτουργικές αλλαγές ανταποκρινόμενο σε νέες εμπειρίες»

Νευρωνική Σύναψη

Οι πληροφορίες στον εγκέφαλο μεταδίδονται από τον ένα νευρώνα στον άλλο μέσω εξειδικευμένων συνδέσεων που ονομάζονται συνάψεις. Μια σύναψη μεταξύ δυο νευρώνων αποτελείται από προσυναπτικά και μετασυναπτικά τερματικά, τα οποία χωρίζονται από μια συναπτική σχισμή. Το προσυναπτικό τερματικό είναι γεμάτο με μικρά κυστίδια που περιέχουν χημικούς νευροδιαβιβαστές και το μετασυναπτικό τερματικό αποτελείται από υποδοχείς ειδικά για αυτούς τούς νευροδιαβιβαστές. Οι νευρώνες μεταφέρουν πληροφορίες με τη μορφή μιας ηλεκτρικής ώθησης που ονομάζεται δυναμικό δράσης (action potential), ξεκινά στο κυτταρικό σώμα και ταξιδεύει κάτω στον άξονα. Στη σύναψη το δυναμικό δράσης προκαλεί την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών, μετατρέποντας έτσι το ηλεκτρικό ερέθισμα σε χημικό σήμα. Οι νευροδιαβιβαστές διαχέονται διαμέσου τής συναπτικής σχισμής -όπου δεσμεύονται στους υποδοχείς- στο μετασυναπτικό τερματικό, και παράγουν ένα ηλεκτρικό σήμα στον μετασυναπτικό νευρώνα. Στη συνέχεια το μετασυναπτικό κύτταρο πυροδοτεί ένα δυναμικό δράσης, με την προϋπόθεση ότι το άθροισμα όλων των συνάψεων θα φθάσει στην απαραίτητη ουδό για την πυροδότηση. Δεδομένου ότι ένας νευρώνας μπορεί να προσλαμβάνει συνάψεις από πολλά και διαφορετικά προσυναπτικά τερματικά, είναι ικανός να ενσωματώσει πληροφορίες από ποικίλες πηγές πριν τις μεταφέρει με τη μορφή ηλεκτρικού σήματος. Η ικανότητα των νευρώνων να τροποποιούν την ισχύ των υφιστάμενων συνάψεων, αλλά και να σχηματίζουν νέες συναπτικές συνδέσεις, ονομάζεται νευροπλαστικότητα.

Προσδιοριζόμενη με αυτόν τον τρόπο η νευροπλαστικότητα περιλαμβάνει αλλαγές στην ισχύ των ώριμων συναπτικών συνδέσεων, καθώς και τον σχηματισμό νέων, ή ακόμη και εξάλειψη συνάψεων σε ενήλικες και αναπτυσσόμενους εγκεφάλους. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό αυτό περικλείει ένα τεράστιο πεδίο έρευνας, ενώ παρόμοιες διεργασίες μπορούν να εμφανιστούν στις περιφερικές συνάψεις, στις οποίες έγιναν οι περισσότερες από τις πρωτοποριακές μελέτες για την συναπτική μετάδοση. Επιπλέον, η νευροπλαστικότητα περικλείει την αναβλάστηση νέων συναπτικών συνδέσεων μετά από τραυματισμό τού Κεντρικού Νευρικού Συστήματος.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος θεωρείται πλέον ένα εξαιρετικά δυναμικό και συνεχώς αναδιοργανώμενο σύστημα, ικανό να διαμορφωθεί και νααναμορφωθεί καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής. Πιστεύεται ότι κάθε εμπειρία μεταβάλλει την οργάνωση του εγκεφάλου σε κάποιο επίπεδο. Η νευροπλαστικότητα αναφέρεται στη δια βίου ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάζει και να επανασυνδέεται ως απάντηση στα ερεθίσματα της μάθησης και της εμπειρίας. Νευρογένεση είναι η ικανότητα δημιουργίας νέων νευρώνων και συνάψεων μεταξύ των νευρώνων κατά τη διάρκεια της ζωής. Καθώς μεγαλώνουμε, ο ρυθμός αλλαγής στον εγκέφαλο ή η νευροπλαστικότητα μειώνεται, αλλά δεν σταματάει. Επιπλέον, τώρα γνωρίζουμε ότι νέοι νευρώνες μπορούν να εμφανιστούν σε ορισμένα τμήματα του εγκεφάλου μέχρι την ημέρα τού θανάτου μας. Η εξάσκηση και η επανάληψη δημιουργεί νέες νευρικές συνδέσεις (νέα μονοπάτια) στον εγκέφαλο, που με τον καιρό γίνονται διαρκώς ισχυρότερες.

Εμπειρία και πλαστικότητα του εγκεφάλου

Μεταβολές στον εγκέφαλο μπορεί να συμβούν εξαιτίας ποικίλων ερεθισμάτων. Ο Kolb και οι συνεργάτες του αναφέρουν ότι υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι πλαστικότητας που διαμορφώνουν τον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο:

• Πλαστικότητα ανεξάρτητη από την εμπειρία, η οποία αναφέρεται σχεδόν σε όλα όσα συμβαίνουν στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της προγεννητικής αναπτυξιακής φάσης. Οι νευρωνικές συνδέσεις και ο σχηματισμός τού εγκεφάλου είναι διαδικασίες που καθοδηγούνται από πολύπλοκες γενετικές οδηγίες. Υπάρχουν τόσα που γίνονται στο στάδιο ανάπτυξης του εγκεφάλου: οι νευρώνες που διεγείρονται μαζί κάνουν κάποιες δομές ισχυρότερες και κάποια τμήματα του εγκεφάλου πιο εξέχοντα από άλλα, αντίθετα εκείνα που δεν συγχρονίζονται καλά εκφυλίζονται. Επειδή, όμως, αυτές οι νευρωνικές απώλειες θα μπορούσαν να βλάψουν τον εγκέφαλο, η φύση προέβλεψε την λύση με την υπερπαραγωγή των νευρώνων. Γι' αυτό κατά την πορεία τής ζωής μας έχουμε τους περισσότερους από τους νευρώνες μας όταν είμαστε νέοι, ενώ σταδιακά μειώνονται.
• Αναμενόμενη πλαστικότητα από την εμπειρία που είναι ανεξάρτητη από εξωτερικούς παράγοντες, η οποία βοηθάει τους νευρώνες να συνδέονται μεταξύ τους ανεξάρτητα από άλλους μηχανισμούς. Ένα παράδειγμα είναι ο σχηματισμός τού γαγγλίου τού αμφιβληστροειδή. Άξονες που προέρχονται από τον αμφιβληστροειδή, αρχικά στέλνουν διακλαδώσεις αξόνων και για τα δυο μάτια, αλλά εν ευθέτω χρόνω κάθε κλάδος σε κάθε μάτι αποκτά τους δικούς του νευρώνες. Οι άξονες κάθε κλάδου σε κάθε μάτι διεγείρονται μαζί και δημιουργούν ένα νευρωνικό δίκτυο ανεξάρτητο από εκείνους στο άλλο μάτι.
• Πλαστικότητα εξαρτώμενη από την εμπειρία, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής. Ο εγκέφαλος μεταβάλλεται ανάλογα με τις καταστάσεις που προκύπτουν, όπως για παράδειγμα είναι η μετακίνηση σε νέα περιοχή, ή όταν προσαρμόζεται σε προβλήματα, ή υποφέρει από τραυματισμό κ.ά. Πρόκειται για καθημερινές προκλήσεις προς όλα τα ζωντανά πλάσματα που θα μπορούσαν είτε να αυξήσουν, είτε να μειώσουν τις συνάψεις και να κάνουν κάποιες περιοχές τού εγκεφάλου κυρίαρχες σε σχέση με άλλες (ανθρωπάριο).

Η πλαστικότητα του εγκεφάλου και η πολυπλοκότητα της μπορεί να συνοψιστεί σε μια φράση: «Neurons that fire together, wire together – οι νευρώνες που πυροδοτούν μαζί, μεταφέρουν μαζί ηλεκτρικά σήματα».

Φυσικοθεραπεία – Κλινικές επιπτώσεις

Η νευροπλαστικότητα είναι ένα φαινόμενο που βοηθά στην αποκατάσταση του εγκεφάλου μετά από βλάβη που προκλήθηκε από αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο, ή τραυματισμό (κρανιοεγκεφαλική κάκωση). Η δυνατότητα χειρισμού συγκεκριμένων νευρωνικών οδών και συνάψεων έχει σημαντική επίπτωση στη φυσικοθεραπευτική κλινική παρέμβαση, προς όφελος των ασθενών. Υποσχόμενες θεραπείες είναι η εξειδικευμένη άσκηση, η νοητική εκπαίδευση και η νευροφαρμακολογία που βασίζονται στην τρέχουσα κατανόηση της πλαστικότητα του εγκεφάλου. Η καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την νευροπλαστικότητα μετά από εγκεφαλική βλάβη ή βλάβη των νεύρων θα συμβάλλει σημαντικά στη βελτίωση της ποιότητας ζωής τού ασθενή. Η εξειδικευμένη φυσικοθεραπεία μπορεί να ενισχύσει την εγκεφαλική λειτουργικότητα και την νευρομυϊκή προσαρμογή. Η φυσικοθεραπεία για νευρολογικούς ασθενείς είναι μια ολοκληρωμένη διαδικασία που στοχεύει να διδάξει, να καθοδηγήσει και να προάγει την πλαστικότητα του εγκεφάλου, μειώνοντας έτσι τις απειλές για λειτουργικές και γνωστικές αποκλίσεις.
Μελέτη τού 2019 σχετικά με τον ρόλο τής νευροπλαστικότητας στην αποκατάσταση της εγκεφαλικής λειτουργίας και της νευρομϋικής προσαρμογής επισήμανε ότι: «η αποκατάσταση της νευρομϋικής προσαρμογής διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην εναρμόνιση της πλαστικότητας και στην ανάκτηση του κινητικού ελέγχου σε ασθενείς μετά από αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο, μέσω τεχνικών νευροδιέγερσης». Επίσης, η νευρομϋική προσαρμογή βελτιώνει την κινητικότητα μέσω αναμόρφωσης του εγκεφαλικού φλοιού. Οι γνωστικές λειτουργίες βελτιώθηκαν με την προσθήκη αεροβικής άσκησης και βιντεοπαιχνιδιών. Η εξέλιξη των τεχνικών αποκατάστασης έχει οδηγήσει στη βελτίωση της λειτουργικής ικανότητας σε νευρολογικές παθήσεις που σχετίζονται με την ηλικία. Με την αύξηση του προσδόκιμου ζωής, οι άνθρωποι συχνά αντιμετωπίζουν νευρολογικές διαταραχές που σχετίζονται με την ηλικία και τη μείωση της λειτουργικής ικανότητάς τους και οι οποίες μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο ζωής και την ευημερία τους. Η νευροπλαστικότητα μπορεί να επηρεαστεί τόσο στον υγιή, όσο και στον πάσχοντα εγκέφαλο. Αξιοποιώντας την ικανότητα του εγκεφάλου να δημιουργεί νέες οδούς, ο φυσικοθεραπευτής μπορεί να έχει κυρίαρχο ρόλο στην αποκατάσταση και τη βελτίωση της ζωής του ασθενή.

Πηγές

• Mateos-Aparicio P, Rodríguez-Moreno A. The impact of the study of brain plasticity. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2019;13:66. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncel.2019.00066/full (last accessed 24.11.2019)
• Senatis. Neuroplasticity. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=ELpfYCZa87g [last accessed 01/03/16]
• What is Neuroplasticity Cutting Edge Research Comprehensive Answers. History of Neuroplasticity. http://www.whatisneuroplasticity.com/history.php (accessed 1 March 2016).
• Kolb, B., et al. (2013). "Brain plasticity in the developing brain." Prog Brain Res 207: 35-64.
• The American Heritage Medical Dictionary. (2007). Retrieved March 10 2016 from http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/neuroplasticity
• Mosby's Medical Dictionary, 8th edition. (2009). Retrieved March 10 2016 from http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/neuroplasticity
• Klein JA, Jones TA. Principles of experience-dependent neural plasticity: Implications for rehabilitation after brain damage. J Speech Lang Hear Res. 2008;51:S225-239.
• Khan Academy. Neuroplasticity. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=ELpfYCZa87g [last accessed 01/03/16]
• Connect Neuro Physiotherapy Principles of neuroplastisity Available from: https://www.youtube.com/watch?v=2seHROrb2PA (last accessed 24.11.2019)
• Keci A, Tani K, Xhema J. Role of Rehabilitation in Neural Plasticity. Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences. 2019 May 15;7(9):1540. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6542405/ (last accessed 24.11.2019)
• Wairagkar M, McCrindle R, Robson H, Meteyard L, Sperrin M, Smith A, Pugh M. MaLT–Combined Motor and Language Therapy Tool for Brain Injury Patients Using Kinect. Methods of information in medicine. 2017;56(02):127-37. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28220928 (last accessed 24.11.2019)
• Voss P, Thomas ME, Cisneros-Franco JM, de Villers-Sidani É. Dynamic brains and the changing rules of neuroplasticity: implications for learning and recovery. Frontiers in psychology. 2017 Oct 4;8:1657. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5649212/ (last accessed 24.11.2019)