신경가소성

Neuroplasticity
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신경 가소성 또는 뇌 가소성으로도 알려진 신경 가소성은 성장과 재정비를 통해 뇌의 신경 네트워크가 변화하는 능력이다.뇌가 이전에 [1]기능했던 것과는 다른 어떤 방식으로든 기능하도록 재연결되었을 때입니다.이러한 변화는 새로운 연결을 만드는 개별 뉴런 경로에서부터 피질 재매핑과 같은 체계적 조정에 이르기까지 다양하다.신경 가소성의 예로는 새로운 능력, 환경의 영향, 연습, 그리고 심리적 [2][3][4][5][6][7]스트레스를 학습함으로써 생기는 회로와 네트워크의 변화를 포함한다.

신경 가소성은 한 때 신경 과학자들에 의해 [8][9]어린 시절에만 나타나는 것으로 생각되었지만, 20세기 후반의 연구는 뇌의 많은 측면이 심지어 [10][11]성인기를 통해서도 바뀔 수 있다는 것을 보여주었다.그러나 발달하는 뇌는 성인 [12]뇌보다 높은 가소성을 보인다.활동 의존적인 가소성은 건강한 발달, 학습, 기억력 및 뇌 [13][14][15]손상으로부터의 회복에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

역사

기원.

가소성이라는 용어는 1890년 윌리엄 제임스에 의해 심리학의 [16]원칙에서 행동에 처음 적용되었다.신경가소성이라는 용어를 처음 사용한 사람은 폴란드의 신경과학자인 Jerzy [10][17]Konorski인 것으로 보인다.

신경가소성 현상에 대한 증거를 제공하는 첫 번째 실험 중 하나는 1793년 이탈리아 해부학자 미켈레 비센조 말라카르네에 의해 수행되었는데, 그는 동물을 짝짓고, 몇 년 동안 쌍 중 하나를 광범위하게 훈련시키고, 그리고 나서 두 가지를 해부하는 실험을 묘사했다.말라칸은 훈련을 받은 동물의 소뇌가 훈련을 받지 않은 동물의 소뇌보다 상당히 크다는 것을 발견했다.하지만, 이러한 발견들이 의미 있는 것이었지만,[18] 결국 그것들은 잊혀졌다.1890년, 비록 그 생각이 크게 [16]무시되었지만, 뇌와 그 기능이 성인기 내내 고정되지 않는다는 생각은 윌리엄 제임스에 의해 심리학의 원리(Princrinces of psychology에서.1970년대까지만 해도 신경과학자들은 뇌의 구조와 기능이 [19]성인기 내내 근본적으로 고정되어 있다고 믿었다.

뇌는 1900년대 초에는 일반적으로 재생 불가능한 장기로 이해되었지만, 신경과학의 아버지인 산티아고 라몬 이 카할은 성인 뇌 구조의 비병리적인 변화를 설명하기 위해 신경 가소성이라는 용어를 사용했다.그의 유명한 뉴런 교리에 기초하여, 카잘은 처음에 뉴런을 신경계의 기본 단위라고 설명했는데, 이것은 나중에 신경 [20]가소성의 개념을 발전시키기 위한 필수적인 기초가 되었다.그는 특히 사람이 성인이 된 후 중추신경계의 퇴화와 재생에 대한 그의 연구를 언급하면서 가소성이라는 용어를 사용했다.많은 신경과학자들이 가소성이라는 용어를 단지 말초 신경계의 재생 능력을 설명하기 위해 사용했는데, 카잘의 개념적인 용어 이전은 논란의 여지가 있는 [21]논쟁을 불러일으켰다.

이 용어는 이후 광범위하게 적용되었습니다.

신경 가소성의 중심적인 중요성을 감안할 때, 외부인은 그것이 잘 정의되어 있고 기본적이고 보편적인 틀이 현재와 미래의 가설과 실험을 지시하는 데 도움이 된다고 가정한 것은 용서받을 것이다.하지만 슬프게도, 이것은 사실이 아니다.많은 신경과학자들이 신경가소성이라는 단어를 포괄적 용어로 사용하는 반면, 그것은 다른 하위 분야의 연구원들에게 다른 것을 의미한다.즉, 상호 합의된 프레임워크는 존재하지 않는 [22]것 같습니다.

조사와 발견

1923년, 칼 래슬리는 신경 경로의 변화를 보여주는 붉은털 원숭이에 대한 실험을 수행했는데, 그는 이것이 가소성의 증거라고 결론지었다.이것과 가소성이 발생했다는 다른 연구에도 불구하고, 신경과학자들은 신경가소성의 개념을 널리 받아들이지 않았다.

1945년, Justo Gonzalo는 뇌역학에 대한 그의 연구로부터, 투영 영역의 활동과는 달리, "중심" 피질 질량은 (시각적, 촉각적, 청각적 투영 영역으로부터 다소 등거리), 신경의 흥분성을 증가시키는 능력이 있는 "조작 질량"일 것이라고 결론지었다.그리고 가소성 [23]특성을 사용하여 활동을 재평가합니다.그는 적응의 첫 번째 예로 스트랫턴 실험에서 [24]반전 안경으로 똑바로 서서 보기 위해, 특히 역지각 장애에서 동적 및 적응 특성을 관찰한 몇 가지 직접 뇌 손상 사례를 제시한다[예: 페이지 260–62 Vol 참조].I(1945), 페이지 696 Vol.II(1950년)[23]그는 투영 영역의 감각 신호는 나선형 [25]성장에 따라 더 중심 영역에서 모집된 뇌량의 증가로 확대되고 뇌의 가소성 효과로 인해 다시 반전되는 반전되고 제한된 윤곽일 뿐이라고 말했다.

캘리포니아 버클리 대학의 마리안 다이아몬드는 1964년에 [26][27]그녀의 연구를 발표하면서, 해부학적 뇌의 가소성에 대한 최초의 과학적 증거를 만들었습니다.

1960년대 이후 폴 바흐-이-리타, 마이클 메르제니치와 존 카스를 포함한 여러 [19][28]과학자들로부터 다른 중요한 증거들이 제시되었다.

1960년대에 폴 바흐-이-리타는 소수의 사람들을 대상으로 실험한 장치를 발명했습니다. 의자에 앉아 있는 사람이 카메라에 찍힌 이미지를 해석해 진동시키는 누브(nub)를 내장하고 감각 [29][30]치환을 통해 시각의 형태를 가능하게 했습니다.

뇌졸중에서 회복하는 사람들에 대한 연구는 또한 신경 가소성에 대한 지지를 제공했는데, 이는 건강한 상태로 유지된 뇌의 부위가 때때로 파괴된 기능을 대신할 수 있기 때문입니다; 셰퍼드 아이보리 프란츠는 이 [31][32]분야에서 일했습니다.

엘레노어 맥과이어는 지역 택시 [33][34][35]운전사의 런던 배치에 대한 지식을 습득하는 것과 관련된 해마 구조의 변화를 기록했습니다.회백질 재배포는 런던 택시 운전사들에게 통제와 비교하여 나타났다.이 해마의 가소성에 대한 연구는 과학자들의 관심을 끌었을 뿐만 아니라 전 세계 대중과 언론의 관심을 끌었다.

Michael Merzenich는 신경과학자이며 30년 이상 신경가소성의 선구자 중 한 명이다.그는 "뇌 운동이 정신분열증처럼 심각한 질병을 치료하는데 약물만큼 유용할 수 있다"며 "요람에서 무덤까지 가소성이 존재하며 우리가 배우고 생각하고 지각하고 기억하는 방법이 [29]노인들에서도 가능하다"고 주장했습니다.Merzenich의 연구는 David Hubel과 Torsten Wiesel이 고양이와 함께 한 중요한 발견에 영향을 받았다.그 실험은 한쪽 눈을 감고 피질 뇌 지도를 기록하는 것을 포함했다.휴벨과 비젤은 감은 눈과 관련된 아기 고양이의 뇌 부분이 예상대로 한가하지 않다는 것을 알았다.대신에, 그것은 뜬 눈으로 시각 정보를 처리했다.그것은 "…뇌가 어떤 '피질 부동산'도 낭비하고 싶지 않고 스스로를 [29]다시 연결할 수 있는 방법을 찾은 것 같다.

이는 임계기간의 신경가소성을 암시했다.그러나 메르제니치는 신경가소성이 임계기를 넘어 발생할 수 있다고 주장했다.그가 성인 가소성을 처음 접한 것은 클린턴 우슬리와 박사 후 연구를 할 때였다.이 실험은 말초신경이 절단되고 그 후 재생되었을 때 뇌에서 어떤 일이 일어났는지 관찰한 것에 기초했다.이 두 명의 과학자들은 말초신경을 절단하고 양끝을 함께 꿰매기 전후에 원숭이 뇌의 핸드맵을 마이크로맵으로 만들었다.그 후, 그들이 뒤죽박죽이 될 것으로 예상한 뇌의 핸드맵은 거의 정상이었다.이것은 상당한 돌파구였다.메르제니치는 "만약 뇌지도가 비정상적인 입력에 반응하여 구조를 정상화할 수 있다면, 우리가 유선 연결 시스템을 타고났다는 일반적인 견해는 틀릴 수 밖에 없다"고 주장했다.뇌는 [29]플라스틱이어야 했습니다."메르제니치는 "경험과 신경 활동을 통해 뇌 [36]기능을 개조할 수 있는 메커니즘의 발견"으로 2016년 카블리 신경과학상을 수상했다.

신경생물학

어떤 생물학적 과정이 신경성형술이 일어나게 하는가에 대한 다른 생각과 이론들이 있다.이 현상의 핵심은 시냅스와 뉴런의 기능에 따라 시냅스 간의 연결이 어떻게 변화하는지에 기초하고 있다.신경 가소성은 다양한 경로의 결과이기 때문에 여러 가지 형태를 취한다는 것은 널리 알려져 있다.이러한 경로들은 주로 신호 전달을 통해 신경 변화를 일으키는 유전자 발현 변화를 허용하고, 따라서 신경 가소성을 유발합니다.

뇌의 신경망의 변화의 기초가 되는 생물학적 과정에서 역할을 하는 것으로 생각되는 많은 다른 요소들이 있다.이러한 요인들 중 일부는 인산화를 통한 시냅스 조절, 염증과 염증성 사이토카인의 역할, Bcl-2 단백질과 중성포린과 같은 단백질, 그리고 미토콘드리아를 [37]통한 에너지 생산을 포함한다.

JT 월과 J Xu는 신경 가소성의 근간을 이루는 메커니즘을 추적했습니다.재조직은 피질적으로 발생하는 것이 아니라 처리 계층의 모든 수준에서 발생합니다. 이는 대뇌피질에서 [38]관찰된 지도 변화를 생성합니다.

종류들

Christopher Shaw와 Jill McEachern (eds)은 "신경 가소성 이론을 향하여"에서 신경 가소성 연구에서 다른 틀과 체계를 능가하는 포괄적인 이론은 없다고 말한다.하지만, 연구원들은 종종 신경 [39]가소성을 "신경계의 구조와 기능과 관련된 적응적인 변화를 만드는 능력"으로 묘사한다.이에 대응하여, 두 가지 유형의 신경 가소성이 종종 논의된다: 구조적 신경 가소성과 기능적 신경 가소성.

구조적 신경가소성

구조적 가소성은 종종 뇌의 신경 연결을 바꾸는 능력으로 이해된다.새로운 뉴런은 이러한 유형의 신경 가소성에 기초해 수명에 걸쳐 지속적으로 생성되고 중추신경계에 통합된다.오늘날 연구자들은 인간 [40]뇌의 구조적 변화를 연구하기 위해 여러 단면 영상법(즉, 자기공명영상(MRI), 컴퓨터 단층촬영(CT))을 사용한다.이러한 유형의 신경 가소성은 종종 뇌의 해부학적 재구성에 대한 다양한 내부 또는 외부 자극의 영향을 연구합니다.뇌의 회백질 비율의 변화나 시냅스 강도는 구조적인 신경 가소성의 예로 간주된다.구조적 신경 가소성은 현재 [20]학계에서 신경과학 분야에서 더 많이 조사되고 있다.

기능성 신경가소성

기능적 가소성은 뉴런의 기능적 특성을 변화시키고 적응시키는 뇌의 능력을 말한다.이러한 변화는 기억을 획득하기 위한 이전의 활동(활동 의존적 가소성) 또는 병리학적 사건을 보상하기 위한 뉴런의 오작동 또는 손상(반응적 가소성)에 대한 반응으로 발생할 수 있다.후자의 경우 뇌의 한 부분에서 다른 부분으로 기능이 이동하며, 이는 행동이나 생리적 [41]과정의 회복을 만들어 내는 요구에 기초한다.활성의존적 가소성의 생리학적 형태에 관하여, 시냅스를 포함하는 것을 시냅스 가소성이라고 한다.뉴런 발화율의 증감을 가져오는 시냅스의 강화와 약화를 각각 장기강화(LTP)와 장기강화(LTD)라고 하며 [42]기억과 관련된 시냅스 가소성의 예로 꼽힌다.소뇌는 LTP/LTD와 회로 내 용장성의 조합을 가진 전형적인 구조이며, 여러 [43]부위에서 소성이 가능합니다.보다 최근에는 시냅스 가소성이 뉴런의 본질적인 흥분성을 수반하는 활동 의존적인 다른 형태의 가소성에 의해 보완될 수 있다는 것이 명확해졌습니다. 이것은 본질적인 [44][45]가소성이라고 언급됩니다.이것은 항상성 가소성과는 달리 네트워크 내에서 뉴런의 전체적인 활동을 반드시 유지하는 것은 아니지만 [46]기억 부호화에 기여한다.또한, 많은 연구들이 뇌 네트워크의 수준에서 기능적 신경 가소성을 나타내는데, 여기서 훈련은 기능적 [47][48]연결의 강도를 변화시킨다.최근의 연구는 이러한 관찰된 변화가 [49]재구성을 위한 뇌 네트워크의 체계적 요구 사항에 뿌리를 둘 수 있기 때문에 신경 가소성과 직접적으로 관련지어서는 안 된다고 논의한다.

응용 프로그램 및 예시

성인의 뇌는 고정된 신경 회로로 완전히 연결된 것은 아니다.부상에 대한 반응뿐만 아니라 훈련에 대한 반응으로 신경 회로의 피질 및 피질하 재배선의 많은 사례가 있다.뇌세포의 탄생이 성인의 포유류의 뇌에서 일어난다는 증거가 있고, 그러한 변화는 나이가 [11]들어도 지속될 수 있다.신경 발생의 증거는 주로 해마와 후각 구근에 제한되지만, 소뇌를 포함한 뇌의 다른 부분들도 [50]관련이 있을 수 있다는 연구 결과가 나왔다.그러나 확립된 회로에서 새로운 뉴런의 집적화에 의해 유도되는 재배선의 정도는 알려져 있지 않으며, 그러한 재배선은 기능적으로 [51]용장할 수 있다.

대뇌 피질을 포함한 여러 개의 상호 관련 구조를 포함하는 뇌의 시냅스 네트워크의 능동적이고 경험 의존적인 재조직에 대한 충분한 증거가[citation needed] 있습니다.이 과정이 분자 및 초미세 구조 수준에서 어떻게 일어나는지에 대한 구체적인 세부 사항은 활발한 신경 과학 연구의 주제입니다.경험이 뇌의 시냅스 구조에 영향을 미칠 수 있는 방법은 또한 정신의 일반 이론과 신경 다윈주의를 포함한 많은 뇌 기능 이론의 기초가 됩니다.신경 가소성의 개념은 또한 Aplysia와 같은 무척추동물 모델에서 고전적 조건화 연구에서 시냅스 구조와 기능의 경험 중심적인 변화와 연관된 기억과 학습 이론의 중심이다.

뇌손상 치료

신경 가소성의 놀라운 결과는 주어진 기능과 관련된 뇌 활동이 다른 위치로 옮겨질 수 있다는 것입니다; 이것은 정상적인 경험에서 비롯될 수 있고 뇌 손상에서 회복되는 과정에서 발생할 수도 있습니다.신경가소성은 부상의 기능적 결과에 대한 재활 접근의 맥락에서 목표 지향적 경험적 치료 프로그램으로 후천적 뇌손상의 치료를 위한 과학적 근거를 뒷받침하는 근본적인 문제이다.

신경가소성은 적어도 부분적으로는 뇌졸중 후 물리치료의 기능적 결과 개선을 설명하는 이론으로 인기를 끌고 있다.변화의 메커니즘으로 피질 재편을 시사하는 증거에 의해 뒷받침되는 재활 기술에는 제약에 의한 운동 치료, 기능적인 전기 자극, 체중 유지에 의한 트레드밀 훈련, 가상 현실 치료 등이 있다.로봇 보조 치료는 신경 가소성을 통해 작동하도록 가정된 새로운 기술이지만, 이 [52]방법을 사용할 때 변화의 정확한 메커니즘을 결정할 수 있는 증거가 현재 불충분합니다.

한 그룹은 뇌손상 환자에게 프로게스테론 주사를 늘리는 치료법을 개발했다.외상성[53] 뇌손상(TBI)과 뇌졸중 후 프로게스테론을 투여하면 부종, 염증, 신경세포사 등이 감소하고 공간기준기억력과 감각운동 [54]회복력이 향상된다.임상 시험에서, 심각한 부상을 입은 환자 그룹은 프로게스테론 주사를 [55]3일 동안 투여한 후 사망률이 60% 감소했습니다.하지만, NIH가 후원하는 882명의 환자를 대상으로 한 임상시험의 결과를 상세히 기술한 2014년 뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨에 발표된 연구는 프로게스테론 호르몬으로 인한 급성 외상 뇌손상의 치료가 [56]위약과 비교했을 때 환자에게 큰 혜택을 주지 못한다는 것을 발견했다.

양안시

수십 년 동안, 연구원들은 인간이 어린 시절에 양안시, 특히 입체시각을 획득해야 하며 그렇지 않으면 절대 얻을 수 없을 것이라고 추정했다.그러나 최근 몇 년 동안 약시, 수렴 기능 저하 또는 기타 스테레오 시력 이상을 가진 사람들의 성공적인 개선은 신경 가소성의 주요 예가 되었다. 양안 시력 향상과 입체시 회복은 현재 과학 및 임상 [57][58][59]연구의 활발한 분야이다.

환상사지

미러 박스의 도식적인 설명.환자는 온전한 사지를 상자의 한쪽에 놓고(이 경우 오른손), 절단된 사지를 다른 쪽에 놓습니다.거울 때문에 환자는 잃어버린 사지가 있을 온전한 손의 반사(낮은 대비로 표시)를 볼 수 있습니다.따라서 환자는 좋은 손을 움직일 때 "재수술된" 사지가 움직이고 있다는 인위적인 시각적 피드백을 받는다.
주요 기사:팬텀 사지 및 미러 상자

환지 감각의 현상으로, 사람은 절단된 신체 일부에서 통증이나 감각을 계속 느낀다.이것은 이상하게 흔하며, 절단 환자의 [60]60-80%에서 발생한다.이에 대한 설명은 제거된 사지의 피질 지도가 중심회 후부에서 사지의 주변 영역과 관련이 있다고 여겨지기 때문에 신경 가소성의 개념에 기초하고 있다.이는 이전에 절단된 사지를 담당하는 피질 영역에 의해 피질 주변 영역 내의 활동이 잘못 해석되는 결과를 초래한다.

환지의 감각과 신경가소성의 관계는 복잡하다.1990년대 초에 V.S. 라마찬드란은 환상의 사지가 피질 재매핑의 결과라는 이론을 세웠다.그러나, 1995년에 Herta Flor와 그녀의 동료들은 피질 재매핑이 [61]환상통증이 있는 환자들에게만 일어난다는 것을 증명했다.그녀의 연구는 (참조된 감각보다는) 환지의 통증이 피질 [62]재조직의 지각적 상관관계라는 것을 보여주었다.이러한 현상을 부적응성 소성이라고 부르기도 합니다.

2009년, 로리머 모슬리와 피터 브루거는 팔 절단 환자들에게 시각 이미지를 사용하여 환상을 불가능한[clarification needed] 형태로 변형시키는 실험을 수행했다.7명의 피실험자 중 4명은 환지의 불가능한 동작을 수행하는데 성공했다.이 실험은 실험 대상자들이 그들의 환영 사지의 신경 표현을 수정하고 [63]신체로부터의 피드백이 없을 때 불가능한 움직임을 실행하는 데 필요한 운동 명령을 생성했음을 시사한다.저자들은 다음과 같이 말했다: "사실, 이 발견은 신체의 정신적 표현에 있어서 심오한 변화가 순전히 내부 뇌 메커니즘에 의해 유발될 수 있다는 증거이기 때문에 뇌의 가소성에 대한 우리의 이해를 확장시킨다 – 뇌는 정말로 스스로 변화한다."

만성 통증

주요 기사:만성 통증

만성적인 통증을 가진 사람들은 이전에 부상을 입었을 수도 있는 부위에서 장기간의 통증을 경험하지만 그 외에는 현재 건강하다.이 현상은 말초와 중심 모두에서 신경계의 부적응적 재조직으로 인한 신경가소성과 관련이 있다.조직 손상 기간 동안, 유해한 자극과 염증은 말초에서 중추 신경계로 침입 입력의 상승을 일으킨다.말초로부터의 장기 노크스는 통증 부위의 체질적 조직을 변화시키기 위해 피질 수준에서 신경성 반응을 유도하여 [64]중추감작성을 유발한다.예를 들어, 복잡한 국소 통증 증후군을 겪고 있는 개인은 손과 입 [65]사이의 간격뿐만 아니라 반대 방향으로 손의 피질 체질적 표현이 감소했음을 보여준다.또한 만성 통증은 전세계적으로, 특히 전전두피질과 오른쪽 [66]시상에서 뇌의 회백질 부피를 현저하게 감소시키는 것으로 보고되었다.그러나 치료 후 이러한 피질 재구성 및 회백질 부피의 이상은 증상뿐만 아니라 해결됩니다.환지통,[67] 만성 요통[68], 손목터널증후군에 [69]대해서도 비슷한 결과가 보고되었다.

명상

주요 기사:명상에 관한 연구

많은 연구들이 명상 연습을 [70][71][72][73]회백질 피질 두께 또는 밀도의 차이와 연관시켰다.이를 입증하는 가장 잘 알려진 연구 중 하나는 2000년 [74]하버드 대학의 사라 라자르에 의해 주도되었다.위스콘신 대학의 신경과학자 리처드 데이비슨은 달라이 라마와 협력하여 명상이 뇌에 미치는 영향에 대한 실험을 주도해 왔다.그의 결과는 명상이 주의력, 불안, 우울증, 두려움, 분노, 동정심뿐만 아니라 스스로 [75][76][77][78]치유할 수 있는 신체의 능력과 관련된 뇌 영역의 물리적 구조에 변화를 가져올 수 있다는 것을 암시한다.

피트니스와 운동

다음 항목도 참조하십시오.신체운동의 신경생물학적 영향 § 구조적 성장

에어로빅 운동brain-derived 신경 영양성의 요소(BDNF), 인슐린 유사 성장 인자 1(IGF-1), 혈관 내피 성장 인자(VEGF)[79][80][81] 해마 부위에서 Exercise-induced 신경 발생과 같은 신경 영양성의 요인(는 뉴런의 성장이나 생존을 촉진시키 화합물)의 생산량을 늘려 성인 신경 발생을 촉진한다. 는 동료d 공간 [82][83][84][85]기억력이 눈에 띄게 향상되었다.수개월 동안 지속적인 유산소 운동은 여러 뇌 영역, 특히 [81][82][86][87]인지기능을 일으키는 여러 뇌 영역에서 임상적으로 유의한 기능(즉, 행동의 "인지 제어")과 증가된 회백질량을 유발한다.유산소 운동에 대한 반응으로 회백질 부피의 가장 큰 향상을 보여주는 뇌 구조는 전전두피질과 [81][82][83]해마입니다; 전측 대상피질, 두정피질, 소뇌, 미상핵,[81][82][83] 그리고 핵에서 중간 정도의 개선이 보입니다.높은 체력 점수(VO max로 측정2)는 더 나은 실행 기능, 더 빠른 처리 속도 및 해마, 미립자핵 및 핵의 [82]더 큰 부피와 관련이 있다.

난청 및 청력 상실

난청으로 인해 청각피질 및/또는 청각장애인의 뇌의 다른 연관영역은 보상적 가소성을 [88][89][90]겪는다.청각 피질은 보통 청각 정보를 처리하기 위해 남겨져 있는데, 현재 사람들은 다른 기능, 특히 시력과 체질감각을 위해 다른 기능을 하도록 수정된다.

청각장애인은 청각장애인에 [89][90][92]비해 시각과제에서 말초적 시각적 [91]주의력 향상, 더 나은 움직임 변화, 그러나 색 변화 감지 능력, 더 효과적인 시각적 [93]검색 및 시각[94][95] 대상에 대한 더 빠른 응답 시간을 가지고 있다.청각장애인의 변화된 시각 처리는 일차 청각 피질, 후두정회 피질(PPAC) 및 전방 대상 피질(ACC)[96]을 포함한 다른 뇌 영역의 용도 변경과 관련이 있는 것으로 종종 발견됩니다.Babelier 등의 리뷰.(2006)는 청각장애인과 청각장애인의 [97]시각능력 비교 주제에 대한 많은 측면을 요약한다.

청각 처리의 기능을 하는 뇌 부위는 선천적으로 청각장애인의 신체 감각 정보를 처리하는 용도로 사용된다.그들은 역치를[98] 초과하는 진동 주파수 변화를 감지하는 데 더 높은 민감도를 가지며, 체질 감각 [99][88]자극 하에서 청각 피질에서 더 높고 더 광범위하게 활성화된다.그러나 체감각 자극에 대한 빠른 반응은 청각장애 [94]성인에게서 발견되지 않는다.

달팽이관 이식

신경가소성은 감각기능 발달에 관여한다.뇌는 미성숙하게 태어나서 태어난 후 감각 입력에 적응한다.청각계통에서는 신생아 1000명 중 1명에 영향을 미치는 선천성 난청이 청각발달에 영향을 미치는 것으로 나타났으며 청각계를 활성화하는 감각 보형물을 이식함으로써 청각계통의 [100]결손을 방지하고 기능적 성숙을 유도했다.가소성에 민감한 기간으로 인해 생애 첫 2-4년 이내에 그러한 개입에 민감한 기간도 있다.그 결과 언어 이전의 청각장애 아동은 일반적으로 조기 달팽이관 이식을 통해 모국어를 배우고 음향 커뮤니케이션을 [101]습득할 수 있다.

실명

시력 감퇴로 인해 시각장애인의 시각 피질은 교차 모형의 가소성을 겪을 수 있으며, 따라서 다른 감각들은 능력을 향상시킬 수 있다.또는 시각적 입력이 부족하여 다른 감각 시스템의 발달을 약화시키면서 그 반대 현상이 발생할 수 있습니다.한 연구는 소리가 움직이는 감지 [102]작업 중에 시각장애인보다 시각장애인에서 우측 후두측두회 및 상후두회 활동이 더 많이 나타난다는 것을 시사한다.몇몇 연구는 후자의 아이디어를 지지하고 오디오 거리 평가, 자체 수용성 재생, 시각적 이등분 역치 및 최소 가청각 [103][104]판단에서 약화된 능력을 발견했다.

인간 반향 위치 측정

인간의 반향 정위는 인간이 에코로부터 환경을 감지하는 학습된 능력이다.이 능력은 일부 시각장애인들이 환경을 탐색하고 주변을 세밀하게 감지하는 데 사용됩니다.기능성[106] 자기공명영상 기술을 사용한 2010년과 2011년의 연구는[105] 시각적 처리와 관련된 뇌의 부분이 반향 위치 파악의 새로운 기술에 적합하다는 것을 보여주었다.예를 들어 시각장애인 환자들에 대한 연구는 이러한 환자들이 듣는 클릭 에코가 [106]오디션이 아닌 시각에 전념하는 뇌 부위에 의해 처리되었다는 것을 시사한다.

주의력 결핍 과잉 행동 장애

1713명의 참가자를 대상으로 한 MRI 연구는 주의력 결핍 과잉행동장애(ADHD)를 가진 어린이와 성인 모두 핵 어큐벤스, 편도체, 꼬리산염, 해마, 창자, 전체 피질 및 두개 내 부피가 ADHD가 [107][108]없는 사람들에 비해 작다는 것을 보여준다.뇌 볼륨은 지능, 즉 지능 지수([109]IQ)와 관련이 없습니다.ADHD를 가진 사람들은 비정상적인 신경 연결성을 보인다.특히 ADHD 증상학은 뇌 발달 중 이러한 대규모 네트워크 내 및 네트워크 간의 신경 전형적 동기화 및 상호작용의 편차로 인해 발생할 수 있다는 가설을 세웠다.대신 뇌파그래피(EEG)의 초 미만의 시간 분해능을 사용하여 기능적 연결을 조사하면 인지 및 행동 [110]중 연결의 일시적인 변화를 포함한 광범위한 뇌 진동 현상을 측정할 수 있습니다.

ADHD를 가진 개인에 대한 MRI 및 뇌전도(EEG) 연구의 리뷰는 암페타민 또는 메틸페니다이트와 같은 자극제를 사용한 ADHD의 장기 치료가 ADHD 피험자에서 발견되는 뇌 구조와 기능의 이상을 감소시키고 오른쪽 꼬리 핵과 같은 뇌의 여러 부분에서 기능을 향상시킨다는 것을 시사한다.기저신경절의 [111][112][113]용출액, 좌측 복측전두전두피질(VLPFC), 상측두회.[114]

유아 발육 초기

신경가소성은 정상적인 인간 발달의 일부로서 어린 시절에 가장 활발하며 위험과 [115]탄력성의 측면에서 어린이들에게 특히 중요한 메커니즘으로 보여질 수 있다.외상은 뇌의 많은 부분에 부정적인 영향을 미치고 지속적인 활성화로 인해 교감 신경계에 부담을 주기 때문에 큰 위험으로 여겨진다.따라서 트라우마는 뇌의 연결을 변화시켜 트라우마를 경험한 아이들은 극도로 경계하거나 지나치게 [116]흥분할 수 있다.하지만 아이의 뇌는 신경가소성의 [117]작용을 통해 이러한 부작용에 대처할 수 있다.

신경가소성은 아동의 4가지 범주로 나타나며 광범위한 신경 기능을 포함한다.이러한 4가지 유형에는 손상, 과잉, 적응성 및 [118]가소성이 포함됩니다.

인간의 발달에 있어 신경가소성의 예는 많다.예를 들어, Justine Ker와 Stephen Nelson은 음악 훈련이 신경 가소성에 미치는 영향을 조사했고 음악 훈련이 의존적인 구조적 가소성을 경험하는 데 기여할 수 있다는 것을 발견했습니다.이것은 개인에게 고유한 경험을 바탕으로 뇌의 변화가 일어나는 때이다.이것의 예로는 여러 언어를 배우고, 스포츠를 하고, 연극을 하는 것 등이 있습니다.2009년에 Hyde에 의해 수행된 연구는 아이들의 뇌에서 불과 15개월의 음악 [119]훈련으로 변화를 볼 수 있다는 것을 보여주었다.Ker와 Nelson은 아이들의 뇌에 이 정도의 가소성이 "아이들에게 일종의 개입을 제공하는 데 도움이 될 수 있다"고 제안했습니다.발달장애와 신경질환을 [120]앓고 있습니다."

동물에서

참고 항목: 인간의 뇌 발달과 신경 발달

단일 수명 동안, 동물 종의 개체들은 뇌의 형태학에 다양한 변화를 겪을 수 있다.이러한 많은 차이점들은 뇌의 호르몬 분비에 의해 야기된다; 다른 것들은 진화적인 요인이나 발달 단계의 [121][122][123][124]산물이다.반응 행동을 강화하거나 생성하기 위해 종에서 계절적으로 몇 가지 변화가 일어납니다.

계절적 뇌변화

뇌의 행동과 형태를 다른 계절의 행동에 맞게 바꾸는 것은 [125]동물들에게 비교적 흔하다.이러한 변화는 번식기 [121][122][123][125][126][127]동안 짝짓기의 가능성을 높일 수 있다.계절적 뇌 형태 변화의 예는 많은 계급과 종에서 찾을 수 있다.

아베스강 내에서,[128][129] 검은머리박새들은 가을에 해마의 부피가 증가하고 해마와 신경 연결의 강도를 경험합니다.공간 기억과 관련된 해마 내의 이러한 형태학적 변화는 설치류나 [125]양서류에서도 관찰될 수 있기 때문에 조류에 국한되지 않는다.지저귀는 새의 경우, 뇌의 많은 노래조절핵은 짝짓기 [125]기간 동안 크기가 커집니다.새들 사이에서는, 노래 패턴, 빈도, 그리고 음량에 영향을 미치는 뇌 형태학의 변화가 [130]흔하다.고나도트로핀 방출 호르몬(GnRH) 면역반응, 즉 호르몬의 수신은 [121][122]낮 동안 더 긴 빛에 노출되는 유럽 찌르레기에서 감소한다.

복족류인 캘리포니아 바다토끼는 [123]뇌에서 억제제의 효과가 높아지면서 짝짓기 기간 외에 알을 낳는 호르몬을 억제하는 데 더 성공적이다.뇌 영역의 억제 성질에 대한 변화는 인간과 다른 [124]포유류에서도 발견될 수 있다.양서류인 부포자포닉스는 번식 전이나 동면 중 편도체의 일부가 번식 [126]후보다 크다.

계절에 따른 뇌의 변화는 많은 포유동물들에게서 일어난다.일반적인 양의 시상하부의 일부는 일년 [127]중 다른 시기보다 번식기에 GnRH에 더 잘 적응한다.인간은 가을에 시상하부 초경련핵과 [124]그 안에 있는 바소프레신 면역신경세포의 크기 변화를 경험한다.봄에는 둘 다 크기가 [131]작아진다.

외상성 뇌손상 연구

랜디 누도 연구팀은 원숭이의 운동피질 일부에 대한 혈류 장애로 인해 작은 뇌졸중(경색)이 유발되면 손상된 뇌 영역과 인접한 부위가 자극을 받을 때 움직임에 의해 반응하는 신체의 일부가 움직인다는 것을 발견했다.한 연구에서, 피질내 미세 자극(ICMS) 매핑 기법이 9마리의 정상적인 원숭이들에게 사용되었다.일부는 허혈성 삽관 시술을 받았고 다른 일부는 ICMS 시술을 받았다.허혈성 경색이 있는 원숭이들은 음식을 회수하는 동안 더 많은 손가락 굴곡을 유지했고 몇 달 후에 이 결핍은 수술 전 수준으로 [132]되돌아갔다.원위부 앞다리 표현과 관련하여, "삽입 후 매핑 절차에서 움직임 표현이 손상되지 않은 인접 [132]피질 전체에 걸쳐 재편성을 거친 것으로 밝혀졌다."손상 부위와 손상되지 않은 부위 간의 상호 작용을 이해하면 뇌졸중 환자의 치료 계획을 개선할 수 있는 기반이 됩니다.현재의 연구에는 뇌졸중의 결과로 대뇌피질의 운동영역에서 일어나는 변화를 추적하는 것이 포함된다.따라서 뇌의 재구성 과정에서 일어나는 사건들을 확인할 수 있다.Nudo는 또한 물리치료, 약리치료, 전기자극치료와 같은 뇌졸중으로부터의 회복을 증진시킬 수 있는 치료계획을 연구하는 데 관여하고 있다.

밴더빌트 대학의 존 카스 교수는 "시상골의 체감각 영역 3b와 복부 후방(VP) 핵이 마카크 [133]원숭이의 자궁경부 수준에서 오랫동안 한쪽 등기둥 병변에 의해 어떻게 영향을 받는지" 보여줄 수 있었다.성인의 뇌는 부상의 결과로 변화할 수 있는 능력이 있지만 재조직의 정도는 부상의 정도에 따라 달라진다.그의 최근 연구는 몸의 감각과 많은 감각을 이용한 움직임을 포함하는 체감각 체계에 초점을 맞추고 있다.보통 체감각피질의 손상은 신체지각의 장애를 초래한다.Kaas의 연구 프로젝트는 이러한 시스템(소마토센서리, 인지, 운동 시스템)이 부상으로 [133]인한 플라스틱 변화에 어떻게 반응하는지에 초점을 맞추고 있다.

신경가소성에 대한 최근의 한 연구는 에모리 대학의 의사들과 연구원들, 특히 도널드[134] 스타인 박사와 데이비드 라이트 박사에 의해 수행된 연구를 포함한다.이것은 40년 만에 처음으로 외상성 뇌손상을 치료하면서 알려진 부작용을 일으키지 않고 [55]비용이 적게 드는 치료법이다.스타인 박사는 암컷 쥐가 수컷 쥐보다 뇌손상으로부터 더 잘 회복되는 것 같으며 발정 주기의 특정 지점에서 암컷이 더 잘 회복된다는 것을 알아챘다.이러한 차이는 프로게스테론의 다양한 수준에 기인할 수 있으며, 프로게스테론의 수치가 높아지면 생쥐의 뇌손상으로부터 더 빨리 회복될 수 있다.그러나 임상시험에서는 프로게스테론이 인간 [135]환자의 외상성 뇌손상에 대해 유의미한 혜택을 주지 않는 것으로 나타났다.

노화

26세부터 106세까지의 사람의 전두피질에 대한 전사 프로파일링은 40세 이후, [136]특히 70세 이후 발현 감소 유전자 세트를 정의했다.시냅스 가소성의 중심 역할을 하는 유전자는 일반적으로 시간이 지남에 따라 발현량이 감소하는 등 연령에 의해 가장 큰 영향을 받았다.노화에 [136]따른 유전자 촉진제에서 산화성 DNA 손상 가능성이 있는 피질 DNA 손상도 현저하게 증가했습니다.

활성산소종은 시냅스 가소성과 인지 기능의 [137]조절에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.그러나 활성산소 종의 노화 관련 증가는 이러한 기능에 장애를 초래할 수 있다.

다중 언어

다국어가 사람들의 행동과 인식에 미치는 유익한 효과는 오늘날 잘 알려져 있다.많은 연구들이 하나 이상의 언어를 공부하는 사람들이 오직 하나의 언어만을 사용하는 사람들보다 더 나은 인지 기능과 유연성을 가지고 있다는 것을 보여주었다.이중언어 사용자는 단일언어 사용자보다 주의력 지속 시간이 길고, 조직력과 분석 능력이 강하며, 심리 이론이 더 나은 것으로 나타났습니다.연구자들은 다국어가 인지능력에 미치는 영향이 신경가소성 때문이라는 것을 알아냈다.

한 저명한 연구에서, 신경언어학자들은 복셀 기반 형태측정법(VBM)을 사용하여 건강한 단일언어 사용자 및 이중언어 사용자에서 뇌의 구조적 가소성을 시각화했습니다.그들은 먼저 두 그룹 사이의 회색과 흰색 물질의 밀도 차이를 조사했고 뇌 구조와 언어 습득 연령 사이의 관계를 알아냈다.그 결과 다국어 사용자보다 하두정피질의 회백질 밀도가 유의미하게 높았다.연구진은 또한 초기 이중언어 사용자들이 같은 지역에서 후기 이중언어 사람들에 비해 회백질 밀도가 더 높다는 것을 발견했다.하두정 피질은 언어 학습과 관련이 높은 뇌 영역이며,[138] 이는 연구의 VBM 결과에 해당합니다.

최근의 연구들은 또한 여러 언어를 배우는 것이 뇌를 재구축할 뿐만 아니라 뇌의 가소성 능력을 향상시킨다는 것을 발견했다.최근의 연구는 다국어가 회백질뿐만 아니라 뇌의 백질에도 영향을 미친다는 것을 발견했다.백색 물질은 학습과 의사소통에 크게 연관된 수액 축삭으로 이루어져 있다.신경언어학자들은 확산 텐서 이미징(DTI) 스캔 방법을 사용하여 단일언어 사용자와 이중언어 사용자 사이의 백질 강도를 측정했습니다.일상 생활에서 두 언어를 적극적으로 사용한 이중언어 개인에게서 백질 영역에서의 미엘리네이션이 증가하였다.두 개 이상의 언어를 다루려면 뇌 내에서 보다 효율적인 연결이 필요했고, 그 결과 다국어 사용자에게 [139]더 많은 백질 밀도가 제공되었습니다.

뇌의 이러한 변화가 유전적 기질에 의한 것인지 아니면 환경적 요구의 결과인지는 여전히 논의되고 있지만, 많은 증거들은 초기 다국어 사람들의 환경적, 사회적 경험이 [140][141]뇌의 구조 및 기능적 재구성에 영향을 미친다는 것을 암시한다.

우울증의 소설 치료

역사적으로 우울증에 대한 "모노아민 불균형" 가설은 정신의학과 약물 [142]개발에 지배적인 역할을 했다.그러나 기존 항우울제에 의해 유도된 NE, 5HT 또는 DA의 상승은 빠르지만 임상 유효성에 상당한 지연이 있고 종종 부적절한 치료 반응이 [143]있다.신경과학자가 이 연구 방법을 추구함에 따라, 여러 형태에 걸친 임상 및 임상 전 데이터는 신경 [144]가소성과 관련된 경로로 수렴되기 시작했다.그들은 시냅스의[145] 수와 우울증 증상의 심각도와 강한 역관계를 발견했고, 그들의 신경전달물질 효과 외에도, 전통적인 항우울제는 신경의 가소성을 향상시켰지만, 몇 주 또는 [146]몇 달이라는 상당히 오랜 시간 동안 지속된다는 것을 발견했다.더 빨리 작용하는 항우울제에 대한 연구는 잘 알려진 마취제인 케타민의 추적에 성공했는데, 케타민은 수상돌기의 수를 빠르게 증가시키고 기능적 [147]연결의 양상을 회복시키는 능력으로 인해 한 번 주입한 후에 강력한 항우울제 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.세로토닌 작동성 사이키델릭스, 콜린 작동성 스코폴라민 및 기타 새로운 화합물을 포함한 클래스를 통해 치료 효과가 있는 추가 신경 가소성 촉진 화합물이 확인되었다.모노아민 변조에 초점을 맞춘 전통적인 항우울제와 신경 가소성을 통해 치료 효과를 달성하는 이 새로운 범주의 항우울제를 구별하기 위해 사이코플라스토겐이라는 용어가 [148]도입되었다.

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