Cercetarea creierului, ce poți face? Ne modelăm creierul
Creierul uman este format din aproximativ o sută de miliarde de celule nervoase care comunică între ele prin intermediul a aproximativ o sută de miliarde de conexiuni și produc ceea ce numim percepție (a vedea, a auzi, a atinge, a miroși și a gusta), gândirea, limbajul, abilitățile motorii, emoția etc. Întrebarea care trebuie pusă aici este cum se pare că un creier uman poate fi conectat „corect” în timpul dezvoltării și că astfel de sarcini extrem de complexe sunt îndeplinite aproape ca un lucru normal în viața de zi cu zi.
În timp ce majoritatea celulelor nervoase (neuroni) sunt prezenți în creier la naștere (doar în câteva zone ale creierului, de exemplu, cele care sunt cruciale pentru formarea memoriei, sunt noi celule nervoase formate după naștere), o explozie are loc după naștere Creșterea conexiunilor (sinapse). Indiferent de mediu sau experiențe specifice, acest lucru creează un exces imens de puncte de conexiune între neuroni. Pe parcursul dezvoltării, această suprasolicitare de sinapse va fi redusă din nou în funcție de gradul de utilizare a acestora. Prin urmare, experiența este esențială pentru selectarea compușilor. Punctele de comunicare care se dovedesc utile pentru procesare sunt consolidate și diferențiate funcțional. Selecția, creșterea și diferențierea sunt trăsături caracteristice dezvoltării creierului. Experiențele, adică mediul sistemului în creștere, joacă un rol decisiv. Acestea, deci presupunerea, garantează că sistemele noastre neuronale se adaptează cât mai bine posibil la cerințele unui anumit mediu.
Dezvoltare încă de la vârsta bebelușului
Întrebarea despre cum se dezvoltă creierul (uman) și, în paralel, funcțiile mentale (percepție, cunoaștere, emoție, personalitate etc.) este investigată utilizând două abordări, printre altele: Studiile prospective examinează dezvoltarea funcțională și corelații neuronali ai acesteia de la copilărie la Maturitate. Acest lucru face posibilă identificarea modificărilor din creier care merg mână în mână cu care progrese funcționale, cum ar fi dobândirea abilităților perceptive, cognitive sau motorii. Progresele enorme în procesele neuro-științifice neinvazive, de exemplu măsurarea undelor creierului (electroencefalografie), fac posibilă urmărirea funcțiilor creierului la nou-născuți și sugari.
În timp ce această cercetare oferă informații despre dezvoltarea tipică, problema dependenței de experiență, adică rolul mediului în desfășurarea programului de dezvoltare, nu poate fi complet răspuns. Acest lucru se datorează faptului că, din motive etice, este interzisă manipularea sistematică a mediilor copiilor și copiilor. Un proces neurocognitiv depinde de experiență dacă se poate demonstra că se dezvoltă numai în anumite contexte de experiență. Se vorbește despre faze sensibile în dezvoltare când trebuie oferite experiențe specifice în anumite faze ale vieții, astfel încât o funcție să se poată dezvolta pe deplin. Fazele sensibile sunt, prin urmare, ferestre de timp cu o plasticitate crescută. Plasticitatea înseamnă că creierul este deosebit de susceptibil la schimbări funcționale și structurale în acest timp. Pentru cunoaștere și comportament, acest lucru înseamnă că sistemul învață cu ușurință și rapiditate. Deci învățarea este o funcție psihologică care apare din neuroplasticitatea creierului.
Ferestre de timp sensibile
Pentru a putea identifica ferestrele sensibile ale timpului de dezvoltare la oameni, trebuie examinați oamenii care au fost expuși la un mediu atipic în trecut, fie de la naștere, fie la o vârstă ulterioară. Studiile de dezvoltare retrospectivă cercetează, de exemplu, adaptabilitatea sistemului neurocognitiv la orbire permanentă sau surditate. Aici este investigat modul în care sistemul neurocognitiv poate reacționa într-un mod compensator la acest mediu care este neașteptat pentru oameni. Prin examinarea diferitelor performanțe perceptive și funcții cognitive, se pot obține informații despre potențialul de plasticitate al diferitelor zone funcționale și regiunile creierului asociate.
Dacă se compară aceste reacții compensatorii la persoanele care au fost orbi la naștere, de exemplu, cu cei care sunt orbi doar la vârsta adultă, se pot trage concluzii despre fazele sensibile pentru dezvoltarea funcțiilor specifice. Cu toate acestea, pentru a identifica fazele sensibile pentru dezvoltarea „tipică” și mecanismele neuronale subiacente, trebuie cercetată recuperarea funcțiilor neurocognitive după o experiență atipică cu restaurarea mediului tipic. Ca model în zona umană, aici sunt considerați oameni care își recapătă vederea printr-o operație după o orbire congenitală sau aplicată ulterior. Este vorba de persoane care s-au născut cu opacitate densă a lentilelor binoculare (cataractă) sau care au dezvoltat-o în timpul copilăriei lor. Un alt exemplu sunt studiile asupra persoanelor surde care recâștigă impresiile auditive printr-o proteză auditivă sau un implant cohlear.
Persoanele născute nevăzătoare ca subiecți de testare
Beneficiile compensatorii pentru persoanele nevăzătoare sunt cunoscute de mult timp. Numai cercetarea psihologică și neuroștiințifică a reușit să dezvăluie zonele funcționale și mecanismele neuronale ale unor astfel de adaptări. Între timp, un număr mare de studii au arătat performanțe auditive și tactile mai bune pentru persoanele care s-au născut complet orb. Acesta este modul în care persoanele nevăzătoare reușesc să codifice mai repede semnalul de vorbire, mai ales într-un mediu cu mult zgomot de fond. Au o memorie mai bună pentru zgomotele și vocile din mediu și pot localiza zgomotele mai precis. Studiile au arătat că diferite mecanisme neuronale contribuie la aceste îmbunătățiri ale performanței. S-a raportat că coordonarea reprezentărilor spațiale în cortexul auditiv și în lobul parietal (localizarea percepției spațiale bazate pe mai multe impresii senzoriale) este mai precisă decât în cazul persoanelor testate cu vedere, iar informațiile despre identitatea unui vorbitor și conținutul a ceea ce se spune sunt disponibile mai repede în creierul persoanelor cu nevăzători decât cu persoanele de control văzătoare.
Întrebarea aici este dacă astfel de ajustări pot fi încă observate atunci când orbirea se instalează într-un moment ulterior. Acest lucru nu ar fi de așteptat în aceeași măsură dacă adaptarea la un mediu atipic ar fi cuplată la o fază sensibilă. Orbirea târzie întâlnește un creier care a evoluat spre o viață bazată pe viziune. Se poate stabili că persoanele care au orbit târziu folosesc reprezentări similare cu codificarea spațială a mediului ca persoanele cu vedere și că acestea diferă de persoanele nevăzătoare de aici. Ajustările compensatorii sunt adesea găsite pentru persoanele care devin orbi târziu, dar domeniul de aplicare este mai mic decât pentru persoanele care sunt orbi la naștere. În unele zone funcționale, persoanele orbe târziu și orbe la naștere nu pot fi distinse în ceea ce privește performanța lor, de exemplu atunci când localizează surse de sunet sau recunoaște voci.
Maleabil pentru o viață?
Din această ultimă constatare, s-ar ajunge la concluzia că funcția respectivă rămâne plastică pentru o viață și se poate schimba, de asemenea, într-un mod compensator la vârsta adultă. Cu toate acestea, această concluzie este adesea prematură: creierul nostru poate folosi strategii diferite pentru a ajunge la același rezultat, adică comportament. Ce mod de procesare și, prin urmare, ce sisteme neuronale sunt utilizate nu poate fi decis pe baza observațiilor pure de comportament. Aici trebuie folosite metode neuroștiințifice pentru a observa direct sistemele neuronale. De exemplu, s-a demonstrat că persoanele nevăzătoare își perfecționează reprezentările spațiale codificate în zone senzoriale pentru localizarea sunetului. În contrast, persoanele care au devenit orbi mai târziu tind să îmbunătățească procesele de selecție ulterioare care implică zone mai mari de asociere. Aceste date sugerează că fostul proces de plasticitate este adaptabil doar în timpul dezvoltării timpurii, adică are o fază sensibilă, în timp ce acesta din urmă permite ajustări pe tot parcursul vieții.
Acest exemplu clarifică, de asemenea, că includerea metodelor neuroștiințifice este indispensabilă pentru identificarea fazelor sensibile în dezvoltare. Fazele sensibile în dezvoltare înseamnă, în primul rând, că, dacă anumite oportunități de învățare lipseau în dezvoltarea timpurie, sistemele neuronale și comportamentul asociat nu se mai pot dezvolta pe deplin. Aceasta înseamnă că mediile tipice de învățare la un moment dat sunt esențiale pentru o dezvoltare tipică. Analog cu studiile efectuate pe oameni orbi permanent, această întrebare poate fi investigată la persoanele care au fost orbe de la naștere din cauza opacității dense a cristalinului (cataractă) înainte ca lentilele deteriorate să fie înlocuite cu lentile artificiale sau ajutoare vizuale speciale, iar informațiile vizuale să poată fi înregistrate din nou.
Opacități ale lentilelor ulterioare
În mod similar cu modelul persoanelor orbe permanent, oamenii sunt examinați ca un grup de comparație în care cataracta s-a dezvoltat doar mai târziu, de exemplu în cursul copilăriei. La acești subiecți, cel puțin de ceva timp, creierul s-a dezvoltat ca o persoană văzătoare; După ce opacitatea lentilei a fost îndepărtată, informațiile vizuale ajung la un creier „în formă” vizuală. Pe de altă parte, în cazul persoanelor cu cataractă congenitală, informațiile vizuale întâlnesc pentru prima dată un creier care s-a adaptat anterior la o viață fără vedere.
Poate, și dacă da, până când, sistemul neurocognitiv să revină la traiectoria tipică de dezvoltare? Studiile pe aceste persoane au arătat că chiar și o perioadă relativ scurtă de orbire nu numai că diminuează permanent funcțiile vizuale elementare, cum ar fi acuitatea vizuală, ci și o serie de funcții vizuale mai complexe, cum ar fi percepția fețelor și a obiectelor. S-a observat că pot fi afectate și funcții care apar doar târziu în dezvoltare, adică într-un moment în care cataracta nu mai exista. Acest fenomen este cunoscut sub numele de „dormitor” și indică faptul că experiențele pot schimba doar latent dezvoltarea sistemelor neuronale, ceea ce duce la schimbări permanente în sistemele care se dezvoltă ulterior.
Citește buzele
Dar nu numai funcțiile vizuale sunt modificate permanent la oameni după cataracta congenitală; de asemenea, comunicarea sistemului vizual cu alte sisteme senzoriale. Înțelegem mai bine ceilalți oameni cu zgomote puternice de fundal dacă le putem urmări mișcările buzelor. Acest proces de legare a intrărilor din diferite sisteme senzoriale se numește integrare multisenzorială. Persoanele care au avut cataractă congenitală pot citi buzele, dar nu le mai pot combina cu informații auditive în așa fel încât să își poată îmbunătăți înțelegerea vorbirii. Studiile de imagistică au arătat că informația vizuală nu ajunge în cortexul auditiv, unde este legată în mod normal de intrările auditive.
Aceste studii arată că nu numai prezența unor experiențe specifice este necesară pentru dezvoltarea și interacțiunea sistemelor neuronale, ci și ordinea sau „orchestrarea” acestor experiențe pare să joace un rol major în dezvoltarea creierului. Se poate presupune că principiile dezvoltării creierului uman identificate în modelul persoanelor cu deficiențe senzoriale se aplică și altor domenii funcționale precum dezvoltarea emoțională, motivațională și socială, care sunt mai puțin accesibile investigațiilor științifice.
Într-o recenzie realizată de Eric Knudsen de la Universitatea Stanford în 2004, autorul rezumă rezultatele experimentelor pe animale, în principal, care demonstrează rolul experiențelor din copilărie timpurie pentru dezvoltarea funcțională a creierului și plasticitatea creierului și, astfel, capacitatea de a învăța într-un moment ulterior al vieții. Împreună cu colegii din sociologie și economie, același autor a dedus consecințe pentru societate doi ani mai târziu. Acest articol demonstrează clar că mediile de învățare timpurie și de învățare timpurie au o influență decisivă asupra performanței ulterioare și a potențialului de învățare. În consecință, investițiile în dezvoltarea copilăriei timpurii cresc cu fiecare an de viață. Dacă formarea structurală și funcțională a sistemelor neuronale nu este „inițiată” în timpul fazelor sensibile, de exemplu datorită mediilor nefavorabile, aceasta nu poate fi complet compensată în timpul fazelor de dezvoltare ulterioare; Măsurile de compensare sunt apoi laborioase, consumatoare de timp și, prin urmare, costisitoare. Din punct de vedere economic, dezvoltarea copilăriei timpurii cu fazele sale sensibile este de o importanță deosebită pentru calitatea vieții oamenilor și pentru prosperitatea unei societăți.
Achiziționarea de limbi străine la bătrânețe
Aspectele emoționale și motivaționale ale unor astfel de jocuri terapeutice pot duce, de asemenea, la o creștere generală a plasticității, dar acest lucru este exprimat pe deplin doar în sistemele neuronale care sunt abordate prin antrenamente suplimentare (perceptive sau cognitive). Se crede că în acest fel se poate realiza selectivitatea dorită. Mecanisme de acțiune similare sunt atribuite altor intervenții, de exemplu exercițiul fizic. Cercetările viitoare trebuie să arate dacă produsele farmaceutice ar putea obține efecte similare.
Deci, oamenii au un anumit nivel de neuroplasticitate și, prin urmare, capacitatea de învățare pe tot parcursul vieții, care poate fi dezvoltat în continuare în anumite limite. Aceste limite individuale, așa cum sugerează studiile privind plasticitatea dezvoltării, sunt, de asemenea, stabilite pentru fiecare individ prin oportunitățile de învățare din copilărie. Ambele înțelepciuni populare, care la prima vedere se contrazic, sunt, prin urmare, adevărate: „Ceea ce Hans nu învață, Hans nu învață niciodată” (faze sensibile) și „Nu este niciodată prea târziu să înveți” (plasticitatea adulților).
Autorul a studiat psihologia la Universitatea din Marburg. După o ședere postdoctorală la Universitatea din Oregon, ea a devenit unul dintre primii lideri ai noului program Emmy Noether de atunci al Fundației Germane de Cercetare. Brigitte Röder este profesor de psihologie biologică și neuropsihologie la Universitatea din Hamburg din 2004. Este membru al Leopoldinei; Interesele sale de cercetare includ neuroplasticitatea creierului și interacțiunea sistemelor senzoriale.
Seria de prelegeri
Seria de prelegeri „Cercetarea creierului, ce poți face. „Este o inițiativă a Fundației Hertie non-profit în cooperare cu Frankfurter Allgemeine Zeitung. Așteptările neuroștiințelor, dar și promisiunile cercetării creierului în sine, sunt mari. Dar ce poate face cu adevărat? În această serie de articole ne întrebăm despre reușite și posibilități, dar și despre eșecuri și limite ale neuroștiințelor moderne în domeniile de interes social. Pe baza unei serii de prelegeri organizate la Frankfurt de către Fundația Hertie nonprofit ca cel mai mare sponsor privat de cercetare a creierului, publicăm articole de cercetători de frunte în domeniul creierului pe teme de limbaj, tehnologie, economie, boli, artă, gândire, muzică, conștiință, Sentimente, școală, memorie și psihic.