Hjärnans Plasticitet. Lars Nyberg. Strålningsvetenskaper & Integrativ Medicinsk Biologi Umeå Universitet.

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Hjärnans Plasticitet. Lars Nyberg. Strålningsvetenskaper & Integrativ Medicinsk Biologi Umeå Universitet. http://www.umeabrainimaging."

Gerd Åberg
för 8 år sedan
Visningar:

1 Hjärnans Plasticitet Lars Nyberg Strålningsvetenskaper & Integrativ Medicinsk Biologi Umeå Universitet

2 Plasticitet capacity of the nervous system to change Utvecklingsförändringar Hjärnan utvecklas till ca 20 års ålder Baseras på formering av nya förbindelser mellan celler eller eliminera befintliga Stark genetisk styrning i samspel med miljö Färdigutvecklad hjärna Vuxna hjärnan/cns utmärks av stabilitet Men: Hjärnan plastisk hela livet (inlärning/minne) Modifiering av befintliga förbindelser Studerat i relation till träning -- och skada

3 Avbilda hjärnans struktur och funktion: Magnetkamera (MRI / fmri) smri: Hjärnområden (storlek) (grå substans) DTI: Förbindelser (vit substans) fmri: Funktionella nätverk

4 fmri och DTI kan belysa mekanismer för plasticitet och läkning efter TBI (Traumatic Brain Injury) Se också Hunter et al (2012) J NeuroTrauma

5 Strukturell plasticitet: Erfarenhet påverkar hjärnans arkitektur (delområden och förbindelser)

6 Motoriska (& sensoriska) cortex Vänster hand höger motor cortex Höger hand vänster motor cortex Kontralateral aktivering hand-motorcortex vid rörelse av vänster hands fingrar Kobayashi et al (2003) NeuroImage

7 Plasticitet - Expertis Violinister har större kortikal somatosensorisk representation för VÄNSTER hand (minst för tummen), men inte för höger hand. Samband med NÄR man började spela. (finns likartade mönster i auditiva cortex) Även expertiseffekt på vit substans - störst effekt i barndom - påverkan på myelinisering

8 Hippocampus viktig hjärnregion för minne och spatial förmåga ( hitta vägen ) Om man måste hitta vägen mycket påverkas hippocampus? Hippocampus

9 m³ m³ Hjärnplasticitet kopplat till att lära nytt språk Fig. 1. Studera militärtolkar som lär nytt språk på 10 mån ( ord/ vecka) -- longitudinell studie A Ökad kortikal tjocklek i språkareor i vänster (språkdominant) hemisfär MidleFrontal Gyrus(MFG) Inferior Frontal Gyrus(IFG) Superior Temporal Gyrus(STG) B C Left Hi pocampus(lhc) Right Hi pocampus(rhc) Interpreters Controls *

10 Hjärnplasticitet kopplat till att lära ny motorisk färdighet -- longitudinell studie Träna att jonglera i 3 månader påverkar hjärnans struktur (rörelse-sensitiva områden) och hjärnans förbindelser Draganski et al (2004) Nature Scholz et al (2009) Nature Neuroscience

11 Alltså: erfarenhet påverkar vuxna hjärnans struktur (områden & förbindelser) = plasticitet Forskningsintensivt område (bättre förstå underliggande mekanismer) Effekter av skallskada på hjärnans struktur -- och plasticitet

12 TBI påverkar vitsubstansförbindelser i stora delar av hjärnan 20 Moderat-svår skada; 8 mild Kinnunen et al, (2011) Brain Red = TBI < controls Återhämtning efter TBI korrelerar med vitsubstansförändringar (Sidaros et al, 2008, Brain) Påverkan på vitsubstans efter TBI 12 v post-trauma, svår TBI, N=30 Normalisering av vitsubstans efter 12 mån N=22; effekt ffa för de med god recovery (- ingen effekt kontroller) the observed FA increase over time may represent axonal regrowth at late stages following severe TBI Centrum semiovale Post. Internal capsule

13 Funktionell plasticitet: Erfarenhet påverkar hjärnans aktiveringsmönster Uppgifts-fMRI: Jämföra uppgift- och kontrollbetingelse (Ogawa et al., 1992, PNAS)

14 Uppgifts-fMRI: Kognitiv träning Våra studier visar att kognitiv träning medför förbättrad prestation och förändringar av hjärnans aktiveringsmönster: Dahlin et al (2008) Science Funktionella nätverk (fmri) Bäckman, Nyberg et al (2011) Science Dopaminsystemet (PET) Selektiva träningseffekter begränsad transfer (jfr. Owen et al., 2010, Nature) - man blir bättre på det man tränar men svag generalisering (ingen påverkan prestation eller hjärnaktivitet)

15 Motorisk träning Höger motorkortex aktiveras då enkla handrörelser utförs med vänster hand Komplex motorik Tryck med rätt finger på vänster hand så snabbt du kan enligt den sekvens som visas Utan träning Efter en veckas träning Nyberg et al (2006, Neuropsychologia)

16 Aktiveringsmönster efter stroke Bilateralt aktiveringsmönster då strokepatienter utförde enkla handrörelser (dorsal premotor) Mönstret liknade det som kontroller uppvisade då de utförde mer komplexa fingerrörelser (jfr., otränat stadium i Nyberg et al., 2006) Johansson-Berg et al (2002)

17 Utvidgat aktiveringsmönster efter TBI Barn ca 13 år (moderat till svår skada) Utförde koordinerade hand-fot rörelser Efter skallskada aktiverades fler områden Gemensamt för TBI-grupp var påverkan på vitsubstansförbindelser (diffuse axonal injury) Skador => uppgiften krävde mer kontroll Liknande fynd i studie av vuxna TBI patienter: Extra kortikal aktivering under minnesuppgift förknippades med ökad svårighet inte omorganisation samt vitsubstanspåverkan (Turner et al., 2011, Frontiers Neurosci) (Caeyenberghs et al., 2009)

18 Ökad aktivering bra eller dåligt? Återhämtning kopplad till grad av över-aktivering (Ward et al., 2003, Brain) Bättre prognos för strokepatienter med mindre överaktivering Önskvärt att återfå/normalisera aktiveringsmönstret (Pascual-Leone et al, 2006) Kan träning/intervention normalisera aktiveringsmönstret?

19 Uppmärksamhetsträning efter skallskada ACC uppmärksamhetsregion Nedsatt ACC-aktivitet före träning Träning => ökad ACC-aktivering och förbättrad prestation => plasticitet

20 Vilo-FMRI: Studera samvariation i olika nätverk - deltagarna har ingen specifik uppgift (Biswal et al., 1995, MRM) Studying the brain in health and disease through the organization of its intrinsic activity does so with an approach that can be applied without the constraints imposed by task performance because nothing is required of the subject other than the ability to remain still in a scanner. (Raichle, TiCS, 2010)

21 Vilo-fMRI: Effekt av skallskada Akuta effekter på flertalet nätverk (ökningar och minskningar) Stor vilo-fmri effekt => stor TBI effekt på vit substans Sharp et al (2011) Brain Normalisering över tid Mätning av vilo-fmri hos patienter med svår skallskada (GCS 3-8) efter 3 och 6 månader 30 patienter, mild TBI (GCS=14) Stevens et al (2012), Brain Im Beh over the course of recovery, the network begins to approximate what is observed in healthy adults

22 Faktorer som främjar plasticitet: Fysisk aktivitet Nature Reviews, Neuroscience (2008) När fysisk träning introduceras efter skada viktig faktor

23 Sammanfattning o Träning / erfarenhet påverkar hjärnans struktur och funktion o Transfer efter specifik träning är vanligen mycket begränsad o Fysisk aktivitet = faktor som främjar hjärnplasticitet o Hjärnskada påverkar hjärnans vita substans (förbindelser) vilket i sin tur påverkar hjärnans aktiveringsmönster o Inte omorganisation - utan områden som typiskt engageras då uppgiften blir svårare aktiveras tidigare vid skada => kompensation o Återhämtning efter skada förknippas med vitsubstansförändring (axonal regrowth?) och normalisering av funktionella responser o Positiva fynd om hjärnans anpassningsförmåga efter skada o Framtida interventionsstudier med fler patienter och transfer test.

24 Tack!

Relevanta dokument

Den anpassningsbara hjärnan efter stroke

Den anpassningsbara hjärnan efter stroke Lars Nyberg Strålningsvetenskaper & IMB (fysiologi) Umeå Center for Functional Brain Imaging (UFBI) Studera hjärnans funktionella organisation med fmri Kartläggning