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“大脑可塑性是指神经系统在一生中可以改变其结构和功能的能力。这是对环境多样性的反应造成的。虽然这个术语现在常用于心理学和神经科学,但它不容易定义, 在神经系统中许多水平的变化,很难细细划分,例如基因表达的变化到行为。

神经可塑性或神经可塑性允许神经元以回复及再生功能,并形成新的突触连接。 大脑可塑性或神经可塑性是大脑自身恢复和重建的能力。神经系统的这种适应能力允许大脑在受疾病或受伤后恢复由于多发性硬化,帕金森病,引起的认知能力恶化,并减少对大脑神经结构所造成的损伤和影响。如 阿尔茨海默氏病, 阅读障碍, 多动症, 失眠等。

研究突触可塑性和神经发生过程的不同的神经学家和认知心理学家团队已经表明,由 CogniFit设计的针对大脑刺激临床锻炼,有利于创建新的突触和神经回路,能够重组和恢复损伤区域的受损能力。研究人员表明,这种临床干预锻炼计划可以激活并加强大脑可塑性。 连续的大脑训练可以增长神经网络连接,如下所示。

神经可塑性练习

神经网络训练之前 神经网络神经网络 经过2个月刺激(训练)后

突触可塑性

当从事新的经验和学习时,大脑建立一系列神经回路。这些神经回路或通路是由相互连接的神经元组成的。这些回路是通过在日常生活中,使用和实践在大脑而创建的,非常像山路是由牧羊人和他的羊群每天使用才形成的。神经通路中的神经元通过突触相互连接,并且使它再生。每次我们获得新的知识(通过重复实践),神经元之间的突触连接被加强。神经元之间的更好的连接意味着当创建或使用新神经网络时,连接可以更有效地进行。例如,当试图识别鸟时,在特定神经元之间进行新连接。神经元在视觉皮层中确定其颜色,听觉皮层识别其声音,以及鸟的名称。为了知道鸟是什么属性,颜色,声音和名字,需要在大脑里被重复多次这些信息。重新访问神经回路和重建每个新技能所牵连神经元间的连接,增强突触传递的效率。相关神经元之间的通信被促进,认知能力使你做得更快和更好。突触可塑性也许是惊人的大脑可塑性根本。

神经可塑性和认知能力

创建神经连接

突触可塑性通过增强现有神经元之间的突触位点的通信来实现的,神经发生是指大脑中新神经元的出生和增长。在很长一段时间内,在成人脑中继续有新神经元出生的概念被认为是不可能的。科学家认为已经死亡的神经元,没有新的可以替代。自1944年以来(大多数近年来)建立了创造神经元的科学理论,我们知道当大脑干细胞位于齿状回,而海马和可能在前额叶皮层中的特殊类型的细胞分裂分为两个细胞:干细胞和将成为完全装备有轴突和未定义的神经元的细胞。那些新的神经元然后将迁移到需要它们的大脑的远距离区域,因此允许大脑补充其神经元开发其相应的潜力。从动物和人类研究中,已知神经元突然死亡(例如中风后)是神经发生的有效连接。

补偿功能可塑性

在神经生物学研究文献中有详细记录表明,伴随人类的老化,认知会衰退,并解释了为什么老年人在神经认知表现测试上的表现得比年轻成人更差。令人惊讶的是,并不是所有的老年人都表现出较低的性能。有些人和他们年轻人的一样。这种意想不到的行为优点, 使科学家对于这些优秀的老年个体进行了科学研究,并发现,当处理新信息时,较高表现的老年人与较年轻成年人使用相同的脑区,但是低效的老人的另外的脑区并不被激活。研究人员已经考虑了高性能老年人脑区域的频繁开发使用,并且得出结论,额外的认知资源反映了一种补偿策略。在年龄作用下的认知衰退,在突触可塑性减少的情况下,大脑不能通过重组其神经认知网络再次显示其可塑性。研究表明,大脑通过激活替代的神经通路,通常激活两个半球(当只有一个在年轻的成年人激活)区域达到这种功能解决方案。

功能和行为:学习,经历,和环境

我们得知,可塑性是大脑的属性,允许改变其生物,化学和物理性质。然而,随着大脑变化,功能和行为在并行在大脑变化过程中被修改。近年来,据我们的经验,我们已经了解到在遗传或突触水平的大脑变化是由各种各样的环境引起的。“学习新技能”是可塑性的核心,改变的大脑或许是新的学习行为发生的最有形的表现,这是由环境提供的。新的学习发许多形式和许多原因下生在和可能在我们发生我们一生中的任何时间。例如,儿童在获取大量新的知识时,他们的大脑在进行这些密集学习的时候有显著的变化。当由神经元损伤造成的大脑受损区域支持的功能受损并且必须重新学习时,例如受伤或中风,可能也需要新的学习。新的学习可以是个人固有的,也是对知识的渴望激起的。新的学习场合的多样性提出了一个问题,即大脑在每次学习某事时是否会改变。研究表明,情况并非如此。在新的学习是行为适当的情况下,大脑将获得新的知识,从而实现其可塑性。为了标记大脑在生理上的学习,学习必定导致行为的变化。换句话说,新学习必须具有行为相关性和必要性。例如,确保生存的新学习将被生物体整合并被采用,以行为改变的形式表现出来,因此,大脑将改变。也许更重要的是学习经验的回报程度。例如,以交互式游戏形式的新学习特别有利于脑可塑性,会增加PFC活性。此外,在这种刺激的背景下,我们将注意到按照传统,我们要给孩子提供在他们加强学习时的奖励。

大脑可塑性

了解诱导大脑可塑性的条件

在生命中的什么时候,大脑最容易被环境中的刺激所改变?似乎大脑可塑性在不同的年龄是不同的,而且我们对于可塑性诱导类型和受试者的年龄之间的相互关系和作用仍然是未知的。但我们知道智力和精神活动促使大脑可塑性,并适用于健康的老年人或神经退化性疾病的老年人。更重要的是,大脑会适应积极和消极的变化,这种现象有的甚至出现在出生之前。动物研究表明,当怀孕母亲被置于丰富的刺激环境中,后代的突触数在特定的大脑区域增加。相反,怀孕的母亲在轻微的压力作用下,她的后代后来显示,减少了PFC的神经元数量。此外,有实验得知PFC受环境的影响比大脑的其余部分更敏感。这些发现对“自然”与“培育”的探讨具有重要的意义,因为看起来“培育”可能诱导神经元基因表达的改变。大脑可塑性在不同环境刺激的时间效果是什么?如何演变以及应用该理论,是治疗的一个非常重要的问题,动物遗传研究发现在最短的刺激下,甚至还有一些基因受到影响的。有些其他的基因继续受到更长的刺激的影响,但根本没有改变,反而呈现逆转变化的趋势。虽然使用“塑性”这个更具褒义的词来阐述这种现象,但其实塑性是指大脑变化的所有方式,一些变化可能与损害功能和行为共同发生。认知训练是诱导大脑可塑性的理想方式。系统实践证明它提供了建立新的神经回路和加强神经元之间的突触连接所必需的神经回路。然而,正如我们所看到的,在没有明显的行为效益的情况下,大脑不会有效地学习。因此,将个性化和有针对性的目标培训是极为重要的。

[1]定义采自: Kolb, B., Muhammad, A., & Gibb, R., Searching for factors underlying cerebral plasticity in the normal and injured brain, Journal of Communication Disorders (2010), doi:10.1016/j.jcomdis.2011.04.007

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