Reprezinta un fenomen prezent permanent la nivelul sistemului nervos:Cuprinde mai multe aspecte:dezvoltarea prenataladezvoltarea postnatala:maturarea creieruluiachizitionarea de noi acte motoriiadaptarea in conditiile unei leziuni cerebrale

Dezvoltarea prenatala

Inaintea formarii placi neurale celulele sunt nediferentiate (celule stem) capabile sa se trensforme in orice tip de celula in functie de zona din embrion in care sunt dispuse.

Odata formata placa neurala celulele componente devin programate sa devina neuroni

Momente importante ale dezvoltarii cerebraleProliferarea neuronala (devine extrem de importanta dupa formarea tubului neural.

Momente importante ale dezvoltarii cerebraleMigrarea si agregarea (se produce dinspre zona ventriculara spre exterior; astfel primele formate sunt straturile profunde si ulterior prin penetrarea acestora se formeaza si straturile superficiale.

Migrarea - teorii 1. Chemoafinitate celula postsinaptica emite semnale chimice 2. Marcaj (Blueprint hypothesis) prezenta unor molecule de adeziune care ghideaza traseul neuronului catre destinatie 3. Gradientul Topografic axonii sunt ghidati de anumite gradiente chimice sau/si electrice

**All three appear correct, happens differently in different areas**

AgregareaOdata ajunsi la destinatie neuronii trebuie sa agrege pentru formarea structurilor neuronale specifice.Pentru aceasta intervin moleculele de adeziune celulara (neural cell adhesion molecules NCAMs)

Scaderea NCAMs poate fi un factor care sa contribuie la dezvoltarea schizofreniei.

Moartea celulara activa In procesul de dezvoltare 50 % din neuroni mor.40% apare in primii 2 ani de viata, fiind apoi reactivata in perioada adolescentei. (eliberarea hormonala realizeaza finisajul final sculpting. Este esentiala deoarece multe din celulele respective nu sunt incluse in anumite circuite sau sunt nefolositoare.Migrarea gresita, neatingerea tintelor, limitarea numarului de neuroni per tinta sunt factori care favorizeaza moartea neuronala.

Dezvoltarea cerebrala postnatalaCreierul uman prezinta un ritm de crestere mai lent comparativ cu alte specii atingand dezvoltarea completa spre sfarsitul pubertatii. Volumul cerebral creste de 4 ori de la nastere la maturitate; cresterea se datoreaza in special cresterii numarului de sinapse, mielinizarii axonale si cresterii arborizatiilor dendritice. In particular, cortexul prefrontal este ultima regiune cerebrala care atinge maturitatea.

SinaptogenezaReprezinta suportul abilitatii analiticeSe dezvolta diferit in diferite regiuni cerebraleAstfel la nivelul cortexului vizual se definitiveaza aproximativ la 4 luni postnatal in timp ce la nivelul cortexului prefrontal densitatea maxima este atinsa in al doilea an de viata.

Sinapsa clasica

Sinapse reciproce

Sinapse electrice

MielinizareaCreste viteza conducerii nervoaseApare in primele luni pentru ariile senzitive si motorii in timp ce mielinizarea cortexului prefrontal este finalizata in perioada adolescentei. Multe sinapse formate in perioada de dezvoltare timpurie se pierd; supraproductia de sinapse la nivelul creierului imatur poate contribui la cresterea plasticitatii cerebrale.

Conducerea nervoasa

Neurogeneza si plasticitatea la adultDate relativ recente sustin existenta neurogenezei in creierul adult.Aceasta a fost demonstrata in hipocamp, bulbul olfactiv si cortexul de asociatie. Reorganizarea functionala poate fi evidentiata in conditiile achizitiei de noi scheme motorii sau in conditii patologice prin distrugerea sau inactivarea unor structuri cerebrale.

Plasticitatea neuronala la adultMulti ani plasticitatea a fost considerata ca o caracteristica a perioadei de maturare cerebrala.Ultimii ani prin tehnicile de neurofiziologie si imagerie functionala s-a pus in evidenta ca si la nivelul creierului adult exista fenomenul de plasticitate.Aceasta intervine atat la subiectii sanatosi in procesul de invatare cit si in cazul recuperarii dupa leziuni cerebrale.

Mecanisme ale neuroplasticitatiiLegea HebbPlasticitatea sinapticaSinaptogenezaCresterea axonala si regenerareaNeuroplasticitatea cortexului senzitivNeuroplasticitatea cortexului motor

Legea Hebb (1949) Stimularea repetata sau persistenta a celulei A fata de B determina modificari metabolice in unul sau ambii neuroni si eventual axodendritice care moduleaza eficienta transmisiei sinaptice.AB

Conexiune slabaCresterea eficientei sinapticePlasticitate sinapticaConexiune puternicaConexiune puternica

Factori care contribuie la neuropasticitaterecrutarea de ci diferite anatomic dar similare funcional (de ex. fibrele corticospinale neincrucisate)Crearea unor ci noi : sinaptogeneza, arborizarea dendritic, nmugurirea neuronilor restani.ntrirea unor ci sinaptice preexistente dar mute funcional (mai ales la periferia leziunii). Potenarea sinaptic.Proliferare astrocitic

Multitudinea conexiunilor sinaptice

Mecanisme implicate:Modificri ale excitabilitii membranareDispariia inhibiieiCreterea transmiterii sinaptice (posibil datorit potenrii de lung durat)Dispariia inhibiiei GABAergice perilezionale (posibil prin diminuarea activitii receptorilor GABAA)Creterea activitii glutamatergice;

Factori neurotroficiReprezinta o familie de proteine implicata in cresterea si supravietuirea neuronala in timpul dezvoltarii neuronale dar si mentinerea troficitatii neuronilor adulti. Ei sunt implicati deasemenea in regenerarea neuronala dupa leziuni.

Evolutia unei culturi de celule nervoase in absenta factorilor neurotrofici.

Evolutia unei culturi de celule nervoase similare in prezenta Cerebrolysin.

Canalele ionice

Transportor versus canal ionicPompe ionice Na-K ATP-aza

Canalele ionice voltaj dependente sunt modulate de diferenta de potential de o parte si de alta a membranei celulare. .Canalele ligand dependente se deschid sub influenta unor molecule specifice care prin atasarea la receptori extracelulari determina modificari specifice ale canalului care conduc la deschiderea acestuia.

Efectul modificarii permeabilitatii diferitelor canale ionice asupra potentialului de membranaIPSP inhibitory postsynaptic potentials; EPSP excitatory postsynaptic potentials

Efectele experientei asupra dezvoltarii 1. Activitatea neuronala regleaza expresia genelor care dirijeaza sinteza moleculelor de adeziune moleculara.

2. Activitatea neuronala regleaza eliberarea de neurotrofine (NGF) la nivelul terminatiilor dendritice.

Complexitatea organizarii functionale cerebrale constitue un suport pentru plasticitate.

Tehnicile de microstimulare intracorticala permit trasarea hartilor cerebrale si au evidentiat marea variabilitate a proiectiilor corticale.

Plasticitatea si durereaDurerea nu reprezinta doar o simpla integrare aferenta a stimulilor nociceptivi.Fenomenele de senzitizare, alodinia sau teoria portii pot fi explicate prin procese de neuroplasticitate.Modificarile plastice pot avea loc la nivel periferic sau central (maduva spinarii, trunchiul cerebral, structuri cerebrale superioare). Aceste modificari moduleaza magnitudinea raspunsului fara a avea intotdeauna un efect favorabil. Ele pot sta la baza aparitiei sindroamelor dureroase cronice.

Plasticitatea cortexului motorS-a demonstrat ca fiecare teritoriu muscular poate avea multiple proiectii corticale care se pot suprapune partial. Diferitele regiuni corticale comunica prin interemdiul unei vaste retele neuronale orizontale. In cadrul plasticitatii cerebrale se considera ca tocmai aceste conexiuni orizontale se pot modifica in cadrul procedului de invatare inducind astfel schimbari la nivelul hartilor motorii.

Reorganizarea functionala la nivelul ariei motorii primareInvatarea unei anumite scheme motorii prin repetare.Achizitia de noi performante motorii. Modificarile somato-sensoriale induse de leziunile cerebrale.Modificarile somatosenzoriale induse prin reducerea input (amputatii).

n cazul unor leziuni, pot apare:

Reorganizarea regiunilor afectate i a altor regiuni din emisferul bolnav,

Modificri localizate n emisferul sntos

Tehnici folosite pentru evidentierea modificarilor functionale corticale:IRM funcional PETMagnetoencefalografiaStimularea magnetic transcranian

Compararea diferitelor tehnici imagistice cerebraleCea mai scumpa: MEGUrmatoarea: PETUrmatoarea: fMRICea mai ieftina: EEG

Imaginea prin rezonanta magnetica functionala (fMRI).Reprezinta o tehnica neinvaziva care permite aprecierea activitatii cerebrale.

Ea nu apreciaza direct metabolismul tesutului neural ci indirect prin aprecierea modificarilor hemodinamice.

IRM functionalRezolutie temporala 10 secunde (superioara fata de PET si inferioara fata de MEG)

Investigatie costisitoare

Neinvaziva

Aprecierea debitelor sanguine cerebrale

Origin of the BOLD ContrastB0Oxy-red-blood-cell (diamagnetic)

Deoxy-red-blood-cell (paramagnetic)The hemoglobinwww.pdb.org

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET)Foloseste trasori radioactivi (oxigen sau fluoroglucoza) care permit aprecierea activitatii metabolice la nivelul tesutului cerebral.

PETRezolutie temporala de 40 sec.Administrarea de radiotrasorInvestigatie mai costisitoare decat fMRIMare variatie interindividualaStudiile arata rezultate contradictorii privind corelatia evolutiei clinice fata de modificarea hartii motorii.

Magnetoencefalografie(MEG)Rezolutie temporala de ordinul milisecundelorRezolutie spatiala inferioaraExtrem de costisitoare

MEGPropagarea potentialului de actiune in neuroni genereaza campuri magnetice de intensitate foarte mica. SQUIDs - Superconducting Quantum Interference DevicesSemnalele magnetice emise de creier sunt extrem de mici. Necesita o camera extrem de bine izolata electromagnetic

Stimularea cortical transcranianStimularea electric transcranianExcitaie direct a axonilor cortico-spinaliStimulare magnetic transcranianGenereaz un flux de curent orientat n principal orizontal, neuronii corticospinali fiind excitai transsinaptic prin intermediul interneuronilorPoate fi folosit pentru a genera o hart cortical bidimensional

Stimularea cortical transcranianExcitarea zonelor motorii provoac o contracie periferic (evident i pe EMG potenial evocat motor PEM)Poate fi utilizat pentru evaluarea unei intensiti prag a stimulrii, latenei apariiei PEM, timpului de conducere central.Urmrirea acestor parametri n dinamic poate oferi informaii asupra proceselor corticale excitabilitate, dimensiunile ariilor motorii

Stimularea magnetic transcranian (TMS)1985 Barker & al. reuete stimularea cortical neinvaziv i nedureroas folosind cmpul magnetic.1988 David Cohen i Shoogo Ueno au realizat primul coil (bobina magnetica) in form de 8 (care permite o stimulare focala).1987/1988 Cadwell Laboratories Inc. Au realizat stimularea repetitiv folosind un coil cu rcire cu ap.

TMS - rTMS deviceTMS single pulse rTMS trains of pulses

Cimpul magneticCoil circularCoil focal

Tipuri de stimulare magneticPuls unic - se aplica un puls unic.Puls pereche se folosesc doua aparate cuplate pe acelai coil reuindu-se descrcarea a doua pulsuri la intervale de ordinul ms.Stimulare repetitiv: < 1 Hz frecven sczut (efect n principal inhibitor)> 1 Hz frecvena ridicat (efect n principal facilitator)

Ghidajul stereotaxic

Mapping of motor area

ConcluziiPlasticitatea cerebrala reprezinta un fenomen continuu de-a lungul vietii.Permite invatarea de scheme noi dar si adaptarea la noi situatii.Apare atat in conditii normale cat si patologice.Nu inseamna intotdeauna un fenomen pozitiv.Poate fi evidentiata prin variate tehnici de imagerie functionala