Od ponad dekady neuronaukowcy próbują dowiedzieć się, w jaki sposób neurogeneza (narodziny nowych neuronów) i neuroplastyczność (plastyczność obwodów neuronalnych) współpracują ze sobą, aby zmienić sposób, w jaki myślimy, pamiętamy i zachowujemy się.

W tym tygodniu, otwierające oczy nowe badanie, „Adult-Born Neurons Modify Excitatory Synaptic Transmission to Existing Neurons” zgłosiło, jak nowonarodzone neurony (stworzone przez neurogenezę) wplatają się w „nowy i ulepszony” neuronalny gobelin. Odkrycia ze stycznia 2017 r. zostały opublikowane w czasopiśmie eLife.

Podczas tego najnowocześniejszego badania na myszach, neuronaukowcy z University of Alabama at Birmingham (UAB) odkryli, że połączenie neurogenezy i neuroplastyczności spowodowało, że mniej sprawne starsze neurony odeszły w zapomnienie i obumarły, ponieważ sprężyste, młode nowonarodzone neurony przejęły istniejące obwody neuronalne, tworząc solidniejsze połączenia synaptyczne.

W swoim najnowszym badaniu UAB, Linda Overstreet-Wadiche i Jacques Wadiche-którzy są profesorami nadzwyczajnymi na Uniwersytecie Alabama w Birmingham na Wydziale Neurobiologii- skoncentrowali się na neurogenezie w rejonie zakrętu zębatego hipokampa.

Gruczoł zębaty jest epicentrum neurogenezy odpowiedzialnej za powstawanie nowych wspomnień epizodycznych i spontaniczną eksplorację nowych środowisk, wśród innych funkcji.

Badacze skupili się na nowo narodzonych neuronach komórek ziarnistych w girusie zębatym, które muszą zostać włączone do sieci neuronalnej poprzez tworzenie synaps za pomocą neuroplastyczności, aby pozostać przy życiu i uczestniczyć w bieżącej funkcji obwodu neuronalnego.

Istnieją tylko dwa główne regiony mózgu, które są obecnie uważane za zdolne do ciągłego rodzenia nowych neuronów poprzez neurogenezę u dorosłych; jeden to hipokamp (węzeł pamięci długotrwałej i przestrzennej), drugi to móżdżek (węzeł koordynacji i pamięci mięśniowej). Warto zauważyć, że komórki ziarniste mają najwyższy wskaźnik neurogenezy. Zarówno hipokampa i móżdżku są pakowane, chock-full z granule cells.

Co ciekawe, umiarkowany do energicznej aktywności fizycznej (MVPA) jest jednym z najbardziej skutecznych sposobów stymulowania neurogenezy i narodzin nowych komórek ziarnistych w hipokampie i móżdżku. (Jako kamień węgielny platformy The Athlete’s Way, piszę o związku pomiędzy MVPA a neurogenezą od ponad dekady. Aby przeczytać szeroki zakres postów Psychology Today na ten temat, kliknij ten link.)

Komórki ziarniste zostały po raz pierwszy zidentyfikowane przez Santiago Ramón y Cajal, który wykonał piękne szkice w 1899 roku, które ilustrują, jak komórki ziarniste tworzą połączenia synaptyczne z komórkami Purkinjego w móżdżku. Jego zapierające dech w piersiach i nagrodzone Nagrodą Nobla ilustracje są obecnie na trasie muzealnej w Stanach Zjednoczonych (wypożyczone z Instituto Santiago Ramón y Cajal w Madrycie, Hiszpania) jako część „The Beautiful Brain” podróżującej wystawy sztuki.

(Jako uwaga uboczna, żarówka węchowa jest jedynym innym podkorowym obszarem mózgu, o którym wiadomo, że ma wysokie wskaźniki neurogenezy. Spekulatywnie, może to być jeden z powodów, że zapach odgrywa taką niezatartą i ciągle zmieniającą się rolę w naszej formacji pamięci i „pamięci o rzeczach minionych”.

Neurogeneza i neuroplastyczność współpracują ze sobą w celu zmiany obwodów neuronalnych

Jeden z kluczowych aspektów plastyczności neuronalnej nazywany jest darwinizmem neuronalnym lub „przycinaniem neuronów”, co oznacza, że każdy neuron, który nie jest „odpalony i okablowany” razem w sieci, prawdopodobnie zostanie wygaszony. Najnowsze badania UAB sugerują, że nowonarodzone neurony odgrywają rolę w przyspieszaniu tego procesu, „wygrywając” w bitwie neuronalnej typu „przetrwanie najsilniejszego” z ich starszymi lub zużytymi odpowiednikami.

Długo przed nie było neurobiologiczne badania neuroplastyczności i neurogenezy, Henry David Thoreau nieświadomie opisał proces, jak ścieżki, że jeden umysł podróżuje może stać się hardwired (gdy utkniesz w koleinie) opisując dobrze zużytą ścieżkę przez las. W Walden, Thoreau pisze,

„Powierzchnia ziemi jest miękka i wrażliwa na stopy ludzi; i tak samo jest ze ścieżkami, którymi podróżuje umysł. How worn and dusty, then, must be the highways of the world, how deep the ruts of tradition and conformity!”

From a psychological standpoint, the latest UAB discovery presents the exciting possibility that when adult-born neurons weave into existing neural networks that new memories are created and older memories may be modified.

Through neurogenesis and neuroplasticity, it may be possible to carve out a fresh and unworn path for your thoughts to travel upon. Można by spekulować, że proces ten otwiera możliwość ponownego wymyślenia siebie i odejścia od status quo lub przezwyciężenia traumatycznych wydarzeń z przeszłości, które wywołują niepokój i stres. Zakodowane wspomnienia oparte na strachu często prowadzą do unikania zachowań, które mogą powstrzymać cię od życia pełnią życia.

Przyszłe badania nad neurogenezą mogą prowadzić do nowych metod leczenia PTSD

Komórki granulek w girusie zębatym są częścią obwodu neuronalnego, który przetwarza sensoryczne i przestrzenne dane wejściowe z innych obszarów mózgu. Integrując informacje sensoryczne i przestrzenne, zakręt zębaty ma zdolność do generowania unikalnych i szczegółowych wspomnień dotyczących doświadczeń.

Przed przeprowadzeniem tego badania Overstreet-Wadiche i jej koledzy z UAB mieli kilka podstawowych pytań dotyczących funkcjonowania nowo narodzonych komórek ziarnistych w zakręcie zębatym. Zadali sobie dwa konkretne pytania:

1. Ponieważ liczba neuronów w girusie zębatym wzrasta dzięki neurogenezie, podczas gdy liczba neuronów w korze pozostaje taka sama, czy mózg tworzy dodatkowe synapsy z neuronów korowych do nowych komórek ziarnistych?
2. Czy też niektóre neurony korowe przenoszą swoje połączenia z dojrzałych komórek ziarnistych do nowych komórek ziarnistych?

Poprzez serię złożonych eksperymentów na myszach, Overstreet-Wadiche i wsp. odkryli, że niektóre z neuronów korowych w korze mózgowej przekazały wszystkie swoje dawne połączenia ze starszymi komórkami ziarnistymi (które mogły być zużyte lub przeterminowane) do świeżo narodzonych komórek ziarnistych, które były gotowe do działania.

To rewolucyjne odkrycie otwiera drzwi do zbadania, w jaki sposób redystrybucja synaps pomiędzy starymi i nowymi neuronami pomaga korze zębatej pozostać na bieżąco poprzez tworzenie nowych połączeń.

Jednym z kluczowych pytań, w które naukowcy chcą się zagłębić podczas nadchodzących eksperymentów, jest: „W jaki sposób ta redystrybucja odnosi się do korzystnych efektów ćwiczeń, które są naturalnym sposobem na zwiększenie neurogenezy?”

W przyszłości możliwe jest, że najnowocześniejsze badania nad neurogenezą i neuroplastycznością mogą prowadzić do precyzyjnie dostrojonych neurobiologicznych metod leczenia dolegliwości takich jak zespół stresu pourazowego (PTSD) i demencja. W oświadczeniu dla UAB, Overstreet-Wadiche powiedział,

„W ciągu ostatnich 10 lat były dowody wspierające redystrybucję synaps między starymi i nowymi neuronami, być może przez konkurencyjny proces, że nowe komórki mają tendencję do 'wygrywania’. Nasze odkrycia są ważne, ponieważ bezpośrednio pokazują, że aby nowe komórki wygrały połączenia, stare komórki tracą połączenia.

Więc proces neurogenezy dorosłych nie tylko dodaje nowe komórki do sieci, ale promuje plastyczność istniejącej sieci. Interesujące będzie zbadanie, w jaki sposób plastyczność indukowana neurogenezą przyczynia się do funkcji tego regionu mózgu.

Neurogeneza jest zwykle związana z lepszym przyswajaniem nowych informacji, ale niektóre badania sugerowały również, że neurogeneza promuje „zapominanie” istniejących wspomnień.”

Aerobic Exercise Is the Most Effective Way to Stimulate Neurogenesis and Create Adult-Born Neurons

Przez ostatnie 10 lat, możliwe do zastosowania porady, których udzielałem w The Athlete’s Way były zakorzenione w przekonaniu, że poprzez codzienny proces treningu każdy może stymulować neurogenezę i zoptymalizować swój sposób myślenia i spojrzenie na życie poprzez neuroplastyczność.

Program został zaprojektowany, aby przekształcić sieci neuronowe i zoptymalizować sposób myślenia. Od samego początku program ten opierał się na odkryciu, że aktywność aerobowa wytwarza czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego (BDNF) i stymuluje narodziny nowych neuronów poprzez neurogenezę. Opisuję moją filozofię we Wstępie do The Athlete’s Way,

„Przeniesienie punktu ciężkości z cieńszych ud na silniejsze umysły czyni ten podręcznik ćwiczeń wyjątkowym. The Athlete’s Way nie koncentruje się tylko na rzeźbieniu sześciopaku czy formowaniu stalowych bułeczek. Jesteśmy bardziej zainteresowani wzmocnieniem neuronów i przekształceniem synaps w optymistyczny, odporny i zdeterminowany sposób myślenia. Celem jest transformacja od środka na zewnątrz.

Moją misją jest dotarcie z tą wiadomością do Ciebie, abyś mógł wykorzystać neurobiologię i modele behawioralne do poprawy swojego życia poprzez ćwiczenia. Jestem gorliwcem, jeśli chodzi o moc potu w przekształcaniu życia ludzi poprzez przekształcanie ich umysłów. Moje przekonanie jest silne i autentyczne, ponieważ sam nim żyłem.”

Stworzyłem The Athlete’s Way wraz z niezastąpioną pomocą mojego zmarłego ojca, Richarda Berglanda, który był wizjonerskim neurobiologiem, neurochirurgiem i autorem The Fabric of Mind (Viking).

Dziesięć lat temu, kiedy opublikowałem The Athlete’s Way: Sweat and the Biology of Bliss (St. Martin’s Press), umieściłem neurogenezę i neuroplastyczność w centrum uwagi. W tym czasie odkrycie neurogenezy było zupełnie nowe i wciąż było radykalnym pojęciem w głównym nurcie neuronauki.

Na początku XXI wieku większość ekspertów wciąż wierzyła, że istoty ludzkie rodzą się ze wszystkimi neuronami, które będą miały przez całe życie. Jeśli cokolwiek, to wierzono, że ludzie mogą tylko stracić neurony lub „zabić komórki mózgowe” jak się starzejemy.

Zrozumiałe, kiedy opublikowałem The Athlete’s Way w 2007 roku, było mnóstwo sceptyków i naysayers, którzy myśleli, że moje pomysły o przekształcaniu umysłu za pomocą kombinacji neurogenezy i neuroplastyczności poprzez umiarkowaną do energicznej aktywności fizycznej były niedorzeczne.

Przez ostatnie 10 lat, trzymałem moje anteny w górze i mój palec na pulsie wszystkich najnowszych badań nad neurogenezą i neuroplastycznością mając nadzieję znaleźć dodatkowe dowody empiryczne, które dają więcej naukowej wiarygodności do mojego systemu wierzeń i metodologii.

Nie trzeba dodawać, byłem ponad księżycem i ekstatyczny dzisiaj rano kiedy czytałem o nowych badaniach Lindy Overstreet-Wadiche i Jacquesa Wadiche, który wskazuje specyfikę jak dorosłe-urodzone neurony modyfikują istniejące obwody neuronalne. To jest fascynująca rzecz!

To są ekscytujące czasy w neurobiologii. Współczesne techniki neuronaukowe są przygotowane do rozwiązania wielu innych zagadek dotyczących złożonego mechanizmu, w którym neurogeneza i neuroplastyczność współpracują jako dynamiczny duet, aby przekształcić nasze sieci neuronowe i funkcjonalną łączność między regionami mózgu. Bądź na bieżąco z przyszłymi empirycznymi dowodami i badaniami naukowymi nad neurogenezą i neuroplastycznością w nadchodzących miesiącach i latach.

W międzyczasie, jeśli chciałbyś przeczytać darmowy fragment książki The Athlete’s Way, który zawiera proste porady i praktyczne sposoby na pobudzenie neurogenezy i przebudowę mózgu poprzez neuroplastyczność i umiarkowaną lub intensywną aktywność fizyczną, sprawdź te strony z rozdziału mojej książki zatytułowanego: „Neuroplastyczność i Neurogeneza: Combining Neuroscience and Sport”.