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Copy of brain plasticity

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by

Ramjoti Kaur

on 12 November 2013

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Transcript of Copy of brain plasticity

Plasticity
Plastician
can be molded!
plastic
Greek어의 "Plastikos"에서 유래하며
그 뜻은 "can be molded(or shape)"로서
성형 할 수 있는 즉, "가소성이 있는"의 뜻을
지니고 있음
Adaptive
Restorative
발달 가소성
뇌 발달과정 중 발달 될 뇌조직이 점차적으로 구체적 기능을 가진 뇌조직으로
발달되어가는 가소성
- <물리> 고체가 외부에서 탄성 한계 이상의
힘을 받아 형태가 바뀐 뒤 그 힘이 없어 져도
본래의 모양으로 돌아가지 않는 성질
가소성
neuro
neuro
신경가소성
- 신경 + 가소성

- 신경세포의 기능과 화학적 특성, 또는 구조를 변화시키는 신경세포의 능력

- 뇌의 신경경로가 외부의 자극, 경험, 학습에 의해 구조 기능적으로 변화하고 재조직화 되는 현상

- 새로운 기술의 습득이나 학습, 기억의 기본적인 기전

- 신경계 손상 후 기능의 회복
적응 가소성
실패와 성공을 반복하면서 점차적으로 학습해 가는 가소성

복원 가소성
뇌손상 후 자발적 또는 치료에 따라 기능적 회복을 동반하는 뇌조직의 재활성화가 일어나는 가소성
뇌는 발달하는 동안에 use-dependent process를 통해 새로운 연결을 형성하고 제거하는 높은 가소성을 가진다.
Ⅱ. 뇌 신경망의 형성
- 뉴런의 발생
- 신경 연결의 형성
- 시냅스형성, 시냅스와 세포의 제거
- 신경활성에 의한 시냅스의 재배열
- 말이집형성
- 겉질 시냅스 가소성
- 결정적 시기의 종료



Ⅰ. 뇌의 초기발생
- 신경관의 형성
- 세 개의 일차 뇌소포
- 앞뇌의 분화
- 중간뇌의 분화
- 마름뇌의 분화
- 척수의 분화




brain development
난황주머니 공간
(yolk sac cavity)

배아원반(embryonic disc)

아래판(hypoblast)

위판(epiblast)

양막주머니공간

양막주머니공간(amniotic sac cavity)

융합영양막

아래판(hypoblast)

위판(epiblast)

속세포덩이
(inner cell mass)

융합영양막
(syncytiotrophobalst)

속세포덩이
(inner cell mass)

세포영양막
(cytotrophobalst)


세 개의 종자층(germ layer):
외배엽(Ectoderm)
내배엽(Endoderm)
중배엽(Mesoderm)
all body tissues develop from these

신경관의 형성

원시선(Primitive streak)
- 원시결절(primitive node)
- 원시고랑(primitive groove)

창자배형성(gastrulation)
: 위판의 세포들이 안으로 삽입됨

Formation of the 3 germ layers
- Days 14-15: 아래판 -> 내배엽
- Day 16: 중배엽 (새로운 세번째 층) 이 위판과 아래판 사이에 형성됨
- 표면에 있는 위판 세포 -> 외배엽

신경관형성(Formation of neural tube)

뇌의 분화

앞뇌

세포의 증식
- 가장자리구역

뉴런과 교세포

- 뇌실구역

수평분할

수직분할

뇌실표면

뇌실구역

가장자리
구역

뇌연질막 표면

신경망 구조 발달의 주요 3단계
- 세포의 증식
- 세포의 이동
- 세포의 분화

뉴런의 발생(The Genesis of Neurons)

전구 세포내의 세포질 물질의 분포
- Notch-1 단백질
- Numb 단백질

수평분할

수직분할

뉴런의 발생

겉질층Ⅰ

겉질층Ⅱ

겉질층Ⅲ

겉질층Ⅳ

겉질층Ⅴ

겉질층Ⅵ

겉질층Ⅴ

겉질층Ⅵ

겉질층Ⅵ

겉질판

겉질판

겉질판


Inside-out

뉴런의 발생

안쪽무릎핵

가쪽무릎핵

가쪽무릎핵 층

신경 연결의 형성(the genesis of connection)

신경망 형성의 3단계

1. 경로의 선택(pathway) 2. 타깃의 선택(target) 3. 주소의 선택(address)

Developmental
필로포디아

라멜리포디아

축삭의 성장
- 성장원뿔

신경 연결의 형성

신경 연결의 형성

축삭 성장유도
- 유도인자(guidance cue)
• 세포표면분자들과 상호작용
- 축삭 성장의 방향과 정도를 결정
- 축삭에서 발현되는 수용체의 종류에 의해 결정
- 유인성, 반발성

- 화학유인물질(chemoattractant)
• 네트린(netrin)

- 화학반발물질(chemorepellent)
• 슬릿(slit)

- 화학유인과 반발

Chemoattraction Contact inhibition Chemorepulsion

Extracellular matrix Cell surface Fasciculation
adhesion adhesion

가지돌기

최종적인 신경연결의 정제과정은
신경활성
을 필요로 한다.

-->
시냅스

<CNS시냅스 형성 과정>

<신경근시냅스 형성 과정>

시냅스형성, 시냅스와 세포의 제거

시냅스형성, 시냅스와 세포의 제거

신경연결의 정련(refinement)

- 뉴런과 시냅스의 대규모 감소
-> 올바른 뇌 기능의 발달은 세포와 시냅스의 발생
과 제거 사이의 섬세한 균형을 필요로 함

세포사멸

- 세포예정사(programmed cell death)
- 세포자멸사(apoptosis)
- 영양인자(trophic factors)
- 신경영양인자
• 신경성장인자(nerve growth factor)
- programmed(예정된)-->유전적 정보


근세포의 전기적 활성 -->

시냅스형성, 시냅스와 세포의 제거

시냅스 용량의 변화

- 시냅스 용량(synaptic capacity)

• 각 뉴런은 그 가지돌기와 세포체에 따라 한정된 수의 시냅스를 가진다.
• 신경계 전체를 볼 때, 시냅스 용량은 발생초기에 절정에 이르고 뉴런들이 성숙
되어가면서 줄어든다.

- 시냅스의 제거





신경활성에 의한 시냅스의 재배열

시냅스의 분리(synaptic segregation)
- 몇몇 신경망에서는 최종적인 신경연결 정련 과정에서 신경활성을
필요로 함

분 리
- 시냅스 안정
- 헵 시냅스
- 헵의 변화

승자독식(winner-takes-all)


신경활성에 의한 시냅스의 재배열

시냅스의 통합(convergence)
- 양안시각
- 양안시각의 해부학적 기반
- 양안시각수용장(binocular receptive fields)의 형성
- 시각우세변위


결정적 시기(critical period)

“ 발생의 운명이 환경에 의해 좌우되는 특정 시기”

신경활성에 의한 시냅스의 재배열

겉질층 Ⅲ뉴런의 백분율

겉질층 Ⅲ뉴런의 백분율

신경활성에 의한 시냅스의 재배열

Q. 활성이 발달된 시냅스의 연결이 끊어지는 것이 단순히 사용하지 않아서 일까?
시냅스의 경쟁(competition)
- use it or lose it ????
-(적어도) 줄무니겉질(striate cortex )의 경우는 그렇지 않다.
- 시각차단된 안구로부터 입력 연결이 끊어지는 데는 또 다른 열린눈의
활성화가 필요하다.

양안 경쟁(binocular competition)

피질 시냅스 가소성의 기본 기전

시냅스 변형의 두 가지 원칙

1. 시냅스전 축삭이 활성화되는 것과 동시에 시냅스후 뉴런이 어떤 다른 입력들에 의해 강하게 활성화 되면, 시냅스전 뉴런에 의해서 만들어진 이 시냅스는 강해진다.

*
함께 활성화되는 뉴런들은 서로 연결된다.


2. 시냅스전 축삭이 활성화 되는 것과 동시에 시냅스후 뉴런이 어떤 다른 입력들에 의해 약하게 활성화되면, 시냅스전 뉴런에 의해서 만들어진 이 시냅스는 약화된다.
*
비동기적으로 활성화되는 뉴런들은 상호간의 연결을 잃는다
.
상관성
유효성



- 신경세포 축삭이 신경아교세포, 즉 지방질 세포로 감싸여 전기적으로 절연되는 현상

CNS – Oligodendrocyte

PNS – Schwann cell

말이집 형성(myelination)
말이집형성의 의미

-
timing

겉질 시냅스 가소성의 기본 기전

시냅스 장기 강화, Long Term Potentiation, LTP

시냅스 장기 저하(Long Term Depression, LTD)

손상으로 부터의 세포회복
신경세포의 축삭에 해를 입거나 축삭을 절단시키는 손상은 퇴행 변화를 유발하지만 세포의 죽음을 초래하지는 않음
----> 일부 신경세포들은 축삭을 재생시킬 수 있음

축삭의 손상과는 대조적으로 신경세포의 세포체를 파괴시키는 손상은 반드시 세포를 죽게함
하나의 세포가 죽게되면..
- 연접의 변화
- 중추신경계의 기능적인 재구성
- 신경활성의 반응으로 인한 신경전달물질 방출의 변화

등 손상으로 부터 회복을 증신시키는 활동들이 나타남
축삭 손상
- 주로 말초신경에서 발생

- 손상 후 바로, 잘린 끝 부위에서 세포질이 흘러오고 몸쪽 및 먼쪽 분절이 각각 오므라듬

- 세포체에서 떨어져 나간 축삭의 먼쪽 분절은 왈러변성이라는 퇴행이 일어남
왈러변성(Wallerian degeneration)
1. 축삭 종말이 퇴행

2. 말이집이 파괴되면서 찌꺼기 발생

3. 세포체의 대사에 변화가 타나남

4. 연접이전 종말은 죽어가는 세포체로 부터 멀어지게 됨

5. 연접이후 세포(예) 근육세포)가 퇴행하게 됨
sprouting
collateral
sprouting
regenerative
sprouting


1.Axon injury후 손상된 axon, myelin sheath 등이 효과적으로 제
거 되지 않고 몇 주 동안 지속적으로 남아있음
-> 이것이 re-growth를 방해하는 요인이 됨.

2. Additional inhibitors of axon extension : 손상 부위의 glia(glial
scar)에 의해 생성된 inhibitory signal(neurite outgrowth
inhibitor, Nogo) 이 growth cone의 진행을 block
anti-Nogo-A Ab treatment in rat with incomplete SCI (Maier et al, 2009)


기능적인 축삭 재생은 왜 중추신경계에서는 나타나지 않는가?
stroke
A. 연접 효율성의 회복
( recovery of synaptic effectiveness)
B. 신경제거 과민
(deneravation hypersensitivity)
C. 연접 과효율성
(synaptic hypereffectiveness)
D. 연접의 가면 벗기기
(unmasking of silent synapses)
motor

learning & memory

습관화(Habituation)
- 가장 단순한 형태의 신경가소성
- 반복적인 양성자극에 대해 반응의 감소를 보이는것
- 의미가 없는 자극을 무시하는 학습
new skill
large area of motor cortex activated
practice
skilled action
narrow area of motor cortex activated
activation in primary sensorimotor cortex
S-M association area sma, premotor cortex,
parietal area, Prefrontal area, Broca's area
Decreased cortical activation
primary motor area
cerebellum
BG(neostriatum)
short term한 synaptic change는 memory를 만들지 못함
경험과 학습을 통한 behavior가 되기 위해 long lasting forms of synaptic
plasiticity 필요


LTP (Long term potentiation)
: a cellular mechanism for the formation of
memory
-synaptic stength가 지속적으로 상승
-change of synaptic efficacy
-synthesis of new protein
-the growth of new synaptic connections


LTD (Long term depression)
: LTP의 결과로 synapse의 strength가
지속적으로 상승하여 maximum efficacy에 도달하면 더이상 새로운 정보를
받지 못함. 특정 synaptic strength가 유용하려면 다른 process 들을
선택적으로 약화시켜야 함.
LTP과 LTD이 서로 reversible 하게 작용하여 synaptic efficacy를 유지함

Long-term synaptic plasticity

functional reorganization
localization(국재론)
Paul Broca
Carl Wernicke
뇌졸중으로 말하는 능력을 잃고 한단어만 말 할 수 있는 환자를 발견함.

그 환자가 사망한 뒤 뇌를 해부한 브로카는 왼쪽 전두엽에서 손상된 조직을 발견.

브로카는 언어가 뇌의 단일한 부분에 국지적으로 존재할 수 있다는 것을 보여줌.

이 후 그 영역은 '브로카영역' 이라고 불림.
베르니케는 브로카영역보다 뒤편에 있는 또다른 뇌영역의 손상을 언어의 이해불능 문제와 연결시킴

'베르니케 영역'
"뇌 기능들은 오직 특정한 위치에 배선되어 있다"

"한 기능, 한 위치"


Paul bach-y-Rita
- 폴 바크 이 리타 -
뇌가 가소적이며, 이 능력을 감각과 운동 문제의 새로운 치료법 개발에 이용 할 수 있다는 사실을 이해한 최초의 과학자
고양이의 시각처리 영역에 대한 실험 중 우연히 고양이의 앞발을 건드렸을 때 시각 영역이 발화함
이러한 결과는....


시각 영역이 촉각 또한 처리하고 있다는 사실을 암시

한기능, 한위치 ???????
뇌의 많은 부분에서
한 감각 영역이 하나 이상의
감각에서 오는 신호들을 처리
할수 있지 않을까???
sensory substitution(감각치환)
어떤 감각을 써서 다른 감각을 대체 하려는 시도
우리는 눈으로 보는게 아니라, 뇌로 봅니다.
"새로운 기술을 올바른 조건에서 연습하면 뇌 지도에 있는 신경세포들 간의 연결을 수억개, 어쩌면 수십억 개도 변화시킬 수 있습니다"


"우리가 뇌가소성을 지배하는 법칙과 일치하는 방식으로 학습을 하면, 뇌의 정신적 '기계장치'가 향상되고 우리는 더 큰 정확성과 속도, 기억력으로 학습하고 지각할 수 있습니다"
우리가 학습을 하면 아는것이 많아지는것은 분명하다.

머제니치의 주장은 우리가 뇌 그자체의 구조를 변화시켜서 뇌의 학습용량을 증가시킬 수 있다는 것이다.
대뇌 피질은 언제나 '학습하는 법을 학습' 하고 있다.
fast forword
Michael Merzenich

뇌 가소성 연구의 세계적 권위자

특기 : 뇌 지도라 불리는 뇌안의 특정 처리
영역들을 훈련시킴으로써 뇌를 재설계
하여 사람들의 사고력과 지각력을
향상시킴
우리는 뇌 지도가 어떻게 변화될 수 있는지를 이해하기 위해서는 먼저 뇌의 그림을 알 필요가 있다.
wilder Penfield
사람의 뇌 지도를 최초로 선명하게 그린 사람
David Hubel & Torsten Wiesel
미세전극을 이용하여 아주 어린동물의 뇌가 가소적임을 발견

critical period(임계기)
Critical Period
허블과 비셀은 보이지 않는 눈의 뇌지도를 점검하면서 가소성에 관한 예기치 않은 발견을 하게됨

닫힌 부분의 뇌부분이 열린 눈에서 오는 시각 입력을 처리하기 시작함을 발견


but
허블과 비셀은 유년기의 가소성을 발견했지만 여전히
국재론을 고수함
- 유년기 말에는 배선이 다 끝나서 성숙한 뇌는 고정된
위치에서 기능을 수행한다는 생각을 옹오함

성인기의 가소성
이 실험은 뇌지도는 역동적이며
피질 부동산을 차지하기 위한 경쟁이 존재하고, 뇌 자원은 쓰지 않으면 잃는다는 원리에 따라 배분된다는 것을 보여주는 가장 명확한 증거가 되었음
Hebbian Plasticity
함께 활성화 되는 뉴런들은 서로 연결된다.

비 동기적으로 활성화 되는 뉴런들을 상호간의 연결을 잃는다.
* 헵의 이론은

뉴런의 구조가 경험에 의해 발뀔수
있다는 것을 의미함
median nerve 절단 후 여러달에 걸쳐 수차례 지도를 작성
새로운 지도의 형성 = 뉴런들의 새로운 연결 형성
synaptic plasticity
Hebbian synapse
두 손가락의 모든 동작과 감각이
항상 동시에
일어났기 때문에 3번,4번 손가락은 같은 지도를 형성함
1980년대 말 머체니치의 실험
Timing
뇌 지도를 형성하는 열쇠는

지도 안의 뉴런이 입력을 받는 타이밍이다.
뇌 지도는 어떻게 스스로를 지형학적으로 조직하고

우리에게 유용한 방식으로 가능하게 되는 것일까?
지형학적 순서가 나타나게 되는 이유는
우리 일상 활동의 많은 부분이 정해진 순서로
반복되는 연속 동작으로 일어나기 때문이다.

- 머체니치, 2001-
Rita Levi-Montalcini
병아리 신경섬유가 생쥐에게서 이식한 종양이 있을 때 더 빨리 자란다는 것을 발견

몬탈리치는 이식한 종양이 신경 성장을 촉진하는 어떤 물질을 분비하고 있을지도 모른다고 추측함

신경성장인자(Nerve Growth Factor, NGF) 발견(1986년 노벨상 수상)
신경성장인자 & 임계기 가소성
BDNF는 뉴런들간의 연결망을 강화시키고 함께 배선 되는 것을 도와서, 해당 뉴런들이 상호 의존적으로 함께 활성화 되도록 함

* 임계기 동안 BDNF는 주의집중에 관여하는
마이네르트 기저핵
을 발화시킴
임계기 전반에 걸쳐 발화상태를 계속 유지하게 만듬

* BDNF 의 마지막 역할은 뇌가 주요 연결망들의 강화를 마치면 임계기를 닫도록 돕는다.
Brain Derived Neurotrophic Factor, BDNF
(뇌 유래 신경영양 인자)
- 신경성장인자 중 하나

- 시냅스의 강도를 증가시키고 보조하는 역할

- 특정한 뉴런들이 함께 발화해야 하는 활동을 수행 할 때, 뉴런들이 BDNF를 방출

마이네르트 기저핵
(basal nucleus of Meynert)
전뇌 기저부 무명질(substantia innominata)에 있으며 이 부분의 신경원은 신경전달물질로 아세틸콜린(acetylcholine)을 함유하고 있고 치매의 일종인 알츠하이머병(Altzheimer's disease)에서 현저한 변화가 나타나는 부위이기 때문에 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 부위

주의 집중, 기억, 경험, 학습, 각성, 수면, 운동 등 여러 가지 기능에 관여한다고 알려져 있음
머체니치는 일상생활에서도 뇌 지도들의 융합을 발견

- 음악가가 한 악기를 연주하는 동안 두 손가락을 어느 정도로
자주 함께 사용하면, 때때로 두 손가락을 위한 지도가 융합
되는것을 발견

- 손가락을 하나만 움직이려고 노력하면 오히려 두 손가락은 더욱더 같이 움직이면서 융합된 지도를 강화하게 됨
focal dystonia
국소 근육긴장이상(focal dystonia)
2003. Effect of sensory dystonia: A case series. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 84(10): pp. 1505 - 1514.
N. N. Byl, S. Nagajaran, and A. L. McKenzie.
물리치료사 낸시빌은 자신의 손가락 조절을 하지 못하는 사람들을 교육시켜 손가락 지도를 재분화 시킴

- 환자가 손가락들을 따로 따로 움직이려고 노력하는 대신, 아기 때 처럼 손 사용법을 다시 배운 방법을 사용

1. 손가락 조절 능력을 잃어버린 국소근육긴장 이상 기 타리스트에게 한동한 기타연주를 멈추도록 하여 융합된 지도를 약화 시킴

2. 며칠 동안 줄이 없는 기타를 그냥 잡기만 하게 함

3. 기타에 보통 기타줄과는 감촉이 다른 줄을 한줄만 매고 한 손가락만으로 조심스럽게 튕김

4. 마직막으로 첫번째 줄과 떨어진 다른 한 줄을 매고 두번째 손가락을 튕기게 함

5. 융합된 손가락의 뇌 지도가 두개의 다른 지도로 나뉘면서 기타리스트는 다시 연주를 할 수 있게됨
탈학습, LTD & LTP
Edward Taub
CIMT
(Constraint-Induce Movement Therapy)
Edward taub
뇌의 가소성을 기반으로 한 구속유도운동요법(CIMT) 개발
Charles Scott Sherrington
셰링턴의
구심로차단( deafferenation)
토브의
구심로차단(deafferenation)
원숭이들을 대상으로 셰링턴의 실험을 재현

1. 한쪽 팔의 구심로를 차단

2. 온전한 팔을 삼각건으로 묶어 둠

3. 온전한 팔을 사용 할 수 없자 구심로가 차단될 팔을 사용하기 시작함


원숭이들을 대상으로 셰링턴의 실험을 변형

1. 양팔의 구심성 신경을 차단

2. 원숭이가 양팔을 움직임


한팔의 구심성 신경을 없앤 원숭이는 그 팔을 사용할 수 없었고,

양팔의 구심성 신경을 없앤 원숭이는 양 팔을 모두 사용 할 수 있었다.


셰링턴의 반사 이론이 틀렸음을 발견함.
Deaferenation
1. 아무런 감각 신호도 들어갈 수 없도록 원숭이 팔 안에 있는 감각 신경들을
척수로 들어가기 전에 잘라서 구심로를 차단

2. 원숭이가 팔을 사용하지 않는것을 발견함


- 셰링턴은 반사가 모든 동작의 근원이라고 생각

- 셰링턴은 감각을 느낄수 없는 이유는 이해했지만 움직일 수 없는 이유는
이해 할 수 없었음

셰링턴의 생각

" 모든 동작은 척수 반사의 감각부분을 기반으로 유발되는데, 원숭이들은
구심로를 차단하고 반사의 감각 부분이 파괴 되었기 때문에 움직이지 못하
는 것이다."


- 복잡한 행동들도 연쇄적인 반사들로 형성된다고 주장

- 이러한 반사들을 조정하기 위해 운동 피질을 필요로 한다고 주장함
토브의 idea!!

"구심성 신경을 없앴을 때 원숭이가 그 팔을 사용하지 않는 이유는, 수술직후 척수가 아직 수술 때문에 '척수쇼크' 상태에 있는 동안에
원숭이가 그 팔을 사용하지 않는것을 학습
했기 때문이다"
척수쇼크

척수 손상으로 척수가 완전히 가로절단되거나 이와 비슷한 큰 손상을 입었을 때, 절단된 부분 이하의 척수의 기능이 일시적으로 완전히 없어지게 되는 증상

척수쇼크시 모든 감각운동기능이 사라짐

뇌졸중(stroke)으로 뇌손상이 왔을 때에는 척수손상과는 달리 처음에 이완성 쇼크 상태가 오지 않음





척수쇼크가 지속되는 기간동안은 뉴런들이 발화하기 어려움


쇼크상태 움직임 시도 실패 부정적 강화 온전한 팔만 사용 긍정적 강화

learned nonuse
"쓰지않으면 잃는다"

구심로가 차단된 팔의 일반적인 팔 동작을 위한 프로그램들이 들어있는 운동지도가 약화되고 위축되기 시작함
뇌졸중이나 기타 뇌손상이 있었던 사람들은 '학습된 비사용' 때문에 어려움을 겪고 있음


뇌졸중이나 기타 뇌손상의 치료법은
뇌손상과 학습된 비사용 둘 다를 고려해야 함
"'학습된 비사용'이 환자의 회복 능력을 가리고 있을 수 있기 때문에, 환자가 먼저 '학습된 비사용'을 극복해야만 우리는 진정으로 그 환자의 가능성을 가늠할 수 있을 것이다." - 토브-
근육의 위축뿐만 아니라 뇌의 위축도 움직임을 어렵게 만든다.
J. Liepert, W. H. R. Miltner, H. Bauder, M. Sommer, C. Dettmers, E. Taub, and C. Weiller. 1998. Motor cortex plasticity during constraint-induced movement therapy in stroke patients. Neuroscience Letter, 250: pp. 5-8.
B. Kopp, A. Kunkel, W. Muhlnickel, K. Villringer, E. Taub, and H. Flor. 1999. Plasticity in the motor system related to therapy-induced improvement of movement after stroke. NeuroReport, 10(4): pp. 807-810.
평균 6년동안 팔과 손이 마비 되었던 뇌졸중 환자 6명의 뇌지도가
CIMT를 받은 이 후 크기가 두배 증가함
CIMT 이 후 뇌지도의 변화가 뇌의 양쪽 반구에서 일어날 수 있다는 것을 보여줌으로써,
뇌의 가소적 변화가 얼마나 광범위 한가를 증명함
모국어를 말하지 않는 사람들과 시간을 보내면서 그들의
말을 하도록 스스로를 강제하는 것이 바로 '구속'이다.
매일같이 푹 잠긴 덕북에 우리는 집중훈련 을 하게된다.
Charles Scott Sherrington
stroke
Edward Taub
Phantom limbs
우리가 감각을 완벽하게 하길 원한다면,

뇌 가소성은 축복이다.

하지만

뇌 가소성이 통증을 위해 봉사한다면,

저주가 될 수도 있다.

- 노먼 도이지-


V. S. Ramachandran
절단 환자의 95% 이상이 환상지에 비롯되는 만성적인 '환상지 통증'이 일어남.

절단으로 인한 feedback의 부재는 환상 부위의 동결 뿐만 아니라 통증까지도 일으키게 됨

1. 뇌의 운동중추는 손 근육에게 수축하라는 명령을 보냄

2. 절단으로 인하여 뇌는 명령을 내린 손이 움직였다는 피드백을 받지 못함

3. 명령을 단계적으로 높임

4. 통증 발생
환상 마비와 통증이 "탈학습" 될 수 있을까?

만일 뇌에 거짓 신호를 보내서 환자로 하여금

존재하지 않는 팔다리가 움직이고 있다고

생각하게 만든다면.....?????
S
M T W T F
S
Alvaro Pascual-Leone
알바로 파스쿠알 레오네

경두개자기자극(Transcranial magnetic stimulation. TMS)을 사용하여 뇌 지도를 최초로 그림

1990년대 초 TMS를 이용하여 점자 읽기를 학습하는 시작장애인 피실험자들의 뇌지도를 그림으로써 사람들이 새로운 기능을 어떻게 학습하는지를 연구함
'점자를 읽는 검지'의 지도가 다른 손의 검지보다 큰것을 발견

운동 지도의 크기가 커지면서 피 실험자가 일분당 읽을수 있는 단어의 수가 증가한다는 사실을 발견
새로운 기능을 학습할 때 뇌의 가소적
변화가 일어난다는것을 확인
빠른 금요일과 느린 월요일
금요일의 지도는 매우 빠르고 극적인 팽창을 보여줌
월요일이 되면 다시 원래 크기로 돌아옴
금요일의 지도는 계속 커졌음
월요일의 지도는 계속 기준선으로 돌아옴

6개월 이후

금요일의 지도는 계속 커지고 있었으나 이전처럼 빠르지 않음
월요일의 지도는 6개월 까지 변화를 시작하지 않다가, 서서히 커지기 시작하여 10개월쯤에 증가를 멈춤

나날의 훈련은 2주 동안에 극적인 단기 변화를 가져옴

여러주, 여러달을 거듭하면서 더 영구적인 변화는
월요일
에 나타남
빠른 금요일 - 존재하는 뉴런의 연결을 강화
- 묻혀있는 경로들을 표출

느린 월요일 - 더 영구적인 변화
- 새로운 뉴런의 연결과 새로운 시냅스 형성
향상을 유지하고 기술을 영구하게 하는 데는
분명 느리고 꾸준한 새로운 연결을 형성하는 것이 필요하다

"이해가 빠른 사람 이라고 반드시 배운 것을 유지하라는 법은 없다"
"뇌의 활동은 끊임없이 찰흙을 주무르는것과 같다. 우리가 네모나게 포장된 찰흙에서 출발해서 어떤 모양을 만들었다면, 다시 네모로 돌아가는 것도 가능하다.
하지만 그것은 처음에 출발한 네모와 똑같은 네모는 아니다.

비슷해 보여도 똑같지 않은 결과들이 나오는 것이다.

다른 시간에 실행되는 유사한 행동들은 서로 다른 회로를 사용한다.

신경학적으로나 심리적으로 문제가 있던 환자가 치료 되었을 때에도, 그 치료가 환자의 뇌를 결코 이전에 존재한 상태로 되돌려 놓은것은 아니다.
뇌 체계는 가소적인 것이지 탄성적인 것은 아니다!
-파스쿠알 레오네-
만들어진 궤도는 '정말 빠르게' 너무나 쉽게 썰매를 아래로 유도하기 때문에 경로를 벗어나거나 다른 경로로 옮기는 것은 점점 더 어려워 진다.
방향을 바꾸려면 도로를 막을 장애물이 필요하다.
파르쿠알 레오네의 장애물 실험
1. 5일동안 정상적인 사람들의 눈을 가린다음, TMS로 뇌지도를 작성함.

2. 피실험자의 '시각' 피질이 점자를 배우는 맹인 환자의 뇌처럼 손에서 오는 촉각을 처리하기 시작하는 것을 발견

3. 불과 며칠만에 뇌 스스로가 재조직 함

4. 레오네는 '시각' 피질이 이틀만에 촉각과 청각 신호를 처리하기 시작할 수 있다는 것을 보여줌

5. 피실험자들은 눈가리개를 벗은 뒤 시각피질이 12-24시간 이내에 촉각이나 청각자극에 반응하는 것을 멈춤
- 신경을 배양해도 하루에 1mm 정도 자람

- 불과 며칠은 뇌가 철저하게 재배선 하기에 충분한 시간은 아님

원래부터 이미 연결이 존재하지 않고서야 '시각' 피질이 다른 감각 처리를 그렇게 빨리 시작하는 것은 불가능
미리 존재하는 경로가 표출되는 것
인간의 뇌가 빨리 재조직 될 수 있는것은, 뇌의 각 부분이 반드시 특정한 감각에만 헌신하는것은 아니기 때문이다.
우리는 뇌의 부분들을 다양한 과제를 위해 사용할 수 있다.
가소적 변화 방식
neurogenesis
자극이 풍부한 환경(공, 튜브, 쳇바퀴 등)에서 기른 (늙어가고 있는) 생쥐의 뇌의 해마 부피가 15% 증가하고 4만여개의 새로운 뉴런이 생겼음을 발견함

10개월 후에 해마에 있는 뉴런은 다섯배까지 증가하였음
해마에서 발견한 세포를 '뉴런' 줄기세포라고 부르는 이유는, 그세포가 분열하고 분화해서 뉴런이 되거나 뇌 안의 뉴런들을 지원하는 교세포가 될 수 있기 때문이다.
Frederic Rusty Gage와 Erikson은 1998년 뉴런 줄기 세포를 해마(hippocampus)에서 발견함.
어떤 활동이 생쥐에게서
세포의 증가를 일으켰는가?
뇌안에 있는 뉴런 전체의 숫자를
증가시키는 두가지 방법
1.새로운 뉴런을 만들어내는 방법
2.존재하는 뉴런의 수명을 연장하는 방법
새로운 뉴런의 증식을 촉진하는데 가장 효과적으로 기여하는 요인은 쳇바퀴 임을 보여줌
공이나 튜브와 같은 다른 장난감의
사용법을 배우는 것
은 새로운 뉴런을 만들지는 않아도 새로운 뉴런들이 그 영역에서 더 오래 살도록 해준다는 사실을 발견
운동은 새로운 줄기세포를 만들고
학습은 그 세포의 생존 기간을 늘린다.
뇌에 산소 공급
신경성장인자인 BDNF의 생산과 방출을 자극

BDNF는 가소적 변화에 결정적인 역할을 함
운동과 학습은 상호 보완적으로 작용한다.
" 뇌의 영역들은 가소적 처리장치 들이며 서로 연결되어 있고 예상 밖의 다양한 입력을 처리 할 수 있습니다."
developmental
plasticity
adaptive plasticity
restorative
plasticity
"나는 변화하는 뇌의 새로운 과학을 치료에 활용하는 사람들을 '뇌가소치료사 neuroplastician'라고 부른다"
- 노먼 도이지-
CNS가 손상되면, 손상을 극복하기 위해 연접부위에서 몇가지 연접변화 기전들을 이용한다.
우리가 어떤 신경망을 발달시키려면 그 신경망은 효율을 높여 스스로 유지하므로, 그 신경망을 지우는 일은 어려움

변화를 가속시키고 나쁜 습관을 잊도록 돕기위해서는 탈 학습이 필요함

탈 학습은 우리가 하나의 발달 단계에서 다음 단계로 이동 할 때 꼭 필요함
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