Plastyczność międzymodalna - Cross modal plasticity
Plastyczność międzymodalna to adaptacyjna reorganizacja neuronów w celu zintegrowania funkcji dwóch lub więcej systemów sensorycznych . Plastyczność krzyżowa jest rodzajem neuroplastyczności i często występuje po deprywacji sensorycznej z powodu choroby lub uszkodzenia mózgu. Reorganizacja sieci neuronowej jest największa po długotrwałej deprywacji sensorycznej, takiej jak wrodzona ślepota lub głuchota przedjęzykowa . W takich przypadkach plastyczność międzymodalna może wzmocnić inne systemy sensoryczne, aby zrekompensować brak wzroku lub słuchu . To wzmocnienie wynika z nowych połączeń, które tworzą się w korach mózgowych, które nie otrzymują już bodźców czuciowych.
Plastyczność w niewidomych
Nawet jeśli niewidomi nie są już w stanie widzieć, kora wzrokowa jest nadal aktywnie wykorzystywana, chociaż zajmuje się informacjami innymi niż wzrokowe. Badania wykazały, że objętość istoty białej ( zmielinizowanych połączeń nerwowych) została zmniejszona w przewodzie wzrokowym , ale nie w samej pierwotnej korze wzrokowej. Jednak objętość istoty szarej została zmniejszona nawet o 25% w pierwotnej korze wzrokowej. Atrofia z szarej , ciała neuronów, jest prawdopodobne, ze względu na jej związek z nerwu oddechowych. Ponieważ oczy nie otrzymują już informacji wzrokowych, nieużywanie połączonego przewodu wzrokowego powoduje utratę objętości istoty szarej w pierwotnej korze wzrokowej. Uważa się, że istota biała ulega atrofii w ten sam sposób, chociaż pierwotna kora wzrokowa jest mniej dotknięta.
Na przykład osoby niewidome wykazują zwiększoną wrażliwość percepcyjną i uwagową na identyfikację różnych bodźców słuchowych, w tym dźwięków mowy. Przestrzenne wykrywanie dźwięku można przerwać we wczesnym niewidomym przez wywołanie wirtualnej zmiany w korze wzrokowej za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej .
Somatosensoryczna kora jest również w stanie zatrudnić kory wzrokowej do pomocy przy czucia dotyku. Plastyczność krzyżowo-modalna przebudowuje strukturę sieciową mózgu , prowadząc do zwiększonych połączeń między korą somatosensoryczną i wzrokową. Co więcej, kora somatosensoryczna działa jako obszar centralny połączeń nerwowych w mózgu u osób wcześnie niewidomych, ale nie u osób widzących. Dzięki temu cross-modalnej sieci osoby wcześnie niewidome są w stanie reagować na bodźce dotykowe z większą szybkością i dokładnością, ponieważ mają do dyspozycji więcej ścieżek neuronowych . Jednym z elementów układu wzrokowego, który kora somatosensoryczna jest w stanie rekrutować, jest strumień grzbietowo-wzrokowy . Strumień grzbietowy jest używany przez osoby widzące do wizualnej identyfikacji informacji przestrzennych, ale osoby wcześnie niewidome używają go podczas wrażenia dotykowego obiektów 3D. Jednak zarówno widzący, jak i niewidomi uczestnicy wykorzystywali strumień grzbietowy do przetwarzania informacji przestrzennych, co sugeruje, że plastyczność krzyżowo-modalna u osób niewidomych przekierowała grzbietowy strumień wzrokowy do pracy z zmysłem dotyku, zamiast zmieniać ogólną funkcję strumienia.
Doświadczenie uzależnienia
Istnieją dowody na to, że stopień plastyczności krzyżowej pomiędzy korą somatosensoryczną i wzrokową jest zależny od doświadczenia. W badaniu z użyciem dotykowych urządzeń językowych do przekazywania informacji przestrzennych osoby wcześnie niewidome były w stanie wykazać aktywację kory wzrokowej po 1 tygodniu treningu z urządzeniem. Chociaż nie było modalne poprzeczne połączenia na początku, na początku ślepy mogli rozwijać połączenia między somatosensorycznych kory i wizualnych podczas widzących kontrole nie były w stanie. Osoby wcześnie niewidome lub niewidome od urodzenia mają silniejsze połączenia międzymodalne, im wcześniej zaczęły uczyć się alfabetu Braille'a . Wcześniejszy początek pozwala na tworzenie silniejszych więzi, ponieważ wcześnie niewidome dzieci muszą dorastać, używając zmysłu dotyku do czytania, zamiast używania wzroku. Być może ze względu na te połączenia międzymodalne badania nad sensoryką wykazały, że osoby niewidome od urodzenia i biegle czytające alfabetem Braille'a postrzegają dotykiem szybciej niż inni. Co więcej, w przypadku ślepoty zwiększa się dotykowa ostrość przestrzenna, a to wzmocnienie jest zależne od doświadczenia.
Plastyczność u niesłyszących
Plastyczność krzyżowo-modalna może również wystąpić u osób niesłyszących przedjęzykowo . Badanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego ( fMRI ) wykazało , że głusi uczestnicy obserwują język migowy , używając zarówno pierwotnej kory słuchowej , jak i kory wzrokowej . Chociaż kora słuchowa nie otrzymuje już informacji z uszu , osoby niesłyszące mogą nadal wykorzystywać określone obszary kory do przetwarzania bodźców wzrokowych. Wydaje się, że podstawowe zdolności sensoryczne, takie jak dyskryminacja jasności, wzrokowa wrażliwość na kontrast, progi dyskryminacji czasowej, rozdzielczość czasowa i progi dyskryminacji kierunków ruchu, zmieniają się w przypadku utraty modalności, takiej jak słuch. Jednak zadania przetwarzania wyższego poziomu mogą podlegać zmianom kompensacyjnym. W przypadku deprywacji słuchowej niektóre z tych kompensacji wydają się wpływać na przetwarzanie wzrokowe na peryferiach i wykrywanie ruchu w widzeniu peryferyjnym.
Osobom niesłyszącym brakuje bodźców słuchowych , dlatego kora słuchowa jest wykorzystywana do wspomagania przetwarzania wzrokowego i językowego. Wydaje się, że u osób niesłyszących aktywacje słuchowe są również zależne od uwagi. Jednak proces uwagi wzrokowej u osób niesłyszących nie różni się znacząco od procesu uwagi u osób słyszących. Silniejsze aktywacje kory słuchowej podczas obserwacji wzrokowej występują, gdy osoby niesłyszące zwracają uwagę na wskazówkę wzrokową, a słabsze, gdy wskazówka nie znajduje się w bezpośredniej linii wzroku. Jedno z badań wykazało, że osoby niesłyszące przetwarzają peryferyjne bodźce wzrokowe szybciej niż osoby słyszące. Wydaje się, że głuchota zwiększa uwagę przestrzenną na peryferyjne pole widzenia, ale nie na centralne. Wydaje się zatem, że mózg kompensuje utratę słuchu w obrębie swojego układu wzrokowego poprzez wzmacnianie zasobów uwagi peryferyjnego pola; jednak centralne zasoby wizualne mogą ucierpieć.
Ulepszenia zwykle ograniczają się do obszarów mózgu poświęconych zarówno bodźcom słuchowym, jak i wizualnym, a nie po prostu przepisywania obszarów poświęconych dźwiękowi na obszary wizualne. Wzmocnienia wzrokowe wydają się być szczególnie skoncentrowane w obszarach mózgu, które normalnie przetwarzają zbieżność z bodźcem słuchowym. Jest to szczególnie widoczne w badaniach wykazujących zmiany w tylnej korze ciemieniowej osób niesłyszących, która jest zarówno jednym z głównych ośrodków uwagi wzrokowej, jak i obszarem znanym z integrowania informacji z różnych zmysłów.
Ostatnie badania wskazują, że w zadaniach opartych na uważności, takich jak śledzenie obiektów i wyliczanie, osoby niesłyszące radzą sobie nie lepiej niż osoby słyszące. Nadal obserwuje się poprawę przetwarzania wzrokowego, nawet gdy osoba głucha nie zwraca uwagi na bodziec bezpośredni. Badanie opublikowane w 2011 r. wykazało, że osoby z wrodzonymi głuchotami miały znacznie większe obszary obręczy nerwowo-siatkówkowej niż osoby słyszące, co sugeruje, że osoby niesłyszące mogą mieć większą koncentrację komórek zwojowych siatkówki .
Język migowy
Osoby niesłyszące często używają języka migowego jako sposobu komunikacji. Jednak sam język migowy nie wydaje się znacząco zmieniać organizacji mózgu. W rzeczywistości dane z neuroobrazowania i elektrofizjologii badające funkcjonalne zmiany w ścieżkach wzrokowych, a także badania na zwierzętach dotyczące deprywacji sensorycznej wykazały, że u osób niesłyszących nie obserwuje się poprawy uwagi w obwodowym przetwarzaniu wzrokowym.
Obwodowe zmiany wzrokowe są widoczne we wszystkich formach osób niesłyszących – osobach migujących, komunikatorach ustnych itp. Z drugiej strony porównawcze badania fMRI słyszących mówców i słyszących wcześnie słyszących wykazują porównywalną aktywację obwodową. U osób głuchych nie stwierdzono poprawy uwagi obwodowego przetwarzania wzrokowego u osób słyszących. Jest zatem mało prawdopodobne, aby migotanie powodowało neurologiczne różnice w uwadze wzrokowej.
Implanty ślimakowe
Innym sposobem na zobaczenie plastyczności międzymodalnej u osób niesłyszących jest przyglądanie się skutkom instalowania implantów ślimakowych . Dla tych, którzy stali się głuchymi przedjęzykowo , plastyczność międzymodalna przeszkadzała im w przetwarzaniu języka za pomocą implantu ślimakowego. W przypadku osób niesłyszących przedjęzykowo, kora słuchowa została przekształcona, aby radzić sobie z informacjami wizualnymi, więc nie może radzić sobie tak dobrze z nowymi bodźcami sensorycznymi dostarczanymi przez implant. Jednak w przypadku osób niesłyszących postlingwistycznie ich doświadczenie z wizualnymi wskazówkami, takimi jak czytanie z ruchu warg, może pomóc im lepiej zrozumieć mowę wraz z pomocą implantu ślimakowego. Osoby niesłyszące pojęzykowo nie mają tak dużej rekrutacji kory słuchowej jak osoby niesłyszące wcześnie, więc lepiej sobie radzą z implantami ślimakowymi. Stwierdzono również, że kora wzrokowa była aktywowana tylko wtedy, gdy odbierane dźwięki miały potencjalne znaczenie. Na przykład kora wzrokowa aktywowała się dla słów, ale nie dla samogłosek. Ta aktywacja jest kolejnym dowodem na to, że plastyczność międzymodalna jest zależna od uwagi.
Plastyczność po deficycie węchowym lub przycięciu wąsów
Plastyczność międzymodalna może być wzajemnie indukowana między dwiema modalnościami sensorycznymi. Na przykład, pozbawienie funkcji węchowej zwiększa wrażenia dotykowe wąsów, az drugiej strony przycinanie wąsów podnosi funkcję węchową. Jeśli chodzi o mechanizmy komórkowe, skoordynowana plastyczność między korowymi neuronami pobudzającymi i hamującymi jest powiązana z tymi upregulowaniami zachowań czuciowych.