معلومة

ما هي الآلية الأساسية وراء المرونة العصبية؟

ما هي الآلية الأساسية وراء المرونة العصبية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

على وجه التحديد ، أنا أبحث في إعادة فتح الفترة الحرجة من اللدونة.

بدأ علم الأعصاب الحديث في الكشف عن سر المرونة العصبية.

الإعداد التجريبي الشائع مع الفئران. لديهم فترة حرجة بين اليومين 20 و 32 عندما يتعلمون الرؤية المجهرية. وإذا قمت بتغطية عين واحدة خلال هذه الفترة ، فلن يتعلموا أبدًا استخدامها بشكل صحيح. إن تغطية العين حتى لفترات طويلة خارج هذه النافذة ليس له تأثير طويل المدى.

يمكن للعلماء بعد ذلك اختبار فرضيات اللدونة المختلفة. وقد وجدوا بالفعل العديد من الآليات التي يمكن أن تعيد الرؤية المجهرية للفئران البالغة.

يمكنك العثور على قائمة أسفل هذه الورقة: التوحد - اضطراب "الفترة الحرجة"؟

  • التحلل الأنزيمي لـ PNNs
  • SSRI
  • مثبطات HDAC (التي يُقترح أن تقضي على مستقبلات Nogo-66)
  • مثبطات أسيتيل كولين ستيراز

يقترح أن هناك نمطًا أساسيًا لتوازن الإثارة / التثبيط (E / I) الذي تزعج كل هذه التقنيات الأربعة.

أين يمكنني أن أقرأ عن هذا التوازن E / I بالتفصيل؟ صفحة ويكيبيديا على NeuroPlasticity (هنا) تبدو وكأنها طريق مسدود.

أبحث عن نظرة عامة ، بدلاً من الأوراق العلمية التقنية التي تستكشف جانبًا معينًا ، بافتراض بالفعل الإلمام بالصورة الكبيرة.

كيف تحصل على الصورة الكبيرة؟

تحرير: يبدو أن T K Hensch رائد عالميًا في هذا البحث ، وأوراقه تجيب على أسئلتي ، على سبيل المثال http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24439367


هذا مصدر أول جيد يقترح مراجع أخرى:

http://www.scholarpedia.org/article/Balance_of_excitation_and_inhibition


أوضحت مرونة عباءة الأرض: آلية مفقودة لتشويه الصخور الغنية بالزبرجد الزيتوني

وشاح الأرض عبارة عن طبقة صلبة تخضع لحركة الحمل الحراري البطيئة والمستمرة. ولكن كيف تتشوه هذه الصخور ، مما يجعل هذه الحركة ممكنة ، بالنظر إلى أن المعادن مثل الزبرجد الزيتوني (المكون الرئيسي للوشاح العلوي) لا تظهر عيوبًا كافية في الشبكة البلورية لشرح التشوهات التي لوحظت في الطبيعة؟ قدم فريق بقيادة Unit & eacute Mat & eacuteriaux et Transformations (CNRS / Universit & eacute Lille 1 / Ecole Nationale Sup & eacuterieure de Chimie de Lille) إجابة غير متوقعة على هذا السؤال. إنه يتضمن عيوبًا بلورية غير معروفة ومهملة حتى الآن ، والمعروفة باسم "الانحرافات" ، والتي تقع عند الحدود بين الحبيبات المعدنية التي تشكل الصخور. بالتركيز على الزبرجد الزيتوني ، تمكن الباحثون لأول مرة من ملاحظة مثل هذه العيوب ونمذجة سلوك حدود الحبوب عند تعرضها لضغط ميكانيكي.

النتائج التي تم نشرها للتو في طبيعة سجية، تتجاوز نطاق علوم الأرض: فهي توفر أداة جديدة وقوية للغاية لدراسة ديناميات المواد الصلبة وعلوم المواد بشكل عام.

تطلق الأرض حرارتها باستمرار عن طريق الحركة الحرارية في وشاح الأرض ، والتي تقع تحت القشرة. لذلك فإن فهم هذا الحمل هو أمر أساسي لدراسة الصفائح التكتونية. يتكون الوشاح من صخور صلبة. من أجل حدوث حركة الحمل الحراري ، يجب أن يكون من الممكن أن تتشوه الشبكة البلورية لهذه الصخور. حتى الآن ، كانت هذه مفارقة عجز العلم عن حلها بالكامل. في حين أن العيوب في الشبكة البلورية ، والتي تسمى الخلع ، تقدم تفسيرًا جيدًا جدًا لدونة المعادن ، إلا أنها غير كافية لتفسير التشوهات التي تتعرض لها صخور الوشاح.

اشتبه الباحثون في أن الحل كان موجودًا عند الحدود بين الحبيبات المعدنية التي تتكون منها الصخور. ومع ذلك ، فقد افتقروا إلى الأدوات المفاهيمية اللازمة لوصف ونمذجة الدور الذي تلعبه هذه الحدود في مرونة الصخور. الباحثون في Unit & eacute Mat & eacuteriaux et Transformations (CNRS / Universit & eacute Lille 1 / Ecole Nationale Sup & eacuterieure de Chimie de Lille) بالتعاون مع باحثين في Laboratoire G & eacuteosciences Montpellier (CNRS / Universit & eacute Montpellier 2) لقد أوضح الآن Mat & eacuteriaux (CNRS / Universit & eacute de Lorraine / Arts et M & eacutetiers ParisTech / Ecole Nationale d'Ing & eacutenieurs de Metz) هذا الدور. لقد أظهروا أن الشبكة البلورية لحدود الحبيبات تظهر عيوبًا محددة للغاية تُعرف باسم "الانحرافات" ، والتي تم إهمالها حتى الآن. نجح الباحثون في رصدها لأول مرة في عينات من الزبرجد الزيتوني (الذي يشكل ما يصل إلى 60٪ من الوشاح العلوي) باستخدام مجهر إلكتروني ومعالجة محددة للصور. حتى أنهم ذهبوا إلى أبعد من ذلك: استنادًا إلى نموذج رياضي ، أظهروا أن هذه الانحرافات قدمت تفسيرًا لدونة الزبرجد الزيتوني. عند تطبيق الضغط الميكانيكي ، فإن الانحرافات تمكن حدود الحبوب من التحرك ، مما يسمح للزبرجد الزيتوني بالتشوه في أي اتجاه. وبالتالي ، فإن التدفق في الوشاح لم يعد يتعارض مع صلابته.

يذهب هذا البحث إلى ما هو أبعد من شرح مرونة الصخور في وشاح الأرض: إنه خطوة كبيرة إلى الأمام في علم المواد. يجب أن يزود النظر في الميول العلماء بأداة جديدة لشرح العديد من الظواهر المتعلقة بميكانيكا المواد الصلبة. يعتزم العلماء مواصلة أبحاثهم في بنية حدود الحبوب ، ليس فقط في المعادن الأخرى ولكن أيضًا في المواد الصلبة الأخرى مثل المعادن.


بيولوجيا التخاطر

يشير الإدراك خارج الحواس (ESP) إلى المعلومات التي يتم إدراكها خارج الحواس الخمس. وهذا يشمل ظواهر مثل التخاطر والاستبصار ومعرفة الأحداث المستقبلية.

نظرًا لأن هذه الظواهر لا يمكن رؤيتها أو قياسها بشكل علني ، فإنها غالبًا ما تعتبر غير قابلة للتصديق. ومع ذلك ، فإن الأبحاث الحديثة تستكشف الآليات البيولوجية المحتملة وراء مثل هذه الظواهر.

الخلايا العصبية المرآة: التخاطر يشير إلى التواصل خارج الحواس المعروفة. أظهرت العديد من الدراسات أنه يمكننا "قراءة" عقول الآخرين لأن لدينا خلايا عصبية تعمل بمثابة مرايا آلية. في الواقع ، يمكننا استيعاب نوايا ومشاعر الآخرين تلقائيًا. في عام 2007 ، وجد أستاذ علم النفس جريجور دومز وزملاؤه دليلًا على أن القدرة على تفسير الإشارات الاجتماعية الدقيقة يمكن تعزيزها بواسطة الأوكسيتوسين ، وهو هرمون يزيد الثقة وسلوك النهج الاجتماعي. ليس من قبيل المبالغة أن نتخيل أنه يمكننا التقاط مشاعر ونوايا الآخرين من حولنا ، ولكن هل يمكن القيام بذلك عندما تفصل المسافات الطويلة بين الناس؟

الاتصالات لمسافات طويلة: وجدت دراسة أخرى عام 2014 أجراها الطبيب النفسي كارليس غراو وزملاؤه أن التواصل من دماغ إلى دماغ عبر الإنترنت ممكن. في كتابي ، "تجربة رسومات الشعار المبتكرة Tinker Dabble: إطلاق العنان لقوة العقل غير المركّز" ، وصفت تجربة أثبتوا فيها أن الشخص الذي يفكر في الكلمات "hola" أو "ciao" في الهند يمكنه توصيل هذا إلى الأشخاص في إسبانيا بدون قولها بصوت عالٍ أو رؤيتها أو كتابتها. في الواقع ، يمكن نقل المعلومات عبر مسافات كبيرة عندما يكون الإنترنت هو الطريق السريع الذي يربط بين الشخصين.

تواصل غير مرئي: في عام 2005 ، قام عالم الأحياء روبرت شيلدريك وزميلته البحثية بام سمارت بتوظيف 50 مشاركًا تجريبيًا من خلال موقع التوظيف. كما تضمنت أيضًا أربعة مرسلي بريد إلكتروني محتملين وقبل دقيقة واحدة من الوقت المحدد مسبقًا ، كان على المشاركين تخمين من سيرسلها. من بين 552 تجربة ، كان 43 بالمائة من التخمينات صحيحة. كان هذا أعلى بكثير من نسبة 25 في المائة التي كان يتوقعها المرء إذا كانت هذه النتيجة مجرد صدفة.

في عام 2008 ، أجرى الطبيب النفسي جانيسان فينكاتاسوبرامانيان Ganesan Venkatasubramanian وزملاؤه دراسة تصوير الدماغ حيث أعدوا صورًا لعالم نفسي (شخص يُزعم أنه تخاطر) وموضوع تحكم. كان العقلاني قادرًا على إنتاج صورة مشابهة جدًا للصورة التي أعدت له ، في حين أن موضوع التحكم لم يكن كذلك. لقد أثبت هؤلاء المحققون أنه عندما نجح المختص العقلي ، تم تنشيط التلفيف المجاور للحصين الأيمن (PHG) ، بينما لم يتم تنشيطه في الشخص الآخر. بدلاً من ذلك ، تم تنشيط التلفيف الأمامي السفلي الأيسر. كانت هذه النتيجة مشابهة لدراسة سابقة أيضًا.

التخاطر الحيواني: لا يُعتقد أن الاستعداد البيولوجي لنقل الأفكار يقتصر على البشر. عندما يبدو أن أسراب الطيور تدور تلقائيًا أو تتدحرج معًا ، يُعتقد أن هذا الاستنتاج السريع من جميع الطيور في نفس الوقت يشبه التخاطر. في عام 2017 ، أوضح الفيزيائي التجريبي Jure Demsar وعالم الكمبيوتر Iztok Lebar Bajek أن مثل هذا السلوك الجماعي يمكن تفسيره جزئيًا من خلال أنظمة حسابية غامضة قائمة على القواعد اللغوية. يشير هذا إلى أنه قد يكون هناك منطق داخلي وراء سلوك المجموعة. فهي لا تتجاوز بالضرورة قوانين الطبيعة.

الحذر في التفسير

أحجام العينات في هذه الدراسات صغيرة جدًا ، ولم يتم تكرار النتائج بشكل جيد. تعد القدرة على تكرار النتائج قضية أكثر تعقيدًا بكثير مما يمكننا التعامل معه في هذه المدونة ، ولكن يكفي أن نقول إن العديد من العلماء لا يعتقدون أن تكرار أي اكتشاف من هذا القبيل ممكن من الناحية الإحصائية.

إذا كانت هذه النتائج لا أساس لها حقًا ، فقد أثبتت مجموعة من الباحثين أن الأشخاص الذين لديهم مثل هذه المعتقدات يختلفون عن أولئك الذين ليس لديهم اختلافات جينية في انتقال الدوبامين. تم العثور على توافر الدوبامين بشكل أكبر في أولئك الأشخاص الذين لديهم ميل أكبر للمعتقدات "التي لا أساس لها". يشير هذا إلى أن الكيمياء المختلفة قد تكمن وراء أنظمة معتقدات مختلفة ، لكنها لا تعني بالضرورة علم الأمراض.

الفرضيات: بناءً على هذا البحث الأولي ، ستكون الفرضيات التالية عادلة: (1) أدمغتنا مصممة لالتقاط إشارات اجتماعية دقيقة (2) أدمغتنا سلكية لتعكس تلقائيًا النوايا والعواطف في وجود الآخرين (3) بالنسبة لنا العقول للاتصال عبر مسافات كبيرة ، يجب أن يتم الاتصال بنا بتردد مشابه لما يسمح به اتصال الإنترنت (4) إذا كان لدى الناس القدرة على التخاطر ، فقد يكون بعض الأشخاص أكثر قدرة من غيرهم ، و (5) الحصين و قد تشارك مناطق الدماغ المجاورة للحصين في التواصل التخاطري لأنها تشارك في دمج الذكريات والجوانب الدقيقة للتواصل اللغوي (مثل السخرية). .

في حين أن هذه الفرضيات لا تزال غير مثبتة ، هناك بالتأكيد أدلة كافية لمتابعتها باهتمام لمعرفة ما إذا كانت تصمد إلى المنهج العلمي. في غضون ذلك ، ماذا يمكنك أن تفعل؟

أجراءات: 1. اختبر مع أصدقائك المقربين ما إذا كان ما تشعر أنهم يشعرون به هو ما يشعرون به بالفعل. اسألهم عما إذا كانوا يشعرون بما تشعر به. 2. لتحسين ما تشعر به ، افعل أشياء قد تزيد من هرمون الأوكسيتوسين. على سبيل المثال ، قد يؤدي احتضانهم إلى زيادة هرمون الأوكسيتوسين لديهم ، وقد يؤدي احتضانهم إلى زيادة نسبة الأوكسيتوسين لديك. 3. العب لعبة البريد الإلكتروني. كل أربع ساعات ، خمن من الذي قد يرسل لك بريدًا إلكترونيًا. قم بتدوين ذلك لترى كم مرة كنت على صواب. 4. نظرًا لأن المزيد من نشاط الدوبامين يرتبط بمعتقدات لا أساس لها ، جرب التجارب السابقة بعد نشاط مجزي من شأنه زيادة الدوبامين. على سبيل المثال ، بعد التمرين ، تحقق مما إذا كانت قدراتك على التنبؤ أفضل. 5. جرب تجارب المسافات الطويلة ، وراجع الآخرين لترى ما إذا كان بإمكانك أن تشعر بما يشعرون به.

لن تكون قادرًا على تعميم الحقيقة من خلال هذه التجارب ، ولكن من المحتمل أن تستمتع بنتائج فضولك. إلى جانب ذلك ، أشارت بعض الأبحاث إلى أن الشعور بالفضول قد يرتبط بحياة أطول!


يجد علماء الرياضيات آلية أساسية لحساب نقاط التحول

عند نقطة التحول ، قد تتغير حالة النظام ببطء أو بشكل مفاجئ. الائتمان: Emiliano Arano / Pexels

تغير المناخ ، وباء أو نشاط منسق للخلايا العصبية في الدماغ: في كل هذه الأمثلة ، يحدث الانتقال في نقطة معينة من الحالة الأساسية إلى الحالة الجديدة. اكتشف باحثون في جامعة ميونيخ التقنية (TUM) بنية رياضية عالمية في ما يسمى بنقاط التحول. إنه يخلق الأساس لفهم أفضل لسلوك الأنظمة المتصلة بالشبكة.

إنه سؤال أساسي للعلماء في كل مجال: كيف يمكننا التنبؤ والتأثير على التغييرات في نظام شبكي؟ "في علم الأحياء ، أحد الأمثلة هو نمذجة نشاط الخلايا العصبية المنسق" ، كما يقول كريستيان كون ، أستاذ الديناميات متعددة النطاقات والعشوائية في TUM. تُستخدم نماذج من هذا النوع أيضًا في تخصصات أخرى ، على سبيل المثال عند دراسة انتشار الأمراض أو تغير المناخ.

تشترك جميع التغييرات الحرجة في الأنظمة المتصلة بالشبكة في شيء واحد: نقطة التحول حيث يقوم النظام بالانتقال من حالة أساسية إلى حالة جديدة. قد يكون هذا تحولًا سلسًا ، حيث يمكن للنظام العودة بسهولة إلى الحالة الأساسية. أو يمكن أن يكون انتقالًا حادًا يصعب عكسه حيث يمكن أن تتغير حالة النظام بشكل مفاجئ أو "متفجر". تحدث التحولات من هذا النوع أيضًا في تغير المناخ ، على سبيل المثال مع ذوبان القمم الجليدية القطبية. في كثير من الحالات ، تنتج التحولات من اختلاف معامل واحد ، مثل ارتفاع تركيزات غازات الدفيئة وراء تغير المناخ.

هياكل مماثلة في العديد من النماذج

في بعض الحالات - مثل تغير المناخ - سيكون لنقطة التحول الحادة آثار سلبية للغاية ، بينما في حالات أخرى يكون ذلك مرغوبًا فيه. وبالتالي ، استخدم الباحثون نماذج رياضية للتحقيق في كيفية تأثر نوع الانتقال بإدخال معايير أو شروط جديدة. يقول كوهن: "على سبيل المثال ، يمكنك تغيير معلمة أخرى ، ربما تتعلق بكيفية تغيير الناس لسلوكهم في حالة حدوث وباء. أو يمكنك ضبط مدخلات في النظام العصبي". "في هذه الأمثلة والعديد من الحالات الأخرى ، رأينا أنه يمكننا الانتقال من انتقال مستمر إلى انتقال متقطع أو العكس."

درس كوهن والدكتور كريستيان بيك من جامعة Vrije Universiteit أمستردام النماذج الحالية من مختلف التخصصات التي تم إنشاؤها لفهم أنظمة معينة. يقول بيك: "لقد وجدنا أنه من اللافت للنظر أن العديد من الهياكل الرياضية المتعلقة بنقطة التحول تبدو متشابهة جدًا في تلك النماذج". "من خلال تقليص المشكلة إلى أبسط معادلة ممكنة ، تمكنا من تحديد آلية عالمية تحدد نوع نقطة التحول وتكون صالحة لأكبر عدد ممكن من النماذج."

أداة رياضية عالمية

وهكذا وصف العلماء آلية أساسية جديدة تجعل من الممكن حساب ما إذا كان النظام المتصل بالشبكة سيشهد انتقالًا مستمرًا أو غير مستمر. يقول كوهن: "نحن نقدم أداة رياضية يمكن تطبيقها عالميًا - بعبارة أخرى ، في الفيزياء النظرية وعلوم المناخ وعلم الأعصاب والبيولوجيا والتخصصات الأخرى - وتعمل بشكل مستقل عن الحالة المحددة المطروحة".


استكشاف آليات العلاج بالموسيقى

إليزابيث ستيجيمولر
1 مارس 2017

& نسخ ISTOCK.COM/KUZMA

يجب على رجل مصاب بمرض باركنسون ورسكووس يجلس في مطعم مزدحم أن يستخدم غرفة الاستراحة ، لكنه لا يستطيع الوصول إلى هناك. تجمدت قدميه ولا يستطيع الحركة. كلما حاول أكثر ، أصبح أكثر توتراً. بدأ الناس يحدقون فيه ويتساءلون ما هو الخطأ. ثم يتذكر الأغنية ldquoYou Are My Sunshine ، & rdquo التي علمه معالج الموسيقى الخاص به استخدامها في مثل هذه المواقف. يبدأ في عزف النغمة. في الوقت المناسب مع الموسيقى ، يتقدم للأمام وقدم mdashone ثم يبدأ الآخر & mdashand في المشي على الإيقاع في رأسه. لا يزال يطن ، يصل إلى غرفة الاستراحة ، متجنبًا موقفًا محرجًا.

يعد تجميد المشي أمرًا شائعًا للعديد من الأشخاص المصابين بمرض باركنسون ورسكووس. يمكن أن تحد هذه النضالات من الخبرة الاجتماعية وتؤدي إلى العزلة والاكتئاب. لسوء الحظ ، فإن العلاجات الدوائية والجراحية المتاحة لمرض باركنسون و rsquos تؤدي دورًا سيئًا.

العلاج بالموسيقى هو استخدام الموسيقى من قبل أخصائي معتمد كتدخل لتحسين أو استعادة أو الحفاظ على سلوك غير متعلق بالموسيقى لدى المريض أو العميل. بصفتي معالجًا موسيقيًا ، عملت مع العديد من الأشخاص المصابين بمرض باركنسون وشاهدت كيف يمكن للموسيقى أن توفر إشارة خارجية للمرضى للمشي في الوقت المناسب ، مما يسمح لهم بالتغلب على التجمد. لقد استخدمت أيضًا الغناء الجماعي لمساعدة مرضى باركنسون على تحسين التحكم في الجهاز التنفسي والبلع. يمكن أن يؤدي ضعف البلع إلى الإصابة بالالتهاب الرئوي التنفسي ، وهو سبب رئيسي للوفاة بين هؤلاء المرضى.

لكن ربما يكون العنصر الأقوى في العلاج بالموسيقى هو الفائدة الاجتماعية المستمدة من تأليف الموسيقى معًا ، والتي يمكن أن تساعد المرضى في مكافحة الاكتئاب. عندما ينخرط مرضى باركنسون في العلاج بالموسيقى ، غالبًا ما يكون أحد السلوكيات الأولى التي تظهر هو الابتسام ، ويتلاشى التأثير المسطح والوجه المقنع اللذان يمثلان الأعراض المميزة للمرض. يعلق هؤلاء المشاركون على أن العلاج بالموسيقى هو أفضل جزء من أسبوعهم ، ويذكر مقدمو الرعاية أن أحبائهم في حالة مزاجية أفضل بكثير - مع عدد أقل من أعراض مرض باركنسون - بعد العودة إلى المنزل من العلاج بالموسيقى.

قد تشرح ثلاثة مبادئ بسيطة عن المرونة العصبية كيفية عمل العلاج بالموسيقى.

في حين أن كل هذا مثير للاهتمام ، إلا أنه ليس جديدًا. كان أرسطو وأفلاطون من بين أوائل الذين كتبوا عن تأثير الموسيقى الشافي. حدثت الإشارات المبكرة للموسيقى كعلاج في أواخر القرن الثامن عشر وأوائل القرن التاسع عشر ، وبدأ المجال رسميًا بعد الحرب العالمية الأولى ، عندما عزف الموسيقيون المحترفون والهواة للمحاربين القدامى الذين عانوا من صدمة جسدية وعاطفية نتيجة للحرب. في الوقت الحاضر ، يسعى معالجو الموسيقى المعتمدون إلى القيام بأكثر من مجرد تشغيل الأغنية المناسبة في الوقت المناسب. يستخدمون الموسيقى لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من العديد من الاضطرابات أو الأمراض الجسدية والعاطفية المختلفة.

قدمت مجموعة كبيرة من الأبحاث التي تركز على قياس التغيرات في السلوك دليلًا قويًا على أن العلاج بالموسيقى هو تدخل قوي لمجموعة متنوعة من المرضى أو العملاء. (انظر الجدول أدناه). ومع ذلك ، فإنه لا يزال غير مدرج دائمًا في الممارسة الطبية القياسية ، ولا يوجد أي تعويض من شركات التأمين مقابل خدمات العلاج بالموسيقى. تنبع هذه المقاومة ، جزئيًا ، من سؤال رئيسي لم تتم الإجابة عليه: كيف يعمل العلاج بالموسيقى؟

إن تنوع مجموعات المرضى وإعدادات العلاج بالموسيقى ، بالإضافة إلى الميزات المتعددة الأوجه للموسيقى نفسها ، تجعل فهم كيفية تغير الدماغ استجابة لهذا التدخل أمرًا صعبًا للغاية. نتيجة لذلك ، حاول عدد قليل من الباحثين الخوض في علم الأعصاب للعلاج بالموسيقى. ومع ذلك ، أعتقد أن الإجابة قد تكون أمامنا مباشرة - في الأدبيات الموجودة حول المرونة العصبية. من خلال تجميع ما نعرفه عن كيفية عمل الدماغ - بشكل مستقل عن كيفية استجابته للعلاج بالموسيقى - أعتقد أن الباحثين يمكنهم إنشاء إطار ميكانيكي يمكن بناء عليه البحث الحالي والمستقبلي في العلاج بالموسيقى.

إجابات في المرونة العصبية

المرونة العصبية هي قدرة الدماغ على التغيير طوال فترة حياة الشخص كنتيجة للمدخلات الحسية أو الحركة الحركية أو المكافأة أو الإدراك. لاحظ عالم النفس والطبيب الأمريكي ويليام جيمس لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر أن سلوكيات الناس لم تكن ثابتة بمرور الوقت ، ولم يمض وقت طويل بعد ذلك ، اقترح عالم الأعصاب الإسباني سانتياغو رامون واي كاجال أن التغيرات السلوكية لها أساس تشريحي في الدماغ. من المقبول الآن أن المرونة العصبية تشمل التغيرات على مستويات متعددة ، من المشابك الفردية إلى الشبكات القشرية بأكملها.

المكافأة: الموسيقى الممتعة تنشط شبكة المكافأة في الدماغ ، بما في ذلك المنطقة السقيفية البطنية (VTA) والنواة المتكئة (NA). من خلال إقران هذه الموسيقى المجزية بالسلوكيات المرغوبة وغير الموسيقية ، قد يستفيد المعالجون بالموسيقى من مسار المكافأة في الدماغ.
شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل: WEB | بي دي إف
© BRYAN SATALINO الهدف من العلاج بالموسيقى هو إحداث تغييرات سلوكية لدى المريض ، ومن المحتمل أن تكون هذه التغييرات مدعومة بتغيرات في الدماغ. في الواقع ، أنا أزعم أن ثلاثة مبادئ بسيطة للمرونة العصبية قد تفسر كيفية عمل العلاج بالموسيقى. (انظر الرسوم التوضيحية على اليمين.)

الأول يتعلق بدائرة المكافأة في الدماغ. أظهرت الأبحاث باستمرار أن الدوبامين هو ناقل عصبي أساسي يشارك في المرونة العصبية ، وأن الخلايا العصبية الدوبامينية في شبكة المكافأة في الدماغ ، بما في ذلك المنطقة السقيفية البطنية (VTA) والنواة المتكئة (NA) ، متورطة في إعادة التشكيل القشري ، والمكافأة المرتبطة التعلم ، وتقوية الحصين على المدى الطويل (تقوية نقاط الاشتباك العصبي بسبب زيادة طويلة الأمد في نقل الإشارات بين خليتين عصبيتين). وفي السنوات القليلة الماضية ، أثبت الباحثون أنه ، مثل الطعام والأدوية ، تعمل الموسيقى الممتعة على تنشيط شبكات المكافآت هذه. 1،2 وهكذا ، من خلال إقران الموسيقى بالسلوكيات غير المتعلقة بالموسيقى ، قد يستفيد المعالجون بالموسيقى من مسار المكافأة في الدماغ.

في عام 2001 ، ذكرت آن بلود وزملاؤها من جامعة هارفارد أن تدفق الدم الدماغي في مناطق الدماغ يرتبط بتغييرات المكافأة استجابة للموسيقى التي تثير "القشعريرة". 3 كشفت دراسات التصوير اللاحقة أن VTA و NA يتم تنشيطهما عند الاستماع إلى موسيقى ممتعة (يُطلب عادةً من المشاركين في الدراسة إحضار الموسيقى المفضلة لديهم) ، وأن تنشيط زمالة المدمنين المجهولين يتنبأ بمدى تقييم المشارك لتجربة الاستماع بشكل إيجابي لقطعة موسيقية. 4،5 وجدت مجموعة أخرى أن الدوبامين يتم إطلاقه في نفس مراكز المكافآت تحسباً وتجربة ذروة المشاعر في الموسيقى. 6

عندما أعمل مع مرضى مصابين بمرض باركنسون للتغلب على تجمد المشية ، أقوم بإقران الموسيقى بالمشي. عندما أعمل مع المرضى لتقوية التحكم في الجهاز التنفسي ، أقوم بمزامنة الموسيقى مع الإلهام والانتهاء. لأنني أستخدم الموسيقى المفضلة للمريض - ممارسة قياسية في العلاج بالموسيقى - فإن الموسيقى بحكم تعريفها ممتعة. أفترض أن هذا ينشط شبكات المكافأة في الدماغ ويساعد في تعزيز تعلم السلوكيات غير المتعلقة بالموسيقى ، مثل المشي أو التحكم في الجهاز التنفسي.

نظرية هيبيان: الخلايا العصبية التي تطلق في نفس الوقت تصنع روابط أقوى. قد يؤدي إيقاع الموسيقى التي يتم تشغيلها أثناء جلسة العلاج إلى إثارة مثل هذا المزامنة العصبية في نفس الوقت الذي يساعد المرضى على تنظيم حركتهم أو نطقهم أو تنفسهم أو معدل ضربات قلبهم.
شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل: WEB | بي دي إف
© BRYAN SATALINO المبدأ الثاني في المرونة العصبية هو نظرية Hebbian ، التي قدمها دونالد هب في منتصف القرن العشرين ولخصها عالم الأعصاب سيغريد لوفيل Siegrid Löwel من جامعة غوتنغن على أنها "الخلايا العصبية التي تشتعل معًا ، تتشابك معًا". بعبارة أخرى ، لكي تقوم خليتان من الخلايا العصبية بإجراء اتصال جديد أو تقوية أحدهما الحالي ، يجب أن يطلقوا إمكانات الفعل بشكل متزامن. أظهرت الأبحاث أن المنبهات الحسية يمكن أن تتسبب في إطلاق المجموعات العصبية بشكل متزامن. الإيقاع ، على سبيل المثال ، هو سمة متأصلة في الموسيقى والتي ، بالإضافة إلى ربط السلوكيات المتنوعة بإيقاع خارجي (ظاهرة تُعرف باسم الالتفاف) ، قد تحفز أيضًا التزامن في الشبكات العصبية الكامنة وراء السلوكيات. (راجع "موسيقى من الفوضى".) وبالتالي ، من خلال إقران الموسيقى بأنشطة مثل الحركة والنطق والتنفس ومعدل ضربات القلب ، قد يستنبط المعالجون بالموسيقى إطلاقًا متزامنًا للخلايا العصبية في مناطق الدماغ المسؤولة عن التحكم في تلك السلوكيات ، مما يقوي الخلايا العصبية الاتصال ويؤدي إلى تغييرات أسرع وأكثر ديمومة في مرضاهم. 7

على العكس من ذلك ، أظهر الباحثون أن الضوضاء - الصوت المضطرب الذي لا معنى له ويميل إلى أن يكون مزعجًا - يمكن أن يكون له تأثيرات سلبية على المرونة العصبية. أظهرت الأبحاث التي أجريت على نماذج حيوانية أن التعرض للضوضاء يمكن أن يسبب التوتر ويضعف الإدراك والذاكرة من خلال قمع التقوية طويلة المدى في الحُصين. علاوة على ذلك ، في نماذج القوارض ، أظهر الباحثون أن الأجنة المعرضة للضوضاء تغيرات في القشرة السمعية والحصين والجهاز الحوفي ، وقد تؤدي هذه التغييرات إلى انخفاض وظيفة الذاكرة والقلق. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي التعرض للموسيقى إلى تعزيز المرونة العصبية. يؤدي التعرض للموسيقى قبل الولادة على المدى الطويل إلى تحسين التعلم المكاني بسبب التغيرات في وظيفة الحُصين في الفئران. 8 في البحث البشري ، يؤدي التدريب والخبرة الموسيقية المكثفة أيضًا إلى تغييرات في الدماغ في المناطق التي تدخل في المعالجة السمعية والحركية. 9 ، 10 ، 11

الضوضاء: قد يكون التعرض للضوضاء مرهقًا ويمكن أن يضعف الإدراك والذاكرة. لكن الموسيقى هي في الأساس نقيض الضوضاء ، مع مستويات عالية من الانسجام. وبالتالي ، قد يوفر العلاج بالموسيقى إشارة صوتية واضحة لمساعدة المرضى على تعلم السلوكيات المرغوبة غير المتعلقة بالموسيقى.
شاهد مخطط المعلومات البياني الكامل: WEB | بي دي إف
© BRYAN SATALINO قد تفسر البنية الصوتية للموسيقى الاختلافات الأساسية في تأثير الضوضاء مقابل الموسيقى على المرونة العصبية. يمكن للمرء أن يعتبر أن الموسيقى هي النقيض القطبي للضوضاء. أظهر بحثي الخاص ، الذي درس التركيب الصوتي للأغنية ، أن الأغنية أكثر اتساقًا من الكلام. وجدت مجموعتي أن الموسيقيين المدربين تدريباً احترافياً لديهم "ضوضاء" أقل في إشاراتهم الصوتية المنطوقة والمغنية. المعالجون بالموسيقى موسيقيون متعلمون بشكل احترافي مع تدريب على العديد من الآلات والصوت ، مما يمكنهم من تقليل كمية الضوضاء وتحسين الدقة الرنانة لأصواتهم الموسيقية. وبالتالي ، قد يقدم المعالجون بالموسيقى إشارات صوتية أكثر وضوحًا ، سواء كانت مفيدة أو صوتية ، من الأطباء الآخرين ، وبالتالي تعزيز المرونة العصبية في أدمغة المرضى الذين يعالجونهم. 12

على الرغم من أن الباحثين لم يبرهنوا حتى الآن على وجود صلة مباشرة بين تأثيرات العلاج بالموسيقى والتغيرات اللدنة العصبية في الدماغ ، فمن المثير للاهتمام ملاحظة أن المرونة العصبية لا تُفقد عادةً بسبب المرض أو الإصابة. لكن المرونة العصبية يمكن أن تكون غير قادرة على التكيف ، كما هو الحال في حالة السكتة الدماغية ، عندما تكون التغيرات في الدماغ مرضية في كثير من الأحيان. يعمل العديد من الباحثين على فهم أفضل لكيفية قمع التغييرات العصبية المرتبطة بالسلوكيات غير المرغوب فيها مع تعزيز التغييرات المفيدة. ربما ، بالإضافة إلى أدبيات المرونة العصبية التي تُعلم آليات العلاج بالموسيقى ، فإن الفهم الأفضل لكيفية أن يؤدي العلاج بالموسيقى إلى تغييرات إيجابية في السلوك عبر مجموعات سكانية متنوعة من المرضى سيوفر نظرة ثاقبة لعمليات المرونة العصبية هذه.

العلاج بالموسيقى أثناء العمل

يعمل المعالجون بالموسيقى مع مجموعة واسعة من المرضى والعملاء لتغيير العديد من السلوكيات التي لا تتعلق بالموسيقى. (انظر الجدول أدناه.) يشمل ذلك المرضى الذين يخضعون لإجراءات مؤلمة و / أو صدمة ، والذين يمكن للموسيقى أن تقلل من الألم والتعب والقلق ، وربما تقلل من كمية التخدير والتسكين اللازمين. لقد شاهدت معالجًا يجر إيقاع أغنية ما إلى معدل ضربات قلب مريض مصاب بالضيق ، ثم يبطئ بشكل منهجي معدل الموسيقى لإبطاء معدل ضربات قلب المريض ، وبالتالي تهدئة المريض. لقد شهدت أيضًا أن المعالجين بالموسيقى يعدلون معدل التنفس من خلال الإغراء الذي يؤدي إلى مزيد من الاسترخاء وتقليل القلق.

ربما تكون أقوى ميزة للموسيقى هي أنها تتفاعل مع مناطق متنوعة من الدماغ.

يمكن للمعالجين بالموسيقى أيضًا أن يلعبوا دورًا أساسيًا في مساعدة الأطفال ذوي الاحتياجات الخاصة باستخدام الموسيقى لزيادة النطق / النطق لتحسين التواصل الفعال. لقد عملت مع صبي غير لفظي مصاب بالتوحد ، على سبيل المثال. أثناء عزف أغنيته المفضلة بينما كان يحتفظ بالوقت على الطبل ، تركت الكلمة الأخيرة من العبارة وجعلته يملأ الفراغ - وهي المرة الأولى التي ينطق فيها بكلمة. من الآن فصاعدًا ، بدأ الصبي في التحدث بمزيد من الكلمات والتواصل بشكل أكثر فاعلية مع والدته. كما في حالة المريض المصاب بمرض باركنسون ، فإن استخدام الموسيقى والإيقاع المفضل لدى العميل مع إشارة موسيقية واضحة قد يؤدي إلى إطلاق متزامن للدائرة الأساسية اللفظية ، مما يؤدي إلى إنشاء اتصالات جديدة تم تعزيزها من خلال آليات الدوبامين.

© BARRY DONWARD / GETTY IMAGES يمكن أن يؤدي تعديل الدوبامين ومزامنة النشاط العصبي وتقليل الضوضاء إلى تعزيز المرونة العصبية. يستفيد العلاج بالموسيقى من هذه المبادئ الثلاثة ، وأعتقد أنه العلاج الوحيد القادر على ذلك. يستخدم المعالجون بالموسيقى الموسيقى لزيادة النشاط في شبكات المكافآت المتعلقة بالدوبامين. يستخدمون الإيقاع لمزامنة النشاط العصبي للسلوكيات غير الموسيقية. وهم موسيقيون مدربون بضوضاء منخفضة في إشاراتهم الصوتية.

ربما تكون أقوى ميزة للموسيقى ، مع ذلك ، هي أنها تتفاعل مع مناطق متنوعة من الدماغ. يمكن للموسيقى تنشيط مناطق الدماغ المرتبطة بالاستماع إلى الموسيقى والقراءة والانتقال إليها وتشغيلها ، وفي تجربة الذكريات والسياق العاطفي والتوقعات المرتبطة بالموسيقى. يتلاعب المعالجون بالموسيقى بالموسيقى لإحداث تغيير مرغوب فيه في السلوك غير المرتبط بالموسيقى ، ويستهدفون على وجه التحديد مناطق الدماغ الكامنة وراء هذه السلوكيات.

مع ظهور تقنيات تصوير الأعصاب الجديدة والتركيز على أبحاث علم الأعصاب في مجال الصحة ، فإن العلاج بالموسيقى مهيأ للتحقيقات المستمرة والنتائج الجديدة. كلما تمكنا من فهم الآليات العصبية الكامنة وراء فعاليتها بشكل أفضل ، زادت إمكانية وصول العلاج بالموسيقى إلى المحتاجين.

العلاج بالموسيقى في العمل

أظهرت الموسيقى تأثيرات إيجابية في مجموعة متنوعة من المرضى لتحسين الأعراض المتعلقة بالأمراض والاضطرابات المختلفة. إليك عينة من بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا للعلاج بالموسيقى.

شعب صبور السلوكيات غير الموسيقية
اضطراب طيف التوحد الحركة والتواصل والكلام واللغة والمهارات الاجتماعية والانتباه والإدراك وأنشطة الحياة اليومية
مرض الزتيمر والخرف الذاكرة والمزاج والتفاعل الاجتماعي
إصابات في الدماغ الحركة والتواصل والكلام واللغة والمهارات الاجتماعية والانتباه والذاكرة والإدراك
الصحة النفسية واضطرابات المزاج تقدير الذات ، والوعي بالذات والبيئة ، والتعبير ، واختبار الواقع ، والمهارات الاجتماعية ، والانتباه ، والإدراك
إدارة الألم القلق والتوتر والمزاج ومشاعر السيطرة
سرطان القلق والتوتر ، المزاج ، الشعور بالسيطرة ، مهارات التأقلم
اضطرابات الحركة والسكتة الدماغية الحركة والكلام واللغة والبلع والتحكم في التنفس ،
الذاكرة والإدراك
تكية القلق والتوتر ، المزاج ، الشعور بالسيطرة ، مهارات التأقلم

إليزابيث ستيجيمولر هي معالج موسيقى وعالمة أعصاب حاصلة على شهادة البورد في جامعة ولاية آيوا ، حيث تدرس تأثيرات الموسيقى على الحركة والفيزيولوجيا العصبية المرتبطة بالأشخاص المصابين بمرض باركنسون.


التراجع عن Automaton

بالنسبة لشخص لا يعيش حياة انعكاسية ولا يسعى لتحقيق أهداف روحية ، العقل أساسًا يكون ما يفعله الدماغ ، والذي يحول هذا الشخص في النهاية إلى شكل من أشكال الإنسان الآلي. في وهنا تكمن المشكلة. إن الفهم العلمي المقبول للعلاقة بين العقل والدماغ ليس خاطئًا. إنه & # 8217s غير مكتمل بشكل جذري. عندما يتم تقديم شخص من قبل النخبة في العصر الثقافي الأول بمثل هذا البيان غير المكتمل جذريًا باعتباره بيانًا للحقيقة ، فإنه يثير العديد من المشكلات المهمة - ويرجع ذلك جزئيًا إلى يكون صحيح أنه إذا كنت & # 8217re لا تعيش حياة عاكسة وكنت & # 8217 لا تسعى لتحقيق أهداف روحية ، فإن عقلك يتحدد بما يفعله عقلك.

There are ways out of that living as an automaton, however. Those paths to living as something other than an automaton call in to play mindful awareness, living a reflective life, and pursuing spiritual goals. In the Christian context, that means attending to the Holy Spirit within you and trying to live with Christ as your Lord.

From a basic neuroscientific perspective, such claims are consistent with the science of the nineteenth century and the early parts of the twentieth century, when they were well‑accepted they fell out of play entirely in the relatively recent decades of the twentieth century. We’re talking about a process that spans the entire twentieth century into the twenty-first century, wherein the claim that the mind can make active choices about how to focus attention and how to make decisions offers us a scientifically well‑grounded, reasonable alternative way of understanding the relationship between the mind and the brain. The mind is active in this model because it doesn’t carry the unstated assumption that the choices that a person makes about how to focus attention and how to make decisions is determined by the brain.

That’s one of the key points here: I want to assertively address the hidden, unstated, misleading philosophical assumptions underlying the neuroscience of our current era. In one sense, the neuroscience of our current era gets very assertive about these assumptions, but it claims without justification that the decisions that arise from focused attention are also determined by the brain. That’s where the real falsehood lies. There is plenty of room in well‑grounded scientific tradition to claim that the brain is largely a passive mechanism and that the mind is active, making choices and decisions about how one focuses one’s attention.


TheSequence

(Core ML concepts + groundbreaking research papers and frameworks + AI news and trends) x 5 minutes, 3 times a week =…

The human brain remains the biggest inspiration for the field of artificial intelligence(AI). Neuroscience-inspired methods are regularly looking to recreate some of the mechanisms of the human brain in AI models. Among those mechanisms, plasticity holds the key of many of the learning processes in the human brain? Can we recreate plasticity in AI agents?

Synaptic plasticity is one of those magical abilities of the human brain that has puzzled neuroscientists for decades. From the neuroscience standpoint, synaptic plasticity refers to the ability of connections between neurons (or synapses) to strengthen or weaken over time based on the brain activity. Very often, synaptic plasticity is associated with the famous Hebb’s rule: “Neurons that fire together wire together” which tries to summarize how the brain can form connections that last a long time based on its regular use on different cognitive tasks. Not surprisingly, synaptic plasticity is considered a fundamental building block of aspect such as long-term learning and memory.

In the artificial intelligence(AI) space, researchers have long tried to build mechanisms that simulate synaptic plasticity to improve the learning of neural networks. Recently, a team from Uber’s AI Lab published a research paper that proposes a meta-learning method called Differentiable Plasticity which imitates some of the synaptic plasticity dynamics to create neural networks that can learn from experience after their initial training.

The quest to simulate synaptic plasticity in AI models is nothing new but its relatively novel in the deep learning space. Typically, plasticity mechanisms have been constrained to the domain of evolutionary algorithms and specifically backpropagation techniques. The creative idea of Uber’s Differentiable Plasticity relies on extending backpropagation models with traditional gradient descent techniques to assign variable weights to connections between neurons in a computation graph.


مقدمة

Seizures and epilepsy have been documented since the earliest civilizations, before much was understood about the nervous system at all. Most individuals with epilepsy were thought to be possessed, and the word “seizure” is derived from that notion, implying that gods take hold or “seize” a person at the time a convulsion occurs. Fortunately, these conceptions about individuals with epilepsy have changed, and the current definition of a seizure has little religious connotation. A general definition for the word “seizure” is a period of abnormal, synchronous excitation of a neuronal population. Seizures typically last seconds or minutes but can be prolonged and continuous in the case of status epilepticus. Importantly, the clinical manifestations vary, and some seizures may not involve muscular contractions (convulsions) at all.

The difference between seizures and epilepsy is commonly confused. The two are not the same. Epilepsy is defined by a state of recurrent, spontaneous seizures. If one seizure occurs in an individual, it may not necessarily mean that they have epilepsy because the seizure may have been provoked and that individual may never have a seizure again. مفهوم epileptogenesis refers to the development of the state of epilepsy. It refers to the sequence of events that converts the normal brain into one that can support a seizure. It is assumed that groups of neurons become hyperexcitable, poised to abnormally discharge.

Much of what we know about epilepsy emerged in the 1800s with the first evaluation of autopsy specimens from individuals with epilepsy. The seminal work of Bouchet and Cazauvieilh in 1825 [1], followed by Sommer [2] and other scientists decades later (for a review see Scharfman and Pedley [3]) suggested profound structural changes to the brain in patients with epilepsy. A new era in epileptology began with neurologists such as Hughlings Jackson [4,5] in the late 1800s providing suggestions for the ways seizures might occur. In the 1900s, the most important advances were the development of the electroencephalogram (EEG) and the first recordings of the EEG in patients with epilepsy by Gibbs et al. [6], Jasper et al. [7], and Penfield and Jasper [8]. In parallel, the breakthroughs in understanding the essential aspects of nerve cell function, from Hodgkin and Huxley [9] to others (for a review see Hille [10]), shaped a growing appreciation that epilepsy was a complex disorder that could best be understood through diverse approaches. Today, the combined efforts of clinical and basic research have demonstrated the wealth of potential mechanisms, facilitated by the emergence of the field of neuroscience.

Reviewing some of the basic principles in neurobiology can provide a framework to understand the mechanisms of seizures, epileptogenesis, and epilepsy. To understand how seizures can be initiated, some of the most fundamental aspects of nerve cell function are useful to review, such as electrical basis of the transmembrane potential and action potential. Mechanisms governing synaptic transmission can also provide insight. Finally, one of the most remarkable characteristics of the nervous system, its plasticity, is reflected in mechanisms underlying epileptogenesis. Thus, fundamental aspects of central nervous system (CNS) structure and function have provided a long list of potential mechanisms for seizures, epileptogenesis, and epilepsy. These ideas have been supported by information from genetic models of epilepsy, where mutations in the molecular components of nerve cell function have been shown to cause epilepsy in mice.

The Neurobiology of Seizures

Seizures can be caused by multiple mechanisms, and often they appear so diverse that one would suspect that no common theme applies. However, one principle that is often discussed is that seizures arise when there is a disruption of mechanisms that normally create a balance between excitation and inhibition. Thus, normally there are controls that keep neurons from excessive action potential discharge, but there are also mechanisms that facilitate neuronal firing so the nervous system can function appropriately. Disrupting the mechanisms that inhibit firing or promoting the mechanisms that facilitate excitation can lead to seizures. Conversely, disrupting the mechanisms that bring neurons close to their firing threshold, or enhancing the ways neurons are inhibited, usually prevents seizure activity.

Although the concept of a balance provides a useful model for mechanisms that can initiate seizures, it is daunting to consider the array of potential mechanisms. One approach that distills the long list into a more manageable form is to examine mechanisms at different “levels” of the nervous system: first as ions and membranes, then cells and circuits/synapses, and finally large-scale neuronal networks.

The electrical basis of nerve cell function

At the most fundamental level, the nervous system is a function of its ionic milieu, the chemical and electrical gradients that create the setting for electrical activity. Therefore, some of the most easily appreciated controls on excitability are the ways the nervous system maintains the ionic environment. An example is the electrical basis of resting membrane potential. Resting potential is set normally so that neurons are not constantly firing but are close enough to threshold so that it is still possible that they can discharge, given that action potential generation is essential to CNS function. The control of resting potential becomes critical to prevent excessive discharge that is typically associated with seizures.

Normally a high concentration of potassium exists inside a neuron and there is a high extracellular sodium concentration, as well as additional ions, leading to a net transmembrane potential of � mV [11]. If the balance is perturbed (eg, if potassium is elevated in the extracellular space), this can lead to depolarization that promotes abnormal activity in many ways [12]: terminals may depolarize, leading to transmitter release, and neurons may depolarize, leading to action potential discharge. Pumps are present in the plasma membrane to maintain the chemical and electrical gradients, such as the sodium-potassium ATPase, raising the possibility that an abnormality in these pumps could facilitate seizures. Indeed, blockade of the sodium-potassium ATPase can lead to seizure activity in experimental preparations [13], suggesting a role in epilepsy [14]. The sodium-potassium pump is very interesting because it does not develop in the rodent until several days after birth, and this may contribute to the greater risk of seizures in early life [15,16]. In addition to pumps, glia also provide important controls on extracellular ion concentration, which has led many to believe that glia are just as important as neurons in the regulation of seizure activity [17,18]. Thus, the control of the ionic environment provides many potential targets for novel anticonvulsants.

It is important to bear in mind that seizures, by themselves, can lead to the changes in the transmembrane gradients. For example, seizures are followed by a rise in extracellular potassium, a result of excess discharge. This can lead to a transient elevation in extracellular potassium that can further depolarize neurons. Thus, the transmembrane potential is a control point that, if perturbed, could elicit seizures and begin a “vicious” cycle, presumably controlled by many factors that maintain homeostasis, such as pumps and glia.

The ionic basis of the action potential is another example of a fundamental aspect of neurobiology that can suggest potential mechanisms of seizures. Neurons are designed to discharge because of an elegant orchestration of sodium and potassium channels that rely on chemical and ionic gradients across the cell membrane. Abnormalities in the sodium channel might lead to a decrease in threshold for an action potential if the method by which sodium channel activation is controlled changes (ie, sodium channels are activated at more negative resting potentials or sodium channel inactivation is impaired). Indeed, it has been shown that mutations in the subunits of the voltage-dependent sodium channels can lead to epilepsy. A specific syndrome, generalized epilepsy with febrile seizure plus, is caused by mutations in selected genes responsible for subunits of the voltage-dependent sodium channel [19]. The mutation does not block sodium channels, presumably because such a mutation would be lethal, but they modulate sodium channel function. This concept, that modulation—rather than essential function—is responsible for genetic epilepsies, has led to a greater interest in directing the development of new anticonvulsants at targets that are not essential to, but simply influence, CNS function.

انتقال متشابك

Research into seizures has gravitated to mechanisms associated with synaptic transmission because of its critical role in maintaining the balance between excitation and inhibition. As more research has identified the molecular mechanisms of synaptic transmission, it has become appreciated that defects in almost every step can lead to seizures.

Glutamatergic and γ-aminobutyric acid (GABA)-ergic transmission, as the major excitatory and inhibitory transmitters of the nervous system, respectively, have been examined in great detail. It is important to point out, however, that both glutamate and GABA may not have a simple, direct relationship to seizures. One reason is that desensitization of glutamate and GABA receptors can reduce effects, depending on the time-course of exposure. In addition, there are other reasons. GABA-ergic transmission can lead to depolarization rather than hyperpolarization if the gradients responsible for ion flow through GABA receptors are altered. For example, chloride is the major ion that carries current through GABAأ receptors, and it usually hyperpolarizes neurons because chloride flows into the cell from the extracellular space. However, the K + Cl − co-transporters (KCCs) that are pivotal to the chloride gradient are not constant. In development, transporter expression changes, and this has led to evidence that one of the transporters, NKCC1, may explain seizure susceptibility early in life [20•].

The relationship of glutamate to excitation may not always be simple either. One reason is that glutamatergic synapses innervate both glutamatergic neurons and GABA-ergic neurons in many neuronal systems. Exposure to glutamate could have little net effect as a result, or glutamate may paradoxically increase inhibition of principal cells because the GABA-ergic neurons typically require less depolarization by glutamate to reach threshold. It is surprisingly difficult to predict how glutamatergic or GABA-ergic modulation will influence seizure generation in vivo, given these basic characteristics of glutamatergic and GABA-ergic transmission.

Synchronization

Excessive discharge alone does not necessarily cause a seizure. Synchronization of a network of neurons is involved. Therefore, how synchronization occurs becomes important to consider. There are many ways neurons can synchronize. In 1964, Matsumoto and Ajmone-Marsan [21] found that the electrographic events recorded at the cortical surface during seizures corresponded to paroxysmal depolarization shifts (PDS) of cortical pyramidal cells occurring synchronously. These studies led to efforts to understand how neurons begin to fire in concert when normally they do not.

Glutamatergic interconnections are one example of a mechanism that can lead to synchronization. Indeed, studies of the PDS suggested that the underlying mechanism was a “giant” excitatory postsynaptic potential [22], although it was debated widely at that time if this was the only cause. Thus, pyramidal cells of cortex are richly interconnected to one another by glutamatergic synapses. Gap junctions on cortical neurons are another mechanism for synchronization. Gap junctions allow a low-resistance pathway of current flow from one cell to another, so that coupled neurons are rapidly and effectively synchronized. It was thought that gap junctions were rare, so it was unlikely that they could play a major role, but further study led to the appreciation that even a few gap junctions may have a large impact on network function [23]. Another mechanism of synchronization involves, paradoxically, inhibition. Many GABA-ergic neurons that innervate cortical pyramidal cells, such as the cell type that controls somatic inhibition (the basket cell), make numerous connections to pyramidal cells in a local area. Therefore, discharge of a single interneuron can synchronously hyperpolarize a population of pyramidal cells. As GABA-ergic inhibition wanes, voltage-dependent currents of pyramidal cells become activated. These currents, such as T-type calcium channels and others, are relatively inactive at resting potential, but hyperpolarization relieves this inhibition. The result is a depolarization that is synchronous in a group of pyramidal cells [24].

Some of the changes that develop within the brain of individuals with epilepsy also promote synchronization. Such changes are of interest in themselves because they may be one of the reasons why the seizures are recurrent. These changes include growth of axon collaterals of excitatory neurons, typically those that use glutamate as a neurotransmitter and are principal cells. An example is the dentate gyrus granule cell of hippocampus. In animal models of epilepsy and in patients with intractable temporal lobe epilepsy (TLE), the axons of the granule cells develop new collaterals and the new collaterals extend for some distance. They do not necessarily terminate in the normal location but in a novel lamina, one that contains numerous granule cell dendrites. Electron microscopy has shown that the new collaterals innervate granule cell dendrites, potentially increasing recurrent excitatory circuits. Some argue that recurrent inhibition increases as well as recurrent excitation [25], but the fact remains that new synaptic excitatory circuits develop that are sparse or absent in the normal brain [26]. The resultant “synaptic reorganization” not only can support synchronization, potentially, but it also illustrates how the plasticity of the nervous system may contribute to epileptogenesis [27].


Genomic correlates of behavioural states

Several studies have demonstrated that different behavioural states are associated with different profiles of gene expression in the brain. In the genomic era, advances in technology have enabled us to identify gene modules [sets of co-regulated genes or proteins (Segal et al., 2004)] that reveal a unique gene expression pattern that reflects the biological phenotype of an individual. In this section, we present representative examples of associations between behavioural and neurogenomic states for the different patterns of social plasticity identified in the previous section.

Fixed alternative phenotypes

Atlantic salmon (سالمو سالار) have a complex life cycle composed of an initial phase of birth and growth in freshwater, followed by migration to a seawater habitat where substantial body growth is achieved, before homing to the birthplace as a large fighting male to reproduce (Aubin-Horth et al., 2009 Fleming, 1998 Verspoor et al., 2007). These large males co-exist with other smaller males, known as mature male parr, that remain during their whole development in freshwater, where they mature and reproduce using an alternative mating tactic of ‘sneaking’ into the nest of migrating females. The development into one or other of these two male phenotypes is plastic and depends on size achieved and energy reserves accumulated during a critical period in the spring before autumn reproduction (Aubin-Horth and Dodson, 2004 Hutchings and Myers, 1994 Thorpe et al., 1998). Thus, depending on environment and internal conditions, any male can develop into one of these two irreversible phenotypes characterized by specific behavioural states: fighting male versus sneaker male. In order to study the molecular basis of this plastic trait, Aubin-Horth and colleagues (Aubin-Horth et al., 2005b) compared males of the same age (sneaker and immature males that will eventually become large fighting males) in a genome-wide approach. The microarray analysis revealed that 15% of the genes examined vary in expression between the two male types. Many of these differentially expressed genes are involved in processes such as growth, reproduction and neural plasticity. Genes related to cognition (learning and memory) and reproduction were upregulated in sneaker males, while genes related to cellular growth were upregulated in immature males (Aubin-Horth et al., 2005a Aubin-Horth et al., 2005b). Interestingly, even within a life history, for instance migrating males, differences were found between early and late migrants, indicating different genomic signatures at different life stages (Aubin-Horth and Renn, 2009).

Sequential (developmental) plasticity

A well-characterized example of developmental plasticity is provided by the distinct life stages and different behavioural tasks displayed by honey bees (أبيس ميليفيرا). During their development, bees assume different roles in their colony: (1) soon after eclosion, bees assume brood care functions (nursing) (2) after a week, they assume new roles, such as storing and processing food (e.g. turning nectar into honey) and (3) around 3 weeks of age, most bees begin foraging for pollen and nectar (Ben-Shahar, 2005 Robinson and Ben-Shahar, 2002 Whitfield et al., 2003 Whitfield et al., 2006). These different behavioural states are characterized by different profiles of gene expression in the bee brain. More than 85% of

5500 analysed genes showed differences in expression associated with the transition from nurse to forager that are largely independent of natural age-related changes (Whitfield et al., 2006). Whitfield et al. (Whitfield et al., 2003 Whitfield et al., 2006) also showed that individual brain expression patterns are so dramatically different between life stages that they can be used to classify an individual honey bee as a nurse or as a forager with a very high accuracy rate.

Like honey bees, fire ants live in colonies with thousands of workers but instead of having a single queen, fire ant colonies can have one or more. This tendency to have either one or more queens has a genetic basis and appears to be under the control of a single gene, general protein-9 (Gp-9). This genetic factor determines whether workers tolerate a single fertile queen (monogyne social form, BB) or multiple queens (polygyne social form, Bb) in their colony (Wang et al., 2008). BB workers will only accept a single BB queen, and Bb workers will accept multiple Bb queens. BB workers become tolerant of multiple Bb queens when they are in colonies containing mostly Bb workers because they take on a Bb gene expression profile, showing that the BB genotype is more strongly affected by colony genotype (i.e. environment) than by their own genotype. In contrast, Bb workers do not change queen tolerance when they are in colonies containing mostly BB workers (Robinson et al., 2008). Another study on gene expression profiles between different castes of two fire ants species (Solenopsis invicta و S. ريشتيري) revealed that genomic profiles are mostly influenced by developmental stage that exhibits a specific behavioural state than by caste membership, sex or species identity (Ometto et al., 2011). Between-species comparisons showed that workers have a considerable number of genes that are specifically upregulated or downregulated compared with males and queens. Moreover, workers also have more genes that are differentially expressed between species than do the other castes. Thus, much of the evolution of gene expression in ants may have occurred in the worker caste despite the fact that these individuals are largely or completely sterile. This can be explained by a combination of factors, including the fact that adult workers experience the most diverse environments and exhibit the broadest behavioural repertoires, and both queens and males have lost ancestral Hymenopteran feeding and self-maintenance (Ometto et al., 2011).

Behavioural flexibility

In the African cichlid fish Astatotilapia burtoni, males have evolved two distinct phenotypes: dominant males, which are brightly coloured, defend territories and actively court and spawn with females, and subordinate males, which have dull coloration similar to females, do not hold territories and are reproductively suppressed (Fernald and Hirata, 1977). These behavioural and phenotypic differences are reversible, and males change social status many times during their life depending on social context. Renn et al. (Renn et al., 2008) examined whole-brain gene expression in dominant and subordinate males in stable hierarchies as well as in brooding females, and identified 171 genes that were differentially expressed between the two male types. Different expression profiles were also found between these male morphs in the sex steroid hormone receptors, where dominant males had higher mRNA expression levels of androgen receptor alpha and beta (ARα and ARβ), and oestrogen receptor beta 1 and 2 (ERβ1 and ERβ2), but not of oestrogen receptor alpha (ERα), compared with subordinate males (Burmeister et al., 2007).


Toxic Stress Derails Healthy Development

Learning how to cope with adversity is an important part of healthy development. While moderate, short-lived stress responses in the body can promote growth, toxic stress is the strong, unrelieved activation of the body’s stress management system in the absence of protective adult support. Without caring adults to buffer children, the unrelenting stress caused by extreme poverty, neglect, abuse, or severe maternal depression can weaken the architecture of the developing brain, with long-term consequences for learning, behavior, and both physical and mental health.


شاهد الفيديو: التنبيه الذهني والتكامل العصبي. دانييل سيغل. TEDxStudioCityED (شهر فبراير 2023).