Neuroplasticity가 바로 곧 학습(Learning)이고, 학습(Learning)이 곧 Neuroplasticity이다.

9. 이들 문제들은 고칠 수 있는 것들이다.

신경행동학적 질환이 반드시 영구적인 손상을 야기하는 것은 아니다. 뇌는 가변적이기 때문에 적절한 형태의 환경자극, 행동변화를 통해 기저 문제 개선 및 완벽한 치료 가능

- 운동장애와 인지장애는 흔히 함께 동반, 한 쪽 기능 개선이 다른 측면 개선 가능 => 아동 치료 초점 : 운동 수행의 개선에 쏟아져야 하며 필요하다면 일부 인지 훈련과 행동 변화를 동반해야 한다.

=> 운동과 인지에 관한 초기 중재술 전략들이 인지와 운동 증상 모두에 있어 긍정적인 변화와 더불어 좌우 대뇌 반구의 통합이 깨어진 전기적 비동시성 상태에 객관적인 변화와 영향을 준다는 점을 보일 것이다.

-신경가소성, epigenesis, epigenetic factor vs genetic factor

-Neuroplasticity가 바로 곧 학습(Learning)이고, 학습(Learning)이 곧 Neuroplasticity이다.

[두뇌구조]신경 가소성에 의한 신경 재생

신경 가소성을 보여주는 다른 그림이 있습니다. 그림을 보면 수상 돌기(Dendrites) 말단부에서 돌기가 길게 재생되는 것을 볼 수 있습니다.

 

 신경은 재생이 됩니다. 그리고 자극을 받으면 이런 자극은 반드시 RP에 의한 LTP가 되어야 합니다. LTP가 충족이 되면 CIEG 반응에 의해 RNA/DNA 유전자 형성이 됩니다.

 중요한 점은 유전자 형성이 된다는 것인데 유전자가 형성되서 뭘 하는가

[신경 가소성 -> 유전자 형성 -> 기능을 다하지 못하는 신경 세포의 구조적 재생]이 구조라고 할 수 있습니다.

즉, 신경 가소성을 통해 기능이 회복된 신경이 증상이 재발되지 않도록 구조적으로 튼튼해진다는 이야기입니다.

 신경가소성의 한 예를 들어보겠습니다.

15년만에 자전거를 다시 탑니다. 그렇게 오랜 세월이 지났어도 넘어지지 않고 비오는 날도 한손으론 우산을 바쳐들고 한손으론 핸들을 잡고 탈 수 있는 이 사례 또한 신경 가소성의 원리인 것입니다.

이론적 바탕 및 정의

  ▷ 신경계는 경직된 구조가 아니라 환경에 의해 변화가 가능하며, 뇌손상 이후에도 새로운 신경계의 재구성을 일으킨다.

  ▷ Brown & Hardman (1987) - 발달의 어느 단계에서든지 그 세포들의 표현형의 어떠한 측면을 바꿀 수 있는 모든 세포의 능력

  ▷ 신경세포가 한 평생 동안 주어지는 자극에 변화 할 수 있는 능력이 있다.

 

 Ⅰ> 습관화 (Habituation)

가역성의 가장 단순한 형태

Sherrington -  약한 통증자극      →    사지 움츠리는 특정 반사행동

              동일한 자극 반복   →    움츠리는 반응 감소

 : 이러한 반응의 감소, 즉 습관화는 운동 신경원으로 가는 감각 신경로의 연접효능에서 기능적인 감소로 인해 발생된다고 가정

특정 자극 반복 시 반응감소는 신경전달물질 분비, 연접 이후 막 수용기의 민감도의 단기간의 변화로 발생  →  장기간의 반복은 synapse의 영구적․형태적 변화 일으킴.

       ex) 굴곡 회피 반사   →   연접효능↓   →   반사 반응↓

                             (장기간 노출)

       ex) 촉각방어 (tactile defensiveness)

           처음에는 부드러운 자극 → 점차 증가 시켜 습관화시킴

운동신경원으로 가는 감각 신경로의 synaptic effectiveness에서 기능적인 감소로 인해 발생하는 것(Sherrington)

 

특정한 자극을 반복하여 줄 때 나타나는 반응 감소는 신경전달물질의 분비와 연접이후 막 수용기의 민감도에서의 단기간동안 변화로 인해 발생하고 장기간동안의 반복 자극은 신경연접에서 더 영구적인 변화와 형태적인 변화를 일으킴.

ex) flexor withdrawal reflex는 장기간 자극시 감각신경원과 사이 신경원 간에 연접효능의 감소로 인해 반사반응 감소

 

* withdrawal reflex : 동통자극에 대한 도피반사로 동통자극이 몸의 일부에 가해질 때 자신도 모르게 동통자극으로부터 피하게 되는 굴근반사로 굴곡반사를 일으키는 구심성 섬유는 척수에 들어가서 다발 접합 방법으로 굴근에 분포된 α-motor neuron을 흥분시키고 신근에 분포된 α-motor neurondmf 억제시키므로 굴곡운동이 일어남.

 

 Ⅱ> 학습과 기억 (Learning and Memory)

신경연접에서의 지속적이고 장기간 동안의 변화를 의미

운동학습 초기에는 뇌의 넓은 부위에서 신경연접활동 일어남 →반복→ 뇌의 활동 부위가 감소 (학습되면 매우 국소적 부위에서만 활동 일어남)

장기 기억 (long-term memory)

     - 특정한 자극을 반복  →  새로운 단백질 합성, 새로운 신경연접의 성장을 일으킴

       기억형성을 위한 세포기전을 장기 잠재력 (long-term potential)이라고 하며 이는 측두엽의 해마 (hippocampus)에서 담당 ; 언어로 기억하는 것을 처리

장기 잠재력의 기전

     ①하나의 연접이후 신경원에 여러 입력을 받아 활성 된다. (협력성 cooperativity)

     ②연접 이전 신경섬유와 연접 이후 세포는 함께 활성 되어야 한다. (연합성 associativity)

     ③잠재력은 활성 경로에만 특별하게 나타난다. (특이성 specificity)

     - 쉽게 언어적으로 회상되는 기억은 세포 흥분율의 효율을 증가시키는 연접활동과 대사적 변화 증가와 관련이 있다

 

 Ⅲ> 손상으로부터의 회복

  ․ 이전 상태로의 회복(cf.재생)은 일어나지 않음. BUT 연접의 변화, 중추신경계내의 능적인 재구성, 신경전달물질의 활동과 관련된 변화는 기능적 회복을 증진시킴.

 

  ․ 축삭 손상 (axonal injury)

      - 신경 세포체의 손상은 신경세포 전체의 변성을 일으킬 수 있음

        뇌/척수 : 신경세포의 파편과 myelin의 조각은 microglia에 의해 포식되고 근처의 astrocyte의 증식에 의해 scar tissue로 대체됨

        말초 : macrophage에 의해서 포식되고 fibroblast에 의해 scar tissue로 대체됨

   

  ① 축삭의 먼쪽 부분에서의 변화 (원위로) : Wallerian degeneration  

  ② 축삭의 몸쪽 부분에서의 변화 (근위로) : retrograde degeneration - 손상을 받은 부위로부터 신경세포쪽으로 첫 번째 신경섬유 마디까지만 진행

     PNS: 신경속막관 (endoneurial tubes)으로부터 Schwann cell이 증식하여 부풀어 나옴

  ③ 신경세포체의 변화

     - 축삭 손상 후에 세포체에 일어나는 변화 : retrograde degeneration

       chromatolysis (염색체분해) caused by cellular edema

     - 신경세포체의 회복: 핵소체는 핵의 주변부로 이동하고 세포질에는 리보소체의 집단  polysome 이 나타나며 닛슬소체는 본래모양으로, 핵은 원위치로 돌아간다. 이는 RNA와 단백질 합성이 활발하다는 것을 뜻함

 

  ☆ 축삭의 재생

  ․ 말초신경은 재성장이 가능하나 중추신경계는 다음의 이유로 어렵다.

  ① 신경속막관 (endoneurial tube) 이 없다

  ② 중추신경계의 myelin을 형성하는 oligodendrocyte가 Schwann cell의 역할을 못함

  ③ astrocyte에 의해 scar tissue가 형성되어 재생이 중단

  ④ nerve growth factor (신경 성장인자)가 없다

  ⑤ 신경아교세포에 의해 nerve growth-inhibition factor (신경 성장억제인자)가 생산

 

 ․ 하나의 신경원이 손상을 받은 후 회복이 이루어지는 과정에 대한 용어 정의

  ① Denervation supersensitivity   탈 신경과민

     : 연접후막 (post synaptic membrane)의 수용기가 과흥분.  이는 Ach 수용기가 흩어지기 때문이며 광범위한 화학적 민감도를 조성함. (수용기의 수가 많아짐)

  ② Collateral sprouting   측부 성장

     : 인접한 손상 받지 않은 신경원이 자극 받아 비어있는 수용기 자리로 연접하기 위해 측부 가지를 보냄. 측부 성장으로 인해 재 신경지배가 이루어지며 이를 synaptic reclamation (연접성 교정) 이라 함.

  ③ Bouton stripping

     : 연접 후 신경원의 수상돌기성 돌기가 움츠러들어 기능적인 결합을 상실.  PNS에서 bouton stripping은 운동신경원이 재생되고 근섬유를 재 지배하는 과정의 결과로 일어나고 구심성 bouton은 회복됨.

  ④ Unmasking ineffective synapses   비활동적이던 연접의 활동

     : CNS내에 휴지 중인 연접이 있음. 본래 기능을 하던 신경원이 손상 받으면 연접 후 막의 휴지 중인 연접의 활성을 강화함.

  ⑤ 선재 하던 개재 신경원의 구조적 변화

     : 손상 후 인접한 신경원이 돌기의 길이를 증가시켜 새로운 영역으로 뻗어나가고 연접종말의 크기를 증가시켜 스스로 모양을 바꾸는 경향이 있음. 이는 spasticity의 원인중 하나이기도 하다.

 

  ․ 활동으로 인한 신경전달물질 분비에서의 변화

     : 활동정도는 신경전달물질의 생성과 분비가 신경활동에 의해 조절됨으로 신경가역성에서 매우 중요한 역할을 한다.

     -반복적인 자극 (overstimulation)은 과도한 감각에 대한 감각피질의 감소된 반응의 결과로 억제성 신경전달물질 증가를 일으킴

     -미미한 자극 (understimulation)은 반대효과를 일으킴

      : 감소된 활동은 신경활동을 정상적인 수준으로 회복시키는 축삭 성장을 촉진시킬 것 이다.

 

  ․ 뇌 손상시의 대사적인 영향

     : 산소가 결핍된 신경세포가 축삭종말로부터 흥분성 신경전달물질인 glutamate를 다량 분비.  과도한 양의 glutamate는 독소로 작용하여 신경세포의 과흥분으로 인한 세포  사망을 일으킴 ; excitotoxicity (흥분독소성)

 

  ․ motor control theory

     - 수직 계층 이론 (hierachical theory)

     - 시스템 이론 (system theory)

 

신경가소성(Neuroplasticity)

◈ 정의

  - 신경가역성은 주기적으로 변화하는 것이 아니라 신경계에 몇 초 이상의 시간동안 변화 될 수 있는 능력을 말한다.

  - 또한, 신경계는 경직된 구조가 아니라 환경에 의해 변화 가능하며, 뇌손상 이후에도 새로운 신경계의 재구성(re-organization)을 일으킨다.

  - 발달의 어느 단계에서든지 그 세포들의 표현형의 어떠한 측면을 바꿀 수 있는 모든 세포의 능력을 말한다.

  ⇒ 신경세포가 한 평생동안 주어지는 자극에 변화할 수 있는 능력이 있다는 것이다.

    이들 변화는 습관화(habituation), 학습(learning)과 기억(memory), 그리고 손상으로부터의 회복기전이 포함된다.

 

1. 습관화

 - 가역성의 가장 단순한 형태이다.

  - Sherrington : 약한 통증자극으로부터 → 사지 움츠리는 특정 반사행동을 관찰

                  동일한 자극 반복 → 움츠리는 반응 감소한다는 것을 알게 되었다.

    ⇒이러한 반응의 감소, 즉 습관화는 운동 신경원으로 가는 감각 신경로의 연접효능에서 기능적인 감소로 인해 발생된다고 가정하였다.특정 자극 반복 시 반응감소는 신경전달물질 분비, 연접 이후 막 수용기의 민감도(sensitivity)의 단기간의 변화로 발생한다. 장기간의 반복자극은 synapse의 더 영구적․형태적 변화 일으키게 된다.

     ex) 굴곡 회피 반사 → 연접효능↓ → 반사 반응↓

        * withdrawal reflex : 동통자극에 대한 도피반사로 동통자극이 몸의 일부에 가해질 때 자신도 모르게 동통자극으로부터 피하게 되는 굴근반사로 굴곡반사를 일으키는 구심성 섬유는 척수에 들어가서 발 접합 방법으로 굴근에 분포된 α-motor neuron을 흥분시키고 신근에 분포된 α-motor neurondmf 억제시키므로 굴곡운동이 일어남.

  - 임상적으로, 습관하는 자극에 대한 신경반응의 감소를 위해 많은 방법과 운동들이 사용되고 있다.

     ex) 촉각방어 (tactile defensiveness)

        처음에는 부드러운 자극 → 점차 증가 시켜 습관화시킴

 

2. 학습과 기억

  - 습관화의 단기간 동안이고 가역적인 효과인 것과는 달리, 신경연접에서의 지속적이고 장기간 동안의 변화를 의미

  - 운동학습 초기에는 뇌의 넓은 부위에서 신경연접활동 일어남 →반복시→ 뇌의 활동부위가 감소 (학습되면 매우 국소적 부위에서만 활동의 증가가 일어남)

  - 장기 기억 (long-term memory): 특정한 자극을 반복 제공하면 → 새로운 단백질

    합성과 새로운 신경연접의 성장을 일으킴

  - 기억형성을 위한 세포기전을 장기 잠재력 (long-term potential)이라고 하며 이는 측두엽의 해마 (hippocampus)에서 담당한다. 해마는 쉽게 언어로 기억하는 것을 처리한다.

  - 장기 잠재력의 기전

     ①하나의 연접이후 신경원에 여러 입력을 받아 활성 된다. (협력성 cooperativity)

     ②연접 이전 신경섬유와 연접 이후 세포는 함께 활성 되어야 한다.

       (연합성 associativity)

     ③잠재력은 활성 경로에만 특별하게 나타난다. (특이성 specificity)

  - 쉽게 언어적으로 회상되는 기억은 세포 흥분율의 효율을 증가시키는 연접활동과 대사적 변화 증가와 관련이 있다.

 

3. 손상으로부터의 회복

  - 성장한 신경세포의 사망이후 세포의 이전 상태로의 회복(cf.재생)은 일어나지 않지만 연접의 변화, 중추신경계내의 기능적인 재구성, 신경전달물질의 활동과 관련된 변화는 손상으로부터 기능적 회복을 증진시킨다.

 

  ․ 축삭 손상 (axonal injury)

    - 신경 세포체의 손상은 신경세포 전체의 변성을 일으킬 수 있다. 뇌/척수: 신경세포의 파편과 myelin의 조각은 microglia에 의해 포식되고 근처의 astrocyte의 증식에 의해 scar tissue로 대체된다.

        말초 : macrophage에 의해서 포식되고 fibroblast에 의해 scar tissue로 대체된다.

      ① 축삭의 먼쪽 부분에서의 변화 (원위로) : Wallerian degeneration  

      ② 축삭의 몸쪽 부분에서의 변화 (근위로) : retrograde degeneration

    - 손상을 받은 부위로부터 신경세포쪽으로 첫 번째 신경섬유 마디까지만 진행한다.

        PNS: 신경속막관 (endoneurial tubes)으로부터 Schwann cell이 증식하여 부풀어 나온다.

      ③ 신경세포체의 변화

         축삭 손상 후에 세포체에 일어나는 변화 : retrograde degeneration

         chromatolysis (염색체분해) caused by cellular edema

    - 신경세포체의 회복: 핵소체는 핵의 주변부로 이동하고 세포질에는 리보소체의 집단polysome 이 나타나며 닛슬소체는 본래모양으로, 핵은 원위치로 돌아간다. 이는 RNA와 단백질 합성이 활발하다는 것을 뜻한다.

 

   * 축삭의 재생

    - 말초신경은 재성장이 가능하나 중추신경계는 다음의 이유로 어렵다.

      신경속막관 (endoneurial tube) 이 없다

      ② 중추신경계의 myelin을 형성하는 oligodendrocyte가 Schwann cell의 역할을 못함

      ③ astrocyte에 의해 scar tissue가 형성되어 재생이 중단

      ④ nerve growth factor (신경 성장인자)가 없다

      ⑤ 신경아교세포에 의해 nerve growth-inhibition factor (신경 성장억제인자)가 생산

 

◈ 신경가역성의 기전

   손상 후 일어나는 기능회복은 한 가지 기전에 의해서가 아니라 다양한 기전들이 관여하는 것이다. 복합적인 기전에 의해 생기는 회복현상은 변화된 신경계에서 상호작용하는 여러기전에 의해 이루어진다.

 

1.신경쇼크의 해결(neural shock resolution)

  - 손상부위로부터 멀리 떨어진 신경돌기에 영향을 주는 기능의 일시적인 단절로서 기능해리(diaschisis)를 정의했다.(Von Monakow)

  - 신경계의 손상은 손상된 부위로부터 들어오던 정상적인 구심성 정보가 정상적인 다른 부위로 가는 것을 차단한다. 그래서 증상은 손상된 쪽 뿐만 아니라 온전한 쪽에서도 일어난다.

  ⇒ 그러므로, 신경쇼크의 해결은 손상 후 나타나는 일부 기능회복에 기여하는 것으로 본다. 만약, 온전한 부분이 어떤 구심성 입력의 상실로부터 회복되었다면, 온전한 부분에서의 단절 때문에 발생된 증상은 사라지게 된다.

 

2. 연접효율의 회복(recovery of synaptic effectiveness)

  - 일부 구심성 입력의 상실에 의해 간접적으로 영향을 받는 것보다 손상 받은 부위에서 직접적으로 영향을 주는 것을 제외하고는 기능해리의 개념과 매우 유사하다.

    예를 들면, 손상부위에 발생한 부종이 신경세포의 축삭을 압박하거나 신경전도에 있어서 기능적인 차단을 일으킬 수 있다.(그림1) 신경세포에 대한 혈액공급은 일시적으로 중단이 되고, 그 결과 기능상실이 일어난다.

    → 부종이 감소하거나 혈액공급이 회복되면 일부 상실된 기능이 회복될 것이다.