Войти
Грызунов не стимулирует окружающая среда в проволочной клетке, и это отрицательно влияет на его мозг, особенно на сложность его синаптических связей Обогащение окружающей среды - это стимуляция мозга его физическим и социальным окружением. Мозг в более богатой и стимулирующей среде имеет более высокие скорости синаптогенеза и более сложные дендритные ветви, что приводит к повышенной активности мозга. Этот эффект имеет место в основном во время развития нервной системы, но также в меньшей степени во взрослой жизни. При наличии дополнительных синапсов также увеличивается активность синапсов, что приводит к увеличению размера и количества глиальных клеток, обеспечивающих энергию. Обогащение окружающей среды также усиливает васкуляцию капилляров, обеспечивая нейроны и глиальные клетки дополнительной энергией. нейропиль (нейроны, глиальные клетки, капилляры, объединенные вместе) расширяется, утолщая кору. Исследования мозга грызунов показывают, что обогащение окружающей среды может также приводить к увеличению скорости нейрогенеза.
Исследования на животных показывают, что обогащение окружающей среды может способствовать лечению и восстановлению многочисленных нарушений функций мозга, включая болезнь Альцгеймера и связанных с старением, тогда как отсутствие стимуляции может ухудшить когнитивное развитие. Более того, это исследование также предполагает, что обогащение окружающей среды приводит к более высокому уровню когнитивного резерва, устойчивости мозга к воздействию таких состояний, как старение и деменция.
Исследования на людях предполагает, что отсутствие стимуляции задерживает и ухудшает когнитивное развитие. Исследования также показывают, что достижение и участие в более высоких уровнях образования, в среде, в которой люди участвуют в более сложных когнитивно-стимулирующих действиях, приводит к большему когнитивному резерву.
Дональд О. Хебб в 1947 г. обнаружил, что крысы р Домашние животные лучше справлялись с тестами на решение проблем, чем крысы, выращенные в клетках. Однако его исследования не изучали мозг и не использовали стандартизированные обедненные и обогащенные среды. Первые исследования в этой области были начаты в 1960 г. в Калифорнийском университете в Беркли Марком Розенцвейгом, который сравнил одиночных крыс в обычных клетках и крыс, помещенных в те, что были помещены в игрушки, лестницы, туннели., ходовые колеса в группах. Это обнаружило, что рост в обогащенной среде влияет на активность фермента холинэстеразы. Эта работа привела в 1962 году к открытию, что обогащение окружающей среды увеличивает объем коры головного мозга. В 1964 году было обнаружено, что это произошло из-за увеличения толщины коры головного мозга и увеличения числа синапсов и глии.
Также примерно с 1960 года Гарри Харлоу изучал влияние материнской и социальной депривации на младенцев макаки-резус (форма лишения стимулов окружающей среды). Это установило важность социальной стимуляции для нормального когнитивного и эмоционального развития.
Крысы, выращенные с обогащением окружающей среды, имеют более толстую корку головного мозга ( 3,3–7%), которые содержат на 25% больше синапсов. Этот эффект богатства окружающей среды на мозг проявляется независимо от того, ощущается ли он сразу после рождения, после отлучения от груди или во время зрелости. Когда количество синапсов увеличивается у взрослых, их количество может оставаться высоким, даже если взрослые возвращаются в обедневшую среду на 30 дней, что позволяет предположить, что такое увеличение количества синапсов не обязательно является временным. Однако увеличение числа синапсов обычно снижается с созреванием. Стимуляция воздействует не только на синапсы на пирамидных нейронах (основные выступающие нейроны в коре головного мозга), но и на звездчатые (обычно это интернейроны ). Он также может влиять на нейроны за пределами мозга, например, в сетчатке.
Обогащение окружающей среды влияет на сложность и длину дендритных ветвей (на которых синапсы форма). Сложность ветвей дендритов более высокого порядка увеличивается в обогащенной среде, как и длина у молодых животных дистальных ветвей.
Животные в обогащенной среде демонстрируют признаки увеличения синапсов активация. Синапсы также имеют тенденцию быть намного больше. Гамма-колебания становятся больше по амплитуде в гиппокампе. Это повышенное потребление энергии отражается в глиальной и локальной капиллярной васкуляции, которая обеспечивает синапсы дополнительной энергией.
Эти связанные с энергией изменения в нейропиле ответственны за увеличение объема коры головного мозга (увеличение числа синапсов само по себе почти не вносит дополнительный объем).
Отчасти эффект обогащения среды предоставляет возможности для приобретения моторных навыков. Исследования крыс, обучающихся «акробатическим» навыкам, показывают, что такая обучающая деятельность приводит к увеличению количества синапсов.
Обогащение окружающей среды во время беременности влияет на плод, например, ускорение его или ее развития сетчатки.
Обогащение окружающей среды также может привести к образованию нейронов (по крайней мере, у крыс) и обращают вспять как потерю нейронов в гиппокампе, так и нарушение памяти в результате хронического стресса. Однако его актуальность подвергается сомнению в отношении поведенческих эффектов обогащенной среды.
Обогащенная среда влияет на экспрессию генов, которые определяют структуру нейронов в коре головного мозга и гиппокамп. На молекулярном уровне это происходит за счет повышения концентрации нейротрофинов NGF, NT-3 и изменений в BDNF. Это изменяет активацию холинергических нейронов, 5-HT и бета-адренолина. Другой эффект заключается в увеличении количества белков, таких как синаптофизин и PSD-95, в синапсах. Также было обнаружено, что изменения в передаче сигналов Wnt имитируют у взрослых мышей эффекты обогащения окружающей среды на синапсы в гиппокампе. Увеличение числа нейронов может быть связано с изменениями в VEGF.
Исследования на животных показывают, что обогащение окружающей среды способствует восстановлению после определенных неврологических расстройств и когнитивных нарушений. В центре внимания находятся две основные области: неврологическая реабилитация и когнитивный резерв, устойчивость мозга к воздействию физических, природных и социальных угроз. Хотя в большинстве этих экспериментов использовались животные, в основном грызуны, исследователи указали на пораженные участки мозга животных, на которые человеческий мозг наиболее похож, и использовали свои результаты в качестве доказательства, чтобы показать, что люди будут иметь сопоставимые реакции на обогащенную среду. Таким образом, тесты, проводимые на животных, представляют собой моделирование человека для следующего списка условий.
Исследование, проведенное в 2011 году, привело к выводу, что обогащение окружающей среды значительно улучшает когнитивные способности детей с аутизмом. Исследование показало, что у детей с аутизмом, которые выполняли и выполняли упражнения, которые стимулировали другие парные сенсорные методы, клиническое улучшение улучшилось на 42 процента, в то время как у аутичных детей, не получавших этого лечения, клиническое улучшение улучшилось всего на 7 процентов. То же исследование также показало, что у аутичных детей, подвергшихся воздействию обогащенной сенсомоторной среды, наблюдалось значительное клиническое улучшение, и подавляющее большинство родителей сообщили, что качество жизни их детей стало намного лучше после лечения. Второе исследование подтвердило его эффективность. Второе исследование также показало, что после 6 месяцев терапии, обогащающей сенсорные ощущения, 21% детей, которым изначально была дана классификация аутизма с использованием Таблицы диагностики аутизма, улучшились до такой степени, что, хотя они остались в спектре аутизма, они не больше соответствовал критериям классического аутизма. Ни один из стандартных средств контроля не достиг эквивалентного уровня улучшения. Терапия с использованием этих методологий озаглавлена.
Благодаря обогащению окружающей среды исследователи смогли улучшить и частично восстановить дефицит памяти у мышей в возрасте от 2 до 7 месяцев с характеристиками Болезнь Альцгеймера. Мыши в обогащенных средах показали значительно лучшие результаты в тестах на распознавание объектов и в Водном лабиринте Морриса, чем в стандартных условиях. Таким образом, был сделан вывод, что обогащение окружающей среды улучшает зрительную и обучающую память у людей с болезнью Альцгеймера. Кроме того, было обнаружено, что мышиные модели болезни Альцгеймера, которые подвергались воздействию обогащенной среды до появления амилоида (в возрасте 3 месяцев), а затем возвращались в свою домашнюю клетку более чем на 7 месяцев, показали сохраненную пространственную память и снижение отложения амилоида в 13 лет. месяцев, когда у них должен быть заметный дефицит памяти и нагрузка на амилоидные бляшки. Эти результаты показывают профилактическое и долгосрочное воздействие опыта стимулирования ранней жизни на патологию, подобную болезни Альцгеймера у мышей, и, вероятно, отражают способность обогащенной среды эффективно стимулировать когнитивный резерв.
Исследования показали, что обогащение окружающей среды может помочь облегчить двигательные и психические расстройства, вызванные болезнью Хантингтона. Он также улучшает уровень потерянного белка у людей с этим заболеванием и предотвращает дефицит в полосатом теле и гиппокампе BDNF, расположенного в гиппокампе. Эти результаты побудили исследователей предположить, что обогащение окружающей среды потенциально может стать возможной формой терапии для людей с болезнью Хантингтона.
В многочисленных исследованиях сообщалось, что обогащение окружающей среды для взрослых мышей помогает облегчить гибель нейронов, что особенно полезно для людей с болезнью Паркинсона. Более недавнее исследование показывает, что обогащение окружающей среды особенно влияет на нигростриатный путь, который важен для управления уровнями дофамина и ацетилхолина, критически важными для двигательного дефицита. Более того, было обнаружено, что обогащение окружающей среды благотворно влияет на социальные последствия болезни Паркинсона.
Исследования, проведенные на животных, показали, что субъекты выздоравливают в обогащенной среде через 15 дней после инсульт значительно улучшил нейроповеденческую функцию. Вдобавок эти же субъекты продемонстрировали большую способность к обучению и больший объем пост-вмешательства после инфаркта, чем те, кто не был в обогащенной среде. Таким образом, был сделан вывод, что обогащение окружающей среды оказывает значительное положительное влияние на обучаемость и сенсомоторные функции у животных после инсульта. Исследование 2013 года также показало, что обогащение окружающей среды приносит пользу пациентам, выздоравливающим после инсульта. Исследователи в этом исследовании пришли к выводу, что пациенты с инсультом в улучшенной среде в учреждениях вспомогательной помощи с гораздо большей вероятностью будут общаться с другими пациентами в обычные часы общения, вместо того, чтобы оставаться одни или спать.
Исследование 2008 года показало, что обогащение окружающей среды было значительным в содействии восстановлению координации движений и некоторому восстановлению уровня BDNF у самок мышей с состояниями, аналогичными состояниям синдрома Ретта. В течение 30 недель самки мышей в обогащенной среде показали превосходную способность к координации движений по сравнению с таковыми в стандартных условиях. Хотя у них не было полной двигательной способности, они смогли предотвратить более серьезный моторный дефицит, живя в обогащенной среде. Эти результаты в сочетании с повышенными уровнями BDNF в мозжечке привели исследователей к выводу, что обогащенная среда, которая стимулирует области моторной коры и области мозжечка, связанные с двигательным обучением, полезна для мышей с синдромом Ретта.
Недавнее исследование показало, что у взрослых крыс с амблиопией острота зрения улучшилась через две недели после помещения в обогащенную среду. То же исследование показало, что еще через две недели после прекращения обогащения окружающей среды крысы сохранили улучшение остроты зрения. Напротив, у крыс в стандартной среде не наблюдалось улучшения остроты зрения. Таким образом, был сделан вывод, что обогащение окружающей среды снижает ингибирование ГАМК и увеличивает экспрессию BDNF в зрительной коре. В результате рост и развитие нейронов и синапсов в зрительной коре значительно улучшились благодаря обогащенной среде.
Исследования показали, что с помощью обогащения среды последствия сенсорной депривации можно исправить. Например, можно предотвратить и реабилитировать нарушение зрения, известное как «темное пятно» в зрительной коре. В целом, обогащенная среда улучшит, если не восстановит, сенсорные системы животных.
В период развития беременность является одним из самых критических периодов на предмет воздействия свинца. Воздействие высокого уровня свинца в это время может привести к снижению эффективности пространственного обучения. Исследования показали, что обогащение окружающей среды может нейтрализовать повреждения гиппокампа, вызванные воздействием свинца. Обучение и пространственная память, зависящие от долгосрочного потенцирования гиппокампа, значительно улучшаются, поскольку у субъектов в обогащенной среде были более низкие уровни концентрации свинца в гиппокампе. Результаты также показали, что обогащенная среда приводит к некоторой естественной защите от вызванного свинцом дефицита головного мозга.
Исследования показали, что животные, страдающие повреждениями спинного мозга показали значительное улучшение двигательных способностей даже при длительной задержке лечения после травмы при воздействии обогащения окружающей среды. Социальное взаимодействие, упражнения и новизна - все это играет важную роль в восстановлении травмированного субъекта. Это привело к некоторым предположениям о том, что спинной мозг обладает постоянной пластичностью, и необходимо приложить все усилия для обогащения окружающей среды, чтобы стимулировать эту пластичность, чтобы способствовать выздоровлению.
Материнская депривация может быть вызвано отказом от заботливого родителя в молодом возрасте. У грызунов или нечеловеческих приматов это приводит к более высокой уязвимости к заболеваниям, связанным со стрессом. Исследования показывают, что обогащение окружающей среды может обратить вспять эффекты разлучения с матерью на стресс-реактивность, возможно, за счет воздействия на гиппокамп и префронтальную кору.
Для всех детей материнская забота является одной из оказывает существенное влияние на развитие гиппокампа, обеспечивая основу для стабильного и индивидуального обучения и памяти. Однако это не относится к тем, кто испытал безнадзорность детей. Исследователи определили, что через обогащение окружающей среды заброшенный ребенок может частично получить такое же развитие и стабильность гиппокампа, хотя и не на том же уровне, что и присутствие родителя или опекуна. Результаты были сопоставимы с результатами программ вмешательства детей, что сделало обогащение окружающей среды полезным методом борьбы с пренебрежением к детям.
Снижение нейрогенеза гиппокампа является характеристикой старения. Обогащение окружающей среды увеличивает нейрогенез у старых грызунов за счет усиления дифференцировки нейронов и выживания новых клеток. В результате субъекты, подвергшиеся обогащению окружающей средой, стареют лучше из-за превосходной способности сохранять свой уровень пространственной и обучающей памяти.
Исследования показали, что мыши, подвергшиеся воздействию окружающей среды на обогащение меньше влияют последствия воздействия кокаина по сравнению с таковыми в стандартных условиях. Хотя уровни дофамина в мозге обеих групп мышей были относительно схожими, когда оба субъекта подвергались инъекции кокаина, мыши в обогащенной среде были значительно менее восприимчивы, чем в стандартной среде. Таким образом, был сделан вывод, что как активирующий, так и положительный эффекты подавляются обогащением окружающей среды, и раннее воздействие обогащения среды может помочь предотвратить наркозависимость.
Хотя исследования по обогащению окружающей среды в основном проводились на грызунах. аналогичные эффекты наблюдаются у приматов и, вероятно, влияют на мозг человека. Однако прямые исследования синапсов человека и их количества ограничены, поскольку для этого требуется гистологическое исследование мозга. Однако была обнаружена связь между уровнем образования и большей сложностью дендритных ветвей после вскрытия головного мозга.
МРТ обнаруживает локализованную кору головного мозга расширение после того, как люди изучают сложные задачи, такие как чтение в зеркале (в данном случае в правой затылочной коре ), жонглирование тремя шарами (двусторонняя средне- височная область и левая задняя интрапериетальная sulcus ), и когда студенты-медики интенсивно готовятся к экзаменам (с обеих сторон в задней и боковой теменной коре ). Можно ожидать, что такие изменения в объеме серого вещества будут связаны с изменениями в количестве синапсов из-за увеличения количества глиальных клеток и расширенной васкуляризации капилляров, необходимой для поддержания их повышенного потребления энергии.
Дети, которые получают недостаточную стимуляцию из-за того, что прикованы к кроватке без социального взаимодействия или надежных опекунов в низкокачественных детских домах, демонстрируют серьезную задержку в когнитивном и социальном развитии. У 12% из них, если они усыновлены после 6 месяцев, аутичные или умеренно аутичные черты проявляются позже, в возрасте четырех лет. Некоторые дети в таких бедных детских домах в возрасте двух с половиной лет все еще не могут произносить понятные слова, хотя год воспитания в приемных семьях позволил таким детям наверстать упущенное в своем языке во многих отношениях. Усовершенствование других когнитивных функций также происходит после усыновления, хотя у многих детей проблемы сохраняются, если это происходит после 6 месяцев
У таких детей обнаруживаются заметные различия в мозге, что согласуется с исследованиями на экспериментальных животных, по сравнению с детям из обычно стимулирующей среды. У них снижена мозговая активность в орбитальной префронтальной коре, миндалевидном теле, гиппокампе, височной коре и стволе мозга <147.>. Они также показали менее развитые белые вещества связи между различными областями коры головного мозга, в частности, крючковидный пучок.
И наоборот, что обогащает опыт недоношенных детей с массаж ускоряет созревание их электроэнцефалографической активности и их остроты зрения. Более того, как и в случае обогащения у экспериментальных животных, это связано с повышением IGF-1.
Еще одним источником доказательств влияния стимуляции окружающей среды на мозг человека является когнитивный резерв (показатель устойчивости мозга к когнитивным нарушениям) и уровень образования человека. Мало того, что высшее образование связано с более требовательным к познанию образовательным опытом, оно также коррелирует с общей вовлеченностью человека в познавательно требовательную деятельность. Чем больше образования получил человек, тем меньше последствий старения, деменции, гиперинтенсивности белого вещества, инфарктов головного мозга, определенных с помощью МРТ, болезни Альцгеймера и черепно-мозговой травмы. Кроме того, старение и слабоумие меньше у тех, кто занимается сложными когнитивными задачами. На снижение когнитивных функций у людей с эпилепсией может также влиять уровень образования человека.
