Miljöberikelse - Environmental enrichment

För att inte förväxla med beteendemässig berikning .
En gnagare stimuleras inte av miljön i en trådbur, och detta påverkar hjärnan negativt, särskilt komplexiteten i dess synaptiska anslutningar

Miljöberikelse är stimulering av hjärnan genom dess fysiska och sociala omgivning. Hjärnor i rikare, mer stimulerande miljöer har högre synaptogenes och mer komplexa dendritarbor , vilket leder till ökad hjärnaktivitet. Denna effekt sker främst under neuroutveckling , men också under vuxen ålder i mindre grad. Med extra synapser finns det också en ökad synapsaktivitet, vilket leder till en ökad storlek och antal glialenergistödjande celler. Miljöberikning förbättrar också kapillär kärl, vilket ger neuroner och glialceller extra energi. Den neuropil (neuroner, gliaceller, kapillärer, i kombination) expanderar, förtjockning cortex. Forskning om gnagarhjärnor tyder på att miljöberikning också kan leda till en ökad neurogenes .

Djurforskning visar att miljöanrikning kan hjälpa behandling och återhämtning av många hjärnrelaterade dysfunktioner, inklusive Alzheimers sjukdom och de som är kopplade till åldrande , medan brist på stimulering kan försämra kognitiv utveckling. Dessutom tyder denna forskning också på att miljöanrikning leder till en högre nivå av kognitiv reserv , hjärnans motståndskraft mot effekterna av tillstånd som åldrande och demens .

Forskning på människor tyder på att brist på stimulering fördröjer och försämrar kognitiv utveckling. Forskning finner också att uppnå och engagera sig i högre utbildningsnivåer, miljöer där människor deltar i mer utmanande kognitivt stimulerande aktiviteter, resulterar i större kognitiv reserv.

Tidig forskning

Donald O. Hebb 1947 fann att råttor som fötts upp som husdjur presterade bättre på problemlösningstester än råttor som fötts upp i burar. Hans forskning undersökte dock inte hjärnan eller använde standardiserade utarmade och berikade miljöer. Forskning som gör detta först startades 1960 vid University of California, Berkeley av Mark Rosenzweig , som jämförde enstaka råttor i normala burar, och de som placerades i sådana med leksaker, stegar, tunnlar, löphjul i grupper. Detta fann att uppväxt i berikade miljöer påverkade enzymets kolinesterasaktivitet . Detta arbete ledde 1962 till upptäckten att miljöanrikning ökade cerebral cortex volym. År 1964 fann man att detta berodde på ökad hjärnbarkstjocklek och större synaps och glialtal .

Från och med 1960 studerade Harry Harlow effekterna av moderns och sociala berövanden på rhesusapa -spädbarn (en form av miljöstimulansbrist). Detta fastställde vikten av social stimulans för normal kognitiv och känslomässig utveckling.

Synapser

Synaptogenes

Råttor uppfödda med miljöanrikning har tjockare hjärnbarkar (3,3–7%) som innehåller 25% fler synapser . Denna effekt av miljörikedom på hjärnan inträffar oavsett om den upplevs omedelbart efter födseln, efter avvänjning eller under mognad. När synapssiffrorna ökar hos vuxna kan de förbli höga i antal även när de vuxna återförs till en fattig miljö i 30 dagar, vilket tyder på att sådana ökningar i synapssiffrorna inte nödvändigtvis är tillfälliga. Ökningen av synapssiffror har emellertid observerats generellt minska med mognad. Stimulering påverkar inte bara synapser på pyramidala neuroner (de huvudsakligen utskjutande neuronerna i hjärnbarken) utan även stellater (som vanligtvis är interneuroner ). Det kan också påverka neuroner utanför hjärnan, till exempel de i näthinnan .

Dendritkomplexitet

Miljöberikning påverkar komplexiteten och längden av de dendritiska hållare (på vilken synapser bildar). Dendrittgrenens komplexitet av högre ordning ökar i berikade miljöer, liksom längden hos unga djur på distala grenar. Miljöberikning räddar skadliga effekter av stress på dendritisk komplexitet.

Aktivitet och energiförbrukning

Djur i berikade miljöer visar tecken på ökad synapsaktivering. Synapser tenderar också att vara mycket större. Gammasvängningar blir större i amplitud i hippocampus. Denna ökade energiförbrukning återspeglas i glial och lokal kapillär kärl som ger synapser med extra energi.

  • Antalet glialceller per neuron ökar med 12–14%
  • Glialceller med synapser expanderar direkt med 19%
  • Volymen av glialcellkärnor för varje synaps är högre med 37,5%
  • Medelvolymen av mitokondrier per neuron är 20% större
  • Volymen av gliacellkärnor för varje neuron är 63% högre
  • Kapillärtätheten ökas.
  • Kapillärer är bredare (4,35 μm jämfört med 4,15 μm i kontroller)
  • Kortare avstånd finns mellan någon del av neuropilen och en kapillär (27,6 μm jämfört med 34,6 μm)

Dessa energirelaterade förändringar av neuropilen är ansvariga för att öka volymen i hjärnbarken (ökningen av synapsantal bidrar i sig knappt till någon extra volym).

Motorisk inlärningsstimulering

En del av effekten av miljöanrikning är att ge möjligheter att förvärva motoriska färdigheter . Forskning om råttor som lär sig en "akrobatisk" skicklighet visar att sådan inlärningsaktivitet leder till ökat antal synapser.

Moderns överföring

Miljöberikning under graviditeten påverkar fostret , till exempel påskyndar hans eller hennes näthinnes utveckling.

Neurogenes

Miljöberikning kan också leda till bildandet av neuroner (åtminstone hos råttor) och vända både förlusten av neuroner i hippocampus och minnesnedsättning från kronisk stress. Men dess relevans har ifrågasatts för beteendemässiga effekter av berikade miljöer.

Mekanismer

Berikade miljöer påverkar uttrycket av gener som bestämmer neuronal struktur i hjärnbarken och hippocampus. På molekylär nivå sker detta genom ökade koncentrationer av neurotrofinerna NGF , NT-3 och förändringar i BDNF . Detta förändrar aktiveringen av kolinerga neuroner, 5-HT och beta-adrenolin . En annan effekt är att öka proteiner som synaptofysin och PSD-95 i synapser. Förändringar i Wnt -signalering har också visat sig efterlikna effekter hos miljöberikning på synapser i hippocampus hos vuxna möss. Ökning av antalet neuroner kan kopplas till förändringar i VEGF .

Rehabilitering och motståndskraft

Djurforskning tyder på att miljöanrikning underlättar återhämtning från vissa neurologiska störningar och kognitiva störningar. Det finns två huvudområden: neurologisk rehabilitering och kognitiv reserv , hjärnans motståndskraft mot effekterna av exponering för fysiska, naturliga och sociala hot. Även om de flesta av dessa experiment använde djurämnen, främst gnagare, har forskare pekat på de drabbade områdena i djurhjärnor som mänskliga hjärnor är mest likna med och använt deras fynd som bevis för att människor skulle ha jämförbara reaktioner på berikade miljöer. De test som utförts på djur är således avsedda att representera mänskliga simuleringar för följande lista över tillstånd.

Neurologisk rehabilitering

Autism

En studie som genomfördes 2011 ledde till slutsatsen att miljöanrikning avsevärt förbättrar den kognitiva förmågan hos barn med autism . Studien visade att autistiska barn som får lukt- och taktil stimulering tillsammans med övningar som stimulerade andra parade sensoriska metoder förbättrades kliniskt med 42 procent medan autistiska barn som inte fick denna behandling kliniskt förbättrades med bara 7 procent. Samma studie visade också att det var signifikant klinisk förbättring hos autistiska barn som utsattes för berikade sensorimotoriska miljöer, och en stor majoritet av föräldrarna rapporterade att deras barns livskvalitet var mycket bättre med behandlingen. En andra studie bekräftade dess effektivitet. Den andra studien fann också att efter 6 månaders sensorisk berikningsterapi förbättrades 21% av de barn som ursprungligen hade fått en autismklassificering, med hjälp av Autism Diagnostic Observation Schedule, till den grad att även om de förblev på autismspektrumet, de inte uppfyllde längre kriterierna för klassisk autism. Ingen av standardvårdskontrollerna uppnådde en motsvarande förbättringsnivå. Terapin med metoderna heter Sensory Enrichment Therapy .

Alzheimers sjukdom

Genom miljöberikning kunde forskare förbättra och delvis reparera minnesunderskott hos möss i åldrarna 2 till 7 månader med egenskaper hos Alzheimers sjukdom . Möss i berikade miljöer presterade betydligt bättre på objektigenkänningstester och Morris Water Maze än de hade när de var i standardmiljöer. Man drog därför slutsatsen att miljöanrikning förbättrar visuellt och inlärningsminne för dem med Alzheimers. Dessutom har det visat sig att musmodeller av Alzheimers sjukdom som utsattes för berikad miljö innan amyloid började (vid 3 månaders ålder) och sedan återvände till sin hemmabur i över 7 månader, visade bevarat rumsligt minne och minskad amyloidavsättning vid 13 månader gamla, när de ska visa dramatiska minnesunderskott och amyloidplackbelastning. Dessa fynd avslöjar de förebyggande och långvariga effekterna av tidig livsstimulerande upplevelse på Alzheimer-liknande patologi hos möss och återspeglar sannolikt förmågan hos en berikad miljö att effektivt stimulera den kognitiva reserven .

Huntingtons sjukdom

Forskning har visat att miljöanrikning kan hjälpa till att lindra motoriska och psykiatriska underskott orsakade av Huntingtons sjukdom . Det förbättrar också förlorade proteinnivåer för dem med sjukdomen och förhindrar striatal och hippocampusunderskott i BDNF , som ligger i hippocampus. Dessa fynd har fått forskare att föreslå att miljöanrikning har potential att vara en möjlig form av terapi för dem med Huntingtons.

Parkinsons sjukdom

Flera studier har rapporterat att miljöanrikning för vuxna möss hjälper till att lindra neuronal död, vilket är särskilt fördelaktigt för dem med Parkinsons sjukdom . En nyare studie visar att miljöanrikning särskilt påverkar den nigrostriatala vägen , vilket är viktigt för att hantera dopamin- och acetylkolinnivåer, avgörande för motoriska underskott. Dessutom visade det sig att miljöanrikning har fördelaktiga effekter för de sociala konsekvenserna av Parkinsons sjukdom.

Stroke

Djurforskning har visat att försökspersoner som återhämtat sig i en berikad miljö 15 dagar efter en stroke hade signifikant förbättrad neurobehavioral funktion. Dessutom visade samma ämnen större inlärningsförmåga och större infarkt efter intervention än de som inte befann sig i en berikad miljö. Man drog därför slutsatsen att miljöanrikning hade en avsevärd fördelaktig effekt på inlärnings- och sensorimotoriska funktioner hos djur efter stroke. En studie från 2013 visade också att miljöanrikning socialt gynnar patienter som återhämtar sig efter stroke. Forskare i den studien drog slutsatsen att strokepatienter i berikade miljöer i vårdinrättningar är mycket mer benägna att umgås med andra patienter under normala sociala timmar istället för att vara ensamma eller sova.

Retts syndrom

En studie från 2008 visade att miljöberikning var signifikant för att underlätta återhämtning av motorisk koordination och viss återhämtning av BDNF -nivåer hos honmöss med tillstånd liknande Rett syndrom . Under loppet av 30 veckor visade honmöss i berikade miljöer överlägsen förmåga i motorisk koordination jämfört med de under standardförhållanden. Även om de inte kunde ha full motorisk förmåga, kunde de förhindra ett allvarligare motorunderskott genom att leva i en berikad miljö. Dessa resultat kombinerat med ökade nivåer av BDNF i lillhjärnan ledde forskare till slutsatsen att en berikad miljö som stimulerar områden i motorbarken och områden i lillhjärnan som har att göra med motorinlärning är fördelaktigt för att hjälpa möss med Retts syndrom.

Amblyopi

En ny studie visade att vuxna råttor med amblyopi förbättrade synskärpan två veckor efter att de placerades i en berikad miljö. Samma studie visade att ytterligare två veckor efter att miljöberikningen upphörde behöll råttorna sin synskärpa. Omvänt visade råttor i en standardmiljö ingen förbättring av synskärpan. Man drog därför slutsatsen att miljöanrikning minskar GABA -hämning och ökar BDNF -uttryck i den visuella cortexen. Som ett resultat förbättrades tillväxten och utvecklingen av neuroner och synapser i den visuella cortexen mycket på grund av den berikade miljön.

Sensorisk deprivation

Studier har visat att effekterna av sensorisk berövning kan korrigeras med hjälp av miljöberikning. Till exempel kan en synskada som kallas "mörkuppfostran" i synbarken förebyggas och rehabiliteras. I allmänhet kommer en berikad miljö att förbättra, om inte reparera, de sensoriska system djuren besitter.

Blyförgiftning

Under utvecklingen är dräktigheten en av de mest kritiska perioderna för exponering för bly. Exponering för höga blynivåer vid denna tidpunkt kan leda till sämre spatial inlärningsprestanda. Studier har visat att miljöanrikning kan välta skador på hippocampus som orsakas av blyexponering . Inlärning och rymdminne som är beroende av hippocampus långsiktiga potentiering förbättras avsevärt eftersom ämnen i en berikad miljö hade lägre nivåer av blykoncentration i sina hippocampi. Resultaten visade också att berikade miljöer resulterar i ett visst naturligt skydd av blyinducerade hjärnunderskott.

Kroniska ryggmärgsskador

Forskning har visat att djur som lider av ryggmärgsskador visade signifikant förbättring av motoriska förmågor även med en lång fördröjning av behandlingen efter skadan när de utsattes för miljöberikning. Sociala interaktioner, träning och nyhet spelar alla viktiga roller för att hjälpa till att återhämta sig från ett skadat subjekt. Detta har lett till några förslag om att ryggmärgen har en fortsatt plasticitet och alla ansträngningar måste göras för berikade miljöer för att stimulera denna plasticitet för att underlätta återhämtning.

Moderns deprivationsstress

Morsmangel kan bero på att en vårdande förälder överger sig i ung ålder. Hos gnagare eller omänskliga primater leder detta till en högre sårbarhet för stressrelaterad sjukdom. Forskning tyder på att miljöanrikning kan vända effekterna av mammas separation på stressreaktivitet, möjligen genom att påverka hippocampus, amygdala och prefrontala cortex.

Barnförsummelse

Hos alla barn är mödravård en av de betydande influenserna för hippocampus utveckling, vilket ger grunden för ett stabilt och individualiserat lärande och minne. Detta är dock inte fallet för dem som har upplevt försummelse av barn . Forskare bestämde att genom miljöberikning kan ett försummat barn delvis få samma utveckling och stabilitet i hippocampus, om än inte på samma nivå som närvaron av en förälder eller vårdnadshavare. Resultaten var jämförbara med resultaten från barninterventioner, vilket gjorde miljöanrikning till en användbar metod för att hantera försummelse av barn.

Kognitiv reserv

Åldrande

Minskad hippocampus neurogenes är ett kännetecken för åldrande . Miljöberikning ökar neurogenesen hos åldrade gnagare genom att förstärka neuronal differentiering och överlevnad av nya celler. Som ett resultat åldrades ämnen som utsatts för miljöberikning bättre på grund av överlägsen förmåga att behålla sina nivåer av rumsligt och inlärningsminne.

Prenatal och perinatal exponering för kokain

Forskning har visat att möss som utsätts för miljöanrikning påverkas mindre av konsekvenserna av kokainexponering i jämförelse med dem i standardmiljöer. Även om halterna av dopamin i hjärnan hos båda mössen var relativt lika, när båda individerna utsattes för kokaininjektionen, var möss i anrikad miljö betydligt mindre lyhörda än de i standardmiljöer. Man drog därför slutsatsen att både de aktiverande och givande effekterna undertrycks av miljöanrikning och tidig exponering för miljöanrikning kan hjälpa till att förhindra drogberoende .

Människor

Även om miljöanrikningsforskning mest har gjorts på gnagare, förekommer liknande effekter hos primater och kommer sannolikt att påverka den mänskliga hjärnan. Direkt forskning om mänskliga synapser och deras antal är dock begränsat eftersom detta kräver histologisk studie av hjärnan. En koppling har dock hittats mellan utbildningsnivå och större dendritisk grenkomplexitet efter avlägsnande av obduktion av hjärnan.

Lokaliserade förändringar i hjärnbarken

MRI upptäcker lokaliserad cerebral cortex- expansion efter att människor har lärt sig komplexa uppgifter som spegelläsning (i det här fallet i höger occipital cortex ), tre-boll jonglering (bilateralt mitt- temporalt område och vänster posterior intraparietal sulcus ) och när medicinska studenter intensivt reviderar för tentor (bilateralt i bakre och laterala parietala cortex ). Sådana förändringar i gråämnesvolymen kan förväntas länka till förändringar i synapsantal på grund av det ökade antalet glialceller och den expanderade kapillär vaskulariseringen som behövs för att stödja deras ökade energiförbrukning.

Institutionell brist

Barn som får utarmad stimulering på grund av att de är begränsade till barnsängar utan social interaktion eller pålitliga vårdare på barnhem med låg kvalitet visar allvarliga förseningar i kognitiv och social utveckling. 12% av dem om de antogs efter 6 månaders ålder visar autistiska eller lätt autistiska drag senare vid fyra års ålder. Vissa barn på sådana fattiga barnhem vid två och ett halvt års ålder misslyckas med att framställa begripliga ord, även om ett års fosterhem gjorde det möjligt för sådana barn att komma ikapp deras språk i de flesta avseenden. Återhämtning i andra kognitiva funktioner sker också efter adoption, även om problem kvarstår hos många barn om detta händer efter 6 månaders ålder

Sådana barn visar markanta skillnader i deras hjärnor, i överensstämmelse med forskning om försöksdjur, jämfört med barn från normalt stimulerande miljöer. De har minskad hjärnaktivitet i orbital prefrontal cortex , amygdala , hippocampus , temporal cortex och hjärnstam . De visade också mindre utvecklade vitmaterialsförbindelser mellan olika områden i deras cerebral cortices, särskilt den okända ficiculus .

Omvänt, berikar upplevelsen av prematura spädbarn med massage påskyndar mognaden av deras elektroencefalografiska aktivitet och deras synskärpa . Dessutom, som med berikning av försöksdjur, förknippas detta med en ökning av IGF-1 .

Kognitiv reserv och motståndskraft

En annan beviskälla för effekten av miljöstimulering på den mänskliga hjärnan är kognitiv reserv (ett mått på hjärnans motståndskraft mot kognitiv försämring) och nivån på en persons utbildning. Inte bara är högre utbildning kopplat till en mer kognitivt krävande utbildningserfarenhet, det korrelerar också med en persons allmänna engagemang i kognitivt krävande aktiviteter. Ju mer utbildning en person har fått, desto mindre blir effekterna av åldrande, demens, hyperintensitet i vit substans, MR-definierade hjärninfarkt, Alzheimers sjukdom och traumatisk hjärnskada. Åldrande och demens är också mindre hos dem som ägnar sig åt komplexa kognitiva uppgifter. Den kognitiva nedgången hos dem med epilepsi kan också påverkas av nivån på en persons utbildning.

Se även

Anteckningar

Bibliografi

externa länkar