We współczesnym, „pędzącym“ społeczeństwie, chroniczny stres staje się niezwykle poważnym problemem – jest prawdopodobnym źródłem większości chorób. Zarówno somatycznych, jak i tych dotykających psychiki. Nie omija rzecz jasna również naszego mózgu. Obecnie coraz więcej mówi się na temat ścisłego związku przewlekłego stresu oraz stresu pourazowego ze zjawiskiem neuroplastyczności, które jest absolutnie niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania pamięci (i tworzenia w niej tzw. śladów), zdolności nauki czy rozumowania.
Neuroplastyczność może kojarzyć nam się z formowaniem czy nadawaniem kształtu neuronom i połączeniom neuronalnym – i tak jest w istocie. Dotyczy to zarówno zmian w morfologii komórek jak i kształtowania całej kaskady neuroprzekaźnictwa. Zanim to jednak nastąpi w naszym mózgu musi wydarzyć się kilka elementarnych procesów.
1. I stały się myśli, czyli neurogeneza
Trochę trudno w to uwierzyć, ale rozwój mózgu z embrionu rozpoczyna się już kilka tygodni od momentu zapłodnienia. Z kilku komórek o początkowo niezdefiniowanym potencjale rozwijają się miliardy komórek nerwowych i biliardy komórek glejowych (do niedawna sądzono, że komórki glejowe stanowią niejako wsparcie dla wiodących prym neuronów, dziś wiadomo już jednak, że ich rola w przekazywaniu sygnału, rozumowaniu i pamięci jest tak samo istotna, w moim odczuciu może nawet ważniejsza?). Mimo swojej obecności już w momencie narodzin, większość powstałych neuronów musi jeszcze odpowiednio się zróżnicować i zorganizować w kompletne, funkcjonujące sieci neuronalne. Dopiero po narodzinach człowieka neurony ulegają dalszej, właściwej specjalizacji w czasie której zaczynają tworzyć połączenia z innymi komórkami. W tym momencie zaczyna tworzyć się funkcjonalna sieć neuronalna, która w przyszłości tworzyć będzie dojrzały mózg. Co ciekawe, mózg niemowlęcia cechuje znacznie większa liczba połączeń neuronalnych, niż mózg dorosłego człowieka. Wynika to z tego, że nie wszystkie połączenia okazują się przydatne, dlatego zgodnie z zasadą „używaj albo wyrzuć”, mózg eliminuje niektóre z nich. To właśnie ten element rozwoju stanowi niejako naturalne dostosowanie się do indywidualnych potrzeb jednostki. Więcej na ten temat opisałam nieco w dalszej części tekstu.
Jeszcze do niedawna obowiązywał pogląd, że zakończenie rozwoju mózgu równoznaczne jest zatrzymaniem tworzenia nowych komórek nerwowych, a istniejące neurony jedynie stopniowo degenerują, ponieważ nie są zdolne do odtwarzania się. Zapomnijcie o tym! Szczęśliwie, pod koniec XX wieku wykazano, że w dorosłym, całkowicie wykształconym ośrodkowym układzie nerwowym istnieją obszary, w których w dalszym ciągu powstają nowe neurony. Te wspomniane kolebki neurogenezy to zakręt zębaty hipokampa (ang. dentate gyrus, DG) oraz strefa przykomorowa.
2. Wszystko musi mieć swoje miejsce – przemieszczanie się komórek nerwowych.
Wspomagane komórkami glejowymi i licznymi czynnikami chemicznymi, neurony rozpoczynają swoistą wędrówkę po mózgu. Sortując się, zmieniając swoje położenie i osiedlając się w określonych strukturach, tworzą liczne wiązki (szlaki lub nerwy) i zgrupowania (ośrodki i jądra) w miejscach swej ostatecznej lokalizacji. O finalnym umiejscowieniu i przynależności neuronu do określonego miejsca decydują zarówno czynniki genetyczne jak i środowiskowe (co ma niezwykłe znaczenie w kontekście prawidłowego rozwoju dziecka, przebytych traum i sposobu wychowania). Wiadomo, że migracja neuronów zachodzi w największym stopniu w okresie płodowym i na krótko po urodzeniu, niemniej jednak trwa ona przez całe dzieciństwo. Co więcej, istnieją również przypuszczenia, że zjawisko to może mieć miejsce jeszcze w pewnym stopniu w dorosłym życiu. Dlatego też wszelkie zaburzenia w okresie prenatalnym jak i sytuacje, które mogą przytrafić się dziecku zaraz po urodzeniu, istotnie zakłócają proces migracji neuronów i niezwykle negatywnie wpływają na mechanizmy prawidłowego tworzenia się połączeń neuronalnych. Do takich elementów zaliczyć można przykładowo infekcje, niedotlenienie, działanie alkoholu czy narkotyków.
3. Specjalizacja w działaniu
Każdy z powstałych neuronów pod względem genetycznym jest identyczną komórką, jednak to „diabeł tkwi w szczegółach“. Specyficzna dla różnych grup neuronów kombinacja materiału genetycznego zapewnia danej komórce swoją unikatową neurochemię, architekturę, morfologię i zdolności odbierania sygnałów (zapewniając jej określone zdolności poznawcze). Pod względem morfologicznym niektóre neurony różnią się od siebie tak bardzo, że pozornie mogą przypominać zupełnie różne rodzaje komórek. Jedne z nich mają niezwykle długie aksony i silnie rozgałęzione dendryty (tworzące tzw. drzewko dendrytyczne) inne zaś, mogą być krótkie i zbudowane z długiego neurytu i małego perikarionu (ciała komórki nerwowej). Jedno jest pewne – forma, jaką przybrały, ma im zapewnić możliwie najlepszą funkcjonalność do pełnienia swojej określonej roli. Każdy z tych dokonanych, różnicujących „wyborów“ rozwojowych jest wynikiem działania tysięcy sygnałów – ich wzorca, intensywności, okresu życia w jakim się pojawiają. Mogą pojawić się w konsekwencji jakiegoś doświadczenia w życiu, które „daje znać“ neuronowi, by pewne geny wyłączył, albo „sugerując“, że inne mogłyby się teraz przydać. Dlatego właśnie każde zdarzenie, które w czasie rozwoju organizmu zmienia jego chemiczne bądź środowiskowe sygnały, może istotnie wpłynąć na wzór różnicowania się określonych neuronów, a co za tym idzie – na ich funkcjonalność.
4. „Co za dużo (i się nie przyda) to nie zdrowo“ – programowana śmierć komórki.
Jest to zdecydowanie kluczowe zjawisko w rozwoju układu nerwowego (z perspektywy biologa przyznam, że celowe i programowane umieranie neuronów jest jednym z bardziej fascynujących mnie biologicznych fenomenów). W różnych obszarach mózgu powstaje znacznie więcej komórek nerwowych niż jest to potrzebne dla danej struktury i stworzenia sprawnie funkcjonującego systemu. Dlatego też w toku rozwoju niepotrzebne lub niedostatecznie aktywowane i używane neurony muszą zginąć. Jak wykazują badania, to właśnie te niepotrzebne komórki nerwowe stanowią podstawę tak dużej plastyczności układu nerwowego w chwili narodzin. Wszystko musi mieć bowiem określoną funkcję i to właśnie przez swoją zależność od zadań, do których są delegowane – jedne z nich przeżywają, a inne nie. Tutaj znów, przypuszcza się, że proces ten wydaje się mieć u podłoża zarówno geny, jak i czynniki środowiskowe. Ma tu miejsce prosta, ewolucyjna zależność – przeżywają te neurony, którym udaje się stworzyć połączenia synaptyczne z innymi neuronami i które są aktywnie wykorzystywane przez pracujący mózg. Komórki o znikomej aktywności lub jej braku, ulegają degeneracji. To idealny przykład wspomnianej zasady zależności rozwojowej od działania („use it or loose it“), która stanowi kluczowy element w procesach nerwowych związanych z uczeniem się, pamięcią i rozwojem.
Wpływ stresu na neuroplastyczność
Obserwacje oparte na zachowaniu zwierząt doświadczalnych wykazały, że umiarkowany stres może usprawniać uczenie się i poprawiać pamięć, ale… gdy jego działanie jest przedłużone (podejrzewam, że o długiej liście negatywnych skutków przewlekłego umartwiania się i stresu już wiecie), powoduje on zaburzenia pamięci zależnej od hipokampa. Taki sam efekt obserwowany jest po długotrwałym podawaniu glikokortykoidów. Istnieją nawet pewne przypuszczenia, że osoby cierpiące na zespół Cushinga (charakteryzujący się między innymi przewlekle podniesionym poziomem kortyzolu) mają zmniejszoną objętość hipokampa i znaczne problemy z pamięcią. Zatem wysnuwa się dość mocno poparte nauką wnioski, że długotrwały stres powoduje zahamowanie powstawania nowych komórek nerwowych. Zaburzenia plastyczności mózgu powiązane są również często z deficytami poznawczymi, związanymi z zaburzeniami pamięci czy nastroju.
Tysiące przeprowadzonych na zwierzętach badań powoli zaczynają tworzyć pewien obraz i tłumaczą szereg efektów stresu obserwowanych u ludzi. Niestety ekstrapolacja wyników doświadczeń uzyskanych z udziałem modeli zwierzęcych nie jest do końca możliwa i w moim odczuciu – jeszcze długo nie będzie. Weźmy chociaż pod uwagę różnorodność form stresu, który dotyka ludzi. Indywidualne podejście do pojawiających się trudności oraz osobniczą wrażliwość na te same, pojawiające się stresory. Niezwykle pomocnym narzędziem, umożliwiający obrazowanie zmian w ludzkim mózgu, który wystawiony jest na działanie stresu są szeroko pojęte techniki neuroobrazowania jak np. funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI).
Wykazano, że długotrwałe działanie hormonów stresu wywołuje u ludzi zmiany strukturalne i funkcjonalne w hipokampie, korze czołowej oraz ciele migdałowatym. Przewlekły stres może także stwarzać znacznie większe ryzyko wystąpienia depresji niż inne stresujące, ale epizodyczne wydarzenia. Na związek depresji z chronicznym stresem może chociażby wskazywać fakt, że w obu tych nieprawidłowościach hipokamp ulega znacznemu zmniejszeniu. Stres wywiera także negatywny wpływ na korę przedczołową. Wspomniany obszar to nasz „najświeższy“ ewolucyjny nabytek, bowiem jest ona najdłużej dojrzewającym obszarem w ludzkim mózgu, co czyni ją szczególnie podatną na zaburzenia wywołane stresem w dzieciństwie i w okresie dojrzewania. Kora ta u pacjentów depresyjnych jest cieńsza niż u osób zdrowych.
W czasie stresu zmniejsza się także stężenie czynników, które niejako odżywiają i „dbają“ o prawidłowe funkcjonowanie mózgu. Mowa o czynnikach neurotroficznych, a jednym z najbardziej popularnych ostatnio reprezentantów tej grupy jest BDNF (ang. brain-derived neurotrofic factor, neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego). Aktywacja wewnątrzkomórkowej ścieżki sygnałowej, którą uruchamia BDNF, jest konieczna do prawidłowego przebiegu procesów uczenia się zależnego od hipokampa. W dorosłym mózgu odpowiada on także za przeżywalność nowych neuronów w zakręcie zębatym (miejscu w którym powstają nowe neurony). Stres powoduje obniżenie poziomu tego czynnika troficznego w mózgu, a to może prowadzić do zaburzeń neurogenezy oraz zaburzać zjawisko neuroplastyczności. Czynniki neurotroficzne stymulują między innymi funkcję wzrostu pewnych neuronów których działanie jest związane z nastrojem. Są one także niezbędne dla przeżycia i czynności neuronów w dorosłym mózgu. O tym, że chroniczne stresowanie się nie jest „najszczęśliwszym“ sposobem na życie – wie większość z nas, kortyzol bowiem ostatnich latach stał się ulubionym wrogiem środowisk medycznych, dietetycznych etc (nie do końca słusznie – to dawka czyni truciznę!). Warto jednak pamiętać, że problemy z pamięcią, koncentracją czy tzw. mgła mózgowa mogą być również konsekwencją utrzymującego się stresu. Mózg jest bowiem zarówno centralnym regulatorem, jak i głównym obiektem, na który oddziałuje stres.
Bibliografia:
1. Mózg a zachowanie. Praca zbiorowa. Wydawnictwo naukowe PWN.
2. Kim EJ, Pellman B, Kim JJ. Stress effects on the hippocampus: a critical review. Learn Mem. 2015;22(9):411–416. Published 2015 Sep. doi:10.1101/lm.037291.114
3. Burkhardt T, Lüdecke D, Spies L, Wittmann L, Westphal M, Flitsch J. Hippocampal and cerebellar atrophy in patients with Cushing’s disease. Neurosurg Focus. 2015 Nov;39(5):E5.
4. Wang F, Pan F, Shapiro LA, Huang JH. Stress Induced Neuroplasticity and Mental Disorders 2018. Neural Plast. 2018;2018:5382537. Published 2018 Aug 16. doi:10.1155/2018/5382537
5. Stiles J, Jernigan TL. The basics of brain development. Neuropsychol Rev. 2010;20(4):327–348. doi:10.1007/s11065-010-9148-4
