Krzyżowa plastyczność modalna
Krzyżowa plastyczność modalna to adaptacyjna reorganizacja neuronów w celu zintegrowania funkcji dwóch lub więcej systemów czuciowych . Plastyczność krzyżowo-modalna jest rodzajem neuroplastyczności i często występuje po deprywacji sensorycznej z powodu choroby lub uszkodzenia mózgu. Reorganizacja sieci neuronowej jest największa po długotrwałej deprywacji sensorycznej, takiej jak wrodzona ślepota lub głuchota przedjęzykowa . W takich przypadkach plastyczność międzymodalna może wzmocnić inne systemy sensoryczne, aby zrekompensować brak wzroku lub słuchu . To wzmocnienie jest spowodowane nowymi połączeniami tworzonymi z korami mózgowymi, które nie otrzymują już bodźców sensorycznych.
Plastyczność w ślepocie
Mimo że niewidomi już nie widzą, kora wzrokowa jest nadal w aktywnym użyciu, chociaż zajmuje się informacjami innymi niż dane wizualne. Badania wykazały, że objętość istoty białej ( połączenia mielinowe nerwów) została zmniejszona w przewodzie wzrokowym , ale nie w samej pierwszorzędowej korze wzrokowej. Jednak objętość istoty szarej została zmniejszona nawet o 25% w pierwotnej korze wzrokowej. Atrofia istoty szarej , ciał neuronów, jest prawdopodobnie spowodowana jej powiązaniem z przewodem wzrokowym. Ponieważ oczy nie otrzymują już informacji wzrokowych, nieużywanie połączonego przewodu wzrokowego powoduje utratę objętości istoty szarej w pierwotnej korze wzrokowej. Uważa się, że istota biała zanika w ten sam sposób, chociaż pierwotna kora wzrokowa jest mniej dotknięta.
Na przykład osoby niewidome wykazują zwiększoną wrażliwość percepcyjną i uważną na identyfikację różnych bodźców słuchowych, w tym dźwięków mowy. Przestrzenna detekcja dźwięku może zostać przerwana u osób wcześnie niewidomych poprzez wywołanie wirtualnego uszkodzenia w korze wzrokowej za pomocą przezczaszkowej stymulacji magnetycznej .
Kora somatosensoryczna jest również w stanie zaangażować korę wzrokową do pomocy w odczuwaniu dotyku. Plastyczność międzymodalna przerabia strukturę sieciową mózgu , prowadząc do zwiększenia połączeń między korą somatosensoryczną i wzrokową. Co więcej, kora somatosensoryczna działa jako ośrodek połączeń nerwowych w mózgu dla osób wcześnie niewidomych, ale nie dla osób widzących. Dzięki tej międzymodalnej sieci osoby wcześnie niewidome mogą reagować na bodźce dotykowe z większą szybkością i dokładnością, ponieważ mają więcej ścieżek neuronowych do pracy. Jednym z elementów systemu wzrokowego, który kora somatosensoryczna może rekrutować, jest strumień grzbietowo-wzrokowy . Strumień grzbietowy jest używany przez widzących do wizualnej identyfikacji informacji przestrzennych, ale wcześni niewidomi używają go podczas dotykowego czucia obiektów 3D. Jednak zarówno widzący, jak i niewidomi uczestnicy używali strumienia grzbietowego do przetwarzania informacji przestrzennych, co sugeruje, że krzyżowa plastyczność modalna u niewidomych przekierowała grzbietowy strumień wzrokowy, aby działał ze zmysłem dotyku, zamiast zmieniać ogólną funkcję strumienia .
Doświadcz uzależnienia
Istnieją dowody na to, że stopień plastyczności krzyżowo-modalnej między korą somatosensoryczną i wzrokową jest zależny od doświadczenia. W badaniu z użyciem dotykowych urządzeń językowych do przekazywania informacji przestrzennych osoby wcześnie niewidome były w stanie wykazać aktywację kory wzrokowej po 1 tygodniu treningu z urządzeniem. Chociaż na początku nie było połączeń międzymodalnych, osoby wcześnie niewidome były w stanie rozwinąć połączenia między korą somatosensoryczną i wzrokową, podczas gdy osoby widzące nie były w stanie tego zrobić. Osoby z wczesną lub wrodzoną niewidomością mają silniejsze połączenia międzymodalne, im wcześniej zaczęły uczyć się alfabetu Braille'a . Wcześniejszy start pozwala na stworzenie silniejszych więzi, ponieważ wcześnie niewidome dzieci muszą dorastać, używając zmysłu dotyku do czytania zamiast wzroku. Być może z powodu tych krzyżowych połączeń modalnych badania sensoryczne wykazały, że osoby niewidome od urodzenia i biegle czytające alfabet Braille'a postrzegają dotykiem szybciej niż inne. Ponadto dotykowa ostrość przestrzenna jest zwiększona w przypadku ślepoty, a poprawa ta zależy od doświadczenia.
Plastyczność głuchoniemych
Plastyczność międzymodalna może również wystąpić u osób niesłyszących przed językiem . Badanie funkcjonalnego rezonansu magnetycznego ( fMRI ) wykazało, że niesłyszący uczestnicy używają pierwszorzędowej kory słuchowej, jak również kory wzrokowej, gdy obserwują język migowy . Chociaż kora słuchowa nie otrzymuje już danych wejściowych z uszu , osoby niesłyszące mogą nadal wykorzystywać określone obszary kory mózgowej do przetwarzania bodźców wzrokowych. Wydaje się, że podstawowe zdolności sensoryczne, takie jak rozróżnianie jasności, wrażliwość na kontrast wizualny, progi rozróżniania czasowego, rozdzielczość czasowa i progi rozróżniania kierunków ruchu, nie zmieniają się wraz z utratą modalności, takiej jak słuch. Jednak zadania przetwarzania wyższego poziomu mogą podlegać zmianom kompensacyjnym. W przypadku deprywacji słuchowej niektóre z tych kompensacji wydają się wpływać na przetwarzanie peryferii wzrokowych i wykrywanie ruchu w widzeniu peryferyjnym.
Osobom niesłyszącym brakuje bodźców słuchowych , więc zamiast tego kora słuchowa jest wykorzystywana do pomocy w przetwarzaniu wizualnym i językowym. Aktywacje słuchowe wydają się być również zależne od uwagi u osób niesłyszących. Jednak proces uwagi wzrokowej u osób niesłyszących nie różni się znacząco od procesu u osób słyszących. Silniejsze aktywacje kory słuchowej podczas obserwacji wzrokowej występują, gdy osoby niesłyszące zwracają uwagę na bodziec wzrokowy, a aktywacje są słabsze, gdy bodziec nie znajduje się w bezpośredniej linii wzroku. Jedno z badań wykazało, że niesłyszący uczestnicy przetwarzają obwodowe bodźce wzrokowe szybciej niż osoby słyszące. Głuchota wydaje się zwiększać uwagę przestrzenną w peryferyjnym polu widzenia, ale nie w centralnym. Wydaje się zatem, że mózg kompensuje utratę słuchu w swoim układzie wzrokowym, zwiększając zasoby uwagi pola peryferyjnego; jednak mogą ucierpieć centralne zasoby wizualne.
Ulepszenia zwykle ograniczają się do obszarów w mózgu poświęconych zarówno bodźcom słuchowym, jak i wzrokowym, a nie tylko przepisaniu obszarów dedykowanych dźwiękowi na obszary wizualne. Ulepszenia wizualne wydają się być szczególnie skoncentrowane w obszarach mózgu, które normalnie przetwarzają konwergencję z bodźcami słuchowymi. Jest to szczególnie widoczne w badaniach pokazujących zmiany w tylnej korze ciemieniowej osób głuchych, która jest zarówno jednym z głównych ośrodków uwagi wzrokowej, jak i obszarem znanym z integrowania informacji z różnych zmysłów.
Ostatnie badania wskazują, że w zadaniach wymagających uwagi, takich jak śledzenie obiektów i liczenie, osoby niesłyszące nie radzą sobie lepiej niż osoby słyszące. Nadal obserwuje się poprawę przetwarzania wzrokowego, nawet gdy osoba niesłysząca nie zwraca uwagi na bezpośredni bodziec. Badanie opublikowane w 2011 roku wykazało, że osoby głuche od urodzenia miały znacznie większe obszary obręczy nerwowo-siatkówkowej niż osoby słyszące, co sugeruje, że osoby głuche mogą mieć większe stężenie komórek zwojowych siatkówki .
Język migowy
Osoby niesłyszące często używają języka migowego jako środka komunikacji. Jednak sam język migowy nie wydaje się znacząco zmieniać organizacji mózgu. W rzeczywistości z neuroobrazowania i elektrofizjologii badające zmiany funkcjonalne w drogach wzrokowych, a także badania na zwierzętach dotyczące deprywacji sensorycznej wykazały, że poprawa uwagi peryferyjnego przetwarzania wzrokowego stwierdzona u osób niesłyszących nie występuje u słyszących osób podpisujących.
Peryferyjne zmiany wizualne są widoczne we wszystkich formach osób niesłyszących – migowych, komunikujących się ustnie itp. Z drugiej strony, porównawcze fMRI osób słyszących i słyszących wcześnie migujących wykazują porównywalną aktywację obwodową. Poprawy uwagi peryferyjnego przetwarzania wzrokowego u osób niesłyszących nie stwierdzono u osób słyszących migowych. Dlatego jest mało prawdopodobne, aby migotanie powodowało neurologiczne różnice w uwadze wzrokowej.
Implanty ślimakowe
Innym sposobem na zobaczenie krzyżowej plastyczności modalnej u osób niesłyszących jest przyjrzenie się skutkom instalacji implantów ślimakowych . W przypadku osób, które utraciły słuch przedjęzykowy , plastyczność międzymodalna zakłócała ich zdolność przetwarzania języka za pomocą implantu ślimakowego. W przypadku głuchoniemych przedjęzykowych kora słuchowa została przekształcona, aby radzić sobie z informacjami wizualnymi, więc nie radzi sobie tak dobrze z nowymi bodźcami sensorycznymi, które zapewnia implant. Jednak w przypadku osób niesłyszących postlingwistycznie ich doświadczenie z wizualnymi wskazówkami, takimi jak czytanie z ruchu warg , może pomóc im lepiej rozumieć mowę wraz z pomocą implantu ślimakowego. Osoby niesłyszące postjęzykowo nie mają tak dużej rekrutacji kory słuchowej jak osoby głuche wczesnogłuche, więc radzą sobie lepiej z implantami ślimakowymi. Stwierdzono również, że kora wzrokowa była aktywowana tylko wtedy, gdy odbierane dźwięki miały potencjalne znaczenie. Na przykład kora wzrokowa aktywowała się dla słów, ale nie dla samogłosek. Ta aktywacja jest kolejnym dowodem na to, że plastyczność międzymodalna jest zależna od uwagi.
Plastyczność po ubytku węchu lub przycięciu wąsów
Plastyczność międzymodalna może być wzajemnie indukowana między dwiema modalnościami sensorycznymi. Na przykład pozbawienie funkcji węchowych reguluje w górę czucie dotykowe wąsów, az drugiej strony przycinanie wąsów reguluje w górę funkcję węchową. Jeśli chodzi o mechanizmy komórkowe, skoordynowana plastyczność między korowymi neuronami pobudzającymi i hamującymi jest związana z regulacją w górę zachowań czuciowych.