Funktionelle Plastizität

Neuronale Plastizität ist eine weit verbreitete Definition, um die Fähigkeit des neuronalen Systems zu adressieren, seine Struktur und Funktion als Reaktion auf verschiedene Reize von Veränderungen in der Außenwelt sowie von Modifikationen der ZNS-Mikroumgebung oder Funktionalität zu modifizieren (Macchi und Molinari, 1989). Sporadische Hinweise auf die Fähigkeit des adulten ZNS, seine Struktur zu verändern, finden sich sehr früh zu Beginn der Geschichte der Neurowissenschaften (De Felipe und Jones, 1991). Nichtsdestotrotz entwickelte sich erst in den 1970er Jahren ein Konsens darüber, dass die strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns nach dem Ende der Entwicklung nicht festgelegt ist, wie Cajal zu Beginn dieses Jahrhunderts feststellte (Jones, 2004). Heutzutage ist bekannt, dass sich die Konnektivität des Gehirns kontinuierlich anpasst, angetrieben durch hochgradig interagierende funktionelle und strukturelle Veränderungen (Jones, 2004; Montag und Castillo, 2017). Von besonderem Interesse für die Schlaganfallrehabilitation ist das Konzept der funktionellen oder aktivitätsbezogenen Plastizität (Cesa und Strata, 2007; Svensson et al., 2014). Insbesondere basieren alle erfahrungsabhängigen Anpassungen der Gehirnfunktion auf synaptischen plastischen Veränderungen. Diese Änderungen können sich auf die Organisation von Mikroschaltungen sowie auf Fernverbindungen auswirken, an denen sowohl präsynaptische als auch postsynaptische Aktivitäten beteiligt sind (Monday und Castillo, 2017). Nach einem Schlaganfall interagieren Aktivitätsänderungen mit denen, die durch Läsionen hervorgerufen werden, möglicherweise in einem hochsensiblen Milieu, und beeinflussen eine wesentliche Neuorganisation der verschonten Bereiche und Wege. Insgesamt ist diese Reorganisation oft mit einer begrenzten, spontanen Wiederherstellung der Funktion verbunden, und die Rehabilitationsaktivitäten zielen darauf ab, die adaptive und maladaptive Neuverkabelung von Schaltkreisen zu unterstützen (Alia et al., 2017).Die häufigste und allgemein anerkannte Beeinträchtigung durch Schlaganfall ist eine motorische Beeinträchtigung, die als Verlust oder Einschränkung der Funktion der Muskelkontrolle oder Bewegung oder als Einschränkung der Mobilität angesehen werden kann (Wade, 1992). Motorische Beeinträchtigung nach Schlaganfall beeinflusst typischerweise die Kontrolle der Bewegung von Arm und Bein einer Körperseite (Warlow et al., 2008) und betrifft etwa 80% der Patienten. Daher liegt ein Großteil des Fokus der Schlaganfallrehabilitation und insbesondere der Arbeit von Physiotherapeuten auf der Wiederherstellung von Bewegungsstörungen und den damit verbundenen Funktionen.

Die motorische Erholung nach einem Schlaganfall ist komplex und verwirrend. Es wurden viele Interventionen entwickelt, um die motorische Erholung (und die damit verbundenen Funktionen) zu unterstützen, und es wurden viele randomisierte kontrollierte Studien und systematische Überprüfungen durchgeführt (Sandercock et al., 2009), obwohl die meisten Studien klein waren und einige Designbeschränkungen aufwiesen. Die Constraint-induzierte Bewegungstherapie (CIMT) hat sich beispielsweise als vielversprechende Intervention bei subakutem und chronischem Schlaganfall herausgestellt (Kitago et al., 2012). Bei der CIMT wird der nicht betroffene Arm für die meisten wachen Stunden zurückgehalten, während der betroffene Arm aufgabenbasiert trainiert wird. Die Mechanismen, die der mit CIMT beobachteten funktionellen Verbesserung zugrunde liegen, sind weder auf neuronaler noch auf Verhaltensebene gut verstanden. Die funktionelle Verbesserung des betroffenen Arms nach CIMT bei Patienten mit chronischem Schlaganfall scheint eher durch kompensatorische Strategien als durch eine Abnahme der Beeinträchtigung oder Rückkehr zu einer normaleren motorischen Kontrolle vermittelt zu werden.Es wurde eine breite Palette von Strategien und Geräten entwickelt, um die motorische Erholung zu fördern, indem die Fähigkeit des Gehirns genutzt wird, seine neuronalen Netze nach einer Verletzung neu zu organisieren.Direkte Beweise dafür, dass benachbarte Regionen des Kortex nach einer Verletzung stellvertretend funktionieren könnten, lassen sich auf Studien in der Mitte des 20.Jahrhunderts zurückführen (Glees und Cole 1949). Affen wurden fokalen Verletzungen der Daumenregion ausgesetzt. Wenn Gehirne nach der Verhaltenswiederherstellung neu zugeordnet wurden, erschien der Daumenbereich im angrenzenden kortikalen Gebiet wieder. Etwas andere Befunde wurden jedoch von Nudo et al. in den 1990er Jahren. Kleine, subtotale Läsionen wurden in einem Teil des distalen Vorderglieds (DFL) bei Totenkopfäffchen gemacht, und die Tiere durften sich spontan (d. H. Ohne den Vorteil eines Rehabilitationstrainings) für mehrere Wochen erholen. Im Gegensatz zu früheren Befunden wurde die verbleibende DFL verkleinert, was zu erweiterten proximalen Darstellungen führte (Nudo und Milliken, 1996). Bei Tieren, die mit der beeinträchtigten Extremität rehabilitiert wurden, blieb die DFL jedoch erhalten oder erweitert (Nudo und Milliken, 1996).

Darüber hinaus wird die Bedeutung von Belastungsmerkmalen bei der Bestimmung nützlicher oder schädlicher Wirkungen durch Studien zur Dystonie (Guehl et al., 2009). Experimentelle Übungen, die durch eine schnelle Umkehrung der Agonisten–Antagonisten-Muskeln gekennzeichnet sind, basierend auf stereotypen Bewegungen mit stressiger Endbereichsbewegung, die eine Hautstimulation über breite Oberflächen induzieren, induzieren Dystonie in Tiermodellen (Byl et al., 1996). Zusammen mit experimentellen Daten ist es eine anerkannte klinische Tatsache, dass präzise repetitive Verhaltensweisen, die fast übereinstimmende Inputs und Outputs beinhalten, am anfälligsten für die Entwicklung einer aufgabenspezifischen Dystonie sind (Breakefield et al., 2008; Torres-Russotto und Perlmutter, 2008). Interessanterweise bot das Wissen über den Mechanismus, der die Dystonie aufrechterhält, auch die Möglichkeit, eine spezifische wirksame Behandlung zu entwickeln, die auf der Störung der Inputs und Outputs insgesamt sowie der streng auferlegten Synergien basiert. So wurde eine sensorisch-motorische Returntherapie für fokale aufgabenspezifische Dystonie getestet. Die Übung basiert auf einstelligen Bewegungen mit Immobilisierung der anderen Ziffern, auf umfangreicher Praxis dystonischer Ziffern und in Koordination mit anderen Ziffern (Candia et al., 2002). Diese Übungen induzieren motorische Veränderungen, die mit neurophysiologischen Veränderungen auf kortikaler und Netzwerkebene verbunden sind (Tinazzi et al., 2003; Coynel et al., 2009).

Dystonie ist somit ein gutes Beispiel dafür, wie Bewegung die Reorganisation von Gehirnkreisläufen vorantreiben kann. Wie bei der Dystonie muss betont werden, dass ein besseres Verständnis dieses plastischen Umbaus von entscheidender Bedeutung ist, um effektivere Strategien für die Schlaganfallrehabilitation zu entwickeln und mögliche Fehlanpassungsreaktionen zu vermeiden. Dies ist ein ziemlich kritischer Aspekt; In der Tat wird allgemein angenommen, dass feste wiederholte motorische Muster bei hohen möglichen Stärken das Ziel einer effektiven aufgabenorientierten Übung sind. Des Weiteren, Es wird allgemein berichtet, dass eine größere Intensität der Praxis im Allgemeinen mit verbesserten funktionellen Ergebnissen verbunden ist, die nicht mit der Art der Behandlung zusammenhängen. Auf der anderen Seite verstärken Beweise aus klinischen Rehabilitationsstudien die Idee, dass die Behandlung unter Berücksichtigung der Probleme und Vorlieben der einzelnen Patienten personalisiert werden sollte (Rodgers und Price, 2017).

Bei dieser Suche nach personalisierten Rehabilitationsansätzen fehlen uns immer noch Hinweise, um unsere Interventionen zu lenken, und Pragmatismus dominiert.

Einige Leitlichter können aus einem besseren Verständnis der Poststroke-Reorganisation der Konnektivität abgeleitet werden (Dijkhuizen et al., 2014). Fortschritte in den computergestützten Neurowissenschaften und bildgebenden Verfahren des Gehirns haben maßgeblich dazu beigetragen, die Überwachung von In-vivo-Konnektivitätsänderungen zu ermöglichen (Bullmore und Sporns, 2009; Stam, 2014). Insbesondere die Anwendung von graphentheoretisch abgeleiteten Ansätzen ist sehr effektiv beim Nachweis von Änderungen auf Organisations- und Systemebene nach Schlaganfall. Zu den beobachteten Konnektivitätsänderungen gehören (i) eine veränderte interhemisphärische Konnektivität, (ii) eine kritische Abweichung von der effizienten Verarbeitung getrennter und integrierter Informationen (unterstützt durch die sogenannte optimale Netzwerk- „Small-World“ -Topologie) und (iii) eine abnormale Regionenzentralität in der ipsiläsionalen und kontraläsionalen Hemisphäre (De Vico Fallani et al., 2013; Rehme und Grefkes, 2013). Somit wird die Topologie der Gehirninteraktionen sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene durch Schlaganfall beeinflusst. Darüber hinaus bieten moderne Signalverarbeitungstechniken verschiedene Indizes, deren Gültigkeit als Indikatoren für die funktionelle Kopplung zwischen verschiedenen Bereichen derzeit in der Testphase an Menschen und Tiermodellen des Schlaganfalls ist (Alia et al., 2017). Konnektivitätsänderungen nach Schlaganfall sind häufig mit einer Erholung verbunden (Wu et al., 2015); Dennoch sollte auch berücksichtigt werden, dass Netzwerkänderungen nach dem Schlaganfall schlecht angepasst sein können (Taub et al., 2002). In Anbetracht der Variabilität von Netzwerkänderungen, der Bedeutung der funktionellen Plastizität bei der Beeinflussung der Konnektivität sowie der engen Verbindung zwischen Gehirnorganisation und funktioneller Erholung ist der Bedarf an Indizes, die Konnektivitätsänderungen überwachen können, von entscheidender Bedeutung. Solche Indikatoren würden dazu beitragen, die synaptische Reorganisation und Plastizität auf Systemebene in Bezug auf die Erholung nach einem Schlaganfall zu bewerten und dabei zu helfen, maladaptive vs. adaptive Mechanismen sowie effektivere vs. weniger wirksame Therapien zu entwirren (Saleh et al., 2017).