Pod pojmem neuroplasticita si lze představit veškeré funkční a strukturální změny v mozku, zraková neuroplasticita potom zahrnuje soubor těchto změn v rámci zrakové kůry. Jedná se o velmi přehlížené téma, které by však mohlo od základu změnit pohled na zrakovou terapii.
Možnost vyvolat neuroplastické změny ve zrakové kůře by nám mohla pomoci k nejlepšímu řešení amblyopického stavu oka, ale i jiných zrakových poruch. Tento článek má za úkol stručně seznámit s tematikou zrakové neuroplasticity, o které pojednává rovněž má bakalářská práce [1], jenž je rešeršním přehledem důležitých výzkumných aktivit a dosavadních poznatků v této oblasti.
V mládí je mozek velmi plasticky způsobilý; tato jeho schopnost přetrvává až do dospělosti a v určité míře je zachována až do stáří. Velikost neuroplasticity je velkou měrou podmíněna využíváním mozku. V dospělosti mozek prodělává podstatné změny v uspořádání, učí se a zanechává si notnou tvárnost, která reflektuje přicházející stimuly. Schopnost přizpůsobit se změnám v neuronálních okruzích a jejich opravě při poškození si mozek udržuje až do stáří. O tomto chování podávají důkaz analýzy mozků osob, které se dožily pokročilého věku a nedošlo u nich k jakýmkoli závažným změnám v možnostech pohybu, při zpracování informací, získávání poznatků a v procesech chápání. Výzkumem bylo potvrzeno, že velmi významnou roli hraje kognitivně stimulující prostředí a míra mentální činnosti, které se člověk věnuje [1].
Neuroplasticita zrakové kůry
Zraková kůra dospělých vykazuje určité projevy plasticity, jimiž jsou percepční učení a adaptace, na které má však značný vliv také pozornost. Neuroplastické změny jsou výsledkem souhry několika mechanizmů, jež zahrnují GABAergický systém, epigenetické faktory, reakce mitochondrií a strukturální přetváření synaptických spojů [1].
Projevy plasticity ve zrakové kůře
K hlavním projevům zrakové neuroplasticity se řadí percepční učení, což je proces, kdy opakované nacvičování náročného vizuálního úkolu vede k významnému a trvalému zlepšování vizuálního výkonu za určitý čas. Tyto účinky na zrakovou kůru byly potvrzeny rovněž u dospělých jedinců [1]. Ve studii Schwartz a kol. [2] byla ke zhodnocení projevů této plasticity měřena nervová aktivita pacientů poté, co byli usilovně trénováni ve vizuálním úkolu, jako je např. rozpoznávání struktur a orientace při detekování stimulů.
Percepční učení těsně souvisí s pozorností. Pozornost je nepostradatelná pro utvrzování paměťových stop a v podstatě všech ostatních forem učení. Jedním z cílů učení je uvolnění pozornosti, načež dochází k jeho automatizaci. Systém pozornosti má také funkci vybírat relevantní informace a odfiltrovávat ty irelevantní při zpracování vizuální scény. Zrakový systém upravuje obraz ze sítnice tak, aby co nejvíce zvyšoval jeho užitečnost pro jedince, často tak vznikají vjemy, které neodpovídají skutečnosti, jelikož tento systém neposkytuje kopii vnějšího světa, ale optimalizuje zdroje zpracování. Pozornost je pak příkladem této percepční optimalizace.
Dalším projevem zrakové neoroplasticity je adaptace. Pozorování určitého vzoru či obrazce zpravidla snižuje citlivost při jeho vnímání a může vést také ke zkreslení vzhledu podobných vzorů. Adaptace může být krátkodobá (běžná) a dlouhodobá. Krátkodobá adaptace vzniká při krátkých expozicích (od milisekund po minuty) a jako klasický příklad je uváděna adaptace na světlo. Tato změna je však tak rychlá, že strukturální plasticitu nelze v tomto případě objasnit. V případě dlouhodobé adaptace může být kauzální účinek trvalý a změny mohou být určeny strukturální plasticitou, jež nastává po procesech učení. Vyskytuje se během delších časových úseků (od hodin po týdny nebo dokonce roky). Dlouhodobá adaptace byla popsána pro barevné vidění, vnímání zkreslení (rozmazání) a kontrastní citlivost. Konkrétní příklad pro dlouhodobou adaptaci u barevného vidění nastane odstraněním stárnoucí krystalické čočky při operaci katarakty. Barevné vjemy jsou poté naprosto změněny a trvá velmi dlouho, někdy i několik měsíců po operaci, než si na ně pacient přivykne [1].
Typy zrakové neuroplasticity
Z biologického hlediska jsou rozlišovány dva typy neuroplasticity ve zrakovém systému, a to synaptická (funkční) a strukturální. Ačkoli jejich hranice nejsou zcela formulovány, jako synaptická plasticita jsou označovány změny v aktivitě synapsí, které způsobují odlišnosti v synaptické účinnosti a chování. Strukturální plasticita zahrnuje změny v neuronální morfologii (axony a dendrity), supresi, genezi nových neuronů, neuritů a vytváření synapsí [1].
Zraková plasticita u amblyopických dospělých
Amblyopie je klinicky definována jako snížená zraková ostrost navzdory optimální korekci bez přítomnosti přetrvávající oční patologie. Může postihovat jedno nebo obě oči. Vzniká kvůli narušení normálního zrakového vývoje v dětství a doprovází ji jeden nebo více známých amblyogenních faktorů, jako jsou strabizmus, anizometropie nebo katarakta [1, 3].
Neuroplastické změny mozku se mohou objevit v jakémkoli věku, avšak s jinou časovou dotací a různým stupněm úspěchu. Uvádí se, že zraková neuroplasticita je nejvyšší v první dekádě života, a proto má v tomto období terapie amblyopie největší účinnost. Amblyopie u dospělých byla obecně brána jako trvalý stav během pacientova života, avšak existuje řada studií, které toto tvrzení vyvracejí [1, 4].
Amblyopii lze také interpretovat jako následek nedostatku normální plasticity. Vizuální kortikální převaha lepšího oka vede k odpovídající vizuální deprivaci amblyopického oka. Při vývoji mozku dochází ke zrání intrakortikálních inhibičních obvodů, což způsobuje ukončení plasticity pro oční dominanci ve vizuálním systému. V souladu s touto představou je možné u dospělých jedinců zrakovou neuroplasticitu obnovit snížením úrovně této inhibice [1]. To bylo popsáno ve studii Mayi-Vetencourta a kol. [5], kde farmakologickým snížením inhibičního přenosu byla úspěšně obnovena plasticita oční dominance u dospělých. Intrakortikální inhibiční obvody jsou tedy klíčové při určování limitů kortikální plasticity [1].
Bylo zjištěno, že zraková ostrost může být u amblyopických dospělých také zlepšena opakovaným cvičením náročného percepčního úkonu. Jelikož zdokonalení vizuální funkce přetrvávalo i po cvičení, pádem percepční učení nebylo jen dočasnou adaptací, což potvrzuje přítomnost kortikální zrakové plasticity [1].
Zraková terapie
Aktivní vizuální trénink a rehabilitace u pacienta způsobují tvorbu nových nervových drah v primární a sekundární zrakové kůře. Bylo objeveno, že mnohem větší vliv na rekonvalescenci očního patologického stavu má pacientova pozornost, se kterou úkol vykonává, než pouze jeho věk.
Cílem zrakové terapie je zlepšovat kvalitu pacientova života. Zkoumané přístupy na podporu zrakové plasticity se zhruba dělí do dvou hlavních oblastí: na tréninkem vyvolané učení a farmakologické stimulace. Samostatně však jsou využívány i jejich kombinace k léčbě amblyopie u dospělých [1].
Farmakologické stimulace
Mezi stimulanty neuroplasticity se řadí látky jako citalopram, sulpirid, nimodipin, haloperidol a dále látky, které působí na dopaminergní systém, glutamátový systém, adrenergní systém a GABA receptory (memantin, abektofen, diazepan) [1].
Při experimentální terapii dospělých amblyopů byla využívána tato farmaka: Cognizin a Prozac. Cognizin aktivuje reparaci kognitivních funkcí u stavů po centrálních mozkových příhodách, u neurogenerativních onemocnění a dalších věkem podmíněných změn. Prozac snižuje intrakortikální inhibice a stimuluje tvorbu nových synapsí zvýšenou produkcí neurotropického faktoru [6].
Zrakový trénink
Ke konkrétním příkladům zrakového tréninku zacíleného především na percepční učení patří cvičení na Campbellově zrakovém simulátoru (CAM). Při tomto cvičení je zdravé oko zakryto okluzí a amblyopické oko je zapojeno do tréninku. Jedná se o sledování pomalu rotujících terčů s černobílými pruhy nebo šachovnicemi s velmi vysokým kontrastem po dobu 7 minut. Vedle profilu podnětu je značně důležitá i jeho intenzita. Terapie je založena na opakující se stimulaci jednoduchými zrakovými podněty, které jsou zacíleny na neurální struktury, zpracovávající nevědomé rozdělování textur obrazu. Cvičení by mělo mít pozitivní vliv na centrální fixaci, kontrastní citlivost a zrakovou ostrost amblyopického oka [7, 8].
V poslední době lze přiřadit ke zrakovému tréninku i hraní videoher. Bylo potvrzeno, že vyvolávají kortikální plasticitu a zlepšují prostorové vidění u amblyopických dospělých [1, 9]. U akčních videoher je předpoklad, že se vidění zlepší zapojením mechanizmů pozornosti. Jiný přístup byl zvolen ve speciálně vyvinuté verzi videohry Tetris, která vyžaduje spolupráci obou očí, avšak stále se zaměřuje na léčbu amblyopie. Každému oku je promítán stejný obraz pouze s rozdílným kontrastem, zdravému oku se sníženým a amblyopickému se zvýšeným. Po hraní této hry jednu hodinu každý den po dobu dvou týdnů vykazovali jedinci podstatně větší zlepšení zrakové ostrosti a stereopse, než když bylo trénováno pouze amblyopické oko při úplné okluzi oka s lepším vizem [3].
Závěr
Závěrem bych chtěla podotknout, že zkoumání zrakové neuroplasticity by mohlo vést k obrovským úspěchům v léčbě očních onemocnění a ve vizuální terapii. Při správném porozumění aktivaci či inhibici plastických změn ve zrakovém systému bychom byli schopni vytvořit dokonalý trénink pro různé zrakové poruchy, nebo nově vyvinutou farmakologickou stimulací dosáhnout podobně dobrých výsledků.
Literatura:
[1] JEŘÁBKOVÁ, L. Neuroplasticita zrakových center. Olomouc, 2020. Bakalářská práce. Univerzita Palackého v Olomouci. Vedoucí práce RNDr. Mgr. František Pluháček, Ph.D.
[2] SCHWARTZ, S.; MAQUET, P.; FRITH, C. Neural correlates of perceptual learning: A functional MRI study of visual texture discrimination. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 99, 2002, No. 26, pp. 17137–17142, doi: 10.1073/pnas.242414599.
[3] SENGPIEL, F. Plasticity of the Visual Cortex and Treatment of Amblyopia. Current Biology, vol. 24, 2014, No. 18, pp. 936–940, doi: 10.1016/j.cub.2014.05.063.
[4] MUNDKUR, N. Neuroplasticity in children. The Indian Journal of Pediatrics, vol. 72, 2005, No. 10, pp. 855–857, doi: 10.1007/BF02731115.
[5] MAYA-VETENCOURT, J. F.; ORIGLIA, N. Visual Cortex Plasticity: A Complex Interplay of Genetic and Environmental Influences. Neural Plasticity, vol. 2012, 2012, pp. 1–14, doi: 10.1155/2012/631965.
[6] DOSTÁLEK, M., KRBV pleoptika II.: rozvoj tupozrakého oka. Brno, 2020. Přednáška. Masarykova Univerzita.
[7] DOSTÁLEK, M.; AUTRATA, R.; BETLACHOVÁ P.; KREJČÍŘOVÁ, I. CAM a kam dál? Folia strabologica et neuroohthamologica: IV. – Trendy v dětské oftalmologii a strabologii. Litomyšl: Supplementum I, 2014, s. 18–20. ISSN 1213-1032.
[8] HROMÁDKOVÁ, L. Šilhání. Vyd. 3., nezměn. Brno: Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů, 2011. ISBN 978-80-7013-530-3.
[9] LI, R. W.; NGO, C.; NGUYEN, J.; LEVI, D. M.; FAHLE, M. Video-Game Play Induces Plasticity in the Visual System of Adults with Amblyopia. PLoS Biology, vol. 9, 2011, No. 8, doi: 10.1371/journal.pbio.1001135.
Bc. Lucie Jeřábková
katedra optiky, Přírodovědecká fakulta
Univerzity Palackého v Olomouci
foto: Mgr. Anastasia Litvintseva, Oční centrum, s.r.o., Šternberk