SiNAPSA, četrtek, 28. oktober 2021

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

(Ne)socialni možgani – zrcalni nevroni pri nevroloških in nevrodegenerativnih boleznih

Ines Žabkar

Z vprašanjem, kaj dela človeka socialno bitje, se znanstveniki ukvarjajo že od začetka raziskovanja človeških možganov. Velik del dražljajev, ki vplivajo na aktivacijo naših nevronov, predstavljajo dražljaji, ki jih ustvarjajo drugi ljudje, bodisi v obliki gibov, govora, nebesednega komuniciranja ali izražanja čustev. Za preživetje je ključno razumevanje dejanj in namer drugih, kar predstavlja tudi osnovo organiziranja v skupnost in družbo. V vse naštete mehanizme je vključen sistem zrcalnih nevronov.

Zrcalni nevroni so živčne celice, v katerih beležimo aktivnost, ko posameznik izvaja specifične gibe ali že zgolj, ko izvajanje gibov opazuje. Prvič so jih odkrili pri opicah vrste makaki v možganski regiji F5, ki je v človeških možganih ekvivalentna premotorični skorji. Pri ljudeh jih najdemo tudi v primarni motorični skorji in spodnjem delu temenskega režnja 1 2. Poleg motoričnega učenja so vključeni še v kognitivne procese, Brocovo področje skorje, ki sodeluje pri tvorjenju govora, pa v sklopu mreže zrcalnih nevronov pomeni povezavo med izvajanjem aktivnosti in komuniciranjem, torej aktivnim izvajalcem in opazovalcem 3.

Zrcalni nevroni nam omogočajo, da sočustvujemo z bolečino drugih. Bolečino, ki jo doživlja druga oseba, lahko doživimo prav tako močno, kot bi jo doživljali sami, to pa predstavlja osnovo sočutja. Z vživljanjem v misli drugih se lahko istovetimo z vsakim posameznikom, ki ga opazujemo, poslušamo ali o njem beremo 2. Opazovanje dejanj drugih nam omogočajo podlago za učenje s posnemanjem in tako preprost prenos znanja. Prav skupek teh mehanizmov naj bi predstavljal gonilo razvoja civilizacije in kulture, kot jo poznamo danes, saj nam omogoča bolje razumeti in hkrati deliti ideje ljudi okoli nas, kar pa je ključno za povezovanje v skupnost 1 2 .

Ljudje z okvarami zrcalnih nevronov – fenomen »zlomljenega zrcala«

Normalni posamezniki se lahko bolj ali manj istovetijo z vsemi ljudmi, tako neznanimi kot znanimi, istovetenje pa v njih aktivira tista področja zrcalnega sistema, ki odgovarjajo zaznanemu delovanju opazovanih ljudi. Za bolnike z avtizmom obstaja domneva, da je razvoj motnje posledica nepravilnega ali nezadostnega delovanja zrcalnih nevronov. To domnevo so poskušali empirično preveriti tako, da so zdravim ljudem in bolnikom z avtizmom z uporabo funkcionalne magnetne resonance (angl. functional magnetic resonance imaging, fMRI) merili aktivnost v posameznih delih možganov, medtem ko so ti izvajali določeno nalogo ali pa so pri tem le opazovali nekoga drugega 4.

Pri zdravih opazovancih so zaznali podobno aktivnost možganov tako pri izvajanju kot tudi pri opazovanju opravila, kar je značilnost zrcalnih nevronov. Pri bolnikih z avtizmom pa te podobnosti v možganski aktivnosti pri opazovanju ni bilo oz. je bila aktivnost zrcalnih nevronov v manjši meri zaznana samo pri opazovanju poznanih ljudi. Prav nezmožnost aktivacije zrcalnih nevronov, ki omogočajo sočutje oziroma vživljanje v občutja drugih, znanstveniki predstavljajo kot eno izmed teorij, zakaj avtisti ne morejo učinkovito delovati v družbi 4 5.

Nevrodegeneracija, mreža zrcalnih nevronov in vključevanje v družbo

Opazovanje gibov lahko vpliva na namerne gibe z vzpostavitvijo »konflikta« med opazovanimi in namernimi gibi zaradi hkratne aktivacije skupnih regij, kar je sicer opazno tudi pri nekaterih zdravih posameznikih, vendar je prekrivanje večje pri bolnikih s Parkinsonovo boleznijo. Mreža zrcalnih nevronov je pri Parkinsonovi bolezni poškodovana, vendar njihova hiperaktivnost podpira motorične in kognitivne funkcije v zgodnjih fazah poteka bolezni. Nedavne raziskave so pokazale povezave bazalnih ganglijev (natančneje subtalamičnega jedra) z zrcalnimi nevroni, saj se je aktivnost v njih pri opazovanju gibov zmanjšala primerljivo z zmanjšano aktivnostjo pri izvajanju gibov 2 6 7. V nalogi prepoznavanja čustev pri izrazih na obrazu so se v raziskavah bolniki s Parkinsonovo boleznijo izkazali povprečno slabše od zdravih preiskovancev, kar je sovpadalo z nižjo aktivnostjo fronto-parietalnih zrcalnih nevronov 8.

Pri bolnikih z Alzheimerjevo boleznijo so raziskave pokazale postopno znižano aktivnost anteriornih zrcalnih nevronov (fronto-temporalna področja) pri opazovanju gibov drugih. Kljub temu v zgodnji fazi možgani razvijejo kompenzatorne mehanizme, predvsem v obliki povečane aktivnosti v malih možganih, motnja pa se izrazi pred zmanjšano aktivnostjo predelov skorje, vključenih v izvajanju gibov. Ker je mreža zrcalnih nevronov vključena v govor in procesiranje jezika, senzomotorično in vizualno-prostorsko disfunkcijo pri Alzheimerjevi bolezni, so socialne sposobnosti bolnikov okrnjene 2 9 10.

Tudi pri razviti amiotrofični lateralni sklerozi in fronto-temporalni demenci naj bi patofiziologija vključevala tudi zrcalne nevrone, kar bi lahko razložilo težave z jezikom in intersubjektivnostjo 2.

Kaj nas o zrcalnih nevronih lahko naučijo nekateri terapevtski pristopi?

Ker se patofiziološki mehanizem avtizma razlikuje od s starostjo povezanih nevrodegenerativnih procesov, so tudi terapevtski pristopi nekoliko različni 9 10.

Možnosti terapije avtizma, ki vključujejo učenje neverbalne komunikacije, imitacije, motorične koordinacije, pozornosti in igro, preko »učenja« aktivacije zrcalnih nevronov povečajo aktivnost v fuziformnem girusu, prefrontalni skorji in posteriornem temporalnem sulkusu ter omogočajo boljše prepoznavanje čustev in odzivov ljudi 11.

Fizično aktivnost kot terapijo povezujejo z znižanim tveganjem za demenco in boljšo kognicijo pri prizadetih bolnikih. Gibalna terapija je povezana s stimulacijo predelov v frontalni skorji, ki so vključeni v senzorimotorične in kognitivne procese, kar bolniku omogoča boljšo zaznavo svojega telesa in povezavo med percepcijo sveta, kognicijo in dejanjem 9.

Kritika teorij zrcalnih nevronov

Ob njihovem odkritju so zrcalni nevroni kmalu postali eno najbolj perspektivnih področij nevroznanstvenega raziskovanja, vendar pa so v zadnjih letih naleteli na številne kritike in pomisleke. Zaključki raziskav zrcalnih nevronov so raznoliki, velik del pa je opravljen na podlagi nenatančno lokalizirajočih slikanj, ki jih je težko enoznačno interpretirati. Edini zanesljivi način lokalizacije je fMRI, ki pa je pokazal razlike pri bolnikih z avtizmom predvsem pri posnemanju čustvenih dražljajev in ne nasploh pri posnemanju, šlo naj bi torej za delno in ne za globalno okvaro sistema zrcalnih nevronov. Pregledne raziskave velik del vzroka nastanka avtizma pripisujejo kognitivnemu nadzoru od zgoraj navzdol, pri katerem sodelujejo deli prefrontalnega režnja 12. Parieto-frontalni zrcalni mehanizem vseeno ostaja edini, ki omogoča prvoosebno razumevanje motoričnih ciljev drugih »od znotraj« 13.

Kljub kritikam odpira raziskovanje zrcalnih nevronov številna vprašanja povezav in prekrivanja kognicije, percepcije in izvajanja gibov, ki smo jih pred odkritjem obravnavali kot ločene entitete. Z nadaljnjimi raziskavami bi lahko v prihodnosti morda odgovorili na marsikatera vprašanja glede mehanizma kliničnih manifestacij nevrodegenerativnih bolezni in možnosti terapije.

    ___
  1. Rizzolatti G., Craighero L. The mirror-neuron system. Annu. Rev.Neurosci. 2004; 27, 169–92. 

  2. Farina E, Borgnis F, Pozzo T. Mirror neurons and their relationship with neurodegenerative disorders. J Neurosci Res. 2020;98(6):1070–94. doi:10.1002/jnr.24579 

  3. Rizzolatti G, Arbib MA. Language within our grasp. Trends Neurosci. 1998;21(5):188–94. doi:10.1016/s0166-2236(98)01260-0 

  4. Ramachandran VS, Oberman LM. Broken mirrors. Scientific American. 2006 Nov 1;295(5):62–9. 

  5. Perkins T, Stokes M, McGillivray J, Bittar R. Mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders. J Clin Neurosci. 2010;17(10):1239–43. doi:10.1016/j.jocn.2010.01.026 

  6. Alegre, M., Guridi, J., & Artieda, J. The mirror system, theory of mind and Parkinson’s disease. Journal of the Neurological Sciences. 2011;310:194–6. 

  7. Pessiglione M, Czernecki V, Pillon B, Dubois B, Schüpbach M, Agid Y, Tremblay L. An effect of dopamine depletion on decision-making: the temporal coupling of deliberation and execution. Journal of Cognitive Neuroscience. 2005;17:1886–96. 

  8. Pohl A, Anders S, Chen H, et al. Impaired Emotional Mirroring in Parkinson’s Disease-A Study on Brain Activation during Processing of Facial Expressions. Front Neurol. 2017;8:682. doi:10.3389/fneur.2017.00682 

  9. Farina E, Baglio F, Pomati S, et al. The Mirror Neurons Network in Aging, Mild Cognitive Impairment, and Alzheimer Disease: A functional MRI Study. Front Aging Neurosci. 2017;9:371. doi:10.3389/fnagi.2017.00371 

  10. Mariagiovan Farina EI. The effect of neurodegenerative lesions on the mechanism of motor resonance induced by action observation. Human health and pathology. Université Bourgogne Franche-Comté. 2018. 

  11. Vivanti G, Rogers SJ. Autism and the mirror neuron system: insights from learning and teaching. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2014;369(1644):20130184. doi:10.1098/rstb.2013.0184 

  12. Hamilton AFC. Reflecting on the mirror neuron system in autism: A systematic review of current theories. Dev Cog Neurosci. 2013(3):91–105, 

  13. Rizzolatti G, Sinigaglia C. The functional role of the parieto-frontal mirror circuit: interpretations and misinterpretations. Nat Rev Neurosci. 2010;11(4):264-74. doi: 10.1038/nrn2805. 

Ines Žabkar
Študentka medicine na UL