มหัศจรรย์แห่งสมอง ตอนที่ 1 สมอง “สร้าง” ได้
มหัศจรรย์แห่งสมอง
ตอนที่ 1 สมอง “สร้าง” ได้
หากกล่าวถึงลำดับพัฒนาการของระบบประสาทตั้งแต่ปฐมวัย มนุษย์มีความสามารถในการเรียนรู้ทักษะประสบการณ์ รวมถึง การปรับตัวหลังจากเป็นโรคหรือได้รับบาดเจ็บ โดยมีกระบวนการปรับเปลี่ยนเกิดขึ้นซึ่งมีสมองเป็นส่วนควบคุม กระบวนการสำคัญนี้เรียกว่า neural plasticity หรือ brain plasticity กระบวนการที่สำคัญนี้ คืออะไร มีที่มาและเกี่ยวข้องอย่างไรกับสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะมนุษย์ บทความชุดมหัศจรรย์แห่งสมอง ขอเล่าเรื่องพื้นฐานที่สุดของกระบวนการ neuroplasticity คือ การเปลี่ยนแปลงตามพัฒนาการ
Neuroplasticity คือ คืออะไร
neural plasticity หมายถึง ความสามารถของโครงข่ายประสาทภายในสมองที่ยืดหยุ่น สามารถเปลี่ยนแปลงในตลอดช่วงการเจริญเติบโตและสถานการณ์ที่ต้องการการเรียนรู้ใหม่ ตัวอย่างเช่น การฝึกทักษะใหม่ ๆ ตลอดจนการปรับเปลี่ยนเพื่อฟื้นตัวเองภายหลังการเกิดโรคหรือการบาดเจ็บที่สมอง โดยมีเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นผ่านทางเดินหรือวิถีประสาท (neural pathway) เพื่อสร้างการเชื่อมโยงใหม่ รวมถึงการจัดการภายในระบบคล้ายการสร้างแผนผังภายในสมองใหม่ (cortical remaping หรือ cortical reorganization) (1)
กระบวนการ neural plasticity มีกี่รูปแบบ
จากการศึกษาพบว่า neural plasticity เกิดได้หลายรูปแบบ แต่เราสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 รูปแบบ คือ structural plasticity เป็นการปรับตัวเชิงโครงสร้าง และ functional plasticity เป็นการปรับตัวเชิงระบบการทำงานของโครงข่ายประสาท (2)
- Structural plasticity
เป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงในเชิงโครงสร้างความสามารถของเซลล์ประสาท (neurons) อันเนื่องจากการปรับเปลี่ยนการเชื่อมโยงภายในโครงข่ายประสาท (neural network) การปรับเปลี่ยนในลักษณะนี้จะเน้นไปที่เซลล์ประสาทใหม่เกิดขึ้น และถูกนำเข้าสู่ระบบประสาทตลอดช่วงชีวิต (3-4) ทำให้ความสนใจในการศึกษา structural plasticity มุ่งเน้นศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางกายวิภาค (anatomical structure) ของสมองหลังจากได้รับตัวกระตุ้นทั้งภายในและภายนอก (internal and external stimuli) ผ่านการตรวจทางรังสีวิทยา ได้แก่ เอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (CT) และ เอกซ์เรย์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) (4)
- Functional plasticity
เป็นการเปลี่ยนแปลงหน้าที่และความสามารถบางประการของเซลล์ประสาทหลังจากถูกกระตุ้น (5-7) โดยการศึกษา functional plasticity ในสมองมนุษย์สามารถแยกเป็น 4 ด้าน คือ
- Homologous area adaptation คือ การเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของเซลล์ประสาทสมองซีกตรงข้ามกับเซลล์ประสาทที่ได้รับบาดเจ็บให้ทำหน้าที่เพื่อทดแทนมากขึ้น โดยการทำงานทดแทนนี้สามารถเกิดได้ตั้งแต่ระยะแรกที่เกิดความเสียหายของเซลล์สมอง และเกิดในช่วงวัยเด็กมากกว่าในวัยผู้ใหญ่ เช่น ในผู้ป่วยที่เกิดความเสียหายของเนื้อสมองบริเวณที่ทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับภาษา จะมีความบกพร่องด้านการสื่อความ (aphasia) พื้นที่สมองที่อยู่ซีกตรงข้ามกับรอยโรคนั้นจะถูกกระตุ้นให้พัฒนาขึ้นเพื่อทำหน้าที่ในการสื่อความแทน (5)
- Map expansion คือ การเปลี่ยนแปลงโดยการเพิ่มพื้นที่ของเนื้อสมองเมื่อถูกกระตุ้นให้ใช้งานมากขึ้น โดยเป็นไปเพื่อเพิ่มศักยภาพ และพัฒนาทักษะการใช้งาน (6)
- Cross - modal reassignment คือ การยอมรับข้อมูลจากแหล่งความรู้สึกใหม่ ๆ เข้ามารับประมวลที่เนื้อสมองบริเวณที่รับความรู้สึกเดิม เพื่อเพิ่มขอบเขตและศักยภาพในการรับสัมผัส เช่น ในบริเวณเนื้อสมองที่รับข้อมูลภาพจากการมองเห็นในคนตาบอด สามารถรับข้อมูลจากการรับความรู้สึกอื่น ๆ มาประมวลผลแทน ตามรูปที่ 1 (7)
- Compensatory masquerade คือ การปรับรูปแบบการทำงานของสมองใหม่เพื่อชดเชยรูปแบบเดิมที่สูญเสียไปหลังการบาดเจ็บ ยกตัวอย่างเช่น คนทั่วไปจะใช้การจดจำตำแหน่งเส้นทางและระยะทางเวลาเดินทางจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง ส่วนในรายที่สมองได้รับการบาดเจ็บจะมีการปรับไปใช้การจำสถานที่สำคัญ ๆ เวลาเดินทางเพื่อประกอบในการระบุที่หมายในการเดินทางแทน (5)
รูปที่ 1 รูปแสดงความรับรู้ทางด้านการมองเห็นโดยภาพ a แสดงการรับรู้ในคนปกติที่สามารถมองเห็นภาพผ่านดวงตาเป็นหลัก และเพิ่มความเข้าใจหรือรับรู้ผ่านการได้ได้ยินเสีย ตลอดจนสามารถรับสัมผัสจากส่วนต่างๆของร่างกาย เช่นจากมือสัมผัส เป็นต้น แต่เมื่อประสาทสัมผัสส่วนใดส่วนหนึ่งเกิดปัญหา เช่นในภาพ b. ที่สมองในส่วนการรับภาพเสียหายหรือไม่ทำงาน สมองจะปรับตัวและเรียนรู้ผ่านการกระตุ้นประสาทสัมผัสอื่น ๆ มากขึ้น และในกรณีที่ผุ้ป่วยได้รับการปลูกถ่ายตาเทียมในภาพ c แม้จะส่งผลต่อการกระตุ้นการรับภาพผ่านตดวงตา แต่สมองยังไม่สามารถตีความหมายของสิ่งที่เห็นได้ และ ภาพ d เป็นการกระตุ้นสัญญาณประสาทการรับความรู้สึกชนิดอื่น ๆ เพื่อเติมเต็มข้อมูลการรับรู้และช่วยให้เข้าใจสิ่งที่มองเห็นมากขึ้น (Merabet LB et.al, 2005) (7)
Neural plasticity กับการเปลี่ยนแปลงตามพัฒนาการ
neural plasticity สามารถใช้ในการอธิบายการเจริญเติบโต และการเรียนรู้ตลอดช่วงชีวิตของมนุษย์ การเกิดกระบวนการ neural plasticity จะเกิดทั้งลักษณะของการเปลี่ยนรูปร่าง การแตกกิ่ง รวมไปถึงการปรับขยายลักษณะและรูปแบบการเรียนรู้ ประมวลผล นำไปสู่การจดจำในโครงสร้างชั้นลึกในสมองเกิดเป็นประสบการณ์และทักษะ (8) การเกิด neural plasticity สามารถส่งผลทั้งทางด้านบวก เช่น การเพิ่มความสามารถในทักษะการใช้มือร่วมกับการจดจำตัวโน้ตในการเล่นดนตรี และด้านลบ เช่น การเดินเหวี่ยงของผู้ป่วยที่อ่อนแรงครึ่งซีกเพื่อชดเชยอาการอ่อนแรงของขาและยากต่อการก้าวเดินให้เท้าพ้นพื้นซึ่งอาจส่งผลระยะยาวต่อโครงสร้างร่างกายและอาจบาดเจ็บจากการจดจำภายในสมอง รวมถึง neural plasticity ยังสามารถเพิ่มขึ้นตามอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมที่ได้รับมา เราสามารถอธิบายรูปแบบของ neural plasticity ที่เกี่ยวข้องกับพัฒนาการได้ 2 รูปแบบ (9)
- การเกิด plasticity ที่คาดหวังจากประสบการณ์ (experience-expectant plasticity) คือ การเกิด plasticity ที่เกี่ยวเนื่องกับการเจริญเติบโตของโครงสร้างอวัยวะในร่างกายโดยปกติ เป็นสิ่งที่ติดตัวมาตั้งแต่แรกเพื่อให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ โดยถูกอธิบายมากในเรื่องของประสาทรับความรู้สึกพื้นฐาน เช่น การมองเห็น การรับสัมผัสร่างกายและการรับรู้การเคลื่อนไหวของร่างกายขณะ คืบ คลาน เดิน โดยการเกิด plasticity รูปแบบนี้จะขึ้นกับลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันออกไป เช่น สมองของนก จะมีเซลล์ประสาทในส่วนของการรับข้อมูลจากการมองเห็น (optic nerve) มากกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และมนุษย์มีพื้นที่ของสมองส่วนสมองใหญ่ (cerebrum) มากกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่น เนื่องจากมีการถูกใช้ในการรับรู้และการใช้เหตุผลพิจารณาการกระทำต่างๆ เป็นต้น (9-11)
- การเกิด plasticity ที่ขึ้นกับประสบการณ์ (experience-dependent plasticity) เป็นการเกิด plasticity ที่เกิดขึ้นภายหลังจากการได้รับประสบการณ์ โดยเป็นการตอบสนองและปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมที่ไม่คุ้นเคย การเกิด plasticity รูปแบบนี้ช่วยขับเคลื่อนให้เกิดการเรียนรู้ผ่านประสบการณ์ ผลคือ เกิดความรู้ ทักษะ และการให้คุณค่าหรือค่านิยมต่อสิ่งที่ได้รับ การเกิด plasticity รูปแบบนี้ยังจำเป็นต้องอาศัยการเกิด plasticity ที่คาดหวังจากประสบการณ์เนื่องจากยังอาศัยการรับข้อมูลพื้นฐานอยู่ และนำไปสู่การปรับตัวให้เข้ากับความรู้หรือทักษะใหม่ที่มีความจำเพาะตามแต่ละบุคคล (9) ทั้ง 2 รูปแบบของ plasticity นั้นสะท้อนถึงความแตกต่างอย่างค่อยเป็นค่อยไปตามขอบเขตและระยะเวลาของการพัฒนาโดยยังเกี่ยวเนื่องและไม่ได้แตกต่างกันเป็น 2 ประเภทอย่างสิ้นเชิง (9) ตามรูปที่ 2
รูปที่ 2 แสดงให้เห็นถึงพัฒนาการ (development) ซึ่งได้รับข้อมูลส่วนใหญ่จาก plasticity ที่คาดหวังจากประสบการณ์ แต่ก็รับข้อมูลจาก plasticity ที่ขึ้นกับประสบการณ์ ในทำนองเดียวกัน การเรียนรู้ (learning) ที่ได้รับข้อมูลจาก plasticity ที่ขึ้นกับประสบการณ์ แต่มีการรับข้อมูลจาก plasticity ที่คาดหวังจากประสบการณ์เช่นกัน (อ้างอิงจาก Galván A, 2010) (9)
กล่าวโดยสรุป neural plasticity เป็นกระบวนการที่สะท้อนถึงบทบาทของระบบประสาทที่สามารถปรับเปลี่ยนและพัฒนารูปแบบการใช้ชีวิตของมนุษย์โดยเชื่อมโยงให้เข้ากับบริบทของสิ่งแวดล้อมที่อาศัยใช้ชีวิตอยู่ โดยเริ่มจากการรับสัมผัสจากโสตประสาทสัมผัสพื้นฐาน เกิดเป็นการประมวลผลเพื่อตอบสนอง ต่อสิ่งนั้น ๆ และเมื่อรวมการประมวลผลหลาย ๆ ส่วนเข้าด้วยกัน จึงเกิดเครือข่ายของระบบประสาท มีความซับซ้อนมากขึ้น เกิดเป็นการบูรณาการทางระบบประสาท เกิดเป็นความรู้คิด ความฉลาด การสื่อสาร อารมณ์ตอบสนอง ที่จะเกิดตลอดชีวิตของลำดับพัฒนาการในมนุษย์ เพื่อจะเรียนรู้ในการใช้ชีวิตอยู่ทั้งในด้านกายภาพ และทางด้านสังคมและวัฒนธรรม
เรียบเรียงโดย กภ. อนุชัย พึ่งพระรัตนตรัย
เอกสารอ้างอิง
- Castaldi E, Lunghi C, Morrone MC. Neuroplasticity in adult human visual cortex. Neurosci Biobehav Rev. 2020;112:542-552.
- Gutchess A. Plasticity of the aging brain: New directions in cognitive neuroscience. Science. 2014;346:579-582.
- Mateos-Aparicio P, Rodríguez-Moreno A. The Impact of Studying Brain Plasticity. Front Cell Neurosci. 2019;13:66.
- Chang Y. Reorganization and plastic changes of the human brain associated with skill learning and expertise. Front Hum Neurosci. 2014;8:35.
- Grafman J. Conceptualizing functional neuroplasticity. J Commun Disord. 2000;33(4):345-55; quiz 355-6.
- Dinse, HR. Neuroplasticity in Humans. In: Zeise, ML, editor. Neuroscience for Psychologists. Cham: Springer; 2021.
- Merabet LB, Rizzo JF, Amedi A, Somers DC, Pascual-Leone A. What blindness can tell us about seeing again: merging neuroplasticity and neuroprostheses. Nat Rev Neurosci. 2005;6(1):71-7.
- Kolb B, Gibb R. Brain plasticity and behaviour in the developing brain. J Can Acad Child Adolesc Psychiatry. 2011;20(4):265-76.
- Galván A. Neural plasticity of development and learning. Hum Brain Mapp. 2010;31(6):879-90.
- Kolb B, Gibb R. Searching for the principles of brain plasticity and behavior. Cortex. 2014;58:251-60.
- DK. สมองทำงานอย่างไร อธิบายด้วยภาพให้เข้าใจ (How the Brain Works: The Facts Visually Explained). พิมพ์ครั้งที่ 1. ณราชิต นามเรืองศรี, บรรณาธิการ. วิญญู กิ่งหิรัญวัฒนา, ผู้แปล. นนทบุรี: วารา พับลิชชิ่ง จำกัด; 2565.
