脳の可塑性：発達中の脳の機会の窓

背景：神経可塑性とは、成熟を受けるための中枢神経系（CNS）の本質的に動的な生物学的能力を指し、経験に反応して構造的および機能的に変化し、次の損傷を適応させることを指します。この閉鎖性は、シナプス接続と神経回路形成のダイナミクスに影響を与える遺伝的、分子、細胞メカニズムのサブセットを調節することによって達成され、行動または機能の獲得または喪失に至ります。健康な発達中の脳の神経可塑性は、ヘテロクロナス皮質固有の発達プロファイルを示し、経験依存性の構造的および機能的脳のつながりの構築と統合を可能にする、出生前および出生後の脳発達の「重要かつ敏感な時期」に高まります。 目的：このレビューでは、私たちの主な目標は、脳の発達における神経可塑性の本質的な役割を強調し、健康と疾患の可塑性にさらされる発達中の神経系の異なるレベル間の複雑な関係に注意を引くことです。このレビューのもう1つの目標は、発達中の脳の可塑性反応と、それらが脳の発達の重要かつ敏感な時期の影響を受けていることとの関係を探ることです。最後に、小児神経調節分野の研究者が、正常および異常な神経可塑性、特にシナプス可塑性の現在の知識に基づいて構築し、神経発達の「重要または敏感な期間」に依存して、設計、タイミング、シーケンスを通知するように依存することを目指しています。脳の小児障害における翻訳アプリケーションを強化および最適化するための神経調節介入。 方法：文献レビュー。 結果：発達中の脳によって表現される神経可塑性の5つのパターンを詳細に説明します：1）発達可塑性は、症候性自閉症スペクトラム障害で見られるように、正常および障害のある発達可塑性にさらに分類されます。スキルトレーニング、3）出生後CNSの損傷または感覚剥離後の反応性可塑性、4）ジストニアと耐衝撃性てんかんで見られる過剰な可塑性（恒常性調節の喪失）、最後に、脳の「アキレス腱」としての可塑性低酸素虚血性脳症やてんかん性脳症症候群などの特定の条件下で脳の脆弱性を誘導します。次に、神経調節の文脈で、発達中の脳における「時間に敏感な可塑性応答」のユニークな特徴を探ります。 結論：神経可塑性のさまざまなパターンと、重要な期間中の高度化された可塑性のユニークな特徴は、小児神経学および神経発達障害の分野における研究者と臨床医にとって重要な概念です。これらの概念は、小児神経調節のコンテキストで体系的に調べる必要があります。健康と病気における脳の発達の重大かつ敏感な期間は、成人の脳では一般的に見られない神経調節介入の「機会の窓」を生み出し、おそらく可塑性反応を増強し、臨床結果を改善できることを提案します。

BACKGROUND: Neuroplasticity refers to the inherently dynamic biological capacity of the central nervous system (CNS) to undergo maturation, change structurally and functionally in response to experience and to adapt following injury. This malleability is achieved by modulating subsets of genetic, molecular and cellular mechanisms that influence the dynamics of synaptic connections and neural circuitry formation culminating in gain or loss of behavior or function. Neuroplasticity in the healthy developing brain exhibits a heterochronus cortex-specific developmental profile and is heightened during "critical and sensitive periods" of pre and postnatal brain development that enable the construction and consolidation of experience-dependent structural and functional brain connections. PURPOSE: In this review, our primary goal is to highlight the essential role of neuroplasticity in brain development, and to draw attention to the complex relationship between different levels of the developing nervous system that are subjected to plasticity in health and disease. Another goal of this review is to explore the relationship between plasticity responses of the developing brain and how they are influenced by critical and sensitive periods of brain development. Finally, we aim to motivate researchers in the pediatric neuromodulation field to build on the current knowledge of normal and abnormal neuroplasticity, especially synaptic plasticity, and their dependence on "critical or sensitive periods" of neural development to inform the design, timing and sequencing of neuromodulatory interventions in order to enhance and optimize their translational applications in childhood disorders of the brain. METHODS: literature review. RESULTS: We discuss in details five patterns of neuroplasticity expressed by the developing brain: 1) developmental plasticity which is further classified into normal and impaired developmental plasticity as seen in syndromic autism spectrum disorders, 2) adaptive (experience-dependent) plasticity following intense motor skill training, 3) reactive plasticity to pre and post natal CNS injury or sensory deprivation, 4) excessive plasticity (loss of homeostatic regulation) as seen in dystonia and refractory epilepsy, 6) and finally, plasticity as the brain's "Achilles tendon" which induces brain vulnerability under certain conditions such as hypoxic ischemic encephalopathy and epileptic encephalopathy syndromes. We then explore the unique feature of "time-sensitive heightened plasticity responses" in the developing brain in the in the context of neuromodulation. CONCLUSION: The different patterns of neuroplasticity and the unique feature of heightened plasticity during critical and sensitive periods are important concepts for researchers and clinicians in the field of pediatric neurology and neurodevelopmental disabilities. These concepts need to be examined systematically in the context of pediatric neuromodulation. We propose that critical and sensitive periods of brain development in health and disease can create "windows of opportunity" for neuromodulatory interventions that are not commonly seen in adult brain and probably augment plasticity responses and improve clinical outcomes.