Negative Neuroplasticity in Chronic Traumatic Brain Injury and Implications for Neurorehabilitation

Abstract

Based on growing findings of brain volume loss and deleterious white matter alterations during the chronic stages of injury, researchers posit that moderate-severe traumatic brain injury (TBI) may act to “age” the brain by reducing reserve capacity and inducing neurodegeneration. Evidence that these changes correlate with poorer cognitive and functional outcomes corroborates this progressive characterization of chronic TBI. Borrowing from a framework developed to explain cognitive aging (Mahncke et al., Progress in Brain Research, 157, 81–109, 2006a; Mahncke et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 103(33), 12523–12528, 2006b), we suggest here that environmental factors (specifically environmental impoverishment and cognitive disuse) contribute to a downward spiral of negative neuroplastic change that may modulate the brain changes described above. In this context, we review new literature supporting the original aging framework, and its extrapolation to chronic TBI. We conclude that negative neuroplasticity may be one of the mechanisms underlying cognitive and neural decline in chronic TBI, but that there are a number of points of intervention that would permit mitigation of this decline and better long-term clinical outcomes.

Cognitive and psychosocial function in retired professional hockey players

“…Post hoc tests were evaluated after correcting for family-wise error using the Bonferroni correction. We next conducted regression analyses in which factor scores within each of the neuropsychological, computerised and psychosocial batteries were predicted using mean-centred age and group (coded as 0 and 1 for alumni and comparison participants, respectively), followed by the Age×Group interaction to test the hypothesis of differential ageing effects across groups 32. Finally, we used regression to assess the relationship of concussion history to neuropsychological, computerised and psychosocial factor scores after accounting for variance due to age in the alumni group.…”

Traumatic Brain Injury as a Disorder of Brain Connectivity

“…Continued myelin degeneration (Meythaler et al, 2001), chronic neuroinflammation (Bigler, 2013a, 2013b; Johnson et al, 2013) and Wallerian degeneration as a result of axonal disconnection (Bendlin et al, 2008) have all been postulated as possible mechanisms. It has also been postulated that disuse-related negative plastic changes may further contribute to a downward negative spiral (Tomaszczyk et al, 2014). …”

Perspective of application of nonlinear stimulation therapy in the treatment of traumatic brain injuries and maintenance of cognitive functions in the elderly

“…Основываясь на концепции негативной нейропластичности, выдвинутой Mahncke и соавторами для объяснения когнитивного старения [43,44], Tomaszczyk и ее коллеги предположили, что феномен негативной нейропластичности можно экстраполировать на повреждения головного мозга при ЧМТ [63]. Негативные нейропластические изменения, опосредованные «неиспользованием», предположительно лежат в основе когнитивного спада и могут приводить к прогрессирующему ухудшению состояния при хроническом травматическом повреждении головного мозга.…”

“…Когнитивное снижение характеризует также нормальное физиологическое старение [28,55], что проявляется в ухудшении эпизодической памяти, скорости обработки информации и исполнительных функций, таких как планирование и принятие решений, в нарушении вербальной и рабочей памяти. Возрастное ухудшение менталь-ных способностей ассоциируется с морфологическими изменениями в сером и белом веществе [8,18], наиболее выраженные в медиальных височных областях и гиппокампе (см обзор [63]). Связанные с возрастом морфологические изменения, такие как сокращение количества дендритов, дендритных шипиков и синапсов, наиболее выражены в префронтальной коре [48] и в медиальных височных областях [46].…”

“…Таким образом, развиваются негативные пластические изменения как «самоподкрепляющаяся, нисходящая спираль с уменьшением взаимодействия со сложной средой и снижением здоровья мозга» (цит. по [63]).…”