ความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมเป็นรูปแบบหนึ่งของความยืดหยุ่นของ ระบบประสาทเชิงหน้าที่และโครงสร้าง ที่เกิดขึ้นจากการใช้ฟังก์ชันการรับรู้และประสบการณ์ส่วนบุคคล^{[ 1 ]}ดังนั้นจึงเป็นพื้นฐานทางชีววิทยาสำหรับการเรียนรู้ และ การสร้างความทรงจำ ใหม่ ^{[ 1 ] [ 2 ]}ความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมเป็นรูปแบบหนึ่งของความยืดหยุ่นของระบบประสาทที่เกิดขึ้นจาก กิจกรรม ภายในหรือภายในร่างกายตรงข้ามกับรูปแบบของความยืดหยุ่นของระบบประสาทที่เกิดขึ้นจากปัจจัยภายนอกหรือ ปัจจัย ภายนอกเช่นการกระตุ้นสมองด้วยไฟฟ้า หรือความยืดหยุ่นของระบบ ประสาทที่เกิดจากยา^{[ 1 ]} ความสามารถของ สมองในการปรับเปลี่ยนตัวเองเป็นพื้นฐานของความสามารถของสมองในการเก็บรักษาความทรงจำ ปรับปรุงการทำงานของกล้ามเนื้อ และเพิ่มความเข้าใจและการพูด รวมถึงสิ่งอื่นๆ คุณลักษณะในการเก็บรักษาและสร้างความทรงจำนี้เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นของระบบประสาท และด้วยเหตุนี้จึงเกี่ยวข้องกับหน้าที่ต่างๆ ที่บุคคลปฏิบัติในชีวิตประจำวัน^{[ 3 ]}ความยืดหยุ่นนี้เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนซึ่งถูกกระตุ้นโดยลำดับการส่งสัญญาณที่ถูกกระตุ้นโดยโมเลกุลส่งสัญญาณ ต่างๆ (เช่นแคลเซียม โดปามีนและกลูตาเมตเป็นต้น) ในระหว่างกิจกรรมของเซลล์ประสาทที่เพิ่มขึ้น^{[ 4 ]}

ความสามารถของสมองในการปรับตัวให้เข้ากับหน้าที่การทำงาน ช่วยให้มนุษย์สามารถเชี่ยวชาญในกระบวนการเฉพาะด้านตามการใช้งานและกิจกรรมที่สัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น คนถนัดขวาอาจทำท่าทางใดๆ ได้ไม่ดีด้วยมือซ้าย แต่การฝึกฝนอย่างต่อเนื่องด้วยมือข้างที่ไม่ถนัดอาจทำให้เขาหรือเธอสามารถใช้มือทั้งสองข้างได้อย่าง คล่องแคล่ว

แนวคิดเรื่องความยืดหยุ่นของระบบประสาท (neural plasticity) ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1890 โดยวิลเลียม เจมส์ในหนังสือหลักการทางจิตวิทยา (Principles of Psychology ) ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 คำว่า 'ความยืดหยุ่น' ถูกปฏิเสธทั้งทางตรงและทางอ้อมในวงการวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์หลายคนพบว่ายากที่จะได้รับการสนับสนุนทางการเงิน เพราะเกือบทุกคนเห็นพ้องต้องกันว่าสมองพัฒนาเต็มที่แล้วเมื่อเป็นผู้ใหญ่ และบริเวณเฉพาะของสมองไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหน้าที่ได้หลังจากช่วงสำคัญ นั้น เชื่อกันว่าแต่ละบริเวณของสมองมีหน้าที่เฉพาะที่กำหนดไว้แล้ว อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ผู้บุกเบิกหลายคนได้ผลักดันแนวคิดเรื่องความยืดหยุ่นผ่านการทดลองและการวิจัยต่างๆ ยังมีบุคคลอื่นๆ ที่ช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในปัจจุบันของความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม แต่บุคคลต่อไปนี้ได้สร้างผลลัพธ์และแนวคิดที่มีประสิทธิภาพอย่างมากในช่วงแรกๆ

ประวัติศาสตร์ของความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมเริ่มต้นด้วยPaul Bach y Ritaด้วยแนวคิดดั้งเดิมที่ว่าการพัฒนาสมองจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อเป็นผู้ใหญ่ Bach y Rita ได้ออกแบบการทดลองหลายอย่างในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และ 1970 ซึ่งพิสูจน์ว่าสมองสามารถเปลี่ยนแปลงได้ การทดลองเหล่านี้รวมถึงวิธีการทดแทนภาพที่สำคัญสำหรับคนตาบอดโดยใช้การฉายภาพสัมผัสในปี 1969 ^{[ 5 ]}พื้นฐานของการทดลองนี้คือการใช้ประสาทสัมผัสหนึ่งเพื่อตรวจจับประสาทสัมผัสอื่น ในกรณีนี้คือการใช้ประสาทสัมผัสสัมผัสบนลิ้นเพื่อสร้างภาพสภาพแวดล้อม การทดลองนี้ล้ำหน้ากว่ายุคสมัยหลายปีและนำไปสู่คำถามและการประยุกต์ใช้มากมาย Bach y Rita ได้รายงานการทดลองที่คล้ายกันอีกครั้งในปี 1986 โดยใช้การกระตุ้นด้วยการสั่นสะเทือนที่ปลายนิ้วชี้ของผู้ถูกปิดตาที่ไม่เคยมีประสบการณ์มาก่อน^{[ 6 ]}แม้ว่าการทดลองจะไม่ได้ผลลัพธ์ที่ดีนัก แต่ก็สนับสนุนการศึกษาและเสนอให้มีการวิจัยเพิ่มเติม ในปี พ.ศ. 2541 การออกแบบของเขาได้รับการพัฒนาและทดสอบเพิ่มเติมอีกครั้งด้วยชุดกระตุ้นไฟฟ้าสัมผัส 49 จุดบนลิ้น^{[ 7 ]}เขาพบว่าผู้ใหญ่ที่มีสายตาปกติ 5 คนสามารถจดจำรูปร่างได้ทุกขนาดถึง 79.8% ซึ่งเป็นผลการค้นพบที่น่าทึ่งที่นำไปสู่การรวมการกระตุ้นไฟฟ้าสัมผัสบนลิ้นเข้ากับการออกแบบที่ยอมรับได้และใช้งานได้จริงสำหรับคนตาบอด ในช่วงหลายปีต่อมา เขาได้ตีพิมพ์บทความอื่นๆ อีกหลายฉบับ รวมถึง "การมองเห็นด้วยสมอง" ในปี พ.ศ. 2546 ซึ่ง Bach และ Rita กล่าวถึงความยืดหยุ่นของสมองที่เกี่ยวข้องกับ การเรียน รู้ทางสายตา^{[ 8 ]}ในที่นี้ ภาพต่างๆ ได้รับการปรับปรุงและรับรู้โดยกลไกความยืดหยุ่นอื่นๆ ภายในขอบเขตของข้อมูลที่ส่งผ่านไปยังสมอง

อีกหนึ่งผู้บุกเบิกในสาขาพลาสติซิตี้ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมคือMichael Merzenichซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก หนึ่งในผลงานของเขาคือการทำแผนที่และบันทึกการจัดระเบียบใหม่ของบริเวณเยื่อหุ้มสมองหลังจากการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากพลาสติซิตี้ [ ^{9 ] ใน} ขณะที่ประเมินการเปลี่ยนแปลงที่บันทึกไว้ในคอร์เทกซ์รับความรู้สึกหลักของลิงโตเต็มวัย เขาได้พิจารณาคุณลักษณะหลายประการของข้อมูล รวมถึงวิธีการที่ตารางกิจกรรมที่เปลี่ยนแปลงไปจากผิวหนังถูกแมปใหม่ไปยังแบบจำลองของเยื่อหุ้มสมองและปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อการปรับแบบจำลองการแสดงผลของสมอง ผลการค้นพบของเขาในการศึกษาเหล่านี้ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการพัฒนาเยาวชนและเด็กที่มีความบกพร่องทางการเรียนรู้ด้านภาษา ผ่านการศึกษาหลายครั้งที่เกี่ยวข้องกับแบบฝึกหัดการฝึกอบรมแบบปรับตัวบนคอมพิวเตอร์ เขาได้ออกแบบวิธีการปรับปรุงทักษะการประมวลผลเชิงเวลาของพวกเขาได้สำเร็จ มาตรการปรับตัวเหล่านี้รวมถึงเกมประมวลผลคำและการทดสอบความเข้าใจที่เกี่ยวข้องกับหลายส่วนของสมองในการตอบคำถาม ผลลัพธ์ดังกล่าวนำไปสู่การพัฒนา โปรแกรม Fast ForWordในปี 1996 ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อพัฒนาทักษะการรับรู้ของเด็กตั้งแต่ระดับอนุบาลจนถึงมัธยมศึกษาปีที่ 12 โดยมุ่งเน้นที่การพัฒนา " การรับรู้ทางเสียง " ^{[ 10 ]} โปรแกรมนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จอย่างมากในการช่วยเหลือเด็กที่มีปัญหาด้านการรับรู้หลายประเภท นอกจากนี้ยังนำไปสู่การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับปัญหาเฉพาะ เช่นออทิสติกและความบกพร่องทางสติปัญญาและสาเหตุของปัญหาเหล่านั้น^{[ 11 ]} ร่วมกับทีมงานนักวิทยาศาสตร์ เมอร์เซนิชได้ช่วยให้หลักฐานว่าออทิสติกเกี่ยวข้องกับการรับรู้แบบช่องสัญญาณเดียว โดยที่การแสดงภาพที่เกิดจากสิ่งเร้าที่แข็งแกร่งกว่าจะครอบงำพฤติกรรม และสิ่งเร้าที่อ่อนแอกว่าจะถูกละเลยไปโดยสิ้นเชิงเมื่อเทียบกัน

เซลล์ประสาทเป็นหน่วยการทำงานพื้นฐานของสมองและประมวลผลและส่งข้อมูลผ่านสัญญาณ เซลล์ประสาทหลายประเภทสามารถจำแนกได้ตามหน้าที่ เช่น เซลล์ประสาทรับความรู้สึกหรือเซลล์ประสาทสั่งการแต่ละเซลล์ตอบสนองต่อสิ่งเร้าเฉพาะและส่งสัญญาณเคมีที่เหมาะสมไปยังเซลล์ประสาทอื่น โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ประสาทแสดงไว้ทางด้านขวาและประกอบด้วยนิวเคลียสที่บรรจุข้อมูลทางพันธุกรรม ตัวเซลล์หรือโซมาซึ่งมีกิ่งก้านเดนไดรต์ที่รับอินพุตจากเซลล์ประสาทอื่นเป็นส่วนใหญ่ และแอกซอนที่ ยาวและบาง ซึ่งมีปลายแอกซอนที่ส่งข้อมูลออกไปยังเซลล์ประสาทอื่น^{[ 12 ]}เดนไดรต์และแอกซอนเชื่อมต่อกันผ่านการเชื่อมต่อเล็กๆ ที่เรียกว่าไซแนปส์ส่วนประกอบนี้ของเซลล์ประสาทประกอบด้วยสารสื่อเคมีและโปรตีนหลากหลายชนิดที่ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลได้ ความหลากหลายของโปรตีนและผลของสัญญาณเป็นปัจจัยพื้นฐานที่นำไปสู่คุณสมบัติ ของ ความยืดหยุ่น

การเปลี่ยนแปลงความยืดหยุ่นของสมองที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมในรูปแบบต่างๆ นั้น พบได้ในเกือบทุกส่วนของสมอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เชื่อกันว่าการจัดระเบียบใหม่ของแผนที่ประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหวเกี่ยวข้องกับเส้นทางและโครงสร้างเซลล์ที่หลากหลายซึ่งสัมพันธ์กับกิจกรรมสัมพัทธ์

โมเลกุลหลายชนิดมีส่วนเกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นของไซแนปส์ ที่สำคัญคือ ตัวรับ AMPAและNMDAเป็นโมเลกุลสำคัญในกลไกการเสริมศักยภาพระยะยาวและระยะสั้นระหว่างเซลล์ประสาท ตัวรับ NMDA สามารถตรวจจับกิจกรรมเฉพาะที่เนื่องจากการกระตุ้นและปรับเปลี่ยนการส่งสัญญาณในเซลล์หลังไซแนปส์ได้ กิจกรรมและการประสานงานที่เพิ่มขึ้นระหว่างตัวรับก่อนและหลังไซแนปส์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ถาวรมากขึ้นและส่งผลให้เกิดความยืดหยุ่น สมมติฐานของ Hebb กล่าวถึงข้อเท็จจริงนี้โดยระบุว่าปลายไซแนปส์จะแข็งแรงขึ้นจากกิจกรรมที่สัมพันธ์กันและจะแตกแขนงใหม่ อย่างไรก็ตาม ปลายที่ประสบกับกิจกรรมที่อ่อนแอและน้อยที่สุดจะสูญเสียการเชื่อมต่อไซแนปส์และเสื่อมสภาพในที่สุด^{[ 13 ]}

เป้าหมายหลักของการส่งสัญญาณระดับโมเลกุลทั้งหมดคือการเชื่อมต่อแบบยับยั้งที่สร้างขึ้นโดย เซลล์ประสาท GABAergicตัวรับเหล่านี้มีอยู่ที่ตำแหน่งโพสต์ไซแนปส์ และพบว่ามีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของไซแนปส์ยับยั้งเฉพาะที่ร่วมกับการควบคุมไซแนปส์ยับยั้งในท้องถิ่น การเปลี่ยนแปลงใดๆ ต่อตัวรับจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ และในที่สุดอาจส่งผลต่อการแตกแขนงของเดนไดรต์และแอกซอน^{[ 14 ]}การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นนี้เป็นผลมาจาก การกระตุ้น ไคเนส จำนวนมาก ซึ่งผลพลอยได้อาจช่วยเพิ่มการแสดงออกของยีนเฉพาะ

นอกจากนี้ ยังพบว่า เส้นทางโพสต์ไซแนปส์ Wgซึ่งรับผิดชอบการเข้ารหัสและการผลิตโมเลกุลจำนวนมากสำหรับเหตุการณ์การพัฒนา สามารถถูกกระตุ้นได้ทั้งสองทิศทาง และรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงของ เซลล์ประสาท โพสต์ไซแนปส์ ปลายทาง อย่างไรก็ตาม เมื่อเส้นทางพรีไซแนปส์ Wg ถูกกระตุ้น มันจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครงกระดูกเซลล์ผ่านการถอดรหัสและการแปล^{[ 15 ]}

โมเลกุลการยึดเกาะเซลล์ (CAMs) ก็มีความสำคัญต่อความยืดหยุ่นเช่นกัน เนื่องจากช่วยประสานการส่งสัญญาณข้ามไซแนปส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอินทิกรินซึ่งเป็นตัวรับสำหรับ โปรตีน เมทริกซ์นอกเซลล์และเกี่ยวข้องกับ CAMs จะถูกรวมเข้าไว้ในการเจริญเติบโตของไซแนปส์และการสร้างความทรงจำอย่างชัดเจน พวกมันมีบทบาทสำคัญในการควบคุมแบบป้อนกลับของความแข็งแรงของไซแนปส์กระตุ้น หรือการเสริมศักยภาพระยะยาว (LTP) และช่วยควบคุมความแข็งแรงของไซแนปส์โดยการควบคุม ตัวรับ AMPAซึ่งส่งผลให้เกิดกระแสไซแนปส์ที่รวดเร็วและสั้น^{[ 16 ]}แต่ตัวรับกลูตาเมตแบบเมตาโบโทรปิก 1 (mGlu1) ได้ถูกค้นพบว่าจำเป็นสำหรับความยืดหยุ่นของไซแนปส์ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมในการเรียนรู้แบบเชื่อมโยง^{[ 17 ]}

พลาสติซิตี้ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมพบได้ในคอร์เทกซ์การมองเห็นหลักซึ่งเป็นบริเวณของสมองที่ประมวลผลสิ่งเร้าทางสายตาและสามารถปรับเปลี่ยนสิ่งเร้าที่ได้รับประสบการณ์โดยอาศัยการรับรู้และการกระตุ้นที่เกิดขึ้น เป็นที่ทราบกันดีว่าแนวโน้มการสื่อสารของไซแนปส์ระหว่างสภาวะที่ตื่นเต้นและซึมเศร้าสัมพันธ์กับวงจรแสง/ความมืด จากการทดลองในหนู พบว่าประสบการณ์ทางสายตาในระหว่างสภาวะตื่นตัวนำไปสู่การตอบสนองที่เพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลงของพลาสติซิตี้ในคอร์เทกซ์การมองเห็น^{[ 18 ]} ยิ่งไปกว่านั้น พบว่าสภาวะซึมเศร้าเปลี่ยนแปลงสิ่งเร้าไปในทางลบ ทำให้ปฏิกิริยาไม่กระฉับกระเฉงเท่าที่ควร การทดลองนี้พิสูจน์ได้ว่าแม้แต่คอร์เทกซ์การมองเห็นก็สามารถบรรลุพลาสติซิตี้ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมได้ เนื่องจากขึ้นอยู่กับการสำรวจทางสายตาและสภาวะการกระตุ้นของสัตว์

ความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมมีบทบาทสำคัญมากในการเรียนรู้และความสามารถในการเข้าใจสิ่งใหม่ๆ โดยมีหน้าที่ช่วยปรับสมองของแต่ละบุคคลให้เข้ากับปริมาณการใช้งานและการทำงาน โดยพื้นฐานแล้ว มันคือความสามารถของสมองในการเก็บรักษาและพัฒนาความทรงจำโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของไซแนปส์ที่ขับเคลื่อนด้วยกิจกรรม ซึ่งช่วยให้การเรียนรู้ข้อมูลมีประสิทธิภาพมากขึ้น เชื่อกันว่าคุณสมบัติการเติบโตและการปรับตัวของเดนไดรต์สไปน์เป็นพื้นฐานสำหรับความยืดหยุ่นของไซแนปส์ที่เชื่อมโยงกับการเรียนรู้และความทรงจำ [ ^{19 ] เดน} ไดรต์สไปน์ทำเช่นนี้โดยการเปลี่ยนอินพุตของไซแนปส์ให้เป็นเอาต์พุตของเซลล์ประสาท และยังช่วยกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างไซแนปส์ด้วย

จากการศึกษาล่าสุด พบว่ายีนเฉพาะตัวหนึ่งมีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตของไซแนปส์และความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม นั่นคือ ยีน ไมโครอาร์เอ็นเอ 132 (miR132) ^{[ 20 ]}ยีนนี้ถูกควบคุมโดย เส้นทาง โปรตีน ที่จับกับองค์ประกอบตอบสนอง cAMP (CREB) และสามารถเพิ่มการเจริญเติบโตของเดนไดรต์เมื่อถูกกระตุ้น ยีน miR132 เป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งที่รับผิดชอบต่อความยืดหยุ่นของสมองและช่วยสร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแรงขึ้นระหว่างเซลล์ประสาท

ยีนที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นอีกตัวหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และความจำคือArc/Arg3.1ยีน Arc ถูกควบคุมโดยกิจกรรม^{[ 21 ]}และ mRNA ที่ถอดรหัสจะอยู่ในตำแหน่งที่ไซต์ไซแนปส์ที่ถูกกระตุ้น^{[ 22 ] [ 23 ]}ซึ่งโปรตีนที่แปลแล้วมีบทบาทในการขนส่งตัวรับ AMPA ^{[ 24 ]} Arc เป็นสมาชิกของกลุ่มโปรตีนที่เรียกว่ายีนเริ่มต้นทันที (IEG) ซึ่งถูกถอดรหัสอย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองต่ออินพุตไซแนปส์ จากยีนประมาณ 30-40 ยีนที่ประกอบกันเป็นการตอบสนอง IEG ของเซลล์ประสาททั้งหมด ล้วนเป็นยีนต้นแบบที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม และหลายยีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และความจำ ตัวอย่างเช่นzif268 , Arc , beta-activin, tPA , Homer และCOX-2ล้วนมีส่วนเกี่ยวข้องกับศักยภาพระยะยาว (LTP) ^{[ 25 ]}ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ระดับเซลล์ของการเรียนรู้และความจำ

ตาม ทฤษฎี การกระตุ้นประสาท ตามธรรมชาติ ปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพกับมารดาในระหว่างตั้งครรภ์ส่งเสริมความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมในระบบประสาทของทารกในครรภ์ โดยหัวใจของมารดามีบทบาทสำคัญ^{[ 26 ] [ 27 ]}ทฤษฎีนี้อธิบายว่าการสั่นสะเทือนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเสียงของหัวใจมารดาทำให้เกิดกลุ่มกิจกรรมของเซลล์ประสาทในระบบประสาททั้งสอง ในระหว่างการกระทำโดยตั้งใจของมารดากับสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะสภาพแวดล้อมทางเสียงที่ทารกในครรภ์ได้รับร่วมกันในแถบความถี่เสียงต่ำ การเหนี่ยวนำคลื่นสมองจะให้เบาะแสแก่ระบบประสาทของทารกในครรภ์ เชื่อม โยง กิจกรรม ของเซลล์ประสาท กับสิ่งเร้าที่เกี่ยวข้อง^{[ 27 ]}การซิงโครไนซ์ของระบบประสาทนี้ช่วยให้เกิดปฏิสัมพันธ์แบบร่วมมือกันระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เจริญเต็มที่ (มารดา) และสิ่งมีชีวิตที่ยังไม่เจริญเต็มที่ (ทารกในครรภ์) กับสิ่งแวดล้อม ทำให้มั่นใจได้ว่าสิ่งมีชีวิตที่ยังไม่เจริญเต็มที่จะได้รับคุณค่าเชิงบวกหรือเชิงลบจากสิ่งเร้า เชื่อกันว่ากลไกวิวัฒนาการนี้ของการเติบโตของระบบประสาทผ่านความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม ช่วยให้เกิดการพัฒนาทางปัญญาในทารกในครรภ์ที่ไม่มีประสบการณ์มาก่อน ทำให้สามารถเริ่มจัดหมวดหมู่โลกตามคุณค่าเชิงบวก/เชิงลบของสิ่งเร้าได้^{[ 28 ]}

มีกลไกหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม ซึ่งรวมถึง LTP, ภาวะซึมเศร้าระยะยาว (LTD), การกำจัดไซแนปส์, การสร้างเซลล์ประสาทใหม่และการสร้างไซแนปส์ใหม่^{[ 3} ] กลไกของความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมส่งผลให้เกิดการลดขั้ว ของเยื่อหุ้มเซลล์ และ การไหลเข้าของ แคลเซียมซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ที่ส่งผลต่อการเชื่อมต่อไซแนปส์และการถอดรหัสยีน^โดยพื้นฐานแล้ว กิจกรรมของเซลล์ประสาทจะควบคุมการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการแตกแขนงของเดนไดรต์และการพัฒนาไซแนปส์ การกลาย พันธุ์ในยีนที่เกี่ยวข้องกับการถอดรหัสที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมอาจนำไปสู่ความผิดปกติทางระบบประสาท ผลการศึกษาแต่ละชิ้นมีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยให้สมองพัฒนาอย่างเหมาะสมในขณะที่ปรับปรุงงานต่างๆ มากมาย เช่น การพูด การเคลื่อนไหว ความเข้าใจ และความจำ ยิ่งไปกว่านั้น ผลการศึกษายังช่วยอธิบายการพัฒนาที่เกิดจากความยืดหยุ่นได้ดียิ่งขึ้น

เป็นที่ทราบกันดีว่าในช่วงชีวิตหลังคลอด ขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาระบบประสาทคือการกำจัดไซแนปส์ การเปลี่ยนแปลงในการเชื่อมต่อและความแข็งแรงของไซแนปส์เป็นผลมาจาก LTP และ LTD และถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยการปล่อยปัจจัยนิวโรโทรฟิกที่ได้จากสมอง (BDNF) ซึ่งเป็นโปรตีนที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมในการพัฒนาไซแนปส์^{[ 29 ] [ 30 ]}นอกจากBDNFแล้ว ตัวรับ Nogo-66 และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง NgR1 ยังมีส่วนเกี่ยวข้องในการพัฒนาและการควบคุมโครงสร้างของเซลล์ประสาท^{[ 31 ]}ความเสียหายต่อตัวรับนี้ทำให้เกิด LTP ที่ไร้ประโยชน์และการลดลงของ LTD สถานการณ์ทั้งสองบ่งชี้ว่า NgR1 เป็นตัวควบคุมความยืดหยุ่นของไซแนปส์ จากการทดลองพบว่าการกระตุ้นที่ทำให้เกิด LTD นำไปสู่การลดลงของความแข็งแรงของไซแนปส์และการสูญเสียการเชื่อมต่อ แต่เมื่อรวมกับการกระตุ้นความถี่ต่ำพร้อมกัน จะช่วยในการปรับโครงสร้างของจุดสัมผัสไซแนปส์ ผลลัพธ์จากการค้นพบนี้มีประโยชน์หลายประการ ได้แก่ การช่วยเหลือผู้ที่มีความเสียหายของตัวรับ และการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกเบื้องหลัง LTP

แบบจำลองการวิจัยอีกแบบหนึ่งของพลาสติซิตี้ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม ได้แก่ เส้นทางคอร์ติโคสไตรเอทัลที่กระตุ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการประมวลผลข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการเคลื่อนไหวที่ปรับตัวได้ และแสดงการเปลี่ยนแปลงของไซแนปส์ที่คงอยู่ยาวนาน การเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของไซแนปส์มีส่วนรับผิดชอบต่อการเรียนรู้การเคลื่อนไหวและขึ้นอยู่กับการกระตุ้นพร้อมกันของเส้นทางคอร์ติโคสไตรเอทัลกลูตาเมอร์จิกและเส้นทางนิโกรสไตรเอทัลโดปามีนเนอร์จิก เส้นทางเหล่านี้เป็นเส้นทางเดียวกันกับที่ได้รับผลกระทบในโรคพาร์กินสันและการเสื่อมของไซแนปส์ภายในความผิดปกตินี้อาจเป็นสาเหตุของการสูญเสียความสามารถทางปัญญาบางอย่าง^{[ 32 ]}

เนื่องจากความยืดหยุ่นเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของการทำงานของสมองเนื่องจากมีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาสมอง การซ่อมแซมสมอง และกระบวนการทางปัญญา การควบคุมที่เหมาะสมจึงจำเป็นต่อสรีรวิทยาปกติ การกลายพันธุ์ภายในยีนใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมพบว่ามีความสัมพันธ์เชิงบวกกับความบกพร่องทางสติปัญญา ในระดับต่างๆ ^{[ 33 ]} ความบกพร่องทางสติปัญญา 2 ประเภทที่เกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นขึ้นอยู่กับการพัฒนาของเซลล์ประสาทที่ผิดปกติหรือการเปลี่ยนแปลงในกลไกโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการ จัด ระเบียบไซแนปส์ ภาวะแทรกซ้อนในประเภทใดประเภทหนึ่งเหล่านี้สามารถ ลด ความสามารถและ ความเข้าใจ ของสมองได้อย่างมาก

ในทางกลับกัน ผู้ที่มีภาวะดังกล่าวมีศักยภาพที่จะฟื้นฟูความสามารถที่สูญเสียไปได้ในระดับหนึ่งผ่านความท้าทายและการใช้งานอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น สามารถเห็นได้ในหนังสือThe Brain That Changes Itself ของ Norman Doidge พ่อของ Bach y Rita เป็นโรคหลอดเลือด สมอง ที่ทำให้ชายวัย 65 ปีเป็นอัมพาตครึ่งซีกและพูดไม่ได้ หลังจากคลานและใช้วิธีการบำบัดที่แปลกใหม่เป็นเวลาหนึ่งปี รวมถึงการเล่นเกมเด็กพื้นฐานและการล้างหม้อ การฟื้นฟูของพ่อของเขาเกือบสมบูรณ์และเขากลับไปทำหน้าที่เป็นศาสตราจารย์ที่ City College ในนิวยอร์ก^{[ 34 ]} การฟื้นตัวที่น่าทึ่งจากโรคหลอดเลือดสมองนี้พิสูจน์ให้เห็นว่าแม้แต่ผู้ที่มีพฤติกรรมผิดปกติและภาวะแทรกซ้อนทางการแพทย์ที่รุนแรงก็สามารถฟื้นฟูการทำงานปกติได้เกือบทั้งหมดด้วยการฝึกฝนและความเพียรพยายามอย่างมาก

การศึกษาล่าสุดรายงานว่ายีนเฉพาะFMR1มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากกับความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม และกลุ่มอาการฟราจิลเอ็กซ์ (FraX) เป็นผลมาจากการสูญเสียการทำงานของยีนนี้ ยีน FMR1 สร้างโปรตีน FMRP ซึ่งเป็นตัวกลางในการควบคุมโครงสร้างของไซแนปส์ที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรม การสูญเสียหรือการขาดหายไปของยีนนี้เกือบจะแน่นอนว่าจะนำไปสู่ทั้งออทิสติกและความบกพร่องทางสติปัญญาดร. Gatto พบว่าการนำผลิตภัณฑ์ FMRP เข้ามาใช้ตั้งแต่เนิ่นๆ ส่งผลให้เกิดการปรับโครงสร้างของไซแนปส์เกือบสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่ได้ผลดีเท่าที่ควรเมื่อนำมาใช้กับผู้ใหญ่ และชดเชยการสูญเสีย FMR1 ได้เพียงบางส่วนเท่านั้น^{[ 35 ]}การค้นพบยีนนี้ทำให้มีตำแหน่งที่เป็นไปได้สำหรับการแทรกแซงในเด็กเล็กที่มีความผิดปกติเหล่านี้ เนื่องจากยีนนี้และผลิตภัณฑ์ของมันทำงานตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อสร้างสถาปัตยกรรมของไซแนปส์

ปัญหาทั่วไปในหมู่คนส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาคือระดับความเครียด ที่สูง และความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับความเครียดอย่างต่อเนื่อง สมองหลายส่วนมีความไวต่อความเครียดมากและอาจได้รับความเสียหายจากการสัมผัสเป็นเวลานาน ที่สำคัญกว่านั้น กลไกหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มการจดจำความเข้าใจและการปรับตัวนั้นเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับ LTP และ LTD ซึ่งเป็นกลไกความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมสองอย่างที่ความเครียดสามารถยับยั้งได้โดยตรง มีการทดลองหลายครั้งเพื่อค้นหากลไกเฉพาะสำหรับการยับยั้งนี้และวิธีการแทรกแซงที่เป็นไปได้ ดร.หลี่และคนอื่นๆ ได้ระบุ ช่อง TRPV1ว่าเป็นเป้าหมายในการกระตุ้น LTP และยับยั้ง LTD ดังนั้นจึงช่วยปกป้องคุณสมบัติของความยืดหยุ่นของไซแนปส์และการจดจำจากผลกระทบของความเครียด^{[ 36 ]}

การศึกษาและคำถามในอนาคตเกี่ยวกับความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมนั้นแทบจะไม่มีที่สิ้นสุด เนื่องจากผลลัพธ์ที่ได้จะช่วยให้สามารถรักษาได้หลายวิธี แม้ว่าจะมีความก้าวหน้ามากมายในสาขานี้ แต่ก็ยังมีโรคอีกหลากหลายชนิดที่ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกความยืดหยุ่นที่ขึ้นอยู่กับกิจกรรมจะช่วยในการรักษาและอาจรักษาให้หายขาดได้ ซึ่งรวมถึงออทิสติก ความพิการทางสติปัญญาในระดับต่างๆโรคจิตเภทโรคพาร์กินสันความเครียด และโรคหลอดเลือดสมองนอกจากความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับโรคต่างๆ แล้ว นักประสาทวิทยาควรและจะพิจารณาถึงความยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นในระบบภูมิคุ้มกันเนื่องจากจะให้ข้อมูลเชิงลึกที่ดีเกี่ยวกับโรคต่างๆ และยังเป็นพื้นฐานของการบำบัดแบบใหม่ที่เน้นภูมิคุ้มกันอีกด้วย^{[ 37 ]}มุมมองที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกของเซลล์ที่ควบคุมรูปร่างของเซลล์ประสาทเป็นขั้นตอนต่อไปในการค้นพบวิธีการรักษาใหม่สำหรับภาวะผิดปกติทางการเรียนรู้และความจำ