Nedávné výzkumy ukazují, že život v oblastech s vysokým znečištěním má vážné dlouhodobé důsledky. Život v těchto oblastech v dětství a dospívání může vést ke snížení duševní kapacity a zvýšenému riziku poškození mozku. Lidé všech věkových kategorií, kteří žijí v oblastech s vysokým znečištěním delší dobu, se vystavují zvýšenému riziku různých neurologických poruch. Jak znečištění ovzduší, tak znečištění těžkými kovy mají negativní vliv na funkčnost centrálního nervového systému. Schopnost znečištění ovlivnit neurofyziologii jedinců poté, co je struktura centrálního nervového systému poměrně stabilizovaná, je příkladem negativní neuroplasticity.
Je známo, že znečištění ovzduší má vážné cévní účinky v celém těle; vysoká úroveň znečištění ovzduší je spojena se zvýšeným rizikem cévních mozkových příhod a srdečních infarktů. Tím, že znečištění ovzduší trvale ovlivňuje cévní strukturu v mozku, může mít vážné účinky na nervovou funkci. Znečištění ovzduší může také vážně ovlivnit nervovou hmotu. V současné době je známo, že znečištění ovzduší způsobuje poškození centrálního nervového systému tím, že mění hematoencefalickou bariéru, způsobuje degeneraci neuronů v mozkové kůře, ničí gliální buňky nacházející se v bílé hmotě a způsobuje neurofibrilární spleť . Tyto změny mohou trvale změnit strukturu a chemii mozku, což vede k různým poruchám a poruchám. Někdy se účinky neurální remodelace neprojevují delší dobu.
Účinky u dospívajících a psů
Nedávná studie z roku 2008 porovnávala děti a psy vychované v Mexico City, oblasti známé svým vysokým znečištěním, s dětmi a psy vychovanými v Polotitlánu, městě, jehož úroveň znečištění splňuje současné Národní standardy kvality ovzduší USA. Podle této studie děti vychované v oblastech s vyšším znečištěním měly nižší skóre v IQ testech a vykazovaly známky mozkových lézí, když podstoupily magnetickou rezonanci. Děti z oblasti s nízkým znečištěním měly skóre v IQ testech podle očekávání a nevykazovaly žádné známky významného rizika mozkových lézí. Tato korelace byla shledána statisticky významnou a ukazuje, že existuje vztah mezi úrovní znečištění a tvorbou mozkových lézí a také vztah mezi IQ skóre a úrovní znečištění. Důsledkem těchto zjištění je, že vysoká úroveň znečištění přispívá k tvorbě mozkových lézí, které se zase viditelně projevují jako zhoršené intelektuální schopnosti. Život v oblastech s vysokým znečištěním tak dospívající vystavuje riziku předčasné mozkové degenerace a nesprávného nervového vývoje; tato zjištění by mohla mít významné důsledky pro budoucí generace. Psi, kteří strávili svůj život v oblastech s vysokým znečištěním, vykazovali známky restrukturalizovaného krevního oběhu v subkortikální oblasti svého mozku ve srovnání se psy žijícími v oblastech s nízkým znečištěním. Druh restrukturalizace, který byl pozorován, byl podobný tomu, který byl pozorován u pacientů s Alzheimerovou chorobou, což naznačuje, že znečištění ovzduší by mohlo případně zvýšit riziko Alzheimerovy choroby u jedince nebo urychlit tempo, jakým nemoc postupuje u již postižených jedinců. Bohužel není možné si být jisti, že rozdíl v tvorbě lézí je způsoben pouze znečištěním; jiné odchylky mezi oběma testovanými místy by mohly sloužit jako matoucí faktory vedoucí k nesprávným závěrům; korelace neznamená příčinnou souvislost.
Organohalogenové sloučeniny, běžně používané v pesticidech, mohou mít významný vliv na neurobiologii. Některé pozorované účinky expozice dioxinům jsou změněné astrogliální intracelulární Ca2+, snížené hladiny glutithionu, modifikované funkce neurotransmiterů v centrálním nervovém systému a ztráta udržovacího pH . Studie na 350 zaměstnancích chemických závodů vystavených v letech 1965 až 1968 prekurzoru dioxinů pro herbicidy ukázala, že 80 ze zaměstnanců vykazovalo známky počáteční otravy dioxiny 15 z těchto 350 zaměstnanců bylo v roce 2004 znovu kontaktováno, aby se dostavilo k neurologickým testům s cílem posoudit, zda měla otrava dioxiny nějaký dlouhodobý vliv na neurologické schopnosti. Množství času, které uplynulo, ztížilo sestavení větší kohorty. Výsledky testů ukázaly, že 8 z 15 subjektů vykazovalo poruchu centrálního nervového systému a 9 vykazovalo známky polyneuropatie. Elektroencefalografie vykazovala různé stupně strukturálních abnormalit. Tato studie ukázala, že účinky dioxinů nebyly omezeny pouze na počáteční dysfunkci. Dioxiny mohou prostřednictvím neuroplastických účinků způsobit dlouhodobé poškození, které nemusí vykazovat roky.
Expozice těžkým kovům může mít za následek zvýšené riziko různých neurologických onemocnění. Současný výzkum ukazuje, že dva nejvíce neurotoxické těžké kovy jsou rtuť a olovo. Dopad, který tyto dva kovy budou mít, je vysoce závislý na jednotlivci. Je to způsobeno genetickými rozdíly mezi jednotlivci. Existuje mnoho důvodů, proč jsou rtuť a olovo zvláště neurotoxické. Rtuť a olovo snadno procházejí buněčnými membránami a mají oxidační účinky na buňky; oba kovy také reagují se sírou v těle, což vede k narušení mnoha tělesných funkcí, které jsou závislé na sulfhydrylových skupinách a snižují hladinu glutathionu uvnitř buněk. Zvláště methylrtuť má extrémně vysokou afinitu k sulfhydrylovým skupinám. Organomercury je obzvláště škodlivou formou rtuti kvůli své vysoké absorbovatelnosti Olovo také napodobuje vápník, velmi důležitý minerál v centrálním nervovém systému. Toto napodobování má mnoho nepříznivých účinků na centrální nervový systém . Mechanismy rtuti v neuroplastice působí tak, že ovlivňují produkci bílkovin. Zvýšené hladiny rtuti zvyšují hladiny glutathionu tím, že ovlivňují expresi genů a to zase ovlivňuje dvě bílkoviny, MT1 a MT2, které jsou obsaženy v astrocytech a neuronech. Schopnost olova napodobovat vápník mu umožňuje překročit hematoencefalickou bariéru. Olovo také reguluje glutathion.
Vystavení těžkým kovům v kombinaci s určitými genetickými predispozicemi může jedince vystavit zvýšenému riziku rozvoje autismu. Mnohé příklady patofyziologie centrálního nervového systému, jako je oxidační stres, neurozánět a mitochondriální dysfunkce, mohou být vedlejšími produkty environmentálních stresorů, jako je znečištění. Existují zprávy o propuknutí autismu vyskytujících se na konkrétních místech . Vzhledem k tomu, že tyto případy autismu souvisí se zeměpisnou polohou, je důsledkem, že něco v prostředí doplňuje rizikový genotyp, který u těchto zranitelných jedinců způsobuje autismus. Rtuť i olovo přispívají k zánětu, což vede vědce ke spekulacím, že tyto těžké kovy by mohly hrát roli v autismu. Tato zjištění jsou však kontroverzní, mnoho výzkumníků se domnívá, že zvyšující se výskyt autismu je vedlejším produktem přesnějších screeningových metod a nikoli jakýmkoli environmentálním faktorem.
Neuroinflammation is associated with increased rates of neurodegeneration . Zánět má tendenci přirozeně narůstat s věkem. Tím, že usnadňují zánět, znečišťující látky, jako jsou vzduchové částice a těžké kovy, způsobují rychlejší stárnutí centrálního nervového systému. Mnoho pozdních nástupů onemocnění je způsobeno neurodegenerací. Roztroušená skleróza, Parkinsonova choroba, Amyotrofická laterální skleróza,a Alzheimerova choroba jsou všechny považovány za zhoršené zánětlivými procesy, což vede k tomu, že jedinci vykazují příznaky tohoto onemocnění v mladším věku, než se obvykle očekává. K roztroušené skleróze dochází, když chronický zánět vede ke kompromitaci oligodendrocytů. To následně vede k destrukci myelinového pouzdra. Poté začnou axony vykazovat známky poškození, což následně povede k smrti neuronů. Roztroušená skleróza byla korelována s životem v oblastech s vysokou hladinou částic v ovzduší . U Parkinsonovy nemoci vede zánět vedoucí k vyčerpání zásob antioxidantů v konečném důsledku k degeneraci dopaminergních neuronů, což způsobuje nedostatek dopaminu a přispívá k tvorbě Parkinsonovy nemoci. Chronická aktivace glií v důsledku zánětu způsobuje smrt motorického neuronu a kompromituje astrocyty; tyto faktory vedou k příznakům Amyotrofické laterální sklerózy. V případě Alzheimerovy choroby vedou zánětlivé procesy k smrti neuronů tím, že inhibují růst v axonech a aktivují astrocyty, které produkují proteoglykany; tento produkt může být uložen pouze v hipokampu a kůře mozkové, což naznačuje, že to může být důvod, proč tyto dvě oblasti vykazují nejvyšší úroveň degenerace u Alzheimerovy choroby. Bylo prokázáno, že částice kovu šířené vzduchem přímo vstupují do mozku a ovlivňují ho čichovými dráhami; tento přímý přístup umožňuje velkému množství částic dosáhnout hematoencefalické bariéry . Tyto skutečnosti spolu s vazbou znečištění ovzduší na neurofibrilární změť a pozorovanými subkortikálními vaskulárními změnami pozorovanými u psů naznačují, že negativní neuroplastické účinky znečištění by mohly mít za následek zvýšené riziko Alzheimerovy choroby a mohly by také znamenat znečištění jako příčinu časného nástupu Alzheimerovy choroby prostřednictvím více mechanismů. Obecným důsledkem znečištění je zvýšení hladiny zánětu. Tím může znečištění významně přispět k různým neurologickým poruchám, které jsou způsobeny zánětlivými procesy.