Gehirnplastizität: Eigenschaften und Typen

24 Juni, 2020
Die Plastizität ist die erstaunliche Fähigkeit unseres Nervensystems, sich an unsere Umgebung anzupassen. Lies im Folgenden weiter und erfahre mehr darüber!
 

Der Begriff „Gehirnplastizität“, auch als Neuroplastizität bekannt, hängt mit der Fähigkeit unseres Nervensystems zusammen, sich sowohl funktionell als auch strukturell zu verändern. Dies geschieht auf natürliche Weise im Laufe der Zeit oder aber als eine Reaktion auf Verletzungen.

Plastizität ist im wahrsten Sinne des Wortes die Fähigkeit eines physischen Objekts, auf physische Weise manipuliert zu werden. Wenn du im Kontext deines Gehirns darüber nachdenkst, bedeutet dies, dass dein Nervensystem in der Lage ist, auf interne und externe Reize zu reagieren. Es tut dies,  indem es seine Struktur, Verbindungen und Funktionen neu organisiert.

Die Plastizität ist ein wesentlicher Bestandteil der neuronalen Entwicklung deines Gehirns und der ordnungsgemäßen Funktion deines Nervensystems. Das Gehirn reagiert auch auf deine sich ändernde Umgebung, das Altern und alle Krankheiten. Die Plastizität soll Neuronen dabei helfen, neue Eigenschaften anzunehmen. Gleichzeitig soll sie aber auch sicherstellen, dass du immer über genügend neuronale Verbindungen verfügst.

Unser Gehirn besteht aus „plastischen“ Strukturen. Mehrere wissenschaftliche Studien haben dies aufgezeigt. Wir wissen auch, dass die Gehirnplastizität auf verschiedenen organisatorischen Ebenen des multiplen Nervensystems auftritt. Plastizität findet sich in deinem Nervengewebe, deinen Neuronen, deinen Gliazellen, deinen Synapsen usw.

Die Gehirnplastizität tritt hauptsächlich als Reaktion auf physiologische Bedürfnisse, Veränderungen der Nervenaktivität oder aufgrund von Nervengewebeschäden auf.
 

Wie funktionieren neuronale Netzwerke?

Die Gehirnplastizität tritt hauptsächlich als Reaktion auf physiologische Bedürfnisse, Veränderungen der Nervenaktivität oder aufgrund von Nervengewebeschäden auf.

Die Plastizität spielt ebenfalls eine Rolle bei der Bildung deiner neuronalen Netzwerke, wenn du heranwächst, neue motorische Fähigkeiten oder andere Dinge erlernst, die du über dein Leben hinweg verwenden wirst. Darüber hinaus spielt die Plastizität ebenfalls eine Rollen bei vielen biologischen Prozessen, wie zum Beispiel:

  • Neurogenese
  • Zellmigration
  • Veränderungen der neuronalen Erregbarkeit
  • Neurotransmission
  • Herstellung neuer Verbindungen
  • Änderung bestehender Verbindungen

Strukturelle und funktionelle Gehirnplastizität

Die Plastizität und Effizienz der Übertragung zwischen Neuronen hängt von adaptiven Änderungen an präsynaptischen, extrazellulären oder postsynaptischen Molekülen ab. Dies bedeutet, dass die Plastizität auftreten kann, ohne dass die Anzahl, die Platzierung, das Layout, die Dichte oder die Gesamtfläche deiner Synapsen geändert werden müssen.

Die Langzeitverstärkung in der frühen Phase und Änderungen der elektrischen Eigenschaften, aufgrund geometrischer Änderungen der Dendriten, sind eindeutige Beispiele für diese Art der Plastizität, sowie für Änderungen in der Konnektivität von Schaltkreisen, die die Bildung, Eliminierung oder Erweiterung von Synapsen beinhalten.

Hebb‘sche Lernregel und homöostatische Gehirnplastizität

 

Die Plastizität der Übertragungseffizienz und die strukturelle Plastizität können auch als Hebb’sche Lernregel bzw. homöostatische Gehirnplastizität klassifiziert werden.

Mit der Hebb’schen Plastizität ändert sich die Stärke einer Synapse. Dies kann entweder eine Zunahme oder eine Abnahme bedeuten. Außerdem kann dies innerhalb von Sekunden oder Minuten nach einem Stimulus geschehen.

Die Langzeitverstärkung in der frühen Phase ist ein typisches Beispiel für die Hebb’sche Plastizität. Sie beginnt, wenn ein Stimulus die entsprechenden prä- und postsynaptischen Impulse aktiviert, wodurch die synaptische Effizienz gesteigert wird. Dieser Schub wird auch dazu beitragen, die Potenzierung zu erhöhen. Mit anderen Worten, die Hebb‘sche Plastizität erzeugt eine positive Rückkopplungsschleife.

Homöostatische Prozesse sind dagegen viel langsamer. Sie können Stunden oder Tage dauern. Sie können auch die Dichte von Ionenkanälen, die Freisetzung eines Neurotransmitters oder die Empfindlichkeit eines postsynaptischen Rezeptors verändern.

Im Gegensatz zur Hebb‘schen Plastizität, erzeugt die homöostatische Plastizität eine negative Rückkopplungsschleife. Die homöostatische Form verringert die Konnektivität als Reaktion auf ein hohes Maß an neuronaler Aktivität. Sobald diese Aktivität beendet ist, wird die Konnektivität wieder hergestellt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Plastizität es deinem Gehirn ermöglicht, flexibel zu bleiben.
 

Hebb’sche und homöostatische Gehirnplastizität: zwei verschiedene Rollen

Manche Forscher haben vorgeschlagen, dass die Hebb‘sche und die homöostatische Plastizität unterschiedliche Rollen in Bezug auf die Funktionen des neuronalen Netzwerks spielen. Die Hebb‘sche Plastizität spielt eine Rolle bei:

  • den Veränderungen, die sich in unserem Leben vollziehen,
  • unserer Fähigkeit, Erinnerungen zu speichern,
  • der Beständigkeit des Gedächtnisses.

Andererseits hat die homöostatische Plastizität mit der Selbstorganisation deines neuronalen Netzwerks zu tun. Dies geschieht, um das Netzwerk stabil zu halten. Diese Art der Plastizität nutzt auch synaptische und außersynaptische Mechanismen, wie diese:

  • Regulation der neuronalen Erregbarkeit,
  • Bildung von Synapsen,
  • Stabilisierung der synaptischen Stärke,
  • dendritische Verzweigung.

Du kannst die Plastizität beobachten, wenn sich ein Nervensystem entwickelt. Es ist ein Schlüsselattribut, mit dem dein Gehirn seine eigene Struktur und Funktion als Reaktion auf Änderungen der neuronalen Aktivität ändern kann. Sie hilft dir auch dabei, neue Fähigkeiten zu erlernen, als Grundlage für das Lernen, das Gedächtnis oder das Wiedererlernen nach einer Verletzung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Plastizität es deinem Gehirn ermöglicht, flexibel zu bleiben. Denn flexibel zu sein bedeutet, sich besser an die Umgebung anpassen und somit überleben zu können.

 
  1. Cramer, S. C., Sur, M., Dobkin, B. H., O’brien, C., Sanger, T. D., Trojanowski, J. Q., … & Chen, W. G. (2011). Harnessing neuroplasticity for clinical applications. Brain, 134(6), 1591-1609.
  2. Fauth, M., & Tetzlaff, C. (2016). Opposing effects of neuronal activity on structural plasticity. Frontiers in neuroanatomy, 10, 75.
  3. Lisman, J. (2017). Glutamatergic synapses are structurally and biochemically complex because of multiple plasticity processes: long-term potentiation, long-term depression, short-term potentiation and scaling. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372(1715), 20160260.