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Unter neuronaler Plastizitat oder Neuroplastizitat versteht man die Eigenart von Synapsen Nervenzellen oder auch ganzen Hirnarealen sich zwecks Optimierung laufender Prozesse nutzungsabhangig in ihrer Anatomie und Funktion zu verandern Je nach betrachtetem System spricht man dabei z B von synaptischer Plastizitat oder kortikaler Plastizitat Der Psychologe Donald O Hebb gilt als der Entdecker der synaptischen Plastizitat Er formulierte 1949 die Hebbsche Lernregel in seinem Buch The Organization of Behavior 1 Im Laufe der zweiten Halfte des 20 Jahrhunderts gaben Forschungen immer mehr Aufschluss uber die plastische Formbarkeit des Gehirns selbst weit in das Erwachsenenalter hinein Inhaltsverzeichnis 1 Synaptische Plastizitat 1 1 Zur Erlauterung des Begriffs 2 Kortikale Plastizitat 2 1 Kortikale Plastizitat und kortikale Karten 3 Siehe auch 4 Literatur 4 1 Wissenschaftliche Literatur 4 2 Sachbucher und Dokumentarfilme 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseSynaptische Plastizitat BearbeitenSynaptische Plastizitat ist ein Begriff der die aktivitatsabhangige Anderung der Starke der synaptischen Ubertragung beschreibt Diese Anderungen konnen sowohl durch Anderungen der Morphologie als auch der Physiologie der Synapse verursacht werden Synaptische Plastizitat ist ein wichtiger Forschungsgegenstand der Neurowissenschaften da sie wie inzwischen direkt nachgewiesen ein neurophysiologischer Mechanismus fur Lernprozesse und Gedachtnis ist 2 Zur Erlauterung des Begriffs Bearbeiten Synaptische Aktivitat Ubertragung Synapsen konnen ruhen oder aktiv sein An einer aktiven Synapse ist die prasynaptische Endigung erregt das heisst dort treten Aktionspotentiale auf Es kommt zur Freisetzung von Transmittern in den synaptischen Spalt und ihrer Bindung an Rezeptoren der postsynaptischen Membran Wird dadurch im postsynaptischen Neuron eine Antwort hervorgerufen hat synaptische Ubertragung stattgefunden Die Antwort muss nicht notwendigerweise in einem Aktionspotential bestehen sondern ist haufig unterschwellig Aktivitatsabhangigkeit Das bedeutet dass diejenigen Anderungen der Synapsen betrachtet werden die deren Aktivitat als Ursache haben Im Gegensatz dazu gibt es z B entwicklungsbedingte Anderungen von Synapsen die wahrend des Wachstums und der Differenzierung des Nervensystems stattfinden und nicht notwendigerweise auch synaptische Aktivitat voraussetzen Starke der Ubertragung Damit ist gemeint dass ein einzelnes Aktionspotential am prasynaptischen Endknopfchen im postsynaptischen Neuron eine unterschiedlich starke Anderung des Membranpotentials bewirken kann Je grosser diese Anderung desto starker die Ubertragung und umgekehrt Je nach Dauer der synaptischen Veranderungen nach einer bestimmten Form der synaptischen Aktivierung unterscheidet man zwischen Kurzzeit und Langzeitplastizitat short term plasticity und long term plasticity Kurzzeitplastizitat Die Anderung der Ubertragungsstarke halt einige Millisekunden bis hochstens einige Minuten an Langzeitplastizitat Die Starke der Ubertragung andert sich fur viele Minuten bis einige Stunden moglicherweise lebenslang Die Verstarkung der synaptischen Ubertragung durch synaptische Plastizitat bezeichnet man als Potenzierung die Abschwachung als Depression nicht zu verwechseln mit dem Krankheitsbild der Depression Je nach Dauer spricht man von Langzeit Potenzierung long term potentiation LTP Kurzzeit Potenzierung short term potentiation STP Langzeit Depression long term depression LTD und Kurzzeit Depression short term depression STD Synaptische Plastizitat kann sowohl pra als auch postsynaptisch verursacht sein Prasynaptisch Dabei andert sich die Menge des pro Aktionspotentials freigesetzten Transmitters oder die Geschwindigkeit der Wiederaufnahme des Neurotransmitters in die prasynaptische Zelle Postsynaptisch Dabei andert sich die Grosse der postsynaptischen Antwort auf eine bestimmte Menge von Transmitter Das geschieht z B durch Anderung der Menge von postsynaptischen Transmitter Rezeptoren durch die Modifikation dieser Rezeptoren haufig durch Phosphorylierung oder Dephosphorylierung oder durch die Bildung von Enzymen die das Verhalten der Neurotransmitter im synaptischen Spalt verandern Pra und postsynaptische Anderungen konnen gleichzeitig vorkommen Die Richtung der Anderung der synaptischen Ubertragung und der Mechanismus uber den sie erfolgt ist spezifisch fur bestimmte Synapsen und bestimmte Arten der synaptischen Aktivitat Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin dass die synaptische Plastizitat ebenso wie die Signaltransduktion und die Gedachtnisbildung im Gehirn auf molekularen Prozessen basiert in denen reaktive Sauerstoffspezies als Signalubertrager fungieren Ihre Bildung vor allem aber die des Hyperoxids scheint von der NADPH Oxidase gesteuert zu werden 3 Fur die Stabilisierung von synaptischen Veranderungen spielt die parallele Zunahme pra und postsynaptischer Strukturen wie z B axonales Bouton dendritischer Dornenfortsatz und postsynaptische dichte Membranregion PSD eine zentrale Rolle Auf postsynaptischer Seite kommt hier den Scaffolding Proteinen PSD 95 und Homer1c eine besondere Bedeutung zu Es konnte gezeigt werden dass im Falle erregender Synapsen des Hippocampus eine Korrelation zwischen dem Ausmass dauerhafter Vergrosserung dendritischer Dornenfortsatze und einer Zunahme der Proteine PSD 95 und Homer1c besteht 4 Kortikale Plastizitat BearbeitenKortikale Plastizitat ist ein Begriff der die aktivitatsabhangige Anderung der Grosse Konnektivitat oder Aktivierungsmuster von neuronalen Netzen beschreibt Mit dem Begriff der kortikalen Plastizitat wird oftmals die Plastizitat des gesamten Gehirns bezeichnet obwohl dabei auch Regionen ausserhalb des Kortex beteiligt sind da die Prinzipien der kortikalen Plastizitat keineswegs auf die Grosshirnrinde Kortex beschrankt sind Eine Konsequenz der Plastizitat ist dass eine gegebene Funktion im Hirn von einer Stelle zu einer anderen wandern kann Die modernen bildgebenden Verfahren haben hier zu einer Vielzahl von erstaunlichen Beobachtungen gefuhrt indem anatomische Funktionsverlagerung nach grossraumigen Gehirnschaden beobachtet wurde insbesondere aber nicht nur bei Kindern 5 6 Kortikale Plastizitat und kortikale Karten Bearbeiten Die kortikale Organisation vor allem des Wahrnehmungsapparates wird oftmals als kartenahnlich bezeichnet So laufen die Sinneswahrnehmungen vom Fuss an einer Stelle des Kortex zusammen die des Schienbeines an einer anderen benachbarten Stelle Das Ergebnis dieser sogenannten somatotopischen Organisation der Sinneseindrucke im Kortex ahnelt einer Karte des Korpers Homunculus Diese Karten sind nicht starr sondern plastisch Das Fehlen von Sinneseindrucken von bestimmten Teilen des Korpers zum Beispiel nach einer Amputation fuhrt dazu dass die kortikale Karte sich derart verandert dass der Bereich der zuvor fur den nun fehlenden Teil zustandig war nun nach und nach die benachbarten nach wie vor vorhandenen Teile des Korpers mitreprasentiert Dies kann in der Ubergangszeit bei den Patienten zu seltsamen Falschwahrnehmungen fuhren So fuhlen sie manchmal nicht mehr vorhandene amputierte Gliedmassen da deren Reprasentation noch nicht vollends geloscht ist aber bereits Nervensignale von benachbarten Regionen in den Bereich der fruheren Reprasentation des verlorenen Korperteils eindringen Kortikale Karten konnen sich durch Training verandern Beispielsweise konnte Alvaro Pascual Leone zeigen dass die kortikalen Karten der Finger bei einem zweistundigen Training einer Klavierfingerubung taglich nach einer Woche signifikant an Grosse zunahmen Anatomische Langsschnittarbeiten haben gezeigt dass ein dreimonatiges Jongliertraining 7 die Vorbereitung auf das Medizinphysikum 8 aber auch ein 40 Stunden dauerndes Golftraining 9 zu deutlichen anatomischen Veranderungen in jenen Hirngebieten fuhrt die mit der Kontrolle der geubten Fertigkeiten betraut sind Auch die Immobilisation des rechten Armes wegen eines Armbruchs fur 2 Wochen fuhrte zu einer Reduktion der kortikalen Dicke in den Motorarealen welche die ummobilisierte Hand bzw den mobilisierten Arm kontrollieren 10 Nachdem Forschung gezeigt hatte dass herausragende Fahigkeiten in Sport Kunst und Wissenschaft auch aufgrund von intensivem und haufigem Uben entstehen 11 wurden aus neuroanatomischen und neurophysiologischen Vergleichen von Geubten und Nicht Geubten wesentliche Ruckschlusse auf die Neuroplastizitat gezogen So haben Untersuchungen gezeigt dass Geubte vor allem in jenen Hirngebieten die mit der Kontrolle des Geubten assoziiert sind anatomische und funktionelle Besonderheiten aufweisen 12 13 Diese anatomischen Auffalligkeiten werden mit morphologischen Veranderungen an den Synapsen dem Neuropil und den Neuronen in Verbindung gebracht 13 Vor allem bei professionellen und semi professionellen Musikern sind vielfaltige anatomische und funktionelle Auffalligkeiten festgestellt worden die auf Neuroplastizitat zuruckgefuhrt werden 14 15 Siehe auch BearbeitenMetaplastizitat NeurogeneseLiteratur BearbeitenWissenschaftliche Literatur Bearbeiten Lutz Jancke Lehrbuch Kognitive Neurowissenschaften Huber Verlag Bern 2013 ISBN 978 3 456 85004 7 S 595 623 Manfred Spitzer Geist im Netz Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 1996 ISBN 3 8274 0109 7 S 148 182 R Duman und andere Neuronal plasticity and survival in mood disorders In Biol Psychiatry Band 48 2000 S 732 739 Johann Caspar Ruegg Neuronale Plastizitat und Psychosomatik 1 In Reinhold Haux Axel W Bauer Wolfgang Eich Wolfgang Herzog Johann Caspar Ruegg Jurgen Windeler Hrsg Wissenschaftlichkeit in der Medizin Teil 2 Physiologie und Psychosomatik Versuche einer Annaherung Brucken Schriften zur Interdisziplinaritat Band 4 VAS Frankfurt am Main 1998 ISBN 3 88864 249 3 S 82 120 Gerd Rudolf Neuronale Plastizitat und Psychosomatik 2 In Reinhold Haux Axel W Bauer Wolfgang Eich Wolfgang Herzog Johann Caspar Ruegg Jurgen Windeler Hrsg Wissenschaftlichkeit in der Medizin Teil 2 Physiologie und Psychosomatik Versuche einer Annaherung Brucken Schriften zur Interdisziplinaritat Band 4 VAS Frankfurt am Main 1998 ISBN 3 88864 249 3 S 121 130 Uwe Hans Wiese Neuroplastizitat im Ruckenmark Springer Wiesbaden 2019 ISBN 978 3 658 27360 6 Sachbucher und Dokumentarfilme Bearbeiten Sharon Begley Neue Gedanken neues Gehirn Die Wissenschaft der Neuroplastizitat beweist wie unser Bewusstsein das Gehirn verandert Goldmann Munchen 2010 Norman Doidge The Brain That Changes Itself Viking New York 2007 Deutsch Neustart im Kopf wie sich unser Gehirn selbst repariert Ubersetzung von Jurgen Neubauer Campus Verlag Frankfurt am Main New York 2008 ISBN 978 3 593 38534 1 Neustart im Kopf Film Regie Mike Sheerin Norman Doidge Kanada amp Frankreich 2009 70 min Arte F Deutsche Erstsendung Arte 18 November 2009 Weblinks BearbeitenNeuronale Plastizitat Das formbare Gehirn PDF In Forschungsperspektiven 2010 Max Planck Gesellschaft Ulrich Kraft Altern mit Kopfchen PDF 2 6 MB In MaxPlanckForschung Heft 1 2007 Models of Synaptic Plasticity In Scholarpedia englisch inkl Literaturangaben Harel Z Shouval Maintenance of synaptic plasticity In Scholarpedia englisch inkl Literaturangaben Suzanna Randall Macht Mozart intelligent Mit dem Neurologen und Direktor des Instituts fur Musikermedizin Eckart Altenmuller Podcast In BR KLASSIK Kosmos Musik Der Wissens Podcast mit Suzanna Randall Folge vom 3 Februar 2022 bei Zeitindex 10 30Einzelnachweise Bearbeiten Donald Oding Hebb The Organization of Behavior a neuropsychological approach Wiley New York 1949 G Yang C S Lai J Cichon L Ma W Li W B Gan Sleep promotes branch specific formation of dendritic spines after learning In Science 344 6188 2014 S 1173 1178 PMID 24904169 K T Kishida E Klann Sources and Targets of Reactive Oxygen Species in Synaptic Plasticity and Memory In Antioxid Redox Signal 9 2007 S 233 244 PMID 17115936 D Meyer T Bonhoeffer V Scheuss Balance and Stability of Synaptic Structures during Synaptic Plasticity In Neuron Band 82 Nr 2 2014 S 430 443 doi 10 1016 j neuron 2014 02 031 PMID 24742464 L Feuillet H Dufour J Pelletier Brain of a white collar worker In Lancet 370 9583 2007 S 262 PMID 17658396 Louis Buckley The man with a hole in his brain Scans reveal a fluid filled cavity in the brain of a normal man In Nature News 20 Juli 2007 B Draganski C Gaser V Busch G Schuierer U Bogdahn A May Neuroplasticity changes in grey matter induced by training In Nature 427 6972 2004 S 311 312 B Draganski C Gaser G Kempermann H G Kuhn J Winkler C Buchel u a Temporal and spatial dynamics of brain structure changes during extensive learning In The Journal of neuroscience 26 23 2006 S 6314 6317 L Bezzola S Merillat C Gaser L Jancke Training induced neural plasticity in golf novices In Journal of Neuroscience 31 35 2011 S 12444 12448 N Langer J Hanggi N A Muller H P Simmen L Jancke Effects of limb immobilization on brain plasticity In Neurology 78 3 2012 S 182 188 K A Ericsson R T Krampe T Clemens The role of deliberate practise in the acquisition of expert performance In Psychological Review 100 3 1993 S 363 406 ict usc edu PDF A May Experience dependent structural plasticity in the adult human brain In Trends Cogn Sci 15 2011 S 475 482 a b L Jancke The plastic human brain In Restor Neurol Neurosci 27 5 2009 S 521 539 PMID 19847074 T F Munte E Altenmuller L Jancke The musician s brain as a model of neuroplasticity In Nature Reviews Neuroscience 3 6 2002 S 473 478 L Jancke Music drives brain plasticity In F1000 Biology Reports 1 2009 S 1 6 Normdaten Sachbegriff GND 4875825 5 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Neuronale Plastizitat amp oldid 228814230