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Neurale plasticiteit

Neuronale Plastizität (ebenfalls Neuro- oder kortikale Plastizität oder kurz Plastizität) weist auf Veränderungen in der Organisation des Gehirn von Einzelpersonen. Die neuronale Plastizität ist Teil der Gehirnentwicklung bei Kindern und tritt auch als Folge der Entwicklung auf. lernen oder Erfahrung bei normalen Erwachsenen und danach Gehirnverletzung.

Gehirnentwicklung

Die Leute werden mit einem vollen Zerebraler Kortex und SammlungNervenzellen geboren. Das wichtigste Entwicklung in dem Kindheit besteht aus der Bildung neuer Verbindungen zwischen diesen Gehirnzellen: Synapsen Biene (Synaptogenese), sondern entfernt auch unnötige Synapsen (Beschneidung). Anfangs gibt es wahrscheinlich viel mehr Synapsen als nötig. Im endgültigen Netzwerk bleiben nach Entfernung der ineffektiven Synapsen nur noch die effektiven Synapsen übrig (siehe Abbildung rechts). Dies ermöglicht eine schrittweise feinere Abstimmung von Netzwerken von Neuronen an die Anforderungen der Umwelt. Es gibt auch eine allmähliche Zunahme der weißen Substanz (Myelinisierung) und Verbreitung von Gliazellen. Vor allem die letzten beiden Faktoren haben einen starken Anstieg der Gehirnvolumen in den ersten 6 Lebensjahren. Der Prozess der Bildung und Entfernung von Synapsen erscheint in den primären Kortexbereichen, die zuvor abgeschlossen sind, im Vereinsbereiche (zum Beispiel die präfrontaler Kortex). Forschung mit Ratten[1] hat gezeigt, dass die Nervenzellen von jungen Ratten, die in einem bereicherten Umfeld mehr Ableger (Dendriten) und entwickeln in einer sparsamen Umgebung mehr synaptische Verbindungen als Ratten. Bei altersbedingten Erkrankungen wie z Demenz andererseits ein Zerfall von Dendriten und neuronale Verbindungen auf.

Drei Stufen des Wachstums neuronaler Verbindungen und Synapsen in der Kindheit, so J.P. changeux. Frühe Entwicklung, vorübergehende Fülle oder Redundanz (es gibt mehr Verbindungen als nötig) und selektive Stabilisierung. Im neuronalen Netz werden effektive Synapsen ausgewählt, indem die redundanten Verbindungen eliminiert werden

Insbesondere Gruppen von Nervenzellen, die eine synchrone Aktivität entwickeln, haben eine größere Chance, zwischen ihnen stärkere Gelenke zu bilden, so die Regel von Hebb. Im Gegensatz dazu werden Verbindungen zwischen Nervenzellen, die nicht synchron feuern, schwächer. Dieser Prozess der selektiven Verstärkung und Eliminierung von Synapsen ähnelt dem Darwinistisch Prozesse für Evolution anwenden.[2]. Kann während der Evolution das menschliche Gehirn hat eine ähnliche Entwicklung durchgemacht. Dies führte vermutlich nicht nur zu einer Zunahme des Hirnvolumens und Nummer synaptische Verbindungen, sondern auch der Komplexität aus der Synapse selbst[3]

Plastizität bei Erwachsenen

Die starke Plastizität des Gehirns und die Zunahme der Konnektivität (Anzahl der Verbindungen) während der Entwicklung steht im Gegensatz zur hohen Stabilität während der Reife. Neuronen, die durch Hirnschäden oder Alterung verloren gehen, werden in der Regel nicht ersetzt. Einige wichtige Formen der Plastizität bei Erwachsenen werden im Folgenden diskutiert.

Neurogenese

Es wurden jedoch auch Beweise für Neurogenesedh: das Wachstum neuer Nervenzellen bei Erwachsenen. Obwohl dies noch ein neues Forschungsgebiet ist, haben einige Studien an Affen und Menschen gezeigt, dass das Wachstum neuer Nervenzellen in bestimmten Bereichen (wie z Hippocampus und Basalganglien) ist möglich. Es ist noch ungewiss, welche Funktion die neuen Zellen genau haben und ob sie beispielsweise in der Lage sind, Funktionen bestehender Zellen zu übernehmen.

Myelinisierung

Mit Techniken wie Traktografie und MRT es ist nun auch möglich, anatomische Eigenschaften von Nervenfasern abzubilden. So lässt sich ermitteln, welchen Einfluss das Üben (zum Beispiel) bestimmter motorischer Fähigkeiten auf die Struktur der weißen Substanz hat[4].

Reorganisation von Synapsen

Die Plastizität im Gehirn von Erwachsenen hängt hauptsächlich mit der Anzahl und Organisation der Synapsen zusammen. Die Zahl der Synapsen kann beispielsweise durch vermehrte Verzweigung der Aussprossung von Nervenzellen, wie Dendriten, erhöht werden. von Autopsie zum Beispiel haben Leute von Jacobs und Scheibel (siehe Kolb und Wishaw, 1998, für eine Übersicht) eine stärkere Verzweigung von Dendriten in den primären somatosensorischen und motorischen Kortexbereichen, die den Fingern entsprechen, gezeigt als in den Bereichen, die dem Rumpf entsprechen. Dies kann darauf hindeuten, dass komplexere Operationen auch zu größeren Verästelungen der Dendriten der entsprechenden Neuronen führen. Es stellte sich auch heraus, dass diese Lautstärkeunterschiede bei Personen, die ihre Finger im Laufe ihres Lebens häufiger benutzt hatten, wie z.

Plastizität kortikaler Karten

Es gibt relativ viel Forschung zu strukturellen Veränderungen in den primären (somatosensorischen und motorischen) Bereichen der Großhirnrinde oder des Kortex, die beim Lernen auftreten. Diese Bereiche haben eine sogenannte Somatotop Repräsentation (bestimmte Körperteile, die auf bestimmte Bereiche des Kortex projizieren: dies wird auch als kortikale Karten bezeichnet). Nudo et al.[5] gezeigt, dass das Volumen der motorischer Kortex von Affen, die mit Hand und Fingern bestimmte Bewegungen ausführen. Mithilfe von Mikroelektroden fanden sie heraus, dass der Bereich, in den die Finger projizieren, bei Affen, die viele Fingerbewegungen ausführen mussten, größer war als bei Affen, die gröbere Bewegungen des Handgelenks oder der Hand ausführen mussten. Dies scheint im Einklang mit der Humanforschung von Elbert et al. zu stehen[6] was zeigte, dass bei Geigern der motorische Bereich der Finger der linken Hand größer ist als bei Menschen, die keine Musik spielen.[7] zeigte, dass die Manipulation der Eingabe in Teile der somatosensorischer Kortex beeinflusst die Größe oder Grenzen dieser Bereiche. Zum Beispiel beim Durchschneiden des afferenten Eingangs zu einem Finger, vergrößert sich der Bereich der benachbarten (intakten) Finger in der Kortikalis. Ein weiteres interessantes Beispiel ist die Plastizität bei Menschen mit amputierten Körperteilen, zum Beispiel dem Arm. Das Phänomen der Phantomglied zeigt an, dass der dem Arm entsprechende Bereich noch intakt ist, aber jetzt Input von einem anderen (benachbarten oder angrenzenden) Bereich im Kortex erhält.

Funktionelle Plastizität

Eine fünfte Form der Plastizität bei Erwachsenen hat mit der Reorganisation normaler Gehirnfunktionen als Ergebnis von Übung und Lernen zu tun. Es ist bekannt, dass Menschen nach dem Training kognitive Aufgaben effizienter ausführen: Sie erledigen die Aufgabe immer schneller und machen auch weniger Fehler. Die Aufgaben scheinen auch weniger zu sein Geistige Anstrengung benötigen. Es scheint wahrscheinlich, dass solche Verhaltenseffekte teilweise auf die Veränderung oder Reorganisation von Netzwerken im Gehirn zurückzuführen sind, die während der Aufgabenerfüllung aktiv sind. Diese Änderungen sind jedoch früher funktional als strukturell von Natur. Das bedeutet, dass keine neuen Verbindungen gebildet werden, sondern die bestehenden Verbindungen in den Netzen verstärkt oder abgeschwächt werden. Es ist auch möglich, zuvor inaktive Verbindungen zu aktivieren.Im Folgenden werden zwei Beispiele für funktionelle Plastizität diskutiert.

  • Synaptische Plastizität.

Synaptische Plastizität, Bezieht sich auf Veränderungen in der Übertragung von Impulsen von einem Neuron zu einem anderen Neuron durch Stärkung der synaptischen Verbindung. Gruppen von Zellen, die synchron miteinander feuern, haben eine größere Chance, untereinander stärkere Synapsen zu bilden als Zellen, die dies nicht tun. Ein wichtiger Mechanismus ist hier Langzeitpotenzierung (LTP) oder die allmähliche Stärkung der synaptischen Verbindung zwischen zwei Neuronen bei wiederholter Stimulation.[8] Es wird angenommen, dass LTP der grundlegende Mechanismus ist, der einer besseren Leistung beim Training zugrunde liegt. Ebenfalls Neurotransmitter wenn Glutamat und Kalzium scheinen auf zellulärer Ebene eine Rolle bei der Bildung von Assoziationen zwischen Nervenzellen und damit beim Gedächtnis und Lernen zu spielen. Diese Stoffe spielen nicht nur beim LTP eine Rolle, sondern auch bei elementaren Lernprozessen wie Konditionierung und Gewöhnung. Hier wirken sie vor allem erleichternd auf Neurotransmitter im präsynaptischen Neuron.

Denkbar ist, dass die schnelle Reizübertragung in der Synapse eine effizientere Informationsverarbeitung in neuronalen Netzen im Gehirn mit sich bringt. Dies kann unter anderem zu einer funktionalen Neuordnung dieser Netzwerke führen. Einige Bestätigungen dafür finden sich in der Forschung, in der Techniken wie DECKEL und fMRT Die Auswirkungen von Bewegung auf die Gehirnaktivität während der Ausführung kognitiver Aufgaben wurden untersucht. Bei motorischen Aufgaben scheint beispielsweise bereits nach wenigen Wochen ein anderes (d. h. verstärktes) Muster der Durchblutung zu bestimmten Bereichen des motorischen Kortex aufzutreten. Für Aufgaben, die viel Aufmerksamkeit erfordern, wie z. B. bestimmte sprachliche Aufgaben[9] zeigt, dass manchmal aufgrund von Bewegung bestimmte Bereiche weniger aktiv werden. Dies kann darauf hindeuten, dass diese Art von Aufgaben allmählich automatischer werden und weniger auf Kontrollfunktionen von Bereichen wie dem präfrontalen Kortex angewiesen sind. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass körperliche Aktivität sowohl zu einer Zunahme oder Abnahme der Aktivität kortikaler Bereiche oder einer Kombination von beiden (Zunahme in einem Bereich und gleichzeitige Abnahme in einem anderen Bereich) führen kann. Siehe auch Kelly und Caravan.

Plastizität nach Hirnverletzung

Plastizität nach Hirnverletzung (z. B. nach a Gehirnblutung) lernen die Patienten, den Funktionsverlust auszugleichen. Dies kann manchmal das Ergebnis verhaltensbezogener (strategischer) Anpassungen sein. Zum Beispiel ein Patient, der nach einem Infarkt des einen Teil des zentralen Gesichtsfeldes verloren hatte visueller Kortex Lesen Sie erneut, indem Sie seine Augen auf andere (peripherere) Punkte im Text richten. Ein weiteres Beispiel für eine funktionelle Wiederherstellung ist, dass nach a Läsion der daraus resultierenden linken Gehirnhälfte Sprachstörung teilweise durch die rechte Hemisphäre kompensiert.

Verweise

  1. ↑Greenough, W. & Chang F.L.F. (1988). Plastizität der synaptischen Struktur in der Großhirnrinde. In: A. Peters & E.G. Jones (Hrsg.). Großhirnrinde (S. 391–439). New York. Plenum Publishing
  2. ↑Diakon, T. W. (1997). Die symbolische Spezies. Norton & Company, New York
  3. ↑Richard D. Emes, Andrew J. Pocklington, Christopher NG Anderson, Alex Bayes, Mark O Collins, Catherine A. Vickers, Mike DR. Croning, Bilal R. Malik, Jyoti S. Choudhary, J. Douglas Armstrong & Seth G.N. Verständnis der evolutionären Expansion und anatomischen Spezialisierung von Synapsenproteomkomplexität. Natur-Neurowissenschaften, 2007, 8,6.1-7
  4. ↑Jan Scholz1, Miriam C. Klein1,2, Timothy E. & J. Behrens1,2 Heidi Johansen-Berg1 (2009). Training induziert Veränderungen in der Architektur der weißen Substanz.Nature Neuroscience online. 11. Okt.
  5. ↑Nudo, R. J., Plautz, E. J. & Frost, S. B. (2001). Rolle der adaptiven Plastizität bei der Wiederherstellung der Funktion nach Schädigung des motorischen Kortex. Muskel und Nerv, 24, 1000-1019.
  6. ↑Elbert T. S., Heim, S. & Rockstroh (2001). Neuronale Plastizität und Entwicklung. In: C. A. Nelson & M. Luciana (Hrsg.). Handbuch der kognitiven Entwicklungsneurowissenschaften.
  7. ↑Merzenich, M. M. & Jenkins, W. M. (1993). Reorganisation der kortikalen Repräsentationen der Hand nach Veränderungen der Hautinputs durch Nervenverletzungen, Hautinseltransfers und Erfahrung. Zeitschrift für Handtherapie, 6, 89-104.
  8. ↑A. Kok (2016). Das hierarchische Gehirn. Einführung in die kognitive Neurowissenschaft. Pumbo-Verlag. ISBN 978-94-92182-75-3)
  9. ↑Raichle ua (1994). Praxisbezogene Veränderungen der funktionellen Anatomie des menschlichen Gehirns während des nichtmotorischen Lernens. Zerebraler Kortex. 4, 8-26

Quellen

  • Changeux, J. P. (1985). Neuronaler Mann. Oxford University Press. Oxford.
  • Kelly, A.M.C. & Garavan, H. (2005). Human Functional Neuroimaging von Gehirnveränderungen im Zusammenhang mit der Praxis. Großhirnrinde, 15, 1089-1102.
  • Kolb. B. & Whishaw I.Q. (1998). Plastizität und Verhalten des Gehirns. Jahresübersicht der Psychologie, 49, 43-64.