Neuronale Plastizität: Lernen im Gehirn

Neuronale Netzwerke sind veränderbar. Wenn Nervenzellen wiederholt oder gleichzeitig aktiv sind, kann sich die Übertragung an ihren Kontaktstellen verändern. Auch neue Kontakte oder Axonäste können entstehen.

Synaptische Plastizität ist ein Teil der neuronalen Plastizität. Sie betrifft Synapsen, also Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. Dort kann ein Signal nach Erfahrung stärker oder schwächer übertragen werden.

Bei funktioneller Plastizität ändert sich vor allem die Wirksamkeit der Übertragung. Die Verbindung muss dabei nicht sichtbar umgebaut werden. Präsynaptisch kann sich die Menge freigesetzter Neurotransmitter ändern. Postsynaptisch können zusätzliche Rezeptoren die Antwort auf dieselbe Transmittermenge verstärken.

Bei struktureller Plastizität ändert sich der Aufbau des Netzwerks: Synapsen können größer werden, neu entstehen oder zurückgebildet werden; Axone können neue Seitenäste bilden. Beide Formen lassen sich zum Lernen unterscheiden, greifen biologisch aber oft ineinander.

Langzeitpotenzierung (LTP) ist eine länger anhaltende Verstärkung synaptischer Übertragung. Die entgegengesetzte Abschwächung heißt Langzeitdepression (LTD). LTP ist ein experimentelles Modell für einen zellulären Lernvorgang; es beweist allein keinen gespeicherten Gedächtnisinhalt.

An vielen untersuchten Synapsen ist ein NMDA-Rezeptor beteiligt. Wenn die Synapse aktiv und die empfangende Zelle ausreichend depolarisiert ist, kann Ca²⁺ einströmen und längerfristige Änderungen anstoßen. Wiederholte gemeinsame Aktivität kann Verbindungen festigen.

Beim Instrumentalspiel werden Bewegungen, Hören und Koordination wiederholt gemeinsam beansprucht. In Tierversuchen zeigten Ratten in komplexer Umwelt gegenüber reizarm gehaltenen Tieren mehr Synapsen pro Neuron und stärker verzweigte Dendriten. Solche Vergleiche belegen einen Zusammenhang zwischen Umwelt und messbarer Struktur, aber keine eindeutige Zuordnung jeder Alltagserfahrung zu einer einzelnen Hirnänderung. Übung liefert Aktivitätsmuster; ob und wie sich Netzwerke verändern, hängt auch von Entwicklungsalter und biologischen Bedingungen ab.

Plastizität bleibt grundsätzlich lebenslang möglich, ist aber je nach Alter und Bedingungen unterschiedlich ausgeprägt. Im jungen Nervensystem sind Wachstum und Reorganisation meist stärker. Im erwachsenen ZNS stabilisiert Myelin viele Verbindungen; Nogo-Hemmstoffe können regeneratives Wachstum und Aussprossen bremsen.

Deprivation ist das Fehlen nötiger Reize. Fehlen Sehreize in einer sensiblen Entwicklungsphase, kann sich die Sehrinde dauerhaft anders organisieren; später lässt sich das nicht beliebig nachholen. Denervation ist der körperliche Verlust von Nervenfasern oder Nervenzellen, die ein Gebiet versorgen. Unter günstigen Bedingungen können überlebende Axone neue Seitenäste bilden.

Nach einem Schlaganfall können gezielte, wiederholte Bewegungs-, Alltags- oder Sprachübungen die Reorganisation erhaltener Netzwerke unterstützen. Andere Bereiche können Funktionen teilweise übernehmen. Das ist eine mögliche Teilkompensation, keine Zusage vollständiger Erholung.