Medizinische Kurznachrichten der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie
(Prof. Helmut Schatz, Bochum)

Neuroplastizität: Funktionelle und morphologische Veränderungen des Gehirns bis ins Alter: Es sind die Neurotransmitter an den Synapsen!


Bochum, 25. Juli 2019:

Lernten wir noch im Studium, dass das Gehirn sich nach der Geburt kaum mehr ändere, so haben die letzten 3 Jahrzehnte bahnbrechende Erkenntnisse gebracht. Heute gibt es den Begriff der „Neuroplastizität“: Sowohl Funktionen als auch Morphologie des Gehirns ändern sich, abhängig von den Tätigkeiten, den Werkzeugen und der Umwelt jedes Individuums. Ebenso glaubte man lange, dass das Gehirn aus einem Geflecht von Nervenbahnen und nicht aus Zellen zusammengesetzt sei, auch nachdem der junge Neurophysiologieforscher Sigmund Freud in Wien das Nervensystem von Fischen und Krustentieren seziert hatte und zum Ergebnis gekommen war, das das Gehirn  aus Zellen mit Axonen und Dendriten besteht, aus „Neuronen“. Freud erkannte, dass den Abständen zwischen den Zellen, von ihm „Kontaktbarrieren“ genannt, eine Schlüsselrolle bei den Gehirnfunktionen zukomme. Es seien die Botenstoffe, Neurotransmitter  an den „Synapsen“, wie man sie heute nennt, die unsere Erinnerungen, Gedanken und Gefühle formten (1). Übrigens war es erst die Notwendigkeit, nach seiner Eheschließung auch Geld zu verdienen, die Freud zur Aufnahme einer ärztlichen Praxis veranlasste, in der er sich der Psychoanalyse und Psychotherapie zuwendete.

Die meisten Neurologen und Biologen blieben bei der jahrhundertealten Meinung, dass sich nach den ersten zwei Lebensjahrzehnten keine neuen Neuronen und Schaltkreise mehr bildeten. Nur wenige Biologen und Psychologen sahen die Hinweise, dass auch das ausgewachsene Gehirn formbar oder „plastisch“ war, so der britische Biologe J.Z. Young in einer 1950 ausgestrahlten Sendung der BBC. Siebzig Jahre zuvor hatte der amerikanische Psychologe William James eine ähnliche Vermutung über eine große Plastizität des Gehirns. Auch Sigmund Freud schrieb schon 1895, „das Gehirn und insbesondere die Kontaktbarrieren zwischen den Neuronen könnten sich den Erfahrungen einer Person entsprechend verändern“.

Vier berühmte Experimente belegten in den letzten Jahrzehnten die funktionelle und morphologische Neuroplastizität des Gehirns:

1.)  Michael Merzenich in Wisconsin studierte um die Jahrtausendwende mit Mikroelektroden die Hirnrinde von Affen, so auch in dem Bereich, der für die Empfindungen einer Hand zuständig waren (2). Dann durchtrennte er bei den Affen die für den Tastsinn zuständigen Nerven. Die Nerven wuchsen wieder zusammen, aber unkontrolliert und die zuständigen Hirnstrukturen wurden gleichsam „verwirrt“ Signale etwa von einem unteren Fingerglied wurden als von der Fingerspitze wahrgenommen. Nach einigen Monaten hatten sich die Nervenbahnen aber eine neue Struktur gegeben, entsprechend der neuen Nervenstruktur an den Händen.

2.) Eine der einfachsten und besten Demonstrationen der Veränderung von Synapsen brachte das Experiment des österreichisch- amerikanischen Biologen und Nobelpreisträgers Eric Kandel: Das reflexartige, heftige Zucken einer Kieme der großen Meereschnecke Aplysia nach Berührung ließ im Laufe der Zeit nach und die Schnecke ignorierte diese schließlich (3). Dies beweist die erlernte Verhaltensänderung mit einer fortschreitenden Schwächung synaptischer Verbindungen zwischen Sinnesneuronen und Motorneuronen.

3.) Edward Taub studierte  in den USA eine Gruppe rechtshändiger Violinisten und verglich sie mit Nicht-Geigern. Bei den Geigern ist die linke Griffhand sehr stark gefordert und ihr entsprechender Hirnbereich war größer als bei den Nichtmusikern.

4.) Eine Gruppe britischer Forscher studierte die Gehirne von 16 Londoner Taxifahrern, die 2- 42 Jahre lang  hinter ihrem Lenkrad gesessen hatten. Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe war im Scan der posteriore Hippocampus wesentlich größer als normal. Diese Hirnregion spielt für die räumliche Erfassung der Umgebung eine Schlüsselrolle. Seine Größe war mit der Dauer des Taxifahrens korreliert. Kompensatorisch war der anteriore Teil des Hippocampus geschrumpft.

Nicholas Carr kommentiert diese Experimente in seinem auch in anderer Hinsicht lesenswerten Buch „Wer ich bin, wenn ich online bin…“:  „Wir alle verfügen über eine geistige Flexibilität und eine intellektuelle Geschmeidigkeit, die es uns gestattet, neuen Situationen gerecht zu werden, neue Fähigkeiten zu erlernen und ganz allgemein unseren Horizont zu erweitern. Das ist die gute Nachricht. Doch es gibt auch eine Kehrseite: Die Neuroplastizität bietet zwar einen Ausweg aus dem genetischen Determinismus, ein Hintertürchen für gedankliche Freiheit und freien Willen, doch drückt sie unserem Verhalten ihre eigene Form von Determinismus auf. Wenn bestimmte neuronale Netze in unserem Gehirn durch die Wiederholung einer physischen oder mentalen Aktivität verstärkt werden, beginnen sie, diese Aktivität als Gewohnheit abzuspeichern“ (1). Der kanadische Psychiater Norman Doidge schreibt über das Paradoxon der Neuroplastizität: „Sie stattet uns zwar mit geistiger Flexibilität aus, aber kann uns auch in starre Verhaltensmuster zwingen. Die chemisch ausgelöste Synapsen-Aktivität, die unsere Neurone verbinden, programmieren uns nämlich darauf, diese Verbindungen auch weiterhin benutzen zu wollen. Wenn in unserem Gehirn eine neue neuronale Vernetzung entstanden ist, wollen wir, das sie aktiviert bleibt. Ungenutzte neuronale Netzwerke werden stillgelegt (4)“.

Dies ist ein Blick nur scheinbar „über den Tellerrand der Endokrinologie“ hinaus, denn er zeigt die riesige Bedeutung unserer Disziplin auch für das Gehirn und unser Verhalten: der Hormone, (Neuro-)Transmitter und Botenstoffe

Helmut Schatz

Literatur

(1) Nicholas Carr: Wer bin ich, wenn ich online bin…., und was macht mein Gehirn solange? Wie das Internet unser Denken verändert.
Karl Blessing Verlag, München 2010

(2) R.L. Paul, H. Goodman und M. Merzenich: Alterations in mechanoreceptor input to Brodmann´s areas 1 and 3 of the postcentral hand area of Macaca mulatta after nerve section and regeneration.
Brain Research, April 1972. 39(1), 1-19

(3) Eric R. Kandel: In search of memory: The emergence of a new science of mind.
M.I.T. Press, Cambridge 2006, S. 27-29

(4) Norman Doidge: The brain that changes itself (Neustart im Kopf: wie sich unser Gehirn selbst repariert).
Erstveröffentlichumng 15. März 2007. Viking Press, ISBN: 9781101147115

Publiziert am von Prof. Helmut Schatz
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3 Antworten auf Neuroplastizität: Funktionelle und morphologische Veränderungen des Gehirns bis ins Alter: Es sind die Neurotransmitter an den Synapsen!

  1. Arne Jensen sagt:

    In diesem Zusammenhang ist vielleicht ein Blick auf die Pathophysiologie des Schlaganfalls von Interesse, der zeigt, daß eine Neuroregeneration im adulten Gehirn grundsätzlich möglich ist, wenn auch quantitativ nicht in dem Maße, wie im kindlichen Gehirn. Dies wird besonders bei Betrachtung neuer zell-basierter Therapieverfahren mit Stammzellen aus Nabelschnurblut deutlich.

    https://www.austinpublishinggroup.com/stemcell-research-transplantation/download.php?file=fulltext/jscrt-v6-id1029.pdf

  2. Triebel sagt:

    Eine sehr schöne Aufarbeitung unserer Kenntnisse!
    Die physiologisch- anatomische Plastizität korreliert auch mit der geistig- kulturellen Plastizität. Man könnte auch behaupten, dass sie die Grundlage dafür ist.
    Auch unser Gehirn ist den physiologischen Gesetzmärßigkeiten, die wir vom übrigen Körper kennen, unterworfen.
    Dieses Thema lässt sich, wenn wir uns in die geistig- kulturelle Sphäre begeben, so sehr ausweiten, dass unser Bild vom menschlichen Souverän infrage gestellt wird.

  3. Franzl sagt:

    Nicht nur bei Taxifahrern, sondern auch bei anderen Lernprozessen, etwa in der medizinischen Ausbildung im Anatomiestudium, vergrößert sich, wie man bei Messungen unmittelbar vor und nach der Prüfung festggestellt hat, der caudale Hippocampus und nimmt danach wieder ab. Dass die Neuroplastizität bis ins Alter erhalten bleibt, wie man heute weiß, ist erfreulich und sollte jeden Menschen ermuntern, ständig etwas Neues zu lernen.

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