Einführung in die synaptische Plastizität

Synaptische Plastizität bezeichnet die Fähigkeit von Synapsen, ihre Stärke und Effizienz in Reaktion auf neuronale Aktivität zu verändern. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend für Lern- und Gedächtnisprozesse und ermöglicht es dem Gehirn, sich an neue Informationen und Umgebungen anzupassen (Magee and Grienberger, 2020; Ho, Lee and Martin, 2011; Martin, Grimwood and Morris, 2000).

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Formen der synaptischen Plastizität

Hebb’sche Plastizität: Diese klassische Form basiert auf der Korrelation zwischen prä- und postsynaptischer Aktivität. Sie ist jedoch in ihrer Fähigkeit, komplexe Lernprozesse zu unterstützen, begrenzt (Magee and Grienberger, 2020).
Drei-Faktor-Plastizität: Diese erweitert die Hebb’sche Plastizität durch die Einbeziehung von Neuromodulation und Eignungsspuren, was zu einer verbesserten Anpassungsfähigkeit führt (Magee and Grienberger, 2020).
Strukturelle Plastizität: Beinhaltet die Bildung und Eliminierung von Synapsen, was insbesondere in der somatosensorischen und visuellen Kortikalis beobachtet wird (Holtmaat and Svoboda, 2009).

Mechanismen der synaptischen Plastizität

Zelluläre und molekulare Prozesse: Veränderungen in der Genexpression und Modifikationen synaptischer Komponenten sind notwendig, um die synaptische Konnektivität zu erhöhen oder zu verringern (Ho, Lee and Martin, 2011).
Homeostatische Mechanismen: Diese stabilisieren neuronale Funktionen durch synaptische Skalierung und andere Anpassungen, um ein Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung zu gewährleisten (Turrigiano, 2012).

Synaptische Plastizität und Gedächtnis

Synaptische Plastizität wird als notwendiger Mechanismus für die Gedächtnisbildung angesehen, da sie die Stärke der neuronalen Verbindungen verändert, die für die Speicherung von Gedächtnisspuren verantwortlich sind. Obwohl sie als notwendig gilt, gibt es weniger Beweise dafür, dass sie allein ausreichend ist, um Gedächtnis zu erklären (Martin, Grimwood and Morris, 2000).

Herausforderungen und zukünftige Forschungsrichtungen

Trotz intensiver Forschung sind die genauen Mechanismen, wie synaptische Plastizität die Gehirnmorphologie und -physiologie formt, noch nicht vollständig verstanden. Zukünftige Studien könnten sich auf die Untersuchung neuerer Formen der Plastizität und deren Rolle in adaptivem Verhalten konzentrieren (Magee and Grienberger, 2020; Mateos-Aparicio and Rodríguez-Moreno, 2019).

Studien zu synaptischer Plastizität

Magee, J., & Grienberger, C., 2020. Synaptic Plasticity Forms and Functions.. Annual review of neuroscience. https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-090919-022842

Ho, V., Lee, J., & Martin, K., 2011. The Cell Biology of Synaptic Plasticity. Science, 334, pp. 623 – 628. https://doi.org/10.1126/science.1209236

Martin, S., Grimwood, P., & Morris, R., 2000. Synaptic plasticity and memory: an evaluation of the hypothesis.. Annual review of neuroscience, 23, pp. 649-711. https://doi.org/10.1146/ANNUREV.NEURO.23.1.649

Turrigiano, G., 2012. Homeostatic synaptic plasticity: local and global mechanisms for stabilizing neuronal function.. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 4 1, pp. a005736. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a005736

Holtmaat, A., & Svoboda, K., 2009. Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain. Nature Reviews Neuroscience, 10, pp. 647-658. https://doi.org/10.1038/nrn2699

Mateos-Aparicio, P., & Rodríguez-Moreno, A., 2019. The Impact of Studying Brain Plasticity. Frontiers in Cellular Neuroscience, 13. https://doi.org/10.3389/fncel.2019.00066

 

Ist Synaptische Plastizität identisch mit Neuroplastizität?

Nein, synaptische Plastizität und Neuroplastizität sind nicht identisch, auch wenn sie eng miteinander verbunden sind.

Die synaptische Plastizität ist ein spezifischer Mechanismus, der die Veränderung der Stärke der Signalübertragung zwischen zwei Neuronen an den Synapsen beschreibt. Dies geschieht zum Beispiel durch:

  • Änderung der Anzahl von Neurotransmitter-Rezeptoren
  • Veränderung der ausgeschütteten Neurotransmitter-Menge
  • Strukturelle Modifikationen der synaptischen Kontakte

Hauptunterschiede der Neuroplastizität zur synaptischen Plastizität

Neuroplastizität hingegen ist der übergeordnete Begriff für die generelle Anpassungsfähigkeit des Nervensystems. Sie umfasst neben der synaptischen Plastizität auch:

  • Das Wachstum neuer Nervenzellen (Neurogenese)
  • Die Bildung neuer Verbindungen zwischen Nervenzellen
  • Das Absterben nicht benötigter Verbindungen
  • Reorganisation ganzer neuronaler Netzwerke
  • Veränderungen der Genexpression in Nervenzellen

Die synaptische Plastizität ist eine wichtige Form der Neuroplastizität, aber Neuroplastizität beinhaltet noch weitere Mechanismen der neuronalen Anpassung. Zum Beitrag über Neuroplastizität.