Erfahrungsabhängige Plastizität

Erfahrungsabhängige Plastizität ist die Fähigkeit neuronaler Schaltkreise, ihre Struktur und Funktion als Reaktion auf Erfahrung, Lernen und Nutzung zu verändern. Aktivitätsmuster passen die Stärke von Synapsen an und formen die Konnektivität neu, wodurch das Gehirn Informationen speichern, sich an eine sich ändernde Umgebung anpassen und sich nach verändertem Input reorganisieren kann. Sie ist lebenslang wirksam, wobei ihr Umfang in der frühen Entwicklung am größten ist.

Definition

Erfahrungsabhängige Plastizität ist die aktivitätsgesteuerte Modifikation der synaptischen Stärke, Konnektivität und Schaltkreisstruktur als Reaktion auf die Erfahrung eines Organismus, die dem Lernen, dem Gedächtnis und der adaptiven Reorganisation des Nervensystems zugrunde liegt.

Scope

Dieses Thema behandelt, wie Aktivität und Erfahrung Synapsen und Schaltkreise modifizieren: die Stärkung und Schwächung von Verbindungen, die strukturelle Umgestaltung von Synapsen und Dendriten sowie die Art und Weise, wie sensorische Erfahrungen kortikale Karten formen. Es handelt sich um einen grundlagenwissenschaftlichen Referenzeintrag, der sich von der Plastizität kritischer Perioden und der rehabilitationsgesteuerten Erholung unterscheidet, obwohl er damit zusammenhängt, und für die es eigene Einträge gibt.

Core questions

• Wie verändert gemusterte neuronale Aktivität die Stärke synaptischer Verbindungen?
• Wie formt Erfahrung kortikale Karten und die Schaltkreisstruktur neu?
• Was unterscheidet die lebenslange erfahrungsabhängige Plastizität von der zeitlich begrenzten Plastizität kritischer Perioden?
• Wie werden plastische Veränderungen stabilisiert, damit das Lernen bestehen bleibt?

Key concepts

• Synaptische Plastizität
• Langzeitpotenzierung und -depression
• Hebbsche Plastizität
• Reorganisation kortikaler Karten
• Strukturelle Plastizität von Dendriten und Synapsen
• Aktivitätsabhängige Verfeinerung

Mechanisms

Erfahrung verändert Schaltkreise hauptsächlich durch die Anpassung der synaptischen Stärke: Koordinierte prä- und postsynaptische Aktivität kann eine langanhaltende Stärkung (Langzeitpotenzierung) oder Schwächung (Langzeitdepression) von Verbindungen hervorrufen, was eine zelluläre Grundlage für das Lernen darstellt. Diese Veränderungen gehen mit strukturellen Umgestaltungen einher, einschließlich des Wachstums, der Retraktion und der Stabilisierung von dendritischen Spines und axonalen Arborisationen. Während der Entwicklung verfeinern solche aktivitätsabhängigen Prozesse die anfänglich unpräzise Verdrahtung, sodass dieselben Mechanismen, die Erfahrungen speichern, auch dazu beitragen, Schaltkreise überhaupt erst aufzubauen (Katz & Shatz, 1996). Wenn gemusterte Aktivität verändert wird, wie bei sensorischer Deprivation, reorganisieren sich kortikale Repräsentationen, was zeigt, dass Karten kontinuierlich durch Input geformt werden (Wiesel & Hubel, 1963).

Clinical relevance

Erfahrungsabhängige Plastizität ist die biologische Grundlage des Lernens und der erholungsorientierten Therapien, und ihre Dysregulation ist an mehreren neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen beteiligt. Dieser Eintrag beschreibt den Mechanismus als Referenzmaterial und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

Evidence & guidelines

Das Thema stützt sich auf zelluläre Elektrophysiologie, In-vivo-Bildgebung und systemische Studien des sensorischen Kortex. Grundlegende Belege umfassen die Entdeckung der Langzeitpotenzierung als eine anhaltende, aktivitätsinduzierte Zunahme der synaptischen Stärke (Bliss & Lomo, 1973) und Nachweise, dass sensorische Erfahrungen kortikale Reaktionen umgestalten (Wiesel & Hubel, 1963).

History

Die Idee, dass koinzidente Aktivität Verbindungen stärkt, wurde Mitte des 20. Jahrhunderts als Lernregel formuliert und erhielt mit der Entdeckung der Langzeitpotenzierung im Hippocampus eine physiologische Grundlage (Bliss & Lomo, 1973). Parallel dazu zeigten Studien des visuellen Systems, dass Erfahrung kortikale Karten umgestaltet, wodurch die erfahrungsabhängige Plastizität als eine allgemeine Eigenschaft des Gehirns und nicht als Merkmal eines einzelnen Systems etabliert wurde.

Debates

Inwieweit spiegelt die kortikale Plastizität im Erwachsenenalter neue Verbindungen wider im Vergleich zur Entmaskierung bestehender Verbindungen?

Die Reorganisation kortikaler Karten bei Erwachsenen könnte aus tatsächlich neuen synaptischen Verbindungen oder aus Veränderungen im Gleichgewicht bestehender Inputs resultieren; der relative Beitrag von strukturellen versus funktionellen Veränderungen wird noch diskutiert.

Key figures

• Carla Shatz
• Torsten Wiesel
• David Hubel
• Timothy Bliss

Seminal works

• wiesel-hubel-1963
• katz-shatz-1996
• bliss-lomo-1973

Frequently asked questions

Ist erfahrungsabhängige Plastizität dasselbe wie eine kritische Periode?

Nein. Kritische Perioden sind begrenzte Zeitfenster erhöhter Plastizität, während erfahrungsabhängige Plastizität lebenslang anhält; die Plastizität kritischer Perioden ist eine besonders starke, zeitlich begrenzte Form davon.

Was ist die zelluläre Grundlage des Lernens in diesem Rahmen?

Dauerhafte Veränderungen der synaptischen Stärke, wie Langzeitpotenzierung und -depression, zusammen mit struktureller Umgestaltung von Synapsen, sollen die Auswirkungen von Erfahrung speichern und dem Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen.