Information

Säugetiere mit höchster synaptischer Beschneidung

Säugetiere mit höchster synaptischer Beschneidung

Welche Säugetiere haben nach dem Menschen den höchsten Grad an synaptischer Beschneidung?


Geschichte verändern

Jenkins, J. G. & Dallenbach, K. M. Obliviscence im Schlaf und im Wachzustand. Bin. J. Psychol. 35, 605–612 (1924).

Diekelmann, S. &. Born, J. Die Gedächtnisfunktion des Schlafes. Nat. Rev. Neurosci. 11, 114–126 (2010).

Rasch, B. & Born, J. Über die Rolle des Schlafs im Gedächtnis. Physiol. Rev. 93, 681–766 (2013).

Dudai, Y. Das ruhelose Engramm: Konsolidierungen enden nie. Annu. Rev. Neurosci. 35, 227–247 (2012).

Lewis, P. A. & Durrant, S. J. Überlappende Gedächtniswiedergabe während des Schlafes baut kognitive Schemata auf. Trends Cog. Wissenschaft 15, 343–351 (2011).

Nadel, L. & Moscovitch, M. Gedächtniskonsolidierung, retrograde Amnesie und der Hippocampus-Komplex. Curr. Meinung. Neurobiol. 7, 217–227 (1997).

McClelland, J. L., McNaughton, B. L. & O’Reilly, R. C. Warum es komplementäre Lernsysteme im Hippocampus und Neocortex gibt: Erkenntnisse aus den Erfolgen und Misserfolgen konnektionistischer Lern- und Gedächtnismodelle. Psychol. Rev. 102, 419–457 (1995).

Kumaran, D., Hassabis, D. & McClelland, J. L. Welche Lernsysteme brauchen intelligente Agenten? Komplementäre Lernsystemtheorie aktualisiert. Trends Cog. Wissenschaft 20, 512–534 (2016).

Gais, S. et al. Schlaf verwandelt die zerebrale Spur deklarativer Erinnerungen. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 104, 18778–18783 (2007).

Takashima, A. et al. Wechsel vom hippocampalen zum neokortikalen zentrierten Abrufnetzwerk mit Konsolidierung. J. Neurosci. 29, 10087–10093 (2009).

Squire, L. R. Memory and the Hippocampus: eine Synthese aus Erkenntnissen mit Ratten, Affen und Menschen. Psychol. Rev. 99, 195–231 (1992).

Sawangjit, A. et al. Der Hippocampus ist entscheidend für die Bildung des nicht-hippocampalen Langzeitgedächtnisses im Schlaf. Natur 564, 109–113 (2018).

King, B. R., Hoedlmoser, K., Hirschauer, F., Dolfen, N. & Albouy, G. Schlafen auf dem motorischen Engramm: Die facettenreiche Natur der schlafbezogenen motorischen Gedächtniskonsolidierung. Neurosci. Bioverhalten Rev. 80, 1–22 (2017).

O’Neill, J., Pleydell-Bouverie, B., Dupret, D. & Csicsvari, J. Play it again: Reaktivierung von Wacherfahrung und Erinnerung. Trends Neurosci. 33, 220–229 (2010).

Atherton, L. A., Dupret, D. & Mellor, J. R. Gedächtnisspurwiedergabe: die Formung der Gedächtniskonsolidierung durch Neuromodulation. Trends Neurosci. 38, 560–570 (2015).

Pavlides, C. &. Winson, J. Influences of hippocampal place cell fire in the wach state on the Aktivität dieser Zellen während nachfolgender Schlafepisoden. J. Neurosci. 9, 2907–2918 (1989).

Wilson, M. A. & McNaughton, B. L. Reaktivierung von Erinnerungen an das Hippocampus-Ensemble während des Schlafs. Wissenschaft 265, 676–679 (1994).

Skaggs, W. E. & McNaughton, B. L. Replay von neuronalen Feuersequenzen im Hippocampus der Ratte während des Schlafs nach räumlicher Erfahrung. Wissenschaft 271, 1870–1873 (1996).

Ji, D. & Wilson, M. A. Koordinierte Gedächtniswiedergabe im visuellen Kortex und Hippocampus während des Schlafs. Nat. Neurosci. 10, 100–107 (2007).

Kudrimoti, H. S., Barnes, C. A. & McNaughton, B. L. Reaktivierung von Zellverbänden des Hippocampus: Auswirkungen des Verhaltenszustands, der Erfahrung und der EEG-Dynamik. J. Neurosci. 19, 4090–4101 (1999).

Diba, K. & Buzsáki, G. Vorwärts- und Rückwärts-Hippocampus-Ort-Zell-Sequenzen während der Wellen. Nat. Neurosci. 10, 1241–1242 (2007).

Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S. I., Buzsáki, G. & Zugaro, M. B. Die selektive Unterdrückung von Hippocampus-Wellen beeinträchtigt das räumliche Gedächtnis. Nat. Neurosci. 12, 1222–1223 (2009).

Louie, K. & Wilson, M. A. Zeitlich strukturierte Wiedergabe der wachen Hippocampus-Ensemble-Aktivität während des Schlafs mit schnellen Augenbewegungen. Neuron 29, 145–156 (2001).

Piantoni, G., Van Der Werf, Y. D., Jensen, O. & Van Someren, E. J. W. Gedächtnisspuren von langreichweitig koordinierten Schwingungen im schlafenden menschlichen Gehirn. Summen. Gehirn-Map. 36, 67–84 (2015).

Schönauer, M. et al. Entschlüsselung der materialspezifischen Gedächtnisaufarbeitung während des Schlafs beim Menschen. Nat. Komm. 8, 15404 (2017).

Zhang, H., Fell, J. & Axmacher, N. Elektrophysiologische Mechanismen der menschlichen Gedächtniskonsolidierung. Nat. Komm. 9, 4103 (2018).

Peyrache, A., Khamassi, M., Benchenane, K., Wiener, S.I. & Battaglia, F.P. Replay of Rule-Learning-related neuronal pattern in the prefrontal cortex während des Schlafs. Nat. Neurosci. 12, 919–926 (2009).

Wilber, A. A., Skelin, I., Wu, W. & McNaughton, B. L. Laminare Organisation der Kodierung und Gedächtnisreaktivierung im parietalen Kortex. Neuron 95, 1406–1419.e5 (2017).

Gulati, T., Ramanathan, D. S., Wong, C. C. & Ganguly, K. Reaktivierung von emergenten aufgabenbezogenen Ensembles während des Slow-Wave-Schlafs nach neuroprothetischem Lernen. Nat. Neurosci. 17, 1107–1113 (2014).

O’Neill, J., Boccara, C. N., Stella, F., Schoenenberger, P. & Csicsvari, J. Oberflächliche Schichten des medialen entorhinalen Kortex replay unabhängig vom Hippocampus. Wissenschaft 355, 184–188 (2017).

Lansink, C. S., Goltstein, P. M., Lankelma, J. V., McNaughton, B. L. & Pennartz, C. M. Hippocampus führt das ventrale Striatum bei der Wiedergabe von Ortsbelohnungsinformationen an. PLoS Biol. 7, e1000173 (2009).

Valdés, J.L., McNaughton, B.L. & Fellous, J.-M. Offline-Reaktivierung von erfahrungsabhängigen neuronalen Feuerungsmustern im ventralen tegmentalen Bereich der Ratte. J. Neurophysiologie. 114, 1183–1195 (2015).

Gomperts, S. N., Kloosterman, F. & Wilson, M. A. VTA-Neuronen koordinieren mit der hippocampalen Reaktivierung der räumlichen Erfahrung. eLife 4, 1–22 (2015).

Qin, Y.-L., McNaughton, B.L., Skaggs, W.E. & Barnes, C.A. Gedächtnisaufbereitung in kortikokortikalen und hippocampokortikalen neuronalen Ensembles. Philos. Übers. R. Soc. Lange. B Biol. Wissenschaft 352, 1525–1533 (1997).

Girardeau, G., Inema, I. & Buzsáki, G. Reaktivierungen des emotionalen Gedächtnisses im Hippocampus-Amygdala-System während des Schlafs. Nat. Neurosci. 20, 1634–1642 (2017).

Hoffman, K. L. & McNaughton, B. L. Koordinierte Reaktivierung verteilter Gedächtnisspuren im Primaten-Neocortex. Wissenschaft 297, 2070–2073 (2002).

Hasselmo, M. E. & McGaughy, J. Hohe Acetylcholinspiegel setzen die Schaltkreisdynamik für Aufmerksamkeit und Kodierung und niedrige Acetylcholinspiegel setzen die Dynamik für die Konsolidierung. Prog. Gehirnres. 145, 207–231 (2004).

Rasch, B.H., Born, J. &. Gais, S. Die kombinierte Blockade cholinerger Rezeptoren verlagert das Gehirn von der Stimuluscodierung zur Gedächtniskonsolidierung. J. Cogn. Neurosci. 18, 793–802 (2006).

Buzsáki, G. Der hippocampo-neocorticale Dialog. Cereb. Kortex 6, 81–92 (1996).

Vaz, A.P., Inati, S.K., Brunel, N. & Zaghloul, K.A. Gekoppelte Welligkeitsschwingungen zwischen dem medialen Temporallappen und dem Neokortex rufen das menschliche Gedächtnis ab. Wissenschaft 363, 975–978 (2019).

Brodt, S. et al. Schneller Weg zum Neokortex: Ein Gedächtnis-Engramm im hinteren Parietalkortex. Wissenschaft 362, 1045–1048 (2018).

O’Neill, J., Senior, T. J., Allen, K., Huxter, J. R. & Csicsvari, J. Reaktivierung von erfahrungsabhängigen Zellanordnungsmustern im Hippocampus. Nat. Neurosci. 11, 209–215 (2008).

Cheng, S. & Frank, L. M. Neue Erfahrungen verbessern die koordinierte neuronale Aktivität im Hippocampus. Neuron 57, 303–313 (2008).

Giri, B., Miyawaki, H., Mizuseki, K., Cheng, S. &. Diba, K. Die Hippocampus-Reaktivierung erstreckt sich nach neuen Erfahrungen über mehrere Stunden. J. Neurosci. 39, 866–875 (2019).

Singer, A.C. & Frank, L.M. Prämierte Ergebnisse verbessern die Reaktivierung der Erfahrung im Hippocampus. Neuron 64, 910–921 (2009).

Cohen, N. et al. Peri-encoding Prädiktoren der Speichercodierung und -konsolidierung. Neurosci. Bioverhalten Rev. 50, 128–142 (2015).

Benchenane, K. et al. Kohärente Theta-Oszillationen und Reorganisation des Spike-Timings im Hippocampus-präfrontalen Netzwerk beim Lernen. Neuron 66, 921–936 (2010).

Redondo, R. L. & Morris, R. G. M. Erinnerungen dauerhaft machen: die synaptische Tagging- und Capture-Hypothese. Nat. Rev. Neurosci. 12, 17–30 (2011).

McNamara, C. G., Tejero-Cantero, ., Trouche, S., Campo-Urriza, N. &. Dupret, D. Dopaminerge Neuronen fördern die Reaktivierung des Hippocampus und die Persistenz des räumlichen Gedächtnisses. Nat. Neurosci. 17, 1658–1660 (2014).

de Lavilléon, G., Lacroix, M. M., Rondi-Reig, L. & Benchenane, K. Die explizite Gedächtnisbildung im Schlaf zeigt eine kausale Rolle von Ortszellen bei der Navigation. Nat. Neurosci. 18, 493–495 (2015).

Puentes-Mestril, C. & Aton, S. J. Verknüpfung von Netzwerkaktivität mit synaptischer Plastizität während des Schlafs: Hypothesen und aktuelle Daten. Vorderseite. Neuronale Schaltkreise 11, 61 (2017).

Tononi, G. & Cirelli, C. Schlaf und der Preis der Plastizität: von der synaptischen und zellulären Homöostase bis zur Gedächtniskonsolidierung und -integration. Neuron 81, 12–34 (2014).

de Vivo, L. et al. Ultrastrukturelle Beweise für die synaptische Skalierung über den Wach-Schlaf-Zyklus. Wissenschaft 355, 507–510 (2017).

Vyazovskiy, V. V., Cirelli, C., Pfister-Genskow, M., Faraguna, U. & Tononi, G. Molekulare und elektrophysiologische Beweise für die synaptische Netzpotenzierung im Wachzustand und Depression im Schlaf. Nat. Neurosci. 11, 200–208 (2008).

Diering, G. H. et al. Homer1a steuert die homöostatische Verkleinerung der erregenden Synapsen während des Schlafs. Wissenschaft 355, 511–515 (2017).

Vyazovskiy, V. V. et al. Kortikales Brennen und Schlafhomöostase. Neuron 63, 865–878 (2009).

Grosmark, A. D., Mizuseki, K., Pastalkova, E., Diba, K. &. Buzsáki, G. REM-Schlaf reorganisiert die Erregbarkeit des Hippocampus. Neuron 75, 1001–1007 (2012).

Miyawaki, H. &. Diba, K. Regulation des Hippocampusfeuerns durch Netzwerkoszillationen während des Schlafs. Curr. Biol. 26, 893–902 (2016).

Huber, R. et al. Die Erregbarkeit der menschlichen Kortikalis nimmt mit der Wachzeit zu. Cereb. Kortex 23, 332–338 (2013).

Kuhn, M. et al. Schlaf rekalibriert die homöostatische und assoziative synaptische Plastizität im menschlichen Kortex. Nat. Komm. 7, 12455 (2016).

Niethard, N. et al. Schlafphasenspezifische Regulation der kortikalen Erregung und Hemmung. Curr. Biol. 26, 2739–2749 (2016).

Yang, G. et al. Schlaf fördert die astspezifische Bildung von dendritischen Dornen nach dem Lernen. Wissenschaft 344, 1173–1178 (2014).

Li, W., Ma, L., Yang, G. & Gan, W.-B. REM-Schlaf beschneidet selektiv und erhält neue Synapsen in Entwicklung und Lernen. Nat. Neurosci. 20, 427–437 (2017).

Frank, M. G. Schlaf und Plastizität im visuellen Kortex: mehr als man denkt. Curr. Meinung. Neurobiol. 44, 8–12 (2017).

Huber, R. et al. Die Immobilisierung des Arms verursacht plastische Veränderungen der Kortikalis und verringert lokal die Slow-Wave-Aktivität im Schlaf. Nat. Neurosci. 9, 1169–1176 (2006).

Chauvette, S., Seigneur, J. & Timofeev, I. Schlafschwingungen im thalamokortikalen System induzieren langfristige neuronale Plastizität. Neuron 75, 1105–1113 (2012).

Watson, B. O., Levenstein, D., Greene, J. P., Gelinas, J. N. & Buzsáki, G. Netzwerkhomöostase und Zustandsdynamik des neokortikalen Schlafs. Neuron 90, 839–852 (2016).

Kastellakis, G., Cai, D. J., Mednick, S. C., Silva, A. J. &. Poirazi, P. Synaptic clustering within Dendrites: an aufkommende Theorie der Gedächtnisbildung. Prog. Neurobiol. 126, 19–35 (2015).

Siegel, M., Donner, T. H. & Engel, A. K. Spektrale Fingerabdrücke großräumiger neuronaler Interaktionen. Nat. Rev. Neurosci. 13, 121–134 (2012).

Helfrich, R. F., Mander, B. A., Jagust, W. J., Knight, R. T. & Walker, M. P. Alte Gehirne werden im Schlaf entkoppelt: Langsame Welle-Spindel-Synchronie, Gehirnatrophie und Vergessen. Neuron 97, 221–230.e4 (2018).

Latchoumane, C.V., Ngo, H.-V. V., Born, J. & Shin, H.-S. Thalamusspindeln fördern die Gedächtnisbildung während des Schlafs durch dreifache Phasenverriegelung von kortikalen, thalamischen und hippocampalen Rhythmen. Neuron 95, 424–435.e6 (2017).

Massimini, M., Huber, R., Ferrarelli, F., Hill, S. & Tononi, G. Die langsame Schlafschwingung als Wanderwelle. J. Neurosci. 24, 6862–6870 (2004).

Nir, Y. et al. Regionale langsame Wellen und Spindeln im menschlichen Schlaf. Neuron 70, 153–169 (2011).

Wierzynski, C. M., Lubenov, E. V., Gu, M. & Siapas, A. G. Zustandsabhängige Spike-Timing-Beziehungen zwischen hippocampalen und präfrontalen Schaltkreisen während des Schlafs. Neuron 61, 587–596 (2009).

Marshall, L., Helgadóttir, H., Mölle, M. &. Born, J. Das Erhöhen langsamer Schwingungen während des Schlafes potenziert das Gedächtnis. Natur 444, 610–613 (2006).

Ngo, H.-V. V., Martinetz, T., Born, J. &. Mölle, M. Die auditive Closed-Loop-Stimulation der langsamen Schlafschwingung verbessert das Gedächtnis. Neuron 78, 545–553 (2013).

Perrault, A. A. et al. Das ununterbrochene Schaukeln über die ganze Nacht führt zu spontanen neuralen Schwingungen mit Vorteilen für Schlaf und Gedächtnis. Curr. Biol. 29, 402–411.e3 (2019).

Varela, C., Kumar, S., Yang, J. Y. & Wilson, M. A. Anatomische Substrate für direkte Interaktionen zwischen Hippocampus, medialem präfrontalen Kortex und dem Thalamusnukleus reuniens. Gehirn Struktur. Funktion 219, 911–929 (2014).

Gais, S., Mölle, M., Helms, K. &. Born, J. Lernabhängige Zunahme der Schlafspindeldichte. J. Neurosci. 22, 6830–6834 (2002).

Friedrich, M., Wilhelm, I., Born, J. & Friederici, A. D. Verallgemeinerung der Wortbedeutungen im Säuglingsschlaf. Nat. Komm. 6, 6004 (2015).

Bergmann, T. O., Mölle, M., Diedrichs, J., Born, J. & Siebner, H. R. Schlafspindel-bezogene Reaktivierung kategoriespezifischer kortikaler Regionen nach dem Erlernen von Gesichtsszenen-Assoziationen. Neuroimage 59, 2733–2742 (2012).

Rosanova, M. &. Ulrich, D. Musterspezifische assoziative Langzeitpotenzierung, die durch einen schlafspindelbezogenen Spike-Zug induziert wird. J. Neurosci. 25, 9398–9405 (2005).

Seibt, J. et al. Die kortikale dendritische Aktivität korreliert mit spindelreichen Schwingungen während des Schlafs bei Nagetieren. Nat. Komm. 8, 684 (2017).

Almeida-Filho, D. G., Queiroz, C. M. &. Ribeiro, S. Durch REM-Schlaf ausgelöste Gedächtniskortikalisierung: Mechanismen der Zell- und Systemkonsolidierung. Zelle. Mol.-Nr. Leben Sci. 75, 3715–3740 (2018).

Steriade, M. Gruppierung von Hirnrhythmen in kortikothalamischen Systemen. Neurowissenschaften 137, 1087–1106 (2006).

Staresina, B.P. et al. Hierarchische Verschachtelung von langsamen Schwingungen, Spindeln und Wellen im menschlichen Hippocampus während des Schlafs. Nat. Neurosci. 18, 1679–1686 (2015).

Mölle, M., Bergmann, T. O., Marshall, L. &. Born, J. Schnelle und langsame Spindeln während des Schlafs langsame Oszillation: unterschiedliche Koaleszenz und Beteiligung an der Gedächtnisverarbeitung. Schlaf 34, 1411–1421 (2011).

Niethard, N., Ngo, H.-V. V., Ehrlich, I. & Born, J. Kortikale Schaltkreisaktivität, die dem Schlaf zugrunde liegt, langsame Oszillationen und Spindeln. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 115, E9220–E9229 (2018).

Ngo, H.-V. et al. Das Antreiben langsamer Schwingungen des Schlafes durch auditive Closed-Loop-Stimulation – ein selbstlimitierender Prozess. J. Neurosci. 35, 6630–6638 (2015).

González-Rueda, A., Pedrosa, V., Feord, R. C., Clopath, C. & Paulsen, O. Aktivitätsabhängiges Herunterskalieren von unterschwelligen synaptischen Eingängen während Slow-Wave-Schlaf-ähnlicher Aktivität in vivo. Neuron 97, 1244-1252.e5 (2018).

Ladenbauer, J. et al. Die Förderung von Schlafschwingungen und ihrer funktionellen Kopplung durch transkranielle Stimulation verbessert die Gedächtniskonsolidierung bei leichten kognitiven Beeinträchtigungen. J. Neurosci. 37, 7111–7124 (2017).

Buzsáki, G. Hippocampal Sharp Wave-Ripple: Ein kognitiver Biomarker für episodisches Gedächtnis und Planung. Hippocampus 25, 1073–1188 (2015).

Norimoto, H. et al. Hippocampus-Wellen regulieren Synapsen herunter. Wissenschaft 359, 1524–1527 (2018).

Khodagholy, D., Gelinas, J. N. & Buzsáki, G. Lernverbesserte Kopplung zwischen Welligkeitsschwingungen in Assoziationskortizes und Hippocampus. Wissenschaft 358, 369–372 (2017).

Sirota, A., Csicsvari, J., Buhl, D. & Buzsáki, G. Kommunikation zwischen Neokortex und Hippocampus während des Schlafs bei Nagetieren. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 100, 2065–2069 (2003).

Maingret, N., Girardeau, G., Todorova, R., Goutierre, M. &. Zugaro, M. Hippocampo-kortikale Kopplung vermittelt die Gedächtniskonsolidierung im Schlaf. Nat. Neurosci. 19, 959–964 (2016).

Ngo, H.-V. V., Claussen, J. C., Born, J. &. Mölle, M. Induktion langsamer Schwingungen durch rhythmische akustische Stimulation. J. Schlafen. Res. 22, 22–31 (2013).

Bal, T. & McCormick, D.A. Was stoppt synchronisierte thalamokortikale Schwingungen? Neuron 17, 297–308 (1996).

Rothschild, G., Eban, E. & Frank, L.M. Eine kortikal-hippocampal-kortikale Schleife der Informationsverarbeitung während der Gedächtniskonsolidierung. Nat. Neurosci. 20, 251–259 (2017).

Bendor, D. & Wilson, M. A. Biasing des Inhalts der Hippocampus-Wiedergabe während des Schlafs. Nat. Neurosci. 15, 1439–1444 (2012).

Wang, D. V. &. Ikemoto, S. Koordinierte Interaktion zwischen Hippocampus-Scharf-Wellen-Wellen und anteriorer cingulärer Einheitsaktivität. J. Neurosci. 36, 10663–10672 (2016).

Cantero, J.L.et al. Schlafabhängige Theta-Oszillationen im menschlichen Hippocampus und Neocortex. J. Neurosci. 23, 10897–10903 (2003).

Nishida, M., Pearsall, J., Buckner, R. L. &. Walker, M. P. REM-Schlaf, präfrontales Theta und die Konsolidierung des menschlichen emotionalen Gedächtnisses. Cereb. Kortex 19, 1158–1166 (2009).

Sopp, M.R., Michael, T., Weeß, H.-G. &. Mecklinger, A. Erinnerung an spezifische Merkmale emotionaler Ereignisse im Laufe der Zeit: Die Rolle von REM-Schlaf und präfrontalen Theta-Oszillationen. Cog. Beeinflussen. Verhalten Neurosci. 17, 1186–1209 (2017).

Popa, D., Duvarci, S., Popescu, A. T., Léna, C. & Paré, D. Coherent amygdalocortical Theta fördert die Konsolidierung des Angstgedächtnisses während des paradoxen Schlafs. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 107, 6516–6519 (2010).

Ognjanovski, N., Broussard, C., Zochowski, M. & Aton, S. J. Hippocampale Netzwerkoszillationen retten durch Schlafverlust verursachte Gedächtniskonsolidierungsdefizite. Cereb. Kortex 28, 3711–3723 (2018).

Poe, G. R., Nitz, D. A., McNaughton, B. L. & Barnes, C. A. Erfahrungsabhängige Phasenumkehr des Hippocampus-Neuronfeuerns während des REM-Schlafs. Gehirnres. 855, 176–180 (2000).

Boyce, R., Glasgow, S.D., Williams, S. und Adamantidis, A. Kausale Beweise für die Rolle des REM-Schlaf-Theta-Rhythmus bei der kontextuellen Gedächtniskonsolidierung. Wissenschaft 352, 812–816 (2016).

Giuditta, A. et al. Die sequentielle Hypothese der Funktion des Schlafes. Verhalten Gehirnres. 69, 157–166 (1995).

Ribeiro, S. et al. Neue Erfahrungen induzieren eine anhaltende schlafabhängige Plastizität im Kortex, aber nicht im Hippocampus. Vorderseite. Neurosci. 1, 43–55 (2007).

Crunelli, V. et al. Doppelfunktion von thalamischen Low-Vigilance-Zustandsschwingungen: Rhythmusregulation und Plastizität. Nat. Rev. Neurosci. 19, 107–118 (2018).

Scholle, S., Zwacka, G. & Scholle, H.C. Evolution der Schlafspindel vom Säuglingsalter bis zum Jugendalter. Klin. Neurophysiologie. 118, 1525–1531 (2007).

Khazipov, R. et al. Frühe motorische Aktivität führt zu Spindelausbrüchen im sich entwickelnden somatosensorischen Kortex. Natur 432, 758–761 (2004).

Wei, Y., Krishnan, G. P., Komarov, M. & Bazhenov, M. Differentielle Rollen von Schlafspindeln und langsamen Schlafoszillationen bei der Gedächtniskonsolidierung. PLOS-Computer. Biol. 14, e1006322 (2018).

Huber, R., Ghilardi, M. F., Massimini, M. & Tononi, G. Lokaler Schlaf und Lernen. Natur 430, 78–81 (2004).

Klinzing, J. G. et al. Spindelaktivität phasenverriegelt, um langsame Schwingungen zu schlafen. Neuroimage 134, 607–616 (2016).

Durkin, J. et al. Kortikal koordinierte thalamokortikale NREM-Oszillationen spielen eine wesentliche, instruktive Rolle für die Plastizität des visuellen Systems. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 114, 10485–10490 (2017).

Chen, Z., Wimmer, R.D., Wilson, M.A. & Halassa, M.M. Thalamische Schaltkreismechanismen verbinden die sensorische Verarbeitung im Schlaf und in der Aufmerksamkeit. Vorderseite. Neuronale Schaltkreise 9, 83 (2016).

Halassa, M.M.et al. Zustandsabhängige Architektur thalamischer retikulärer Subnetze. Zelle 158, 808–821 (2014).

Wimmer, R. D. et al. Thalamische Kontrolle der sensorischen Selektion bei geteilter Aufmerksamkeit. Natur 526, 705–709 (2015).

Clemente-Perez, A. et al. Unterschiedliche thalamische retikuläre Zelltypen modulieren unterschiedlich normale und pathologische kortikale Rhythmen. Zellvertreter 19, 2130–2142 (2017).

Ahisar, M. & Hochstein, S. Die umgekehrte Hierarchietheorie des visuellen Wahrnehmungslernens. Trends Cog. Wissenschaft 8, 457–464 (2004).

Halassa, M. M. & Kastner, S. Thalamic Funktionen in verteilter kognitiver Kontrolle. Nat. Neurosci. 20, 1669–1679 (2017).

Winocur, G., Moscovitch, M. &. Bontempi, B. Gedächtnisbildung und Langzeiterhaltung bei Mensch und Tier: Konvergenz zu einem Transformationskonto von Hippocampus-Neokortikalen Interaktionen. Neuropsychologie 48, 2339–2356 (2010).

Tempesta, D., Socci, V., De Gennaro, L. &. Ferrara, M. Schlaf und emotionale Verarbeitung. Schlaf. Med. Rev. 40, 183–195 (2018).

Friedrich, M., Wilhelm, I., Mölle, M., Born, J. & Friederici, A. D. Das Gehirn des schlafenden Säuglings antizipiert die Entwicklung. Curr. Biol. 27, 2374–2380.e3 (2017).

Gómez, R. L., Bootzin, R. R. & Nadel, L. Naps fördern die Abstraktion bei sprachlernenden Säuglingen. Psychol. Wissenschaft 17, 670–674 (2006).

Schapiro, A.C. et al. Schlaf fördert das Gedächtnis für die semantische Kategoriestruktur und bewahrt gleichzeitig exemplarspezifische Informationen. Wissenschaft Repräsentant 7, 14869 (2017).

Batterink, L. J., Oudiette, D., Reber, P. J. & Paller, K. A. Sleep erleichtert das Erlernen einer neuen linguistischen Regel. Neuropsychologie 65, 169–179 (2014).

Wilhelm, I. et al. Das schlafende Kind übertrifft die Fähigkeit des Erwachsenen, implizites in explizites Wissen umzuwandeln. Nat. Neurosci. 16, 391–393 (2013).

Lutz, N. D., Wolf, I., Hübner, S., Born, J. & Rauss, K. Sleep stärkt die prädiktive Sequenzcodierung. J. Neurosci. 38, 8989–9000 (2018).

Wagner, U., Gais, S., Haider, H., Verleger, R. & Born, J. Schlaf inspiriert zu Einsichten. Natur 427, 352–355 (2004).

Cai, D. J., Mednick, S. A., Harrison, E. M., Kanady, J. C. & Mednick, S. C. REM, nicht Inkubation, verbessert die Kreativität durch Priming assoziativer Netzwerke. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 106, 10130–10134 (2009).

Ellenbogen, J. M., Hu, P. T., Payne, J. D., Titone, D. & Walker, M. P. Das menschliche relationale Gedächtnis benötigt Zeit und Schlaf. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 104, 7723–7728 (2007).

Schönauer, M. et al. Schlaf fördert nicht die Lösung klassischer Einsichtsprobleme und Zaubertricks. Vorderseite. Summen. Neurosci. 12, 72 (2018).

Brodt, S., Pöhlchen, D., Bäumer, E., Gais, S. & Schönauer, M. Inkubation, nicht Schlaf, hilft bei der Problemlösung. Schlaf 41, 1–11 (2018).

Pardilla-Delgado, E. & Payne, J. D. Der Einfluss des Schlafs auf das wahre und falsche Gedächtnis über lange Verzögerungen hinweg. Neurobiol. Lernen. Mem. 137, 123–133 (2017).

Shaw, J. J. &. Monaghan, P. Lateralisierte Schlafspindeln beziehen sich auf die Erzeugung falscher Erinnerungen. Neuropsychologie 107, 60–67 (2017).

Fenn, K. M., Gallo, D. A., Margoliash, D., Roediger, H. L. III & Nusbaum, H. C. Reduzierte falsche Erinnerung nach dem Schlaf. Lernen. Mem. 16, 509–513 (2009).

Tse, D. et al. Schemata und Speicherkonsolidierung. Wissenschaft 316, 76–82 (2007).

Inostroza, M., Binder, S. & Born, J. Schlafabhängigkeit der episodischen Gedächtniskonsolidierung bei Ratten. Verhalten Gehirnres. 237, 15–22 (2013).

Weber, F. D., Wang, J.-Y., Born, J. & Inostroza, M. Der Schlaf profitiert von parallelen impliziten und expliziten Messungen des episodischen Gedächtnisses. Lernen. Mem. 21, 190–198 (2014).

Cairney, S. A., Durrant, S. J., Musgrove, H. & Lewis, P. A. Schlaf und Umweltkontext: interaktive Effekte für das Gedächtnis. Erw. Gehirnres. 214, 83–92 (2011).

Deliens, G. & Peigneux, P. Eine Nacht Schlaf reicht nicht aus, um emotionale Dekontextualisierungsprozesse vom Schlafen bis zum Vergessen zu erreichen. Cog. Emot. 28, 698–706 (2014).

Chen, S. X., Kim, A. N., Peters, A. J. & Komiyama, T. Subtypspezifische Plastizität von Hemmkreisen im motorischen Kortex während des motorischen Lernens. Nat. Neurosci. 18, 1109–1115 (2015).

Cichon, J. &. Gan, W.-B. Astspezifische dendritische Ca(2+)-Spikes verursachen eine anhaltende synaptische Plastizität. Natur 520, 180–185 (2015).

Yang, G., Pan, F. & Gan, W.B. Stabil gehaltene dendritische Stacheln sind mit lebenslangen Erinnerungen verbunden. Natur 462, 920–924 (2009).

Lisman, J. & Morris, R.G.M. Speicher. Warum lernt der Kortex langsam? Natur 411, 248–249 (2001).

Marr, D. Einfaches Gedächtnis: eine Theorie für Archicortex. Philos. Übers. R. Soc. Lange. B 262, 23–81 (1971).

Squire, L.R., Cohen, N.J. & Nadel, L. Die mediale Schläfenregion und Gedächtniskonsolidierung: eine neue Hypothese. in Gedächtniskonsolidierung: Psychobiologie der Kognition. (Hrsg. Weingartner, H. &. Parder, E.S.) 185–210 (1984).


Falsche Entscheidungen verursachen Hirnschäden?

"Irren ist menschlich zu vergeben, göttlich." Alexander Papst.

Ich bin nicht perfekt. Zumindest nicht das letzte Mal, dass ich nachgesehen habe. Und wir sind alle gleich, nicht wahr. Wir alle wissen aus Erfahrung, dass wir alle ziemlich regelmäßig Dinge vollstopfen. Wir treffen schlechte Entscheidungen. Wir sind menschlich!

Dr. Caroline Leaf, Kommunikationspathologin und selbsternannte Kognitive Neurowissenschaftlerin, glaubt, dass diese schlechten Entscheidungen buchstäblich Hirnschäden verursachen. Ihre grundlegende Annahme ist, dass unsere Gedanken unser Gehirn steuern [1: S. 33]. Diese Gedanken können gesund oder giftig sein. Toxische Gedanken „sind Gedanken, die negative und ängstliche Emotionen auslösen, die Biochemikalien produzieren, die den Körper stressen.“ [2: p19]

Dr. Leaf geht davon aus, dass Gedanken und schlechte Entscheidungen dazu führen, dass unsere Gehirnzellen schrumpfen oder absterben. „Sobald sich Ihr Körper wirklich im Stressmodus befindet und das Cortisol fließt, beginnen Dendriten zu schrumpfen und sogar ‚abzufallen‘“ [2: p32]. Sie sagt auch: "Wir haben zwei Möglichkeiten: Wir können unsere Gedanken giftig und giftig werden lassen oder wir können unsere negativen Gedanken entgiften, was unsere emotionale Ganzheit verbessert und sogar unsere körperliche Gesundheit wiederherstellt." [2: S.21]

Klingt etwas extrem. Wir alle treffen schlechte Entscheidungen, und wir alle erleben Stress. Wenn wir gestresst sind, gehen unsere Erinnerungen wirklich verloren oder die Dendriten der Nervenzellen zittern und fallen wie Äste im Sturm? Wenn wir eine schlechte Wahl treffen, erleiden wir dann wirklich einen Hirnschaden? Mal sehen, was die wissenschaftliche Literatur zu sagen hat.

Stellen Sie sich vor, Sie gehen einen Waldweg entlang und sehen eine Schlange, nur wenige Zentimeter vor Ihnen auf dem Weg. Wie geht's? Bei hohem akutem Stress schaltet das Gehirn in einen binären Modus – Kampf/Flucht oder Einfrieren. Die Selbsterhaltung muss eingreifen. Die einzige Entscheidung, die Sie dann treffen müssen, ist, ob Sie rennen, versuchen, die Schlange zu töten, bevor sie Sie tötet, oder still stehen bleiben und hoffen, dass die Schlange Sie ignoriert und davonrutscht.

An diesem Punkt ist das meiste Gedächtnis überflüssig, ebenso wie eine hochrangige Analyse von Schlangenarten oder jede andere kognitive Beschäftigung. Das Gehirn braucht sie in genau diesem Moment nicht. Wenn sie sich engagieren würden, würden sie nur im Weg stehen. Das Abschalten der denkenden Teile Ihres Gehirns lenkt Ihre Aufmerksamkeit auf die unmittelbare Gefahr. Es ist eine adaptive Überlebensreaktion. In der Zwischenzeit verschwinden Ihre Erinnerungen und Ihr theoretisches Wissen über Schlangen nicht. Sie sind immer noch da, unverändert. Es ist falsch zu behaupten, dass die Erinnerungen „schrumpfen“.

Wir alle haben „mentale Blockaden“ erlebt. Manchmal, wenn wir in eine Situation geraten, wie eine Prüfung oder ein Geschäftstreffen, ist unser Stresslevel hoch und der Binärmodus tritt wieder ein, obwohl er diesmal ein Hindernis sein kann. Dieses Phänomen der mentalen Blockade unter hoher Belastung wurde erstmals 1908 vorgeschlagen und ist heute als Yerkes-Dodson-Gesetz bekannt, ein grundlegendes Prinzip der Verhaltenswissenschaften [3]. Ähnlich der Stress-Produktivitäts-Kurve schlugen Yerkes und Dodson eine U-förmige Kurve vor, um die Beziehung zwischen Erregung (die entweder Bewusstseins- oder Stressniveau sein kann) und Verhaltensleistung darzustellen. Bei geringer Erregung gibt es eine schlechte Leistung. In der Mitte der Erregung gibt es Spitzenleistungen, und bei hoher Erregung nimmt die Leistung ab.

Aber auch hier schrumpfen unsere Erinnerungen nicht und unsere Nervenzelläste fallen nicht ab. Sobald wir unsere Erregung reduzieren, entfernen wir uns vom Kampf-/Flucht-/Einfrieren-Modus und alles ist immer noch da (und wir leisten laut Yerkes-Dodson bessere Leistungen).

Dr. Leaf hat eine beliebte Analogie von „Neuronen als Bäume“. Und wenn Neuronen Bäume sind, können die Äste „abfallen“. Aber Neuronen sind keine Bäume und Dendriten sind keine Äste. Die Dendriten „fallen“ nicht vom Neuron ab. Die Neuronen im Gehirn verfügen über Mechanismen für die anhaltende Plastizität des Gehirns – die Fähigkeit des Gehirns, sich an die ständig auftretenden Herausforderungen und Veränderungen in seiner inneren und äußeren Umgebung anzupassen. Wenn das Gehirn einen neuen Schaltkreis aufbauen muss, um eine neue Information zu kodieren, wachsen neue Dendriten und entstehen neue Synapsen. Aber das Gehirn ist durch die Menge an Energie, die es verbrauchen kann, und damit die Anzahl der Synapsen, die es aufrechterhalten kann, begrenzt. Das Gehirn schneidet also unnötige Dendriten ab, ein Prozess, der als „synaptisches Beschneiden“ bezeichnet wird.

Das synaptische Beschneiden ist ein normaler Prozess. Chechik und Meilijson bestätigen, dass „Mensch- und Tierstudien zeigen, dass das Gehirn von Säugetieren während der Kindheit einer massiven synaptischen Beschneidung unterzogen wird, wobei bis zur Pubertät etwa die Hälfte der Synapsen entfernt wird.“ [4]

Synaptisches Beschneiden ist nicht schädlich, aber vorteilhaft. Chechik und Meilijson stellen auch fest, dass „synaptisches Überwachsen, gefolgt von gerichtlicher Beschneidung entlang der Entwicklung, die Leistung eines assoziativen Gedächtnisnetzwerks mit begrenzten synaptischen Ressourcen verbessert“. [4] Das synaptische Beschneiden ist also ein normaler physiologischer Prozess und tritt bei uns allen aus vielen Gründen auf, hauptsächlich um die Effizienz unserer neuronalen Netze zu verbessern. Vielleicht ist das synaptische Beschneiden, das mit der Stressreaktion verbunden ist, auch ein adaptiver Prozess?

Der synaptische Schnitt tritt auch in anderen physiologischen Zuständen auf, die nichts mit Stress oder Denken zu tun haben, wie zum Beispiel die Wirkung von Östrogen während des Menstruationszyklus und in den Wechseljahren [5, 6].

Ein Zusammenhang zwischen Stress und Dendritenverlust wurde entdeckt, aber er ist nicht konsistent. Einige Autoren wie Kopp und Rethelyi schlagen vor, dass „starker Stress über einen längeren Zeitraum Schäden in den Pyramidenneuronen des Hippocampus verursacht, insbesondere in der CA3- und CA4-Region und eine Verringerung der Länge und Verzweigung ihrer Dendriten.“ [7] Chen et al. schreiben jedoch: „Während Hippocampus-vermittelte Gedächtnisdefizite häufig mit dem Verlust von Synapsen-tragenden Dendriten und dendritischen Dornen verbunden waren und möglicherweise daraus resultieren, war diese Assoziation nicht universell, so dass die Struktur-Funktions-Beziehung Die zugrunde liegenden Auswirkungen von Stress auf die Neuronen des Hippocampus sind nicht geklärt.“ [8]

Es ist zutreffender anzunehmen, dass chronischer Stress bei Tieren zu einer dendritischen Remodellierung führt [9], bei der einige Nervenzellen ihre Synapsen beschneiden, andere sie wachsen lassen und Energie von der Neubildung von Nervenzellen zu den neuen Synapsen umgeleitet wird, die zur Bewältigung benötigt werden mit dem Stress.

Eine Reihe von Wissenschaftlern haben darauf hingewiesen, dass Patienten mit Depressionen oder Angstzuständen, die normalerweise ein hohes Maß an Stress haben, einen kleineren Hippocampus und eine größere Amygdala haben, sodass Stress und Depression die kleineren Gehirnregionen verursachen müssen [9]. Möglicherweise ist die Anzahl der Synapsen im Hippocampus und in den Frontallappen des Gehirns verringert, was die von einer Reihe von Forschern beobachtete Größenänderung erklären könnte. Aber das moderne Denken über diese Veränderungen ist, dass sie es sind damit verbundenen mit Depressionen, nicht verursacht durch Depression [10] (Korrelation ist nicht gleich Kausalität).

Stress wird also mit Depressionen in Verbindung gebracht, aber das liegt daran, dass genetische Defekte in einem oder mehreren Genen die Fähigkeit der Gehirnzellen reduzieren, synaptische Zweige zu produzieren. Diese Abnahme der Synapsenzahl trägt zu den typischen Veränderungen im Gehirn bei, die bei der Autopsie von Patienten mit Depressionen oder Angstzuständen beobachtet werden [11]. Die verminderte Fähigkeit der Nervenzellen, Synapsen zu bilden, führt dazu, dass neue Äste nicht schnell genug wachsen können, um die Stresssignale richtig zu verarbeiten [11, 12]. Die schlechte Signalübertragung führt zu einer Prädisposition für affektive Störungen wie Angst und Depression [10, 11, 13-15], und weniger synaptische Äste bedeuten sowohl ein kleineres Volumen des Hippocampus als auch eine Unfähigkeit, Stresssignale zu verarbeiten, führt zu einer größeren, überaktive Amygdala.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das synaptische Beschneiden nicht auf toxisches Denken oder schlechte Entscheidungen zurückzuführen ist, es sei denn, jeder von uns beschäftigt sich von der frühen Kindheit bis zur Pubertät mit nur toxischem Denken und die Wechseljahre verursachen schlechte Entscheidungen und toxische Gedanken. Stress führt nicht dazu, dass Dendriten abfallen, sondern bewirkt eine Reorganisation der Dendriten, um sich an die neuen Signale anzupassen. Die verringerte Fähigkeit, neue Dendriten zu bilden, macht diejenigen, die anfällig für Stimmungsstörungen sind, anfälliger für Stress, und Depressionen oder Angstzustände sind das Endergebnis.

Wir sind alle gezwungen, schlechte Entscheidungen zu treffen und Stress zu haben. Sie verursachen keine Hirnschäden. Was eine gute Nachricht ist, wenn Sie nicht perfekt sind wie ich.

1. Blatt, C. M., Schalten Sie Ihr Gehirn ein: Der Schlüssel zu maximalem Glück, Denken und Gesundheit. 2013, Baker Books, Grand Rapids, Michigan

2. Blatt, C., Wer hat mein Gehirn ausgeschaltet? Kontrolle giftiger Gedanken und Emotionen. 2. Aufl. 2009, Inprov, Ltd, Southlake, TX, USA:

3. Cohen, R. A., Yerkes – Dodson Law, in Enzyklopädie der Klinischen Neuropsychologie, Kreutzer, J. S., et al., Herausgeber. 2011, Springer Science+Business Media LLC: New York London. P. 2737-8.

4. Chechik, G., et al., Neuronale Regulation: Ein Mechanismus für die synaptische Beschneidung während der Hirnreifung. Neuronale Computer, 1999. 11(8): 2061-80 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10578044

5. Chen, J. R., et al., Gonadenhormone modulieren die Dichte der dendritischen Wirbelsäule primärer kortikaler Pyramidenneuronen bei erwachsenen weiblichen Ratten. Großhirnrinde, 2009. 19(11): 2719-27 doi: 10.1093/cercor/bhp048

6. Dumitriu, D., et al., Östrogen und das alternde Gehirn: ein Elixier für das müde kortikale Netzwerk. Ann N Y Acad Sci, 2010. 1204: 104-12 doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05529.x

7. Kopp, M. S. und Rethelyi, J., Wo Psychologie auf Physiologie trifft: Chronischer Stress und vorzeitige Sterblichkeit – das mittelosteuropäische Gesundheitsparadoxon. Brain Res Bull, 2004. 62(5): 351-67 doi: 10.1016/j.brainresbull.2003.12.001

8. Chen, Y., et al., Korrelierte Gedächtnisstörungen und der Verlust der dendritischen Wirbelsäule im Hippocampus nach akutem Stress beinhalten die Signalübertragung des Corticotropin-Releasing-Hormons. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(29): 13123-8 doi: 10.1073/pnas.1003825107

9. Karatsoreos, I. N. und McEwen, B. S., Psychobiologische Allostase: Widerstand, Belastbarkeit und Verletzlichkeit. Trends Cogn Sci, 2011. 15(12): 576-84 doi: 10.1016/j.tics.2011.10.005

10. Palazidou, E., Die Neurobiologie der Depression. Br Med Bull, 2012. 101: 127-45 doi: 10.1093/bmb/lds004

11. Karatsoreos, I. N. und McEwen, B. S., Resilienz und Vulnerabilität: eine neurobiologische Perspektive. F1000Prime Rep, 2013. 5: 13 doi: 10.12703/P5-13

12. Russo, S. J., et al., Neurobiologie der Resilienz. Natur Neurowissenschaften, 2012. 15(11): 1475-84

13. Felten, A., et al., Die genetisch bedingte Verfügbarkeit von Dopamin sagt die Disposition für Depressionen voraus. Gehirnverhalten, 2011. 1(2): 109-18 doi: 10.1002/brb3.20


Untergeordnete Strukturen

Die untergeordneten Strukturen des Gehirns bestehen aus dem Hirnstamm und dem Rückenmark sowie dem Kleinhirn. Mit Ausnahme des Rückenmarks befinden sich diese Strukturen größtenteils im Hinterhirn, Zwischenhirn (oder Zwischenhirn) und Mittelhirn. Diese unteren dorsalen Strukturen sind die ältesten Teile des Gehirns, die für einen Großteil seiner Evolutionsgeschichte existiert haben. Als solche sind sie mehr auf grundlegende körperliche Prozesse ausgerichtet, die für das Überleben notwendig sind. Es sind die neueren Schichten des Gehirns (das Vorderhirn), die für die höheren kognitiven Funktionen (Sprache, logisches Denken) verantwortlich sind, die nicht unbedingt notwendig sind, um einen Körper am Leben zu erhalten.

Das Hinterhirn

Das Hinterhirn, das die Medulla oblongata, den Pons und das Kleinhirn umfasst, ist für einige der ältesten und primitivsten Körperfunktionen verantwortlich. Jede dieser Strukturen wird unten beschrieben.

  • Die Medulla oblongata sitzt an der Übergangszone zwischen Gehirn und Rückenmark. Es ist die erste Region, die formal zum Gehirn (und nicht zum Rückenmark) gehört. Es ist das Kontrollzentrum für Atmungs-, Herz-Kreislauf- und Verdauungsfunktionen.
  • Die pons verbindet die Medulla oblongata mit der Mittelhirnregion und leitet Signale vom Vorderhirn an das Kleinhirn weiter. Es beherbergt die Schaltzentralen für Atmung und Hemmfunktionen. Das Kleinhirn ist an der dorsalen Seite des Pons befestigt.
  • Die Kleinhirn ist eine separate Region des Gehirns, die sich hinter der Medulla oblongata und dem Pons befindet. Es ist mit dem Rest des Gehirns durch drei Stiele (genannt pedunculi) und koordiniert die Skelettmuskulatur, um sanfte, anmutige Bewegungen zu erzeugen. Das Kleinhirn erhält von unseren Augen, Ohren, Muskeln und Gelenken Informationen über die aktuelle Körperposition (sogenannte Propriozeption). Es erhält auch Informationen von der Großhirnrinde darüber, wo sich diese Körperteile befinden sollten. Nach der Verarbeitung dieser Informationen sendet das Kleinhirn motorische Impulse vom Hirnstamm an die Skelettmuskulatur, damit diese sich bewegen können. Die Hauptfunktion des Kleinhirns ist diese Muskelkoordination. Es ist aber auch für Gleichgewicht und Körperhaltung zuständig und hilft uns beim Erlernen einer neuen Motorik, wie zum Beispiel beim Spielen eines Sport- oder Musikinstruments. Neuere Forschungen zeigen, dass das Kleinhirn neben motorischen Funktionen auch eine Rolle bei der emotionalen Sensibilität spielt.

Menschen- und Hai-Gehirne: Das Hai-Gehirn ist auf dem Evolutionsbaum vom menschlichen Gehirn abgewichen, aber beide haben noch die „alten“ Strukturen des Hinterhirns und des Mittelhirns, die autonomen Körperprozessen gewidmet sind.

Das Mittelhirn

Das Mittelhirn befindet sich zwischen dem Hinterhirn und dem Vorderhirn, ist aber eigentlich Teil des Hirnstamms. Es weist die gleiche grundlegende funktionelle Zusammensetzung auf, die im Rückenmark und im Hinterhirn zu finden ist. Ventrale Bereiche steuern die motorische Funktion und übermitteln motorische Informationen aus der Großhirnrinde. Dorsale Regionen des Mittelhirns sind an sensorischen Informationskreisen beteiligt. Die Substantia nigra, ein Teil des Gehirns, der (aufgrund seines hohen Gehalts an dopaminergen Neuronen) eine Rolle bei Belohnung, Sucht und Bewegung spielt, befindet sich im Mittelhirn. Bei der Parkinson-Krankheit, die durch ein Dopamin-Defizit gekennzeichnet ist, ist das Absterben der Substantia nigra offensichtlich.

Das Zwischenhirn („Zwischenhirn“)

Das Zwischenhirn ist die Region des embryonalen Neuralrohrs von Wirbeltieren, die hintere Vorderhirnstrukturen hervorbringt. Bei Erwachsenen erscheint das Zwischenhirn am oberen Ende des Hirnstamms, zwischen Großhirn und Hirnstamm. Es beherbergt das limbische System, das als Sitz der Emotionen im menschlichen Gehirn gilt. Das Zwischenhirn besteht aus vier verschiedenen Komponenten: dem Thalamus, dem Subthalamus, dem Hypothalamus und dem Epithalamus.

Thalamus und Hypothalamus

Dies sind Low-Level-Strukturen und sind Teil des limbischen Systems im Vorderhirn. Informationen dazu sind im Abschnitt zum limbischen System unten aufgeführt.

Das Rückenmark

Das Rückenmark ist eine schwanzartige Struktur, die in den Wirbelkanal der Wirbelsäule eingebettet ist. Das Rückenmark eines Erwachsenen ist etwa 40 cm lang und wiegt etwa 30 g. Das Rückenmark ist an der Unterseite der Medulla oblongata befestigt und so organisiert, dass es vier verschiedene Aufgaben erfüllt:

  1. (hauptsächlich sensorische) Informationen an das Gehirn übermitteln
  2. um im Gehirn generierte Informationen zu peripheren Zielen wie Skelettmuskeln zu transportieren
  3. um benachbarte Organe über das vegetative Nervensystem zu steuern
  4. um sensomotorische Funktionen zur Steuerung der Körperhaltung und anderer grundlegender Bewegungen zu ermöglichen.

Teenager-Gehirne klären Kindheitsgedanken

Die mysteriösen Vorgänge in den Gehirnen von Teenagern haben im Laufe der Jahre unzählige Eltern verwirrt. Nun liefert die neuere neurowissenschaftliche Forschung einige Erkenntnisse.

Im Alter von 11 bis 17 Jahren nehmen die Gehirnwellen von Kindern im Schlaf deutlich ab, ergab eine neue Studie. Wissenschaftler glauben, dass diese Veränderung einen Trimmprozess widerspiegelt, der in diesen Jahren im Gehirn von Teenagern abläuft, bei dem fremde mentale Verbindungen, die während der Kindheit hergestellt wurden, verloren gehen.

"Wenn ein Kind geboren wird, ist sein Gehirn noch nicht vollständig ausgebildet, und in den ersten Jahren kommt es zu einer starken Verbreitung von Verbindungen zwischen den Zellen", sagte der Physiologe Ian Campbell von der University of California in Davis. "Im Jugendalter werden diese Verbindungen zurückgeschnitten. Das Gehirn entscheidet, welche Verbindungen wichtig sind und welche losgelassen werden können."

Wissenschaftler nennen diesen Prozess synaptisches Beschneiden und spekulieren, dass das Gehirn entscheidet, welche neuronalen Verbindungen es behalten soll, je nachdem, wie oft sie verwendet werden.Verbindungen, die selten in Anspruch genommen werden, werden als überflüssig erachtet und eliminiert. Manchmal geht dieser Beschneidungsprozess in der Adoleszenz schief und wichtige Verbindungen gehen verloren, was zu psychiatrischen Störungen wie Schizophrenie führen könnte, denken die Forscher.

Gehirnbeschneidung

Es wird angenommen, dass die synaptische Beschneidung dem Gehirn beim Übergang von der Kindheit, wenn es in der Lage ist, leicht zu lernen und neue Verbindungen zu knüpfen, zum Erwachsenenalter, wenn es in seiner Struktur etwas stabiler ist, sich aber länger auf ein einzelnes Problem konzentrieren und es ausführen kann, hilft komplexere Denkprozesse.

Erleidet ein Kind beispielsweise vor dem 10. Lebensjahr eine Hirnverletzung, kann oft ein anderer Bereich des Gehirns die Funktionen der geschädigten Region übernehmen. Tritt die gleiche Verletzung im Alter von 20 Jahren auf, kann die Person jedoch eine lebenswichtige Fähigkeit verlieren, da das Gehirn die Flexibilität verloren hat, diese Funktion auf einen anderen Bereich zu übertragen.

„Die Tatsache, dass es mehr Verbindungen [im Gehirn eines Kindes] gibt, ermöglicht es, Dinge zu verschieben“, sagte Campbell LiveScience. "Nach der Pubertät steht dieser alternative Weg nicht mehr zur Verfügung. Sie verlieren die Fähigkeit, sich von einer Hirnverletzung zu erholen oder eine Sprache ohne Akzent zu lernen. Aber Sie gewinnen die kognitiven Fähigkeiten von Erwachsenen."

Campbell und der Psychiater von UC-Davis, Irwin Feinberg, zeichneten die Schlaf-Gehirnwellen (EEG genannt) zweimal im Jahr über fünf Jahre bei 59 Kindern auf, beginnend mit 9 oder 12 Jahren. Sie fanden heraus, dass Gehirnwellen im Frequenzbereich 1&ndash4 Hz unverändert blieben zwischen 9 und 11 Jahren und dann stark um etwa 66 Prozent zwischen 11 und 16,5 Jahren zurückgegangen. Im Frequenzbereich von 4–8 Hz, der einem anderen Teil des Gehirns entspricht, begannen die Gehirnwellen früher zu sinken und fielen im Alter von 11 bis 16,5 Jahren um etwa 60 Prozent.

Insgesamt stimmen diese Veränderungen mit der synaptischen Beschneidung überein, denn da neuronale Verbindungen in diesen Bereichen des Gehirns verloren gehen, nehmen die Gehirnwellen in den entsprechenden Frequenzen ab. Campbell und Feinberg berichten über ihre Ergebnisse in der Ausgabe des Journals vom 23. März Proceedings of the National Academy of Sciences.

Turbulente Jahre

Die synaptische Beschneidung ist nur eine von vielen Veränderungen, von denen angenommen wird, dass sie im Gehirn von Teenagern vor sich gehen. Eine Studie aus dem Jahr 2005 ergab beispielsweise, dass Teenager nicht so gut Multitasking betreiben können wie Erwachsene, weil ihr Gehirn immer noch lernt, mehrere Informationen gleichzeitig zu verarbeiten, wie es Erwachsene tun können.

Neben Veränderungen, die sich auf ihr Denken auswirken, macht das Gehirn von Teenagern auch Entwicklungen durch, die sich auf ihr Fühlen auswirken. Zum Beispiel beginnen Menschen in der Pubertät, sich mehr in andere einzufühlen und berücksichtigen, wie sich ihre Handlungen nicht nur auf sie selbst, sondern auch auf ihre Umgebung auswirken.

Eine Studie aus dem Jahr 2006 ergab, dass der mediale präfrontale Kortex von Teenagern, der Teil des Gehirns, der mit übergeordnetem Denken, Empathie und Schuldgefühlen verbunden ist, im Vergleich zu Erwachsenen zu wenig genutzt wird. Aber mit zunehmender Reife beginnen Heranwachsende, diese Region bei Entscheidungen stärker zu nutzen, was darauf hindeutet, dass sie bei Entscheidungen zunehmend andere berücksichtigen.


Theorien, Entwicklung, Wirbellose

1.14.1 Einführung

Die Bildung des Nervensystems beginnt früh während der Embryonalentwicklung in Zellen des Ektoderms. Die vergleichende Embryologie hat unser Verständnis der ektodermalen Evolution revolutioniert. Sowohl Protostome als auch Deuterostome haben einen ähnlichen Grundplan für die Musterbildung entlang der dorsal-ventralen (DV) und anterior-posterioren (AP) Achse und ähnliche Mechanismen der Neurogenese (Arendt und Nubler-Jung, 1999, siehe Basic Nervous System Types: One or Many ?). Das Nervensystem hat sich jedoch innerhalb jeder Tiergruppe spezialisiert, wie zum Beispiel bei der Enzephalisation bei Wirbeltieren, bei der sich der Kopf nach vorne ausdehnt, um ein großes Gehirn und Sinnesorgane zu bilden (siehe Die Evolution der Enzephalisation). In allen Fällen war die koordinierte Musterbildung des neuralen Ektoderms (NE) und des nicht-neuralen Ektoderms (NNE) eine wichtige Entwicklungshemmung während der Evolution. In diesem Artikel diskutiere ich die genetische Grundlage für diese Einschränkung und die Evolution des ektodermalen Zellschicksals.

Zwei entscheidende Innovationen, die Wirbeltiere von ihren wirbellosen Verwandten unterscheiden, stammen aus dem Ektoderm – Neuralleiste und epidermale Plakoden. Diese können der Schlüssel zum Verständnis der Ursprünge von Wirbeltieren und der koordinierten Entwicklung von Gehirn, Schädel und Sinnesorganen sein (Gans und Northcutt, 1983, Northcutt und Gans, 1983, Northcutt, 2005). Neuralleistenzellen bilden sich an den dorsolateralen Rändern des Neuralrohrs im Embryo und wandern durch den Körper, um Neuronen und Glia, Pigmentzellen und Schädelknochen sowie viele andere Derivate hervorzubringen (LeDouarin und Kalcheim, 1999). Epidermale Plakoden sind Verdickungen des Oberflächenektoderms, die in einigen Fällen auch in die kraniale Neuralleiste wandern und Neuronen und Glia des peripheren Nervensystems (PNS) bilden. Andere Placodes tragen zu gepaarten Sinnesorganen bei, einschließlich der Geruchs-, Linsen-, Hypophysen-, Otik-, Akustik- und Seitenlinie (Begbie und Graham, 2001 Bhattacharyya und Bronner-Fraser, 2004 Streit, 2004 Schlosser, 2005). Die Lage sowohl der Neuralleiste als auch der Plakoden ist zwischen den Arten hoch konserviert und eng mit der Entwicklung des Zentralnervensystems (ZNS) verbunden.

Genetische Studien an Wirbeltieren haben kritische Signalwege aufgedeckt, die die Musterbildung des Ektoderms kontrollieren. Breitere vergleichende Studien über Akkorddaten hinweg führen auch zu neuen Ideen über Genfunktionen und ihre Vorfahrenrollen. Hier betrachte ich die Rolle von Genen, von denen bekannt ist, dass sie sowohl über das NE als auch das NNE wirken und die Interaktionen zwischen ihnen während der Embryogenese vermitteln. Genduplikationen haben möglicherweise einen Teil des Rohmaterials für wichtige evolutionäre Übergänge bereitgestellt, die ich anhand mehrerer Familien von Transkriptionsfaktoren und ihrer Funktionen im Ektoderm veranschauliche.


Kritische Periode

In der Entwicklungspsychologie und Entwicklungsbiologie u.a kritische Periode ist eine Reifungsphase im Leben eines Organismus, in der das Nervensystem besonders empfindlich auf bestimmte Umweltreize reagiert. Wenn der Organismus in dieser „kritischen Phase“ aus irgendeinem Grund nicht den geeigneten Anreiz erhält, eine bestimmte Fähigkeit oder ein bestimmtes Merkmal zu erlernen, kann es im späteren Leben schwierig, letztendlich weniger erfolgreich oder sogar unmöglich sein, bestimmte damit verbundene Funktionen zu entwickeln. Funktionen, die für das Überleben eines Organismus unverzichtbar sind, wie das Sehen, entwickeln sich besonders wahrscheinlich in kritischen Phasen. „Kritische Phase“ bezieht sich auch auf die Fähigkeit, die eigene Erstsprache zu erwerben. Forscher fanden heraus, dass Menschen, die die „kritische Phase“ bestanden haben, ihre Muttersprache nicht fließend erwerben würden. [1]

Einige Forscher unterscheiden zwischen „starken kritischen Perioden“ und „schwachen kritischen Perioden“ (auch bekannt als „sensible“ Perioden) und definieren „schwache kritische Perioden“ / „sensible Perioden“ als längere Perioden, nach denen noch Lernen möglich ist. [2] Andere Forscher betrachten dies dasselbe Phänomen. [3]

Beispielsweise wird angenommen, dass die kritische Phase für die Entwicklung des binokularen Sehens eines menschlichen Kindes zwischen drei und acht Monaten liegt, wobei die Empfindlichkeit gegenüber Schäden bis zu einem Alter von mindestens drei Jahren reicht. Weitere kritische Phasen wurden für die Entwicklung des Gehörs [4] und des Vestibularsystems identifiziert. [1]


Die synaptische Beschneidung des Gehirns dauert bis in Ihre 20er Jahre an

Die synaptische Beschneidung, die dazu beiträgt, das jugendliche Gehirn in seine erwachsene Form zu bringen, beseitigt auch in unseren 20ern weiterhin schwache neuronale Verbindungen. Der überraschende Befund könnte Auswirkungen auf unser Verständnis der Schizophrenie haben, einer psychischen Störung, die häufig im frühen Erwachsenenalter auftritt.

Als Kinder überproduzieren wir die Verbindungen – Synapsen – zwischen Gehirnzellen. Während der Pubertät führt der Körper eine Art Formschnitt durch, indem er einige Synapsen wegschneidet, während andere sich stärken lassen. Über einige Jahre halbiert sich die Zahl der Synapsen ungefähr, und das erwachsene Gehirn entsteht.

Das dachten wir zumindest. Pasko Rakic ​​von der Yale University und Kollegen von der Universität Zagreb, Kroatien, und dem VU University Medical Center in Amsterdam, Niederlande, haben nun herausgefunden, dass das Gehirn von Erwachsenen in den Zwanzigern immer noch einer synaptischen Beschneidung unterliegt.

Rakics Team analysierte postmortales Gewebe aus einer Hirnregion namens präfrontaler Kortex (PFC) bei 32 Personen im Alter zwischen 1 Woche und 91 Jahren. Konkret berechneten sie die Dichte der dendritischen Dornen – die winzigen Vorsprünge, die aus den langen Dendriten des Neurons herausragen, von denen jeder über eine Synapse die Kommunikation mit anderen Neuronen ermöglicht.

Werbung

Wie erwartet, stellte Rakics Team fest, dass die Wirbelsäulendichte im Säuglingsalter schnell zunahm und vor dem 9. Geburtstag einen Höhepunkt erreichte. Es begann dann zu fallen, als das Beschneiden begann. Interessanterweise erreichte die Wirbelsäulendichte jedoch nach der Adoleszenz kein Plateau, sondern nahm bis Ende der 20er Jahre allmählich ab.

Rakic ​​sagt, das Ergebnis könnte eine gute Nachricht für diejenigen sein, die hoffen, im dritten Jahrzehnt neue Fähigkeiten zu erwerben. Die Zeit des Beschneidens ist mit einer erhöhten Lernfähigkeit verbunden – sei es beim Erlernen von Sprachkenntnissen oder beim Verstehen neuer Konzepte, sagt er. “Du solltest das Lernen nicht aufgeben, nur weil du in deinen 20ern bist – es ist noch nicht zu spät,”, sagt er.

Der Befund hat auch Auswirkungen auf unser Verständnis einiger psychiatrischer Erkrankungen. Der PFC wird als besonders relevant für spät auftretende Störungen wie Schizophrenie angesehen, sagt Rakic, aber es ist unklar, ob solche Störungen durch Entwicklungs- oder degenerative Prozesse ausgelöst werden. Die neue Erkenntnis dürfte der Idee, dass Schizophrenie als Folge einer späten Gehirnentwicklung auftritt, Gewicht verleihen.

“Ich bin sicher, dass Schizophrenie für viele Menschen eine starke Entwicklungskomponente hat,”, sagt Sabine Bahn, die an der University of Cambridge an Schizophrenie forscht – obwohl sie hinzufügt, dass einige Fälle wahrscheinlich eine degenerative Komponente haben werden.

Elena Bagley von der University of Sydney, Australien, stimmt dem Fazit zu. Es ist möglich, dass der präfrontale Kortex „länger anfällig für Störungen und Krankheiten ist, die aus abnormalem Beschneiden resultieren“, sagt sie. Ein solches Beschneiden kann auch zu Gedächtnisverlust und Demenz beitragen, fügt sie hinzu.


Inhalt

Funktion Bearbeiten

Die neuromuskuläre Verbindung (NMJ) ist die am besten charakterisierte Synapse, da sie eine einfache und zugängliche Struktur bietet, die eine einfache Manipulation und Beobachtung ermöglicht. Die Synapse selbst besteht aus drei Zellen: dem Motoneuron, der Myofaser und der Schwann-Zelle. In einer normal funktionierenden Synapse bewirkt ein Signal, dass das Motoneuron depolarisiert, indem es den Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) freisetzt. Acetylcholin wandert durch den synaptischen Spalt, wo es die Acetylcholinrezeptoren (AChR) auf der Plasmamembran der Myofaser, dem Sarkolemma, erreicht. Wenn die AChRs Ionenkanäle öffnen, depolarisiert die Membran, was zu einer Muskelkontraktion führt. Die gesamte Synapse ist mit einer Myelinscheide bedeckt, die von der Schwann-Zelle bereitgestellt wird, um die Verbindung zu isolieren und zu verkapseln. [3] Ein weiterer wichtiger Teil des neuromuskulären Systems und des zentralen Nervensystems sind die Astrozyten. Während ursprünglich angenommen wurde, dass sie nur als Unterstützung für die Neuronen fungierten, spielen sie eine wichtige Rolle für die funktionelle Plastizität von Synapsen. [4]

Ursprung und Bewegung von Zellen Bearbeiten

Während der Entwicklung entsteht jeder der drei Keimblattzelltypen aus unterschiedlichen Regionen des wachsenden Embryos. Die einzelnen Myoblasten haben ihren Ursprung im Mesoderm und verschmelzen zu einer mehrkernigen Myotube. Während oder kurz nach der Myotubusbildung bilden Motoneuronen aus dem Neuralrohr Vorkontakte mit dem Myotubus. Die Schwann-Zellen entspringen aus der Neuralleiste und werden von den Axonen an ihr Ziel geführt. Dort angekommen, bilden sie eine lockere, nicht myelinisierte Hülle über den innervierenden Axonen. Die Bewegung der Axone (und anschließend der Schwann-Zellen) wird durch den Wachstumskegel gesteuert, eine filamentöse Projektion des Axons, die aktiv nach Neurotrophinen sucht, die von der Myotube freigesetzt werden. [3]

Das spezifische Muster der Synapsenentwicklung an der neuromuskulären Verbindung zeigt, dass die Mehrheit der Muskeln an ihren Mittelpunkten innerviert wird. Obwohl es den Anschein hat, dass die Axone spezifisch auf den Mittelpunkt der Myotube abzielen, zeigen mehrere Faktoren, dass dies keine gültige Behauptung ist. Es scheint, dass nach dem anfänglichen axonalen Kontakt der neu gebildete Myotubus von diesem Innervationspunkt aus symmetrisch wächst. Gepaart mit der Tatsache, dass die AChR-Dichte das Ergebnis eines axonalen Kontakts und nicht die Ursache ist, können die Strukturmuster der Muskelfasern sowohl auf das myotatische Wachstum als auch auf die axonale Innervation zurückgeführt werden. [3]

Der zwischen dem Motoneuron und dem Myotubus gebildete vorläufige Kontakt erzeugt fast sofort eine synaptische Übertragung, aber das erzeugte Signal ist sehr schwach. Es gibt Hinweise darauf, dass Schwann-Zellen diese vorläufigen Signale erleichtern können, indem sie die Menge der spontanen Neurotransmitterfreisetzung durch Signale kleiner Moleküle erhöhen. [5] Nach etwa einer Woche bildet sich nach mehreren Differenzierungsarten sowohl in der postsynaptischen Muskelzelle als auch im präsynaptischen Motoneuron eine voll funktionsfähige Synapse. Dieses Pionieraxon ist von entscheidender Bedeutung, da die folgenden neuen Axone eine hohe Neigung zur Kontaktbildung mit etablierten Synapsen aufweisen. [3]

Postsynaptische Differenzierung Bearbeiten

Der auffälligste Unterschied in der Myotube nach Kontakt mit dem Motoneuron ist die erhöhte Konzentration von AChR in der Plasmamembran der Myotube in der Synapse. Diese erhöhte Menge an AChR ermöglicht eine effektivere Übertragung synaptischer Signale, was wiederum zu einer stärker entwickelten Synapse führt. Die Dichte von AChR beträgt > 10.000/μm 2 und ungefähr 10/μm 2 am Rand. Diese hohe Konzentration von AChR in der Synapse wird durch Clustering von AChR, Hochregulierung der AChR-Gentranskription in den postsynaptischen Kernen und Herunterregulierung des AChR-Gens in den nicht-synaptischen Kernen erreicht. [3] Die Signale, die die postsynaptische Differenzierung einleiten, können Neurotransmitter sein, die direkt vom Axon zum Myotubus freigesetzt werden, oder sie können von Veränderungen herrühren, die in der extrazellulären Matrix des synaptischen Spalts aktiviert werden. [6]

Clustering Bearbeiten

AChR erfährt eine Multimerisierung innerhalb der postsynaptischen Membran hauptsächlich aufgrund des Signalmoleküls Agrin. Das Axon des Motoneurons setzt Agrin frei, ein Proteoglykan, das eine Kaskade in Gang setzt, die schließlich zur AChR-Assoziation führt. Agrin bindet an einen muskelspezifischen Kinase (MuSK)-Rezeptor in der postsynaptischen Membran, was wiederum zu einer nachgeschalteten Aktivierung des zytoplasmatischen Proteins Rapsyn führt. Rapsyn enthält Domänen, die eine AChR-Assoziation und Multimerisierung ermöglichen, und ist direkt für die AChR-Clusterbildung in der postsynaptischen Membran verantwortlich: Mutantenmäuse mit Rassyn-Mangel können keine AChR-Cluster bilden. [3]

Synapsenspezifische Transkription Bearbeiten

Die erhöhte Konzentration von AChR ist nicht einfach auf eine Neuordnung bereits vorhandener synaptischer Komponenten zurückzuführen. Das Axon liefert auch Signale, die die Genexpression innerhalb der Myonuklei direkt unter der Synapse regulieren. Diese Signalgebung sorgt für eine lokalisierte Hochregulierung der Transkription von AChR-Genen und eine daraus folgende Erhöhung der lokalen AChR-Konzentration. Die beiden vom Axon freigesetzten Signalmoleküle sind das Calcitonin-Gen-Related-Peptid (CGRP) und Neuregulin, die eine Reihe von Kinasen auslösen, die schließlich zur transkriptionellen Aktivierung der AChR-Gene führen. [7]

Extrasynaptische Repression Bearbeiten

Die Repression des AChR-Gens in den nicht-synaptischen Kernen ist ein aktivitätsabhängiger Prozess, an dem das von der neu gebildeten Synapse erzeugte elektrische Signal beteiligt ist. Eine verringerte Konzentration von AChR in der extrasynaptischen Membran zusätzlich zu einer erhöhten Konzentration in der postsynaptischen Membran trägt dazu bei, die Genauigkeit der vom Axon gesendeten Signale sicherzustellen, indem AChR an der Synapse lokalisiert wird. Da die Synapse fast unmittelbar nach dem Kontakt des Motoneurons mit der Myotube beginnt, Inputs zu empfangen, erzeugt das Axon schnell ein Aktionspotential und setzt ACh frei. Die durch AChR verursachte Depolarisation induziert eine Muskelkontraktion und initiiert gleichzeitig die Unterdrückung der AChR-Gentranskription über die gesamte Muskelmembran. Beachten Sie, dass dies die Gentranskription aus der Ferne beeinflusst: Die Rezeptoren, die in die postsynaptische Membran eingebettet sind, sind nicht anfällig für Repression. [3]

Präsynaptische Differenzierung Bearbeiten

Obwohl die Mechanismen, die die präsynaptische Differenzierung regulieren, unbekannt sind, sind die Veränderungen am sich entwickelnden Axonende gut charakterisiert. Das präsynaptische Axon zeigt eine Zunahme des synaptischen Volumens und der synaptischen Fläche, eine Zunahme der synaptischen Vesikel, eine Ansammlung von Vesikel in der aktiven Zone und eine Polarisation der präsynaptischen Membran. Es wird angenommen, dass diese Veränderungen durch die Freisetzung von Neurotrophin und Zelladhäsionsmolekülen aus Muskelzellen vermittelt werden, wodurch die Bedeutung der Kommunikation zwischen dem Motoneuron und der Myotube während der Synaptogenese betont wird. Wie die postsynaptische Differenzierung wird angenommen, dass die präsynaptische Differenzierung auf eine Kombination von Veränderungen der Genexpression und einer Umverteilung bereits vorhandener synaptischer Komponenten zurückzuführen ist. Belege dafür sind die Hochregulation von Genen, die Vesikelproteine ​​exprimieren, kurz nach der Synapsenbildung sowie deren Lokalisation am synaptischen Ende. [3]

Synaptische Reifung Bearbeiten

Unreife Synapsen werden bei der Geburt mehrfach innerviert, da neue Axone eine hohe Neigung haben, an einer bereits bestehenden Synapse zu innervieren. Wenn die Synapse reift, segregieren die Synapsen und schließlich ziehen sich alle axonalen Eingänge mit Ausnahme eines in einem Prozess zurück, der als Synapseneliminierung bezeichnet wird. Darüber hinaus wächst die postsynaptische Endplatte tiefer und erzeugt durch Invagination Falten, um die für den Empfang von Neurotransmittern verfügbare Oberfläche zu vergrößern. Bei der Geburt bilden Schwann-Zellen lose, nicht myelinisierte Hüllen über Gruppen von Synapsen, aber wenn die Synapse reift, werden Schwann-Zellen einer einzelnen Synapse gewidmet und bilden eine myelinisierte Kappe über der gesamten neuromuskulären Verbindung. [3]

Beseitigung der Synapse Bearbeiten

Der als Synapsenelimination bekannte Prozess des synaptischen Beschneidens ist ein vermutlich aktivitätsabhängiger Prozess, der eine Konkurrenz zwischen Axonen beinhaltet. Hypothetisch wird eine Synapse, die stark genug ist, um ein Aktionspotential zu erzeugen, die Myonuklei direkt gegenüber dem Axon dazu bringen, Synaptotropine freizusetzen, die gut etablierte Synapsen stärken und erhalten. Diese synaptische Stärkung wird den schwächeren Synapsen nicht verliehen, wodurch sie ausgehungert werden.Es wurde auch vorgeschlagen, dass zusätzlich zu den Synaptotropinen, die an die Synapse mit starker Aktivität freigesetzt werden, die Depolarisation der postsynaptischen Membran die Freisetzung von Synaptotoxinen verursacht, die schwächere Axone abwehren. [3]

Spezifität der Synapsenbildung Bearbeiten

Ein bemerkenswerter Aspekt der Synaptogenese ist die Tatsache, dass Motoneuronen in der Lage sind, zwischen schnell und langsam zuckenden Muskelfasern zu unterscheiden. Es gibt zwei hypothetische Wege, auf denen die Axone von Motoneuronen diese Spezifität erreichen, einen, bei dem die Axone aktiv die Muskeln erkennen, die sie innervieren, und selektive Entscheidungen basierend auf Inputs treffen, und einen anderen, der eine unbestimmtere Innervation von Muskelfasern erfordert. In den selektiven Pfaden erkennen die Axone den Fasertyp, entweder durch Faktoren oder Signale, die spezifisch von den schnell oder langsam zuckenden Muskelfasern freigesetzt werden. Darüber hinaus kann die Selektivität auf die seitliche Position zurückgeführt werden, in der die Axone vorherbestimmt angeordnet sind, um sie mit der Muskelfaser zu verbinden, die sie schließlich innervieren werden. Die hypothetischen nicht-selektiven Wege weisen darauf hin, dass die Axone von der Matrix, durch die sie wandern, zu ihren Zielen geleitet werden. Im Wesentlichen wird dem Axon ein Weg vorgezeichnet und das Axon selbst ist nicht in den Entscheidungsprozess eingebunden. Schließlich können die Axone Muskelfasern unspezifisch innervieren und bewirken, dass die Muskeln die Eigenschaften des Axons annehmen, das sie innerviert. Auf diesem Weg kann ein "schnelles" Motoneuron jede Muskelfaser in eine schnell zuckende Muskelfaser umwandeln. Es gibt Hinweise auf sowohl selektive als auch nicht-selektive Pfade in der Spezifität der Synapsenbildung, was zu dem Schluss führt, dass der Prozess eine Kombination mehrerer Faktoren ist. [3]

Obwohl die Untersuchung der Synaptogenese im Zentralnervensystem (ZNS) viel neuer ist als die des NMJ, besteht die Aussicht, die am NMJ gewonnenen Informationen mit Synapsen im ZNS in Verbindung zu bringen. Zwischen den beiden Arten von neuronalen Verbindungen existieren viele ähnliche Strukturen und Grundfunktionen. Auf der grundlegendsten Ebene haben die ZNS-Synapse und das NMJ beide ein Nervenende, das von der postsynaptischen Membran durch einen Spalt getrennt ist, der spezialisiertes extrazelluläres Material enthält. Beide Strukturen weisen lokalisierte Vesikel an den aktiven Zentren, geclusterte Rezeptoren an der postsynaptischen Membran und Gliazellen auf, die den gesamten synaptischen Spalt einkapseln. Hinsichtlich der Synaptogenese weisen beide Synapsen nach dem ersten Kontakt zwischen den beiden Zellen eine Differenzierung der prä- und postsynaptischen Membranen auf. Dazu gehören die Clusterbildung von Rezeptoren, die lokalisierte Hochregulierung der Proteinsynthese an den aktiven Zentren und die neuronale Beschneidung durch Synapsenelimination. [3]

Trotz dieser Ähnlichkeiten in der Struktur gibt es einen grundlegenden Unterschied zwischen den beiden Verbindungen. Die ZNS-Synapse ist streng neuronal und umfasst keine Muskelfasern: Aus diesem Grund verwendet das ZNS verschiedene Neurotransmitter-Moleküle und Rezeptoren. Noch wichtiger ist, dass Neuronen innerhalb des ZNS oft mehrere Eingaben erhalten, die für eine erfolgreiche Informationsübertragung verarbeitet und integriert werden müssen. Muskelfasern werden durch einen einzigen Input innerviert und funktionieren ganz oder gar nicht. In Verbindung mit der für die neuronalen Verbindungen des ZNS charakteristischen Plastizität ist leicht zu erkennen, wie immer komplexer ZNS-Schaltkreise werden können. [3]

Faktoren, die die Synaptogenese im ZNS regulieren

Signalisierung Bearbeiten

Die Hauptmethode der synaptischen Signalübertragung im NMJ ist die Verwendung des Neurotransmitters Acetylcholin und seines Rezeptors. Das ZNS-Homolog ist Glutamat und seine Rezeptoren, und von besonderer Bedeutung ist der N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor. Es wurde gezeigt, dass die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren die Synaptogenese durch Aktivierung nachgeschalteter Produkte initiiert. Die erhöhte Aktivität des NMDA-Rezeptors während der Entwicklung ermöglicht einen erhöhten Kalziumeinstrom, der als sekundäres Signal fungiert. Schließlich werden Immediate Early Genes (IEG) durch Transkriptionsfaktoren aktiviert und die für die neuronale Differenzierung benötigten Proteine ​​translatiert. [8] Die NMDA-Rezeptorfunktion ist mit dem Östrogenrezeptor in Hippocampus-Neuronen verbunden. Mit Östradiol durchgeführte Experimente zeigen, dass die Exposition gegenüber Östrogen die synaptische Dichte und die Proteinkonzentration signifikant erhöht. [9]

Die synaptische Signalübertragung während der Synaptogenese ist nicht nur aktivitätsabhängig, sondern auch abhängig von der Umgebung, in der sich die Neuronen befinden. Zum Beispiel wird der aus dem Gehirn stammende neurotrophe Faktor (BDNF) vom Gehirn produziert und reguliert mehrere Funktionen innerhalb der sich entwickelnden Synapse, einschließlich der Erhöhung der Transmitterfreisetzung, der erhöhten Konzentration von Vesikeln und der Cholesterinbiosynthese. Cholesterin ist für die Synaptogenese essentiell, da die von ihm gebildeten Lipid-Rafts ein Gerüst bilden, auf dem zahlreiche Signalinteraktionen stattfinden können. BDNF-Null-Mutanten zeigen signifikante Defekte im neuronalen Wachstum und der Synapsenbildung. [10] Neben Neurotrophinen sind auch Zelladhäsionsmoleküle für die Synaptogenese essentiell. Oftmals löst die Bindung präsynaptischer Zelladhäsionsmoleküle mit ihren postsynaptischen Partnern Spezialisierungen aus, die die Synaptogenese erleichtern. Tatsächlich wurde ein Defekt in Genen, die Neuroligin codieren, ein Zelladhäsionsmolekül, das in der postsynaptischen Membran gefunden wird, mit Fällen von Autismus und geistiger Behinderung in Verbindung gebracht. [11] Schließlich können viele dieser Signalprozesse durch Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) reguliert werden, da die Ziele vieler MMPs diese spezifischen Zelladhäsionsmoleküle sind. [6]

Morphologie Bearbeiten

Die spezielle Struktur im ZNS, die mehrere Eingänge ermöglicht, ist die dendritische Wirbelsäule, der hochdynamische Ort der erregenden Synapsen. Diese morphologische Dynamik ist auf die spezifische Regulation des Aktinzytoskeletts zurückzuführen, die wiederum die Regulation der Synapsenbildung ermöglicht. [12] Dendritische Stacheln weisen drei Hauptmorphologien auf: Filopodien, dünne Stacheln und Pilzstacheln. Die Filopodien spielen eine Rolle bei der Synaptogenese durch die Kontaktaufnahme mit Axonen anderer Neuronen. Filopodien neuer Neuronen neigen dazu, mit mehrfach synapsierten Axonen zu assoziieren, während die Filopodien reifer Neuronen zu Orten ohne andere Partner neigen. Die Dynamik der Stacheln ermöglicht die Umwandlung von Filopodien in Pilzstacheln, die die primären Orte der Glutamatrezeptoren und der synaptischen Übertragung sind. [13]

Ratten, die mit Umweltanreicherung aufgezogen wurden, haben 25 % mehr Synapsen als Kontrollen. [14] [15] Dieser Effekt tritt auf, wenn eine stimulierendere Umgebung unmittelbar nach der Geburt [16] nach dem Absetzen [14] [15] [17] oder während der Reife erlebt wird. [18] Die Stimulation bewirkt nicht nur die Synaptogenese auf Pyramidenneuronen, sondern auch auf Sternzellen. [19]

Die (Wnt)-Familie umfasst mehrere embryonale Morphogene, die zur frühen Musterbildung im sich entwickelnden Embryo beitragen. Kürzlich sind Daten aufgetaucht, die zeigen, dass die Wnt-Proteinfamilie eine Rolle bei der späteren Entwicklung der Synapsenbildung und Plastizität spielt. Der Beitrag von Wnt zur Synaptogenese wurde sowohl im zentralen Nervensystem als auch in der neuromuskulären Verbindung nachgewiesen.

Zentralnervensystem Bearbeiten

Mitglieder der Wnt-Familie tragen zur Synapsenbildung im Kleinhirn bei, indem sie präsynaptische und postsynaptische terminale Bildung induzieren. Diese Gehirnregion enthält drei neuronale Hauptzelltypen – Purkinje-Zellen, Körnerzellen und Moosfaserzellen. Die Wnt-3-Expression trägt zum Neuritenwachstum der Purkinje-Zellen und zur Synapsenbildung bei. [20] [21] Granulatzellen exprimieren Wnt-7a, um die Ausbreitung und Verzweigung von Axonen in ihrem synaptischen Partner, den Moosfaserzellen, zu fördern. [21] Die retrograde Sekretion von Wnt-7a in Moosfaserzellen verursacht eine Vergrößerung des Wachstumskegels durch sich ausbreitende Mikrotubuli. [21] Darüber hinaus rekrutiert der retrograde Wnt-7a-Signalweg synaptische Vesikel und präsynaptische Proteine ​​in die synaptische aktive Zone. [20] Wnt-5a übt eine ähnliche Funktion auf postsynaptischen Körnerzellen aus. Dieses Wnt stimuliert den Rezeptoraufbau und die Clusterbildung des Gerüstproteins PSD-95. [20]

Im Hippocampus fördern Wnts in Verbindung mit der elektrischen Zellaktivität die Synapsenbildung. Wnt7b wird in reifenden Dendriten exprimiert [21] und die Expression des Wnt-Rezeptors Frizzled (Fz) nimmt mit der Synapsenbildung im Hippocampus stark zu. [20] Die Aktivierung des NMDA-Glutamatrezeptors erhöht die Wnt2-Expression. Die Langzeitpotenzierung (LTP) aufgrund der NMDA-Aktivierung und der anschließenden Wnt-Expression führt zur Fz-5-Lokalisierung in der postsynaptischen aktiven Zone. [20] Darüber hinaus führt die Signalübertragung von Wnt7a und Wnt2 nach NMDA-Rezeptor-vermittelter LTP zu einer erhöhten dendritischen Verzweigung und reguliert die aktivitätsinduzierte synaptische Plastizität. [22] Die Blockierung der Wnt-Expression im Hippocampus mildert diese aktivitätsabhängigen Effekte durch eine Verringerung der dendritischen Verzweigung und folglich der synaptischen Komplexität. [22]

Neuromuskuläre Verbindung Bearbeiten

Ähnliche Wirkmechanismen von Wnts im Zentralnervensystem werden auch in der neuromuskulären Verbindung (NMJ) beobachtet. Bei der Drosophila NMJ reduzieren Mutationen im Wnt5-Rezeptor Derailed (drl) die Anzahl und Dichte der synaptischen aktiven Zonen. [20] Der wichtigste Neurotransmitter in diesem System ist Glutamat. Wnt wird benötigt, um glutamaterge Rezeptoren auf postsynaptischen Muskelzellen zu lokalisieren. Als Ergebnis verringern Wnt-Mutationen evozierte Ströme auf dem postsynaptischen Muskel. [20]

Im NMJ von Vertebraten trägt die Expression von Motoneuronen von Wnt-11r zur Clusterbildung des Acetylcholinrezeptors (AChR) in der postsynaptischen Dichte von Muskelzellen bei. Wnt-3 wird von Muskelfasern exprimiert und retrograd an Motoneuronen sezerniert. [21] In Motoneuronen wirkt Wnt-3 mit Agrin zusammen, um die Vergrößerung des Wachstumskegels, die Axonverzweigung und die synaptische Vesikelclusterung zu fördern. [21] [22]


Säugetiere mit höchster synaptischer Beschneidung - Psychologie

Vor 15 Jahren wurde allgemein angenommen, dass der überwiegende Teil der Gehirnentwicklung in den ersten Lebensjahren stattfindet. Damals, vor 15 Jahren, hatten wir nicht die Möglichkeit, in das lebende menschliche Gehirn zu schauen und die Entwicklung über die Lebensspanne hinweg zu verfolgen. In den letzten zehn Jahren haben Neurowissenschaftler, hauptsächlich aufgrund von Fortschritten in der Bildgebungstechnologie des Gehirns wie der Magnetresonanztomographie oder MRT, damit begonnen, in das lebende menschliche Gehirn jeden Alters zu schauen und Veränderungen in der Gehirnstruktur und Gehirnfunktion zu verfolgen Wir verwenden die strukturelle MRT, wenn Sie einen Schnappschuss, ein Foto mit wirklich hoher Auflösung vom Inneren des lebenden menschlichen Gehirns machen möchten, und wir können Fragen stellen wie, wie viel graue Substanz das Gehirn enthält und wie das? mit dem Alter ändern? Und wir verwenden funktionelle MRT, genannt fMRI, um ein Video oder einen Film der Gehirnaktivität aufzunehmen, wenn die Teilnehmer an einer Art von Aufgabe wie Denken, Fühlen oder Wahrnehmen teilnehmen.

So viele Labore auf der ganzen Welt sind an dieser Art von Forschung beteiligt, und wir haben jetzt ein wirklich reichhaltiges und detailliertes Bild davon, wie sich das lebende menschliche Gehirn entwickelt, und dieses Bild hat unsere Denkweise über die Entwicklung des menschlichen Gehirns radikal verändert, indem es offenbart, dass es #39 ist in der frühen Kindheit noch nicht vorbei, und stattdessen entwickelt sich das Gehirn während der gesamten Adoleszenz und bis in die ཐer und ཚer Jahre weiter.

Die Adoleszenz wird also als der Lebensabschnitt definiert, der mit den biologischen, hormonellen und körperlichen Veränderungen der Pubertät beginnt und in dem Alter endet, in dem ein Individuum eine stabile, eigenständige Rolle in der Gesellschaft erreicht. (Gelächter) Es kann lange dauern. (Gelächter) Eine der Gehirnregionen, die sich während der Adoleszenz am dramatischsten verändert, wird präfrontaler Kortex genannt. Dies ist also ein Modell des menschlichen Gehirns, und das ist der präfrontale Kortex, ganz vorne. Der präfrontale Kortex ist ein interessanter Gehirnbereich. Es ist beim Menschen proportional viel größer als bei jeder anderen Spezies, und es ist an einer ganzen Reihe von hochrangigen kognitiven Funktionen beteiligt, z. B. Entscheidungen treffen, planen, planen, was Sie morgen oder nächste Woche tun werden oder nächstes Jahr, unangemessenes Verhalten zu unterbinden, also sich selbst davon abzuhalten, etwas wirklich Unhöfliches zu sagen oder etwas wirklich Dummes zu tun. Es ist auch an der sozialen Interaktion, dem Verständnis anderer Menschen und der Selbstwahrnehmung beteiligt.

MRT-Studien zur Entwicklung dieser Region haben also gezeigt, dass sie sich in der Pubertät wirklich dramatisch entwickelt. Wenn Sie sich zum Beispiel das Volumen der grauen Substanz ansehen, nimmt das Volumen der grauen Substanz im Alter von vier bis 22 Jahren während der Kindheit zu, was Sie in dieser Grafik sehen können. Sie erreicht ihren Höhepunkt in der frühen Adoleszenz. Die Pfeile zeigen das maximale Volumen der grauen Substanz im präfrontalen Kortex an. Sie können sehen, dass dieser Höhepunkt bei Jungen im Vergleich zu Mädchen ein paar Jahre später eintritt, und das liegt wahrscheinlich daran, dass Jungen im Durchschnitt ein paar Jahre später als Mädchen in die Pubertät kommen und dann während der Adoleszenz ein signifikanter Rückgang der Volumen der grauen Substanz im präfrontalen Kortex. Das hört sich jetzt vielleicht schlecht an, aber eigentlich ist dies ein wirklich wichtiger Entwicklungsprozess, denn die graue Substanz enthält Zellkörper und Verbindungen zwischen Zellen, die Synapsen, und diese Abnahme des Volumens der grauen Substanz während des präfrontalen Kortex wird angenommen, dass sie dem synaptischen Beschneiden, der Elimination, entspricht von unerwünschten Synapsen. Dies ist ein wirklich wichtiger Prozess. Es hängt teilweise von der Umgebung ab, in der sich das Tier oder der Mensch befindet, und die verwendeten Synapsen werden gestärkt und Synapsen, die in dieser bestimmten Umgebung nicht verwendet werden, werden weggeschnitten. Man kann sich das ein bisschen vorstellen, als würde man einen Rosenstrauch beschneiden. Sie beschneiden die schwächeren Äste, damit die verbleibenden, wichtigen Äste stärker werden können der menschlichen Jugend.

Eine zweite Untersuchungslinie, die wir verwenden, um Veränderungen im jugendlichen Gehirn zu verfolgen, ist die funktionelle MRT, um Veränderungen der Gehirnaktivität über das Alter hinweg zu untersuchen. Ich gebe Ihnen nur ein Beispiel aus meinem Labor. In meinem Labor interessieren wir uns also für das soziale Gehirn, das ist das Netzwerk von Gehirnregionen, das wir verwenden, um andere Menschen zu verstehen und mit anderen zu interagieren. Deshalb zeige ich gerne ein Foto eines Fußballspiels, um zwei Aspekte der Funktionsweise Ihres sozialen Gehirns zu veranschaulichen. Das ist also ein Fußballspiel. (Gelächter) Michael Owen hat gerade ein Tor verfehlt, und er liegt auf dem Boden, und der erste Aspekt des sozialen Gehirns, den dieses Bild wirklich schön veranschaulicht, ist, wie automatisch und instinktiv sozial-emotionale Reaktionen sind, also innerhalb eines Sekundenbruchteils von Michael Owen verfehlt dieses Ziel, alle machen dasselbe mit ihren Armen und dasselbe mit ihrem Gesicht, sogar Michael Owen, der über das Gras gleitet, macht dasselbe mit seinen Armen und hat vermutlich einen ähnlichen Gesichtsausdruck, und die einzigen Leute, die das nicht tun, sind die Jungs in Gelb hinten – (lacht) – und ich glaube, sie sind am falschen Ende des Stadions, und sie machen eine andere soziale emotionale Reaktion, die wir alle sofort erkennen. und das ist der zweite Aspekt des sozialen Gehirns, den dieses Bild wirklich schön veranschaulicht, wie gut wir das Verhalten anderer Menschen, ihre Handlungen, Gesten, ihren Gesichtsausdruck in Bezug auf ihre zugrunde liegenden Emotionen und mentalen Zustände lesen können . Sie müssen also keinen dieser Typen fragen. Sie haben eine ziemlich gute Vorstellung davon, was sie in diesem Moment fühlen und denken.

Das interessiert uns in meinem Labor. In meinem Labor bringen wir Jugendliche und Erwachsene ins Labor, um einen Gehirnscan zu machen. #39 habe, wie auch andere Labore auf der ganzen Welt, jetzt mehrmals gefunden, ist ein Teil des präfrontalen Kortex namens medialer präfrontaler Kortex, der auf der Folie blau dargestellt ist und sich genau in der Mitte des präfrontalen Kortex in der Mittellinie von befindet dein Kopf. Diese Region ist bei Jugendlichen aktiver, wenn sie diese sozialen Entscheidungen treffen und an andere Menschen denken, als bei Erwachsenen, und dies ist eigentlich eine Metaanalyse von neun verschiedenen Studien in diesem Bereich aus Labors auf der ganzen Welt, und sie alle zeigen die Das gleiche gilt, dass die Aktivität in diesem medialen präfrontalen Kortexbereich während der Adoleszenz abnimmt. Und wir denken, dass dies daran liegen könnte, dass Jugendliche und Erwachsene einen anderen mentalen Ansatz, eine andere kognitive Strategie verwenden, um soziale Entscheidungen zu treffen eine Art Verhaltensaufgabe, und ich gebe Ihnen nur ein weiteres Beispiel für die Art von Aufgabe, die wir in meinem Labor verwenden.

Stellen Sie sich vor, Sie sind Teilnehmer an einem unserer Experimente. Wenn Sie ins Labor kommen, sehen Sie diese computergestützte Aufgabe. In dieser Aufgabe sehen Sie eine Reihe von Regalen. Nun, es gibt Gegenstände in diesen Regalen, auf einigen von ihnen, und Sie werden feststellen, dass ein Mann hinter den Regalen steht und einige Gegenstände, die er nicht sehen kann. Sie sind aus seiner Sicht mit einer Art grauem Holzstück verschlossen. Dies ist aus seiner Sicht das gleiche Regal. Beachten Sie, dass er nur einige Objekte sehen kann, während Sie viele weitere Objekte sehen können. Jetzt besteht Ihre Aufgabe darin, Objekte zu bewegen. Der Regisseur, der hinter den Regalen steht, wird Sie anweisen, Objekte zu verschieben, aber denken Sie daran, er wird Sie nicht auffordern, Objekte zu verschieben, die er nicht sehen kann. Dies führt zu einer wirklich interessanten Bedingung, bei der es zu einer Art Konflikt zwischen Ihrer Perspektive und der Perspektive des Regisseurs kommt. Stellen Sie sich vor, er sagt Ihnen, dass Sie den oberen Truck nach links bewegen sollen. Dort stehen drei Lastwagen. Sie werden sich instinktiv für den weißen Truck entscheiden, weil das aus Ihrer Perspektive der oberste Truck ist, aber dann müssen Sie sich daran erinnern, "Oh, er kann diesen Truck nicht sehen, also muss er meinen, ich soll den blauen Truck bewegen ,", der aus seiner Sicht der Top-Truck ist. Ob Sie es glauben oder nicht, normale, gesunde, intelligente Erwachsene wie Sie machen bei dieser Art von Versuch in etwa 50 Prozent der Fälle Fehler. Sie bewegen den weißen Lastwagen anstelle des blauen Lastwagens. Also geben wir Jugendlichen und Erwachsenen diese Art von Aufgabe, und wir haben auch eine Kontrollbedingung, bei der es keinen Regisseur gibt und wir stattdessen den Leuten eine Regel geben. Wir sagen ihnen, okay, wir machen genau das Gleiche, aber diesmal gibt es keinen Regisseur.Stattdessen müssen Sie Objekte mit dunkelgrauem Hintergrund ignorieren. Sie werden sehen, dass dies genau die gleiche Bedingung ist, nur müssen sie in der Bedingung "kein Regisseur" nur daran denken, diese etwas willkürliche Regel anzuwenden, während sie in der Bedingung "Regisseur" daran denken müssen, die Perspektive des Regisseurs zu berücksichtigen um ihr fortwährendes Verhalten zu lenken.

Okay, wenn ich Ihnen also nur die prozentualen Fehler in einer großen Entwicklungsstudie zeige, die wir durchgeführt haben, handelt es sich um eine Studie im Alter von sieben Jahren bis zum Erwachsenenalter, und was Sie sehen werden, sind die prozentualen Fehler in der Erwachsenengruppe unter beiden Bedingungen , das Grau ist also die Regiebedingung, und Sie sehen, dass unsere intelligenten Erwachsenen etwa 50 Prozent der Zeit Fehler machen, während sie viel weniger Fehler machen, wenn kein Regisseur anwesend ist, wenn sie sich nur an diese Regel des Ignorierens erinnern müssen der graue Hintergrund. Entwicklungstechnisch entwickeln sich diese beiden Bedingungen genau gleich. Zwischen der späten Kindheit und der mittleren Adoleszenz gibt es in beiden Studien eine Verbesserung, d. h. eine Verringerung der Fehler, bei beiden Bedingungen. Aber erst wenn man die letzten beiden Gruppen vergleicht, die mittlere Jugendgruppe und die Erwachsenengruppe, werden die Dinge wirklich interessant, denn dort gibt es keine kontinuierliche Verbesserung des Zustands ohne Regie. Mit anderen Worten, alles, was Sie tun müssen, um sich an die Regel zu erinnern und sie anzuwenden, scheint Mitte der Adoleszenz ausgereift zu sein, wohingegen, wenn Sie sich die letzten beiden grauen Balken ansehen, es immer noch eine signifikante Verbesserung in die Regiebedingung zwischen der mittleren Adoleszenz und dem Erwachsenenalter, und dies bedeutet die Fähigkeit, die Perspektive eines anderen zu berücksichtigen, um fortwährendes Verhalten zu lenken, was wir übrigens im täglichen Leben die ganze Zeit tun Zeit, entwickelt sich noch in der mittleren bis späten Adoleszenz. Wenn Sie also einen Sohn oder eine Tochter im Teenageralter haben und manchmal denken, dass sie Probleme haben, die Perspektive anderer Menschen einzunehmen, haben Sie Recht. Tun sie. Und deshalb.

Deshalb lachen wir manchmal über Teenager. Sie werden in den Medien für ihr typisches Teenagerverhalten parodiert, manchmal sogar dämonisiert. Sie gehen Risiken ein, sind manchmal launisch, sie sind sehr selbstbewusst. Ich habe eine wirklich nette Anekdote von einem Freund von mir, der sagte, dass das, was ihm vor und nach der Pubertät an seinen Töchtern im Teenageralter am meisten auffiel, ihre Verlegenheit vor ihm war. Also sagte er: "Wenn meine beiden Töchter vor der Pubertät in einem Geschäft herumalbern würden, würde ich sagen: "Hey, hör auf, herumzualbern, und ich singe dein Lieblingslied" und sofort würden sie aufhören, sich herumzualbern herum und er singt ihr Lieblingslied. Nach der Pubertät wurde das zur Bedrohung. (Gelächter) Die bloße Vorstellung, dass ihr Vater in der Öffentlichkeit singt, war genug, um sie zu benehmen.

Daher fragen die Leute oft: „Nun, ist die Adoleszenz ein Phänomen der jüngeren Vergangenheit? Ist es etwas, das wir vor kurzem im Westen erfunden haben?" Und tatsächlich lautet die Antwort wahrscheinlich nicht. Es gibt viele Beschreibungen der Adoleszenz in der Geschichte, die den Beschreibungen, die wir heute verwenden, sehr ähnlich klingen.

Es gibt also ein berühmtes Zitat von Shakespeare aus "Das Wintermärchen", in dem er die Adoleszenz wie folgt beschreibt: "Ich hätte kein Alter zwischen zehn und dreiundzwanzig, oder die Jugend würde den Rest ausschlafen, denn da ist nichts drin das dazwischen, aber Frauen mit Kind zu bekommen, den Alten Unrecht zu tun, zu stehlen, zu kämpfen.“ (Gelächter) Dann fährt er fort: „Damit er das gesagt hat, würde irgendjemand anderes als diese gekochten Gehirne von neunzehn und zweiundzwanzig bei diesem Wetter jagen? " (Gelächter) Shakespeare hat also vor fast 400 Jahren Heranwachsende in einem sehr ähnlichen Licht dargestellt, in dem wir sie heute darstellen, aber heute versuchen wir ihr Verhalten im Hinblick auf die zugrunde liegenden Veränderungen zu verstehen, die in ihrem Gehirn vor sich gehen .

Gehen Sie also zum Beispiel Risiken ein. Wir wissen, dass Jugendliche dazu neigen, Risiken einzugehen. Tun sie. Sie gehen mehr Risiken ein als Kinder oder Erwachsene, und sie sind besonders anfällig für Risiken, wenn sie mit ihren Freunden zusammen sind. Es gibt einen wichtigen Drang, von den Eltern unabhängig zu werden und seine Freunde in der Jugend zu beeindrucken. Aber jetzt versuchen wir, dies in Bezug auf die Entwicklung eines Teils ihres Gehirns, das als limbisches System bezeichnet wird, zu verstehen, also werde ich Ihnen das limbische System in der Folie hinter mir in Rot zeigen, und auch auf diesem Gehirn. Das limbische System befindet sich also tief im Gehirn und ist an Dingen wie der Emotionsverarbeitung und der Belohnungsverarbeitung beteiligt. Es gibt Ihnen das lohnende Gefühl, lustige Dinge zu tun, einschließlich Risiken einzugehen. Es gibt Ihnen den Kick, Risiken einzugehen. Und diese Region, die Regionen innerhalb des limbischen Systems, haben sich als überempfindlich gegenüber dem lohnenden Gefühl der Risikobereitschaft bei Jugendlichen im Vergleich zu Erwachsenen erwiesen, und gleichzeitig der präfrontale Kortex, den Sie in Blau in der Abbildung sehen können Slide hier, die uns davon abhält, übermäßige Risiken einzugehen, ist bei Jugendlichen noch sehr in der Entwicklung.

Die Hirnforschung hat also gezeigt, dass das jugendliche Gehirn eine wirklich tiefgreifende Entwicklung durchmacht, und dies hat Auswirkungen auf Bildung, Rehabilitation und Intervention. Die Umgebung, einschließlich des Unterrichts, kann und wird das sich entwickelnde jugendliche Gehirn formen, und doch bilden wir Teenager im Westen erst seit relativ kurzer Zeit routinemäßig aus. Alle meine vier Großeltern zum Beispiel haben die Schule in ihrer frühen Jugend verlassen. Sie hatten keine Wahl. Und das gilt auch heute noch für viele, viele Teenager auf der ganzen Welt. 40 Prozent der Jugendlichen haben keinen Zugang zu weiterführenden Schulen. Und doch ist dies ein Lebensabschnitt, in dem das Gehirn besonders anpassungsfähig und formbar ist. Es ist eine fantastische Gelegenheit zum Lernen und für Kreativität.

Was bei Jugendlichen manchmal als das Problem angesehen wird – erhöhte Risikobereitschaft, schlechte Impulskontrolle, Selbstbewusstsein – sollte also nicht stigmatisiert werden. Es spiegelt tatsächlich Veränderungen im Gehirn wider, die eine hervorragende Gelegenheit für Bildung und soziale Entwicklung bieten. Dankeschön. (Applaus) (Applaus)


Säugetiere mit höchster synaptischer Beschneidung - Psychologie

Vor 15 Jahren wurde allgemein angenommen, dass der überwiegende Teil der Gehirnentwicklung in den ersten Lebensjahren stattfindet. Damals, vor 15 Jahren, hatten wir nicht die Möglichkeit, in das lebende menschliche Gehirn zu schauen und die Entwicklung über die Lebensspanne hinweg zu verfolgen. In den letzten zehn Jahren haben Neurowissenschaftler, hauptsächlich aufgrund von Fortschritten in der Bildgebungstechnologie des Gehirns wie der Magnetresonanztomographie oder MRT, damit begonnen, in das lebende menschliche Gehirn jeden Alters zu schauen und Veränderungen in der Gehirnstruktur und Gehirnfunktion zu verfolgen Wir verwenden die strukturelle MRT, wenn Sie einen Schnappschuss, ein Foto mit wirklich hoher Auflösung vom Inneren des lebenden menschlichen Gehirns machen möchten, und wir können Fragen stellen wie, wie viel graue Substanz das Gehirn enthält und wie das? mit dem Alter ändern? Und wir verwenden funktionelle MRT, genannt fMRI, um ein Video oder einen Film der Gehirnaktivität aufzunehmen, wenn die Teilnehmer an einer Art von Aufgabe wie Denken, Fühlen oder Wahrnehmen teilnehmen.

So viele Labore auf der ganzen Welt sind an dieser Art von Forschung beteiligt, und wir haben jetzt ein wirklich reichhaltiges und detailliertes Bild davon, wie sich das lebende menschliche Gehirn entwickelt, und dieses Bild hat unsere Denkweise über die Entwicklung des menschlichen Gehirns radikal verändert, indem es offenbart, dass es #39 ist in der frühen Kindheit noch nicht vorbei, und stattdessen entwickelt sich das Gehirn während der gesamten Adoleszenz und bis in die ཐer und ཚer Jahre weiter.

Die Adoleszenz wird also als der Lebensabschnitt definiert, der mit den biologischen, hormonellen und körperlichen Veränderungen der Pubertät beginnt und in dem Alter endet, in dem ein Individuum eine stabile, eigenständige Rolle in der Gesellschaft erreicht. (Gelächter) Es kann lange dauern. (Gelächter) Eine der Gehirnregionen, die sich während der Adoleszenz am dramatischsten verändert, wird präfrontaler Kortex genannt. Dies ist also ein Modell des menschlichen Gehirns, und das ist der präfrontale Kortex, ganz vorne. Der präfrontale Kortex ist ein interessanter Gehirnbereich. Es ist beim Menschen proportional viel größer als bei jeder anderen Spezies, und es ist an einer ganzen Reihe von hochrangigen kognitiven Funktionen beteiligt, z. B. Entscheidungen treffen, planen, planen, was Sie morgen oder nächste Woche tun werden oder nächstes Jahr, unangemessenes Verhalten zu unterbinden, also sich selbst davon abzuhalten, etwas wirklich Unhöfliches zu sagen oder etwas wirklich Dummes zu tun. Es ist auch an der sozialen Interaktion, dem Verständnis anderer Menschen und der Selbstwahrnehmung beteiligt.

MRT-Studien zur Entwicklung dieser Region haben also gezeigt, dass sie sich in der Pubertät wirklich dramatisch entwickelt. Wenn Sie sich zum Beispiel das Volumen der grauen Substanz ansehen, nimmt das Volumen der grauen Substanz im Alter von vier bis 22 Jahren während der Kindheit zu, was Sie in dieser Grafik sehen können. Sie erreicht ihren Höhepunkt in der frühen Adoleszenz. Die Pfeile zeigen das maximale Volumen der grauen Substanz im präfrontalen Kortex an. Sie können sehen, dass dieser Höhepunkt bei Jungen im Vergleich zu Mädchen ein paar Jahre später eintritt, und das liegt wahrscheinlich daran, dass Jungen im Durchschnitt ein paar Jahre später als Mädchen in die Pubertät kommen und dann während der Adoleszenz ein signifikanter Rückgang der Volumen der grauen Substanz im präfrontalen Kortex. Das hört sich jetzt vielleicht schlecht an, aber eigentlich ist dies ein wirklich wichtiger Entwicklungsprozess, denn die graue Substanz enthält Zellkörper und Verbindungen zwischen Zellen, die Synapsen, und diese Abnahme des Volumens der grauen Substanz während des präfrontalen Kortex wird angenommen, dass sie dem synaptischen Beschneiden, der Elimination, entspricht von unerwünschten Synapsen. Dies ist ein wirklich wichtiger Prozess. Es hängt teilweise von der Umgebung ab, in der sich das Tier oder der Mensch befindet, und die verwendeten Synapsen werden gestärkt und Synapsen, die in dieser bestimmten Umgebung nicht verwendet werden, werden weggeschnitten. Man kann sich das ein bisschen vorstellen, als würde man einen Rosenstrauch beschneiden. Sie beschneiden die schwächeren Äste, damit die verbleibenden, wichtigen Äste stärker werden können der menschlichen Jugend.

Eine zweite Untersuchungslinie, die wir verwenden, um Veränderungen im jugendlichen Gehirn zu verfolgen, ist die funktionelle MRT, um Veränderungen der Gehirnaktivität über das Alter hinweg zu untersuchen. Ich gebe Ihnen nur ein Beispiel aus meinem Labor. In meinem Labor interessieren wir uns also für das soziale Gehirn, das ist das Netzwerk von Gehirnregionen, das wir verwenden, um andere Menschen zu verstehen und mit anderen zu interagieren. Deshalb zeige ich gerne ein Foto eines Fußballspiels, um zwei Aspekte der Funktionsweise Ihres sozialen Gehirns zu veranschaulichen. Das ist also ein Fußballspiel. (Gelächter) Michael Owen hat gerade ein Tor verfehlt, und er liegt auf dem Boden, und der erste Aspekt des sozialen Gehirns, den dieses Bild wirklich schön veranschaulicht, ist, wie automatisch und instinktiv sozial-emotionale Reaktionen sind, also innerhalb eines Sekundenbruchteils von Michael Owen verfehlt dieses Ziel, alle machen dasselbe mit ihren Armen und dasselbe mit ihrem Gesicht, sogar Michael Owen, der über das Gras gleitet, macht dasselbe mit seinen Armen und hat vermutlich einen ähnlichen Gesichtsausdruck, und die einzigen Leute, die das nicht tun, sind die Jungs in Gelb hinten – (lacht) – und ich glaube, sie sind am falschen Ende des Stadions, und sie machen eine andere soziale emotionale Reaktion, die wir alle sofort erkennen. und das ist der zweite Aspekt des sozialen Gehirns, den dieses Bild wirklich schön veranschaulicht, wie gut wir das Verhalten anderer Menschen, ihre Handlungen, Gesten, ihren Gesichtsausdruck in Bezug auf ihre zugrunde liegenden Emotionen und mentalen Zustände lesen können . Sie müssen also keinen dieser Typen fragen. Sie haben eine ziemlich gute Vorstellung davon, was sie in diesem Moment fühlen und denken.

Das interessiert uns in meinem Labor. In meinem Labor bringen wir Jugendliche und Erwachsene ins Labor, um einen Gehirnscan zu machen. #39 habe, wie auch andere Labore auf der ganzen Welt, jetzt mehrmals gefunden, ist ein Teil des präfrontalen Kortex namens medialer präfrontaler Kortex, der auf der Folie blau dargestellt ist und sich genau in der Mitte des präfrontalen Kortex in der Mittellinie von befindet dein Kopf. Diese Region ist bei Jugendlichen aktiver, wenn sie diese sozialen Entscheidungen treffen und an andere Menschen denken, als bei Erwachsenen, und dies ist eigentlich eine Metaanalyse von neun verschiedenen Studien in diesem Bereich aus Labors auf der ganzen Welt, und sie alle zeigen die Das gleiche gilt, dass die Aktivität in diesem medialen präfrontalen Kortexbereich während der Adoleszenz abnimmt. Und wir denken, dass dies daran liegen könnte, dass Jugendliche und Erwachsene einen anderen mentalen Ansatz, eine andere kognitive Strategie verwenden, um soziale Entscheidungen zu treffen eine Art Verhaltensaufgabe, und ich gebe Ihnen nur ein weiteres Beispiel für die Art von Aufgabe, die wir in meinem Labor verwenden.

Stellen Sie sich vor, Sie sind Teilnehmer an einem unserer Experimente. Wenn Sie ins Labor kommen, sehen Sie diese computergestützte Aufgabe. In dieser Aufgabe sehen Sie eine Reihe von Regalen. Nun, es gibt Gegenstände in diesen Regalen, auf einigen von ihnen, und Sie werden feststellen, dass ein Mann hinter den Regalen steht und einige Gegenstände, die er nicht sehen kann. Sie sind aus seiner Sicht mit einer Art grauem Holzstück verschlossen. Dies ist aus seiner Sicht das gleiche Regal. Beachten Sie, dass er nur einige Objekte sehen kann, während Sie viele weitere Objekte sehen können. Jetzt besteht Ihre Aufgabe darin, Objekte zu bewegen. Der Regisseur, der hinter den Regalen steht, wird Sie anweisen, Objekte zu verschieben, aber denken Sie daran, er wird Sie nicht auffordern, Objekte zu verschieben, die er nicht sehen kann. Dies führt zu einer wirklich interessanten Bedingung, bei der es zu einer Art Konflikt zwischen Ihrer Perspektive und der Perspektive des Regisseurs kommt. Stellen Sie sich vor, er sagt Ihnen, dass Sie den oberen Truck nach links bewegen sollen. Dort stehen drei Lastwagen. Sie werden sich instinktiv für den weißen Truck entscheiden, weil das aus Ihrer Perspektive der oberste Truck ist, aber dann müssen Sie sich daran erinnern, "Oh, er kann diesen Truck nicht sehen, also muss er meinen, ich soll den blauen Truck bewegen ,", der aus seiner Sicht der Top-Truck ist. Ob Sie es glauben oder nicht, normale, gesunde, intelligente Erwachsene wie Sie machen bei dieser Art von Versuch in etwa 50 Prozent der Fälle Fehler. Sie bewegen den weißen Lastwagen anstelle des blauen Lastwagens. Also geben wir Jugendlichen und Erwachsenen diese Art von Aufgabe, und wir haben auch eine Kontrollbedingung, bei der es keinen Regisseur gibt und wir stattdessen den Leuten eine Regel geben. Wir sagen ihnen, okay, wir machen genau das Gleiche, aber diesmal gibt es keinen Regisseur. Stattdessen müssen Sie Objekte mit dunkelgrauem Hintergrund ignorieren. Sie werden sehen, dass dies genau die gleiche Bedingung ist, nur müssen sie in der Bedingung "kein Regisseur" nur daran denken, diese etwas willkürliche Regel anzuwenden, während sie in der Bedingung "Regisseur" daran denken müssen, die Perspektive des Regisseurs zu berücksichtigen um ihr fortwährendes Verhalten zu lenken.

Okay, wenn ich Ihnen also nur die prozentualen Fehler in einer großen Entwicklungsstudie zeige, die wir durchgeführt haben, handelt es sich um eine Studie im Alter von sieben Jahren bis zum Erwachsenenalter, und was Sie sehen werden, sind die prozentualen Fehler in der Erwachsenengruppe unter beiden Bedingungen , das Grau ist also die Regiebedingung, und Sie sehen, dass unsere intelligenten Erwachsenen etwa 50 Prozent der Zeit Fehler machen, während sie viel weniger Fehler machen, wenn kein Regisseur anwesend ist, wenn sie sich nur an diese Regel des Ignorierens erinnern müssen der graue Hintergrund. Entwicklungstechnisch entwickeln sich diese beiden Bedingungen genau gleich. Zwischen der späten Kindheit und der mittleren Adoleszenz gibt es in beiden Studien eine Verbesserung, d. h. eine Verringerung der Fehler, bei beiden Bedingungen. Aber wenn man die letzten beiden Gruppen vergleicht, die mittlere Jugendgruppe und die Erwachsenengruppe, werden die Dinge wirklich interessant, denn dort gibt es keine kontinuierliche Verbesserung des Zustands ohne Regie. Mit anderen Worten, alles, was Sie tun müssen, um sich an die Regel zu erinnern und sie anzuwenden, scheint Mitte der Adoleszenz ausgereift zu sein, wohingegen, wenn Sie sich die letzten beiden grauen Balken ansehen, es immer noch eine signifikante Verbesserung in die Regiebedingung zwischen der mittleren Adoleszenz und dem Erwachsenenalter, und dies bedeutet die Fähigkeit, die Perspektive eines anderen zu berücksichtigen, um fortwährendes Verhalten zu lenken, was wir übrigens im täglichen Leben die ganze Zeit tun Zeit, entwickelt sich noch in der mittleren bis späten Adoleszenz. Wenn Sie also einen Sohn oder eine Tochter im Teenageralter haben und manchmal denken, dass sie Probleme haben, die Perspektive anderer Menschen einzunehmen, haben Sie Recht. Tun sie. Und das ist der Grund.

Deshalb lachen wir manchmal über Teenager. Sie werden in den Medien für ihr typisches Teenagerverhalten parodiert, manchmal sogar dämonisiert. Sie gehen Risiken ein, sind manchmal launisch, sie sind sehr selbstbewusst. Ich habe eine wirklich nette Anekdote von einem Freund von mir, der sagte, dass das, was ihm vor und nach der Pubertät an seinen Töchtern im Teenageralter am meisten auffiel, ihre Verlegenheit vor ihm war. Also sagte er: "Wenn meine beiden Töchter vor der Pubertät in einem Laden herumalbern würden, würde ich sagen: "Hey, hör auf, herumzualbern, und ich singe dein Lieblingslied" und sofort würden sie aufhören, herumzualbern herum und er singt ihr Lieblingslied. Nach der Pubertät wurde das zur Bedrohung. (Gelächter) Die bloße Vorstellung, dass ihr Vater in der Öffentlichkeit singt, war genug, um sie zu benehmen.

Daher fragen die Leute oft: „Nun, ist die Adoleszenz ein Phänomen der jüngeren Vergangenheit? Ist es etwas, das wir vor kurzem im Westen erfunden haben?" Und tatsächlich lautet die Antwort wahrscheinlich nicht. Es gibt viele Beschreibungen der Adoleszenz in der Geschichte, die den Beschreibungen, die wir heute verwenden, sehr ähnlich klingen.

Es gibt also ein berühmtes Zitat von Shakespeare aus "Das Wintermärchen", in dem er die Adoleszenz wie folgt beschreibt: "Ich hätte kein Alter zwischen zehn und dreiundzwanzig, oder die Jugend würde den Rest ausschlafen, denn da ist nichts drin das dazwischen, aber Frauen mit Kind zu bekommen, den Alten Unrecht zu tun, zu stehlen, zu kämpfen.“ (Gelächter) Dann fährt er fort: „Damit er das gesagt hat, würde irgendjemand anderes als diese gekochten Gehirne von neunzehn und zweiundzwanzig bei diesem Wetter jagen? " (Gelächter) Shakespeare hat also vor fast 400 Jahren Heranwachsende in einem sehr ähnlichen Licht dargestellt, in dem wir sie heute darstellen, aber heute versuchen wir ihr Verhalten im Hinblick auf die zugrunde liegenden Veränderungen zu verstehen, die in ihrem Gehirn vor sich gehen .

Gehen Sie also zum Beispiel Risiken ein. Wir wissen, dass Jugendliche dazu neigen, Risiken einzugehen. Tun sie. Sie gehen mehr Risiken ein als Kinder oder Erwachsene, und sie sind besonders anfällig für Risiken, wenn sie mit ihren Freunden zusammen sind. Es gibt einen wichtigen Drang, von den Eltern unabhängig zu werden und seine Freunde in der Jugend zu beeindrucken. Aber jetzt versuchen wir, dies in Bezug auf die Entwicklung eines Teils ihres Gehirns, das als limbisches System bezeichnet wird, zu verstehen, also werde ich Ihnen das limbische System in der Folie hinter mir in Rot zeigen, und auch auf diesem Gehirn. Das limbische System befindet sich also tief im Gehirn und ist an Dingen wie der Emotionsverarbeitung und der Belohnungsverarbeitung beteiligt. Es gibt Ihnen das lohnende Gefühl, lustige Dinge zu tun, einschließlich Risiken einzugehen. Es gibt Ihnen den Kick, Risiken einzugehen. Und diese Region, die Regionen innerhalb des limbischen Systems, haben sich als überempfindlich gegenüber dem lohnenden Gefühl der Risikobereitschaft bei Jugendlichen im Vergleich zu Erwachsenen erwiesen, und gleichzeitig der präfrontale Kortex, den Sie in Blau in der Abbildung sehen können Slide hier, die uns davon abhält, übermäßige Risiken einzugehen, ist bei Jugendlichen noch sehr in der Entwicklung.

Die Hirnforschung hat also gezeigt, dass das jugendliche Gehirn eine wirklich tiefgreifende Entwicklung durchmacht, und dies hat Auswirkungen auf die Bildung, die Rehabilitation und die Intervention. Die Umgebung, einschließlich des Unterrichts, kann und wird das sich entwickelnde jugendliche Gehirn formen, und doch bilden wir Teenager im Westen erst seit relativ kurzer Zeit routinemäßig aus. Alle meine vier Großeltern zum Beispiel haben die Schule in ihrer frühen Jugend verlassen. Sie hatten keine Wahl. Und das gilt auch heute noch für viele, viele Teenager auf der ganzen Welt. 40 Prozent der Jugendlichen haben keinen Zugang zu weiterführenden Schulen. Und doch ist dies ein Lebensabschnitt, in dem das Gehirn besonders anpassungsfähig und formbar ist. Es ist eine fantastische Gelegenheit zum Lernen und für Kreativität.

Was bei Jugendlichen manchmal als das Problem angesehen wird – erhöhte Risikobereitschaft, schlechte Impulskontrolle, Selbstbewusstsein – sollte also nicht stigmatisiert werden. Es spiegelt tatsächlich Veränderungen im Gehirn wider, die eine hervorragende Gelegenheit für Bildung und soziale Entwicklung bieten. Dankeschön. (Applaus) (Applaus)


Untergeordnete Strukturen

Die untergeordneten Strukturen des Gehirns bestehen aus dem Hirnstamm und dem Rückenmark sowie dem Kleinhirn. Mit Ausnahme des Rückenmarks befinden sich diese Strukturen größtenteils im Hinterhirn, Zwischenhirn (oder Zwischenhirn) und Mittelhirn. Diese unteren dorsalen Strukturen sind die ältesten Teile des Gehirns, die für einen Großteil seiner Evolutionsgeschichte existiert haben. Als solche sind sie mehr auf grundlegende körperliche Prozesse ausgerichtet, die für das Überleben notwendig sind. Es sind die neueren Schichten des Gehirns (das Vorderhirn), die für die höheren kognitiven Funktionen (Sprache, logisches Denken) verantwortlich sind, die nicht unbedingt notwendig sind, um einen Körper am Leben zu erhalten.

Das Hinterhirn

Das Hinterhirn, das die Medulla oblongata, den Pons und das Kleinhirn umfasst, ist für einige der ältesten und primitivsten Körperfunktionen verantwortlich. Jede dieser Strukturen wird unten beschrieben.

  • Die Medulla oblongata sitzt an der Übergangszone zwischen Gehirn und Rückenmark. Es ist die erste Region, die formal zum Gehirn (und nicht zum Rückenmark) gehört. Es ist das Kontrollzentrum für Atmungs-, Herz-Kreislauf- und Verdauungsfunktionen.
  • Die pons verbindet die Medulla oblongata mit der Mittelhirnregion und leitet Signale vom Vorderhirn an das Kleinhirn weiter. Es beherbergt die Schaltzentralen für Atmung und Hemmfunktionen. Das Kleinhirn ist an der dorsalen Seite des Pons befestigt.
  • Die Kleinhirn ist eine separate Region des Gehirns, die sich hinter der Medulla oblongata und dem Pons befindet. Es ist mit dem Rest des Gehirns durch drei Stiele (genannt pedunculi) und koordiniert die Skelettmuskulatur, um sanfte, anmutige Bewegungen zu erzeugen. Das Kleinhirn erhält von unseren Augen, Ohren, Muskeln und Gelenken Informationen über die aktuelle Körperhaltung (sogenannte Propriozeption). Es erhält auch Informationen von der Großhirnrinde darüber, wo sich diese Körperteile befinden sollten. Nach der Verarbeitung dieser Informationen sendet das Kleinhirn motorische Impulse vom Hirnstamm an die Skelettmuskulatur, damit diese sich bewegen können. Die Hauptfunktion des Kleinhirns ist diese Muskelkoordination. Es ist aber auch für Gleichgewicht und Körperhaltung zuständig und hilft uns beim Erlernen einer neuen Motorik, wie zum Beispiel beim Spielen eines Sport- oder Musikinstruments. Neuere Forschungen zeigen, dass das Kleinhirn neben motorischen Funktionen auch eine Rolle bei der emotionalen Sensibilität spielt.

Menschen- und Hai-Gehirne: Das Hai-Gehirn ist auf dem Evolutionsbaum vom menschlichen Gehirn abgewichen, aber beide haben noch die „alten“ Strukturen des Hinterhirns und des Mittelhirns, die autonomen Körperprozessen gewidmet sind.

Das Mittelhirn

Das Mittelhirn befindet sich zwischen dem Hinterhirn und dem Vorderhirn, ist aber eigentlich Teil des Hirnstamms. Es weist die gleiche grundlegende funktionelle Zusammensetzung auf, die im Rückenmark und im Hinterhirn zu finden ist. Ventrale Bereiche steuern die motorische Funktion und übermitteln motorische Informationen aus der Großhirnrinde. Dorsale Regionen des Mittelhirns sind an sensorischen Informationskreisen beteiligt. Die Substantia nigra, ein Teil des Gehirns, der (aufgrund seines hohen Anteils an dopaminergen Neuronen) eine Rolle bei Belohnung, Sucht und Bewegung spielt, befindet sich im Mittelhirn. Bei der Parkinson-Krankheit, die durch ein Dopamin-Defizit gekennzeichnet ist, ist das Absterben der Substantia nigra offensichtlich.

Das Zwischenhirn („Zwischenhirn“)

Das Zwischenhirn ist die Region des embryonalen Neuralrohrs von Wirbeltieren, die hintere Vorderhirnstrukturen hervorbringt. Bei Erwachsenen erscheint das Zwischenhirn am oberen Ende des Hirnstamms, zwischen Großhirn und Hirnstamm. Es beherbergt das limbische System, das als Sitz der Emotionen im menschlichen Gehirn gilt. Das Zwischenhirn besteht aus vier verschiedenen Komponenten: dem Thalamus, dem Subthalamus, dem Hypothalamus und dem Epithalamus.

Thalamus und Hypothalamus

Dies sind Low-Level-Strukturen und sind Teil des limbischen Systems im Vorderhirn. Informationen dazu sind im Abschnitt zum limbischen System unten aufgeführt.

Das Rückenmark

Das Rückenmark ist eine schwanzartige Struktur, die in den Wirbelkanal der Wirbelsäule eingebettet ist. Das Rückenmark eines Erwachsenen ist etwa 40 cm lang und wiegt etwa 30 g. Das Rückenmark ist an der Unterseite der Medulla oblongata befestigt und so organisiert, dass es vier verschiedene Aufgaben erfüllt:

  1. (hauptsächlich sensorische) Informationen an das Gehirn übermitteln
  2. um im Gehirn generierte Informationen zu peripheren Zielen wie Skelettmuskeln zu transportieren
  3. um benachbarte Organe über das vegetative Nervensystem zu steuern
  4. um sensomotorische Funktionen zur Steuerung der Körperhaltung und anderer grundlegender Bewegungen zu ermöglichen.

Die synaptische Beschneidung des Gehirns dauert bis in Ihre 20er Jahre an

Die synaptische Beschneidung, die dazu beiträgt, das jugendliche Gehirn in seine erwachsene Form zu bringen, beseitigt auch in unseren 20ern weiterhin schwache neuronale Verbindungen. Der überraschende Befund könnte Auswirkungen auf unser Verständnis der Schizophrenie haben, einer psychischen Störung, die häufig im frühen Erwachsenenalter auftritt.

Als Kinder überproduzieren wir die Verbindungen – Synapsen – zwischen Gehirnzellen. Während der Pubertät führt der Körper eine Art Formschnitt durch, indem er einige Synapsen wegschneidet, während andere sich stärken lassen. Über einige Jahre halbiert sich die Zahl der Synapsen ungefähr, und das erwachsene Gehirn entsteht.

Das dachten wir zumindest. Pasko Rakic ​​von der Yale University und Kollegen von der Universität Zagreb, Kroatien, und dem VU University Medical Center in Amsterdam, Niederlande, haben nun herausgefunden, dass das Gehirn von Erwachsenen in den Zwanzigern immer noch einer synaptischen Beschneidung unterliegt.

Rakics Team analysierte postmortales Gewebe aus einer Hirnregion namens präfrontaler Kortex (PFC) bei 32 Personen im Alter zwischen 1 Woche und 91 Jahren. Konkret berechneten sie die Dichte der dendritischen Dornen – die winzigen Vorsprünge, die aus den langen Dendriten des Neurons herausragen, von denen jeder über eine Synapse die Kommunikation mit anderen Neuronen ermöglicht.

Werbung

Wie erwartet, stellte Rakics Team fest, dass die Wirbelsäulendichte im Säuglingsalter schnell zunahm und vor dem 9. Geburtstag einen Höhepunkt erreichte. Es begann dann zu fallen, als das Beschneiden begann. Interessanterweise erreichte die Wirbelsäulendichte jedoch nach der Adoleszenz kein Plateau, sondern nahm bis Ende der 20er Jahre allmählich ab.

Rakic ​​sagt, das Ergebnis könnte eine gute Nachricht für diejenigen sein, die hoffen, im dritten Jahrzehnt neue Fähigkeiten zu erwerben. Die Zeit des Beschneidens ist mit einer erhöhten Lernfähigkeit verbunden – sei es beim Erlernen von Sprachkenntnissen oder beim Verstehen neuer Konzepte, sagt er. “Du solltest das Lernen nicht aufgeben, nur weil du in deinen 20ern bist – es ist noch nicht zu spät,”, sagt er.

Der Befund hat auch Auswirkungen auf unser Verständnis einiger psychiatrischer Erkrankungen. Es wird angenommen, dass der PFC für spät auftretende Störungen wie Schizophrenie besonders relevant ist, sagt Rakic, aber es ist unklar, ob solche Störungen durch Entwicklungs- oder degenerative Prozesse ausgelöst werden. Die neue Erkenntnis dürfte der Idee, dass Schizophrenie als Folge einer späten Gehirnentwicklung auftritt, Gewicht verleihen.

“Ich bin sicher, dass Schizophrenie für viele Menschen eine starke Entwicklungskomponente hat,”, sagt Sabine Bahn, die an der University of Cambridge an Schizophrenie forscht – obwohl sie hinzufügt, dass einige Fälle wahrscheinlich eine degenerative Komponente haben werden.

Elena Bagley von der University of Sydney, Australien, stimmt dem Fazit zu. Es ist möglich, dass der präfrontale Kortex „länger anfällig für Störungen und Krankheiten ist, die aus abnormalem Beschneiden resultieren“, sagt sie. Ein solches Beschneiden kann auch zu Gedächtnisverlust und Demenz beitragen, fügt sie hinzu.


Falsche Entscheidungen verursachen Hirnschäden?

"Irren ist menschlich zu vergeben, göttlich." Alexander Papst.

Ich bin nicht perfekt. Zumindest nicht das letzte Mal, dass ich nachgesehen habe. Und wir sind alle gleich, nicht wahr. Wir alle wissen aus Erfahrung, dass wir alle ziemlich regelmäßig Dinge vollstopfen. Wir treffen schlechte Entscheidungen. Wir sind menschlich!

Dr. Caroline Leaf, Kommunikationspathologin und selbsternannte Kognitive Neurowissenschaftlerin, glaubt, dass diese schlechten Entscheidungen buchstäblich Hirnschäden verursachen. Ihre grundlegende Annahme ist, dass unsere Gedanken unser Gehirn steuern [1: S. 33]. Diese Gedanken können gesund oder giftig sein. Toxische Gedanken „sind Gedanken, die negative und ängstliche Emotionen auslösen, die Biochemikalien produzieren, die den Körper stressen.“ [2: p19]

Dr. Leaf geht davon aus, dass Gedanken und schlechte Entscheidungen dazu führen, dass unsere Gehirnzellen schrumpfen oder absterben. „Sobald sich Ihr Körper wirklich im Stressmodus befindet und das Cortisol fließt, beginnen Dendriten zu schrumpfen und sogar ‚abzufallen‘“ [2: p32]. Sie sagt auch: "Wir haben zwei Möglichkeiten: Wir können unsere Gedanken giftig und giftig werden lassen oder wir können unsere negativen Gedanken entgiften, was unsere emotionale Ganzheit verbessert und sogar unsere körperliche Gesundheit wiederherstellt." [2: S.21]

Klingt etwas extrem. Wir alle treffen schlechte Entscheidungen, und wir alle erleben Stress. Wenn wir gestresst sind, gehen unsere Erinnerungen wirklich verloren oder die Dendriten der Nervenzellen zittern und fallen wie Äste im Sturm? Wenn wir eine schlechte Wahl treffen, erleiden wir dann wirklich einen Hirnschaden? Mal sehen, was die wissenschaftliche Literatur zu sagen hat.

Stellen Sie sich vor, Sie gehen einen Waldweg entlang und sehen eine Schlange, nur wenige Zentimeter vor Ihnen auf dem Weg. Wie geht's? Bei hohem akutem Stress schaltet das Gehirn in einen binären Modus – Kampf/Flucht oder Einfrieren. Die Selbsterhaltung muss eingreifen. Die einzige Entscheidung, die Sie dann treffen müssen, ist, ob Sie rennen, die Schlange töten wollen, bevor sie Sie tötet, oder still stehen bleiben und hoffen, dass die Schlange Sie ignoriert und davonrutscht.

An diesem Punkt ist das meiste Gedächtnis überflüssig, ebenso wie eine hochrangige Analyse von Schlangenarten oder jede andere kognitive Beschäftigung. Das Gehirn braucht sie in genau diesem Moment nicht. Wenn sie sich engagieren würden, würden sie nur im Weg stehen. Das Abschalten der denkenden Teile Ihres Gehirns lenkt Ihre Aufmerksamkeit auf die unmittelbare Gefahr. Es ist eine adaptive Überlebensreaktion. In der Zwischenzeit verschwinden Ihre Erinnerungen und Ihr theoretisches Wissen über Schlangen nicht. Sie sind immer noch da, unverändert. Es ist falsch zu behaupten, dass die Erinnerungen „schrumpfen“.

Wir alle haben „mentale Blockaden“ erlebt. Manchmal, wenn wir in eine Situation geraten, wie eine Prüfung oder ein Geschäftstreffen, ist unser Stresslevel hoch und der Binärmodus tritt wieder ein, obwohl er diesmal ein Hindernis sein kann. Dieses Phänomen der mentalen Blockade unter hoher Belastung wurde erstmals 1908 vorgeschlagen und ist heute als Yerkes-Dodson-Gesetz bekannt, ein grundlegendes Prinzip der Verhaltenswissenschaften [3]. Ähnlich der Stress-Produktivitäts-Kurve schlugen Yerkes und Dodson eine U-förmige Kurve vor, um die Beziehung zwischen Erregung (die entweder Bewusstseins- oder Stressniveau sein kann) und Verhaltensleistung darzustellen. Bei geringer Erregung gibt es eine schlechte Leistung. In der Mitte der Erregung gibt es Spitzenleistungen, und bei hoher Erregung nimmt die Leistung ab.

Aber auch hier schrumpfen unsere Erinnerungen nicht und unsere Nervenzelläste fallen nicht ab. Sobald wir unsere Erregung reduzieren, entfernen wir uns vom Kampf-/Flucht-/Einfrieren-Modus und alles ist immer noch da (und wir leisten laut Yerkes-Dodson bessere Leistungen).

Dr. Leaf hat eine beliebte Analogie von „Neuronen als Bäume“. Und wenn Neuronen Bäume sind, können die Äste „abfallen“. Aber Neuronen sind keine Bäume und Dendriten sind keine Äste. Die Dendriten „fallen“ nicht vom Neuron ab. Die Neuronen im Gehirn verfügen über Mechanismen für die anhaltende Plastizität des Gehirns – die Fähigkeit des Gehirns, sich an die ständig auftretenden Herausforderungen und Veränderungen in seiner inneren und äußeren Umgebung anzupassen. Wenn das Gehirn einen neuen Schaltkreis aufbauen muss, um eine neue Information zu kodieren, wachsen neue Dendriten und entstehen neue Synapsen. Aber das Gehirn ist durch die Menge an Energie, die es verbrauchen kann, und damit die Anzahl der Synapsen, die es aufrechterhalten kann, begrenzt. Das Gehirn schneidet also unnötige Dendriten ab, ein Prozess, der als „synaptisches Beschneiden“ bezeichnet wird.

Das synaptische Beschneiden ist ein normaler Prozess. Chechik und Meilijson bestätigen, dass „Mensch- und Tierstudien zeigen, dass das Gehirn von Säugetieren während der Kindheit massiv beschnitten wird und bis zur Pubertät etwa die Hälfte der Synapsen entfernt.“ [4]

Synaptisches Beschneiden ist nicht schädlich, aber vorteilhaft. Chechik und Meilijson stellen auch fest, dass „synaptisches Überwachsen, gefolgt von gerichtlicher Beschneidung entlang der Entwicklung, die Leistung eines assoziativen Gedächtnisnetzwerks mit begrenzten synaptischen Ressourcen verbessert“. [4] Das synaptische Beschneiden ist also ein normaler physiologischer Prozess und tritt bei uns allen aus vielen Gründen auf, hauptsächlich um die Effizienz unserer neuronalen Netze zu verbessern. Vielleicht ist das synaptische Beschneiden, das mit der Stressreaktion verbunden ist, auch ein adaptiver Prozess?

Das synaptische Beschneiden tritt auch in anderen physiologischen Zuständen auf, die nichts mit Stress oder Denken zu tun haben, wie zum Beispiel die Wirkung von Östrogen während des Menstruationszyklus und in den Wechseljahren [5, 6].

Ein Zusammenhang zwischen Stress und Dendritenverlust wurde entdeckt, aber er ist nicht konsistent. Einige Autoren wie Kopp und Rethelyi schlagen vor, dass „starker Stress über einen längeren Zeitraum Schäden in den Pyramidenneuronen des Hippocampus verursacht, insbesondere in der CA3- und CA4-Region und eine Verringerung der Länge und Verzweigung ihrer Dendriten.“ [7] Chen et al. schreiben jedoch: „Während Hippocampus-vermittelte Gedächtnisdefizite häufig mit dem Verlust von Synapsen-tragenden Dendriten und dendritischen Dornen verbunden waren und möglicherweise daraus resultieren, war diese Assoziation nicht universell, so dass die Struktur-Funktions-Beziehung Die zugrunde liegenden Auswirkungen von Stress auf die Neuronen des Hippocampus sind nicht geklärt.“ [8]

Es ist zutreffender anzunehmen, dass chronischer Stress bei Tieren zu einer dendritischen Remodellierung führt [9], bei der einige Nervenzellen ihre Synapsen beschneiden, andere sie wachsen lassen und Energie von der Neubildung von Nervenzellen zu den neuen Synapsen umgeleitet wird, die zur Bewältigung benötigt werden mit dem Stress.

Eine Reihe von Wissenschaftlern haben darauf hingewiesen, dass Patienten mit Depressionen oder Angstzuständen, die normalerweise ein hohes Maß an Stress haben, einen kleineren Hippocampus und eine größere Amygdala haben, sodass Stress und Depression die kleineren Gehirnregionen verursachen müssen [9]. Möglicherweise ist die Anzahl der Synapsen im Hippocampus und in den Frontallappen des Gehirns verringert, was die von einer Reihe von Forschern beobachtete Größenänderung erklären könnte. Aber das moderne Denken über diese Veränderungen ist, dass sie es sind damit verbundenen mit Depressionen, nicht verursacht durch Depression [10] (Korrelation ist nicht gleich Kausalität).

Stress wird also mit Depressionen in Verbindung gebracht, aber das liegt daran, dass genetische Defekte in einem oder mehreren Genen die Fähigkeit der Gehirnzellen reduzieren, synaptische Zweige zu produzieren. Es ist diese Verringerung der Anzahl der Synapsen, die zu den typischen Veränderungen im Gehirn beiträgt, die bei der Autopsie von Patienten mit Depressionen oder Angstzuständen beobachtet werden [11]. Die verminderte Fähigkeit der Nervenzellen, Synapsen zu bilden, führt dazu, dass neue Äste nicht schnell genug wachsen können, um die Stresssignale richtig zu verarbeiten [11, 12]. Die schlechte Signalübertragung führt zu einer Prädisposition für affektive Störungen wie Angst und Depression [10, 11, 13-15], und weniger synaptische Äste bedeuten sowohl ein kleineres Volumen des Hippocampus als auch eine Unfähigkeit, Stresssignale zu verarbeiten, führt zu einer größeren, überaktive Amygdala.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das synaptische Beschneiden nicht auf toxisches Denken oder schlechte Entscheidungen zurückzuführen ist, es sei denn, jeder von uns beschäftigt sich von der frühen Kindheit bis zur Pubertät mit nur toxischem Denken und die Wechseljahre verursachen schlechte Entscheidungen und toxische Gedanken. Stress führt nicht dazu, dass Dendriten abfallen, sondern bewirkt eine Reorganisation der Dendriten, um sich an die neuen Signale anzupassen.Die verringerte Fähigkeit, neue Dendriten zu bilden, macht diejenigen, die anfällig für Stimmungsstörungen sind, anfälliger für Stress, und Depressionen oder Angstzustände sind das Endergebnis.

Wir alle sind gezwungen, schlechte Entscheidungen zu treffen und Stress zu haben. Sie verursachen keine Hirnschäden. Was eine gute Nachricht ist, wenn Sie nicht perfekt sind wie ich.

1. Blatt, C. M., Schalten Sie Ihr Gehirn ein: Der Schlüssel zu maximalem Glück, Denken und Gesundheit. 2013, Baker Books, Grand Rapids, Michigan

2. Blatt, C., Wer hat mein Gehirn ausgeschaltet? Kontrolle giftiger Gedanken und Emotionen. 2. Aufl. 2009, Inprov, Ltd, Southlake, TX, USA:

3. Cohen, R. A., Yerkes – Dodson Law, in Enzyklopädie der Klinischen Neuropsychologie, Kreutzer, J. S., et al., Herausgeber. 2011, Springer Science+Business Media LLC: New York London. P. 2737-8.

4. Chechik, G., et al., Neuronale Regulation: Ein Mechanismus für die synaptische Beschneidung während der Hirnreifung. Neuronale Computer, 1999. 11(8): 2061-80 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10578044

5. Chen, J. R., et al., Gonadenhormone modulieren die Dichte der dendritischen Wirbelsäule primärer kortikaler Pyramidenneuronen bei erwachsenen weiblichen Ratten. Großhirnrinde, 2009. 19(11): 2719-27 doi: 10.1093/cercor/bhp048

6. Dumitriu, D., et al., Östrogen und das alternde Gehirn: ein Elixier für das müde kortikale Netzwerk. Ann N Y Acad Sci, 2010. 1204: 104-12 doi: 10.1111/j.1749-6632.2010.05529.x

7. Kopp, M. S. und Rethelyi, J., Wo Psychologie auf Physiologie trifft: Chronischer Stress und vorzeitige Sterblichkeit – das mittelosteuropäische Gesundheitsparadoxon. Brain Res Bull, 2004. 62(5): 351-67 doi: 10.1016/j.brainresbull.2003.12.001

8. Chen, Y., et al., Korrelierte Gedächtnisstörungen und der Verlust der dendritischen Wirbelsäule im Hippocampus nach akutem Stress beinhalten die Signalübertragung des Corticotropin-Releasing-Hormons. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(29): 13123-8 doi: 10.1073/pnas.1003825107

9. Karatsoreos, I. N. und McEwen, B. S., Psychobiologische Allostase: Widerstand, Belastbarkeit und Verletzlichkeit. Trends Cogn Sci, 2011. 15(12): 576-84 doi: 10.1016/j.tics.2011.10.005

10. Palazidou, E., Die Neurobiologie der Depression. Br Med Bull, 2012. 101: 127-45 doi: 10.1093/bmb/lds004

11. Karatsoreos, I. N. und McEwen, B. S., Resilienz und Vulnerabilität: eine neurobiologische Perspektive. F1000Prime Rep, 2013. 5: 13 doi: 10.12703/P5-13

12. Russo, S. J., et al., Neurobiologie der Resilienz. Natur Neurowissenschaften, 2012. 15(11): 1475-84

13. Felten, A., et al., Die genetisch bedingte Verfügbarkeit von Dopamin sagt die Disposition für Depressionen voraus. Gehirnverhalten, 2011. 1(2): 109-18 doi: 10.1002/brb3.20


Kritische Periode

In der Entwicklungspsychologie und Entwicklungsbiologie u.a kritische Periode ist eine Reifungsphase im Leben eines Organismus, in der das Nervensystem besonders empfindlich auf bestimmte Umweltreize reagiert. Wenn der Organismus in dieser „kritischen Phase“ aus irgendeinem Grund nicht den geeigneten Anreiz erhält, eine bestimmte Fähigkeit oder ein bestimmtes Merkmal zu erlernen, kann es im späteren Leben schwierig, letztendlich weniger erfolgreich oder sogar unmöglich sein, bestimmte damit verbundene Funktionen zu entwickeln. Funktionen, die für das Überleben eines Organismus unverzichtbar sind, wie das Sehen, entwickeln sich besonders wahrscheinlich in kritischen Phasen. „Kritische Phase“ bezieht sich auch auf die Fähigkeit, die eigene Erstsprache zu erwerben. Forscher fanden heraus, dass Menschen, die die "kritische Phase" bestanden haben, ihre Muttersprache nicht fließend erwerben würden. [1]

Einige Forscher unterscheiden zwischen „starken kritischen Perioden“ und „schwachen kritischen Perioden“ (auch bekannt als „sensible“ Perioden) und definieren „schwache kritische Perioden“ / „sensible Perioden“ als längere Perioden, nach denen noch Lernen möglich ist. [2] Andere Forscher betrachten dies dasselbe Phänomen. [3]

Beispielsweise wird angenommen, dass die kritische Zeit für die Entwicklung des binokularen Sehens eines menschlichen Kindes zwischen drei und acht Monaten liegt, wobei die Empfindlichkeit gegenüber Schäden bis zu einem Alter von mindestens drei Jahren reicht. Weitere kritische Phasen wurden für die Entwicklung des Gehörs [4] und des Vestibularsystems identifiziert. [1]


Geschichte verändern

Jenkins, J. G. & Dallenbach, K. M. Obliviscence im Schlaf und im Wachzustand. Bin. J. Psychol. 35, 605–612 (1924).

Diekelmann, S. &. Born, J. Die Gedächtnisfunktion des Schlafes. Nat. Rev. Neurosci. 11, 114–126 (2010).

Rasch, B. & Born, J. Über die Rolle des Schlafs im Gedächtnis. Physiol. Rev. 93, 681–766 (2013).

Dudai, Y. Das ruhelose Engramm: Konsolidierungen enden nie. Annu. Rev. Neurosci. 35, 227–247 (2012).

Lewis, P. A. & Durrant, S. J. Überlappende Gedächtniswiedergabe während des Schlafes baut kognitive Schemata auf. Trends Cog. Wissenschaft 15, 343–351 (2011).

Nadel, L. & Moscovitch, M. Gedächtniskonsolidierung, retrograde Amnesie und der Hippocampus-Komplex. Curr. Meinung. Neurobiol. 7, 217–227 (1997).

McClelland, J. L., McNaughton, B. L. & O’Reilly, R. C. Warum es komplementäre Lernsysteme im Hippocampus und Neocortex gibt: Erkenntnisse aus den Erfolgen und Misserfolgen konnektionistischer Lern- und Gedächtnismodelle. Psychol. Rev. 102, 419–457 (1995).

Kumaran, D., Hassabis, D. & McClelland, J. L. Welche Lernsysteme brauchen intelligente Agenten? Komplementäre Lernsystemtheorie aktualisiert. Trends Cog. Wissenschaft 20, 512–534 (2016).

Gais, S. et al. Schlaf verwandelt die zerebrale Spur deklarativer Erinnerungen. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 104, 18778–18783 (2007).

Takashima, A. et al. Wechsel vom hippocampalen zum neokortikalen zentrierten Abrufnetzwerk mit Konsolidierung. J. Neurosci. 29, 10087–10093 (2009).

Squire, L. R. Memory and the Hippocampus: eine Synthese aus Erkenntnissen mit Ratten, Affen und Menschen. Psychol. Rev. 99, 195–231 (1992).

Sawangjit, A. et al. Der Hippocampus ist entscheidend für die Bildung des nicht-hippocampalen Langzeitgedächtnisses im Schlaf. Natur 564, 109–113 (2018).

King, B. R., Hoedlmoser, K., Hirschauer, F., Dolfen, N. & Albouy, G. Auf dem motorischen Engramm schlafen: Die facettenreiche Natur der schlafbezogenen motorischen Gedächtniskonsolidierung. Neurosci. Bioverhalten Rev. 80, 1–22 (2017).

O’Neill, J., Pleydell-Bouverie, B., Dupret, D. & Csicsvari, J. Play it again: Reaktivierung von Wacherfahrung und Erinnerung. Trends Neurosci. 33, 220–229 (2010).

Atherton, L.A., Dupret, D. & Mellor, J.R. Gedächtnisspurwiedergabe: die Formung der Gedächtniskonsolidierung durch Neuromodulation. Trends Neurosci. 38, 560–570 (2015).

Pavlides, C. &. Winson, J. Influences of hippocampal place cell fire in the wach state on the Aktivität dieser Zellen während nachfolgender Schlafepisoden. J. Neurosci. 9, 2907–2918 (1989).

Wilson, M. A. & McNaughton, B. L. Reaktivierung von Erinnerungen an das Hippocampus-Ensemble während des Schlafs. Wissenschaft 265, 676–679 (1994).

Skaggs, W. E. & McNaughton, B. L. Replay von neuronalen Feuersequenzen im Hippocampus der Ratte während des Schlafs nach räumlicher Erfahrung. Wissenschaft 271, 1870–1873 (1996).

Ji, D. & Wilson, M. A. Koordinierte Gedächtniswiedergabe im visuellen Kortex und Hippocampus während des Schlafs. Nat. Neurosci. 10, 100–107 (2007).

Kudrimoti, H. S., Barnes, C. A. & McNaughton, B. L. Reaktivierung von Zellverbänden des Hippocampus: Auswirkungen des Verhaltenszustands, der Erfahrung und der EEG-Dynamik. J. Neurosci. 19, 4090–4101 (1999).

Diba, K. & Buzsáki, G. Vorwärts- und Rückwärts-Hippocampus-Ort-Zell-Sequenzen während der Wellen. Nat. Neurosci. 10, 1241–1242 (2007).

Girardeau, G., Benchenane, K., Wiener, S. I., Buzsáki, G. & Zugaro, M. B. Die selektive Unterdrückung von Hippocampus-Wellen beeinträchtigt das räumliche Gedächtnis. Nat. Neurosci. 12, 1222–1223 (2009).

Louie, K. & Wilson, M. A. Zeitlich strukturierte Wiedergabe der wachen Hippocampus-Ensemble-Aktivität während des Schlafs mit schnellen Augenbewegungen. Neuron 29, 145–156 (2001).

Piantoni, G., Van Der Werf, Y. D., Jensen, O. & Van Someren, E. J. W. Gedächtnisspuren von langreichweitig koordinierten Schwingungen im schlafenden menschlichen Gehirn. Summen. Gehirn-Map. 36, 67–84 (2015).

Schönauer, M. et al. Entschlüsselung der materialspezifischen Gedächtnisaufarbeitung während des Schlafs beim Menschen. Nat. Komm. 8, 15404 (2017).

Zhang, H., Fell, J. & Axmacher, N. Elektrophysiologische Mechanismen der menschlichen Gedächtniskonsolidierung. Nat. Komm. 9, 4103 (2018).

Peyrache, A., Khamassi, M., Benchenane, K., Wiener, S.I. & Battaglia, F.P. Replay of Rule-Learning-related neuronal pattern in the prefrontal cortex während des Schlafs. Nat. Neurosci. 12, 919–926 (2009).

Wilber, A. A., Skelin, I., Wu, W. & McNaughton, B. L. Laminare Organisation der Kodierung und Gedächtnisreaktivierung im parietalen Kortex. Neuron 95, 1406–1419.e5 (2017).

Gulati, T., Ramanathan, D. S., Wong, C. C. & Ganguly, K. Reaktivierung von emergenten aufgabenbezogenen Ensembles während des Slow-Wave-Schlafs nach neuroprothetischem Lernen. Nat. Neurosci. 17, 1107–1113 (2014).

O’Neill, J., Boccara, C. N., Stella, F., Schoenenberger, P. & Csicsvari, J. Oberflächliche Schichten des medialen entorhinalen Kortex replay unabhängig vom Hippocampus. Wissenschaft 355, 184–188 (2017).

Lansink, C. S., Goltstein, P. M., Lankelma, J. V., McNaughton, B. L. & Pennartz, C. M. Hippocampus führt das ventrale Striatum bei der Wiedergabe von Ortsbelohnungsinformationen an. PLoS Biol. 7, e1000173 (2009).

Valdés, J.L., McNaughton, B.L. & Fellous, J.-M. Offline-Reaktivierung von erfahrungsabhängigen neuronalen Feuerungsmustern im ventralen tegmentalen Bereich der Ratte. J. Neurophysiologie. 114, 1183–1195 (2015).

Gomperts, S. N., Kloosterman, F. & Wilson, M. A. VTA-Neuronen koordinieren mit der hippocampalen Reaktivierung der räumlichen Erfahrung. eLife 4, 1–22 (2015).

Qin, Y.-L., McNaughton, B.L., Skaggs, W.E. & Barnes, C.A. Gedächtnisaufbereitung in kortikokortikalen und hippocampokortikalen neuronalen Ensembles. Philos. Übers. R. Soc. Lange. B Biol. Wissenschaft 352, 1525–1533 (1997).

Girardeau, G., Inema, I. &. Buzsáki, G. Reaktivierungen des emotionalen Gedächtnisses im Hippocampus-Amygdala-System während des Schlafs. Nat. Neurosci. 20, 1634–1642 (2017).

Hoffman, K. L. & McNaughton, B. L. Koordinierte Reaktivierung verteilter Gedächtnisspuren im Primaten-Neocortex. Wissenschaft 297, 2070–2073 (2002).

Hasselmo, M. E. & McGaughy, J. Hohe Acetylcholinspiegel setzen die Schaltkreisdynamik für Aufmerksamkeit und Kodierung und niedrige Acetylcholinspiegel setzen die Dynamik für die Konsolidierung. Prog. Gehirnres. 145, 207–231 (2004).

Rasch, B.H., Born, J. &. Gais, S. Die kombinierte Blockade cholinerger Rezeptoren verlagert das Gehirn von der Stimuluscodierung zur Gedächtniskonsolidierung. J. Cogn. Neurosci. 18, 793–802 (2006).

Buzsáki, G. Der hippocampo-neocorticale Dialog. Cereb. Kortex 6, 81–92 (1996).

Vaz, A.P., Inati, S.K., Brunel, N. & Zaghloul, K.A. Gekoppelte Welligkeitsschwingungen zwischen dem medialen Temporallappen und dem Neokortex rufen das menschliche Gedächtnis ab. Wissenschaft 363, 975–978 (2019).

Brodt, S. et al. Schneller Weg zum Neokortex: Ein Gedächtnis-Engramm im hinteren Parietalkortex. Wissenschaft 362, 1045–1048 (2018).

O’Neill, J., Senior, T. J., Allen, K., Huxter, J. R. & Csicsvari, J. Reaktivierung von erfahrungsabhängigen Zellanordnungsmustern im Hippocampus. Nat. Neurosci. 11, 209–215 (2008).

Cheng, S. & Frank, L. M. Neue Erfahrungen verbessern die koordinierte neuronale Aktivität im Hippocampus. Neuron 57, 303–313 (2008).

Giri, B., Miyawaki, H., Mizuseki, K., Cheng, S. &. Diba, K. Die Hippocampus-Reaktivierung erstreckt sich nach neuen Erfahrungen über mehrere Stunden. J. Neurosci. 39, 866–875 (2019).

Singer, A. C. & Frank, L. M. Prämierte Ergebnisse verbessern die Reaktivierung der Erfahrung im Hippocampus. Neuron 64, 910–921 (2009).

Cohen, N. et al. Peri-encoding Prädiktoren der Speichercodierung und -konsolidierung. Neurosci. Bioverhalten Rev. 50, 128–142 (2015).

Benchenane, K. et al. Kohärente Theta-Oszillationen und Reorganisation des Spike-Timings im hippocampal-präfrontalen Netzwerk beim Lernen. Neuron 66, 921–936 (2010).

Redondo, R. L. & Morris, R. G. M. Erinnerungen dauerhaft machen: die synaptische Tagging- und Capture-Hypothese. Nat. Rev. Neurosci. 12, 17–30 (2011).

McNamara, C. G., Tejero-Cantero, ., Trouche, S., Campo-Urriza, N. & Dupret, D. Dopaminerge Neuronen fördern die Reaktivierung des Hippocampus und die Persistenz des räumlichen Gedächtnisses. Nat. Neurosci. 17, 1658–1660 (2014).

de Lavilléon, G., Lacroix, M. M., Rondi-Reig, L. & Benchenane, K. Die explizite Gedächtnisbildung im Schlaf zeigt eine kausale Rolle von Ortszellen bei der Navigation. Nat. Neurosci. 18, 493–495 (2015).

Puentes-Mestril, C. & Aton, S. J. Verknüpfung von Netzwerkaktivität mit synaptischer Plastizität während des Schlafs: Hypothesen und aktuelle Daten. Vorderseite. Neuronale Schaltkreise 11, 61 (2017).

Tononi, G. & Cirelli, C. Schlaf und der Preis der Plastizität: von der synaptischen und zellulären Homöostase bis zur Gedächtniskonsolidierung und -integration. Neuron 81, 12–34 (2014).

de Vivo, L. et al. Ultrastrukturelle Beweise für die synaptische Skalierung über den Wach-Schlaf-Zyklus. Wissenschaft 355, 507–510 (2017).

Vyazovskiy, V. V., Cirelli, C., Pfister-Genskow, M., Faraguna, U. & Tononi, G. Molekulare und elektrophysiologische Beweise für die synaptische Netzpotenzierung im Wachzustand und Depression im Schlaf. Nat. Neurosci. 11, 200–208 (2008).

Diering, G. H. et al. Homer1a steuert die homöostatische Verkleinerung der erregenden Synapsen während des Schlafs. Wissenschaft 355, 511–515 (2017).

Vyazovskiy, V. V. et al. Kortikales Brennen und Schlafhomöostase. Neuron 63, 865–878 (2009).

Grosmark, A. D., Mizuseki, K., Pastalkova, E., Diba, K. &. Buzsáki, G. REM-Schlaf reorganisiert die Erregbarkeit des Hippocampus. Neuron 75, 1001–1007 (2012).

Miyawaki, H. &. Diba, K. Regulation des Hippocampusfeuerns durch Netzwerkoszillationen während des Schlafs. Curr. Biol. 26, 893–902 (2016).

Huber, R. et al. Die Erregbarkeit der menschlichen Kortikalis nimmt mit der Wachzeit zu. Cereb. Kortex 23, 332–338 (2013).

Kuhn, M. et al. Schlaf rekalibriert die homöostatische und assoziative synaptische Plastizität im menschlichen Kortex. Nat. Komm. 7, 12455 (2016).

Niethard, N. et al. Schlafphasenspezifische Regulation der kortikalen Erregung und Hemmung. Curr. Biol. 26, 2739–2749 (2016).

Yang, G. et al. Schlaf fördert die astspezifische Bildung von dendritischen Dornen nach dem Lernen. Wissenschaft 344, 1173–1178 (2014).

Li, W., Ma, L., Yang, G. & Gan, W.-B. REM-Schlaf beschneidet selektiv und erhält neue Synapsen in Entwicklung und Lernen. Nat. Neurosci. 20, 427–437 (2017).

Frank, M. G. Schlaf und Plastizität im visuellen Kortex: mehr als man denkt. Curr. Meinung. Neurobiol. 44, 8–12 (2017).

Huber, R. et al. Die Immobilisierung des Arms verursacht plastische Veränderungen der Kortikalis und verringert lokal die Slow-Wave-Aktivität im Schlaf. Nat. Neurosci. 9, 1169–1176 (2006).

Chauvette, S., Seigneur, J. & Timofeev, I. Schlafschwingungen im thalamokortikalen System induzieren langfristige neuronale Plastizität. Neuron 75, 1105–1113 (2012).

Watson, B. O., Levenstein, D., Greene, J. P., Gelinas, J. N. & Buzsáki, G. Netzwerkhomöostase und Zustandsdynamik des neokortikalen Schlafs. Neuron 90, 839–852 (2016).

Kastellakis, G., Cai, D. J., Mednick, S. C., Silva, A. J. &. Poirazi, P. Synaptic clustering within Dendrites: an emergenting Theory of memory formation. Prog. Neurobiol. 126, 19–35 (2015).

Siegel, M., Donner, T. H. & Engel, A. K. Spektrale Fingerabdrücke großräumiger neuronaler Interaktionen. Nat. Rev. Neurosci. 13, 121–134 (2012).

Helfrich, R. F., Mander, B. A., Jagust, W. J., Knight, R. T. & Walker, M. P. Alte Gehirne werden im Schlaf entkoppelt: Langsame Welle-Spindel-Synchronie, Gehirnatrophie und Vergessen. Neuron 97, 221–230.e4 (2018).

Latchoumane, C.V., Ngo, H.-V. V., Born, J. & Shin, H.-S. Thalamusspindeln fördern die Gedächtnisbildung während des Schlafs durch dreifache Phasenverriegelung von kortikalen, thalamischen und hippocampalen Rhythmen. Neuron 95, 424–435.e6 (2017).

Massimini, M., Huber, R., Ferrarelli, F., Hill, S. & Tononi, G. Die langsame Schlafschwingung als Wanderwelle. J. Neurosci. 24, 6862–6870 (2004).

Nir, Y. et al. Regionale langsame Wellen und Spindeln im menschlichen Schlaf. Neuron 70, 153–169 (2011).

Wierzynski, C. M., Lubenov, E. V., Gu, M. & Siapas, A. G. Zustandsabhängige Spike-Timing-Beziehungen zwischen hippocampalen und präfrontalen Schaltkreisen während des Schlafs. Neuron 61, 587–596 (2009).

Marshall, L., Helgadóttir, H., Mölle, M. &. Born, J. Die Verstärkung langsamer Schwingungen während des Schlafes potenziert das Gedächtnis. Natur 444, 610–613 (2006).

Ngo, H.-V. V., Martinetz, T., Born, J. &. Mölle, M. Die auditive Closed-Loop-Stimulation der langsamen Schlafschwingung verbessert das Gedächtnis. Neuron 78, 545–553 (2013).

Perrault, A. A. et al. Das ununterbrochene Schaukeln über die ganze Nacht führt zu spontanen neuralen Schwingungen mit Vorteilen für Schlaf und Gedächtnis. Curr. Biol. 29, 402–411.e3 (2019).

Varela, C., Kumar, S., Yang, J. Y. & Wilson, M. A. Anatomische Substrate für direkte Interaktionen zwischen Hippocampus, medialem präfrontalen Kortex und dem Thalamusnukleus reuniens. Gehirn Struktur. Funktion 219, 911–929 (2014).

Gais, S., Mölle, M., Helms, K. &. Born, J. Lernabhängige Zunahme der Schlafspindeldichte. J. Neurosci. 22, 6830–6834 (2002).

Friedrich, M., Wilhelm, I., Born, J. & Friederici, A. D. Verallgemeinerung der Wortbedeutungen im Säuglingsschlaf. Nat. Komm. 6, 6004 (2015).

Bergmann, T. O., Mölle, M., Diedrichs, J., Born, J. & Siebner, H. R. Schlafspindel-bezogene Reaktivierung kategoriespezifischer kortikaler Regionen nach dem Erlernen von Gesichtsszenen-Assoziationen. Neuroimage 59, 2733–2742 (2012).

Rosanova, M. &. Ulrich, D. Musterspezifische assoziative Langzeitpotenzierung, die durch einen schlafspindelbezogenen Spike-Zug induziert wird. J. Neurosci. 25, 9398–9405 (2005).

Seibt, J. et al. Die kortikale dendritische Aktivität korreliert mit spindelreichen Schwingungen während des Schlafs bei Nagetieren. Nat. Komm. 8, 684 (2017).

Almeida-Filho, D. G., Queiroz, C. M. &. Ribeiro, S. Durch REM-Schlaf ausgelöste Gedächtniskortikalisierung: Mechanismen der Zell- und Systemkonsolidierung. Zelle. Mol.-Nr. Leben Sci. 75, 3715–3740 (2018).

Steriade, M. Gruppierung von Hirnrhythmen in kortikothalamischen Systemen. Neurowissenschaften 137, 1087–1106 (2006).

Staresina, B.P. et al. Hierarchische Verschachtelung von langsamen Schwingungen, Spindeln und Wellen im menschlichen Hippocampus während des Schlafs. Nat. Neurosci. 18, 1679–1686 (2015).

Mölle, M., Bergmann, T. O., Marshall, L. &. Born, J. Schnelle und langsame Spindeln während des Schlafs langsame Oszillation: unterschiedliche Koaleszenz und Beteiligung an der Gedächtnisverarbeitung. Schlaf 34, 1411–1421 (2011).

Niethard, N., Ngo, H.-V. V., Ehrlich, I. & Born, J. Kortikale Schaltkreisaktivität, die dem Schlaf zugrunde liegt, langsame Oszillationen und Spindeln. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 115, E9220–E9229 (2018).

Ngo, H.-V. et al. Das Antreiben langsamer Schwingungen des Schlafes durch auditive Closed-Loop-Stimulation – ein selbstlimitierender Prozess. J. Neurosci. 35, 6630–6638 (2015).

González-Rueda, A., Pedrosa, V., Feord, R. C., Clopath, C. & Paulsen, O. Aktivitätsabhängiges Herunterskalieren von unterschwelligen synaptischen Eingängen während Slow-Wave-Schlaf-ähnlicher Aktivität in vivo. Neuron 97, 1244-1252.e5 (2018).

Ladenbauer, J. et al. Die Förderung von Schlafschwingungen und ihrer funktionellen Kopplung durch transkranielle Stimulation verbessert die Gedächtniskonsolidierung bei leichten kognitiven Beeinträchtigungen. J. Neurosci. 37, 7111–7124 (2017).

Buzsáki, G. Hippocampal Sharp Wave-Ripple: Ein kognitiver Biomarker für episodisches Gedächtnis und Planung. Hippocampus 25, 1073–1188 (2015).

Norimoto, H. et al. Hippocampus-Wellen regulieren Synapsen herunter. Wissenschaft 359, 1524–1527 (2018).

Khodagholy, D., Gelinas, J. N. & Buzsáki, G. Lernverbesserte Kopplung zwischen Welligkeitsschwingungen in Assoziationskortizes und Hippocampus. Wissenschaft 358, 369–372 (2017).

Sirota, A., Csicsvari, J., Buhl, D. & Buzsáki, G. Kommunikation zwischen Neokortex und Hippocampus während des Schlafs bei Nagetieren. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 100, 2065–2069 (2003).

Maingret, N., Girardeau, G., Todorova, R., Goutierre, M. &. Zugaro, M. Hippocampo-kortikale Kopplung vermittelt die Gedächtniskonsolidierung im Schlaf. Nat. Neurosci. 19, 959–964 (2016).

Ngo, H.-V. V., Claussen, J. C., Born, J. & Mölle, M. Induktion langsamer Schwingungen durch rhythmische akustische Stimulation. J. Schlafen. Res. 22, 22–31 (2013).

Bal, T. & McCormick, D.A. Was stoppt synchronisierte thalamokortikale Schwingungen? Neuron 17, 297–308 (1996).

Rothschild, G., Eban, E. & Frank, L.M. Eine kortikal-hippocampal-kortikale Schleife der Informationsverarbeitung während der Gedächtniskonsolidierung. Nat. Neurosci. 20, 251–259 (2017).

Bendor, D. & Wilson, M. A. Voreingenommenheit des Inhalts der Hippocampus-Wiedergabe während des Schlafs. Nat. Neurosci. 15, 1439–1444 (2012).

Wang, D. V. &. Ikemoto, S. Koordinierte Interaktion zwischen Hippocampus-Scharf-Wellen-Wellen und anteriorer cingulärer Einheitsaktivität. J. Neurosci. 36, 10663–10672 (2016).

Cantero, J.L.et al. Schlafabhängige Theta-Oszillationen im menschlichen Hippocampus und Neocortex. J. Neurosci. 23, 10897–10903 (2003).

Nishida, M., Pearsall, J., Buckner, R. L. &. Walker, M. P. REM-Schlaf, präfrontales Theta und die Konsolidierung des menschlichen emotionalen Gedächtnisses. Cereb. Kortex 19, 1158–1166 (2009).

Sopp, M.R., Michael, T., Weeß, H.-G. &. Mecklinger, A. Erinnerung an spezifische Merkmale emotionaler Ereignisse im Laufe der Zeit: Die Rolle von REM-Schlaf und präfrontalen Theta-Oszillationen. Cog. Beeinflussen. Verhalten Neurosci. 17, 1186–1209 (2017).

Popa, D., Duvarci, S., Popescu, A. T., Léna, C. & Paré, D. Coherent amygdalocortical Theta fördert die Konsolidierung des Angstgedächtnisses während des paradoxen Schlafs. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 107, 6516–6519 (2010).

Ognjanovski, N., Broussard, C., Zochowski, M. & Aton, S. J. Hippocampale Netzwerkoszillationen retten durch Schlafverlust verursachte Gedächtniskonsolidierungsdefizite. Cereb. Kortex 28, 3711–3723 (2018).

Poe, G. R., Nitz, D. A., McNaughton, B. L. & Barnes, C. A. Erfahrungsabhängige Phasenumkehr des Hippocampus-Neuronfeuerns während des REM-Schlafs. Gehirnres. 855, 176–180 (2000).

Boyce, R., Glasgow, S.D., Williams, S. und Adamantidis, A. Kausale Beweise für die Rolle des REM-Schlaf-Theta-Rhythmus bei der kontextuellen Gedächtniskonsolidierung. Wissenschaft 352, 812–816 (2016).

Giuditta, A. et al. Die sequentielle Hypothese der Funktion des Schlafes. Verhalten Gehirnres. 69, 157–166 (1995).

Ribeiro, S. et al. Neue Erfahrungen induzieren eine anhaltende schlafabhängige Plastizität im Kortex, aber nicht im Hippocampus. Vorderseite. Neurosci. 1, 43–55 (2007).

Crunelli, V. et al. Doppelfunktion von thalamischen Low-Vigilance-Zustandsschwingungen: Rhythmusregulation und Plastizität. Nat. Rev. Neurosci. 19, 107–118 (2018).

Scholle, S., Zwacka, G. & Scholle, H.C. Evolution der Schlafspindel vom Säuglingsalter bis zum Jugendalter. Klin. Neurophysiologie. 118, 1525–1531 (2007).

Khazipov, R. et al. Frühe motorische Aktivität führt zu Spindelausbrüchen im sich entwickelnden somatosensorischen Kortex. Natur 432, 758–761 (2004).

Wei, Y., Krishnan, G. P., Komarov, M. & Bazhenov, M. Differentielle Rollen von Schlafspindeln und langsamen Schlafoszillationen bei der Gedächtniskonsolidierung. PLOS-Computer. Biol. 14, e1006322 (2018).

Huber, R., Ghilardi, M. F., Massimini, M. & Tononi, G. Lokaler Schlaf und Lernen. Natur 430, 78–81 (2004).

Klinzing, J. G. et al. Spindelaktivität phasenverriegelt, um langsame Schwingungen zu schlafen. Neuroimage 134, 607–616 (2016).

Durkin, J. et al. Kortikal koordinierte thalamokortikale NREM-Oszillationen spielen eine wesentliche, instruktive Rolle für die Plastizität des visuellen Systems. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 114, 10485–10490 (2017).

Chen, Z., Wimmer, R.D., Wilson, M.A. & Halassa, M.M. Thalamische Schaltkreismechanismen verbinden die sensorische Verarbeitung im Schlaf und in der Aufmerksamkeit. Vorderseite. Neuronale Schaltkreise 9, 83 (2016).

Halassa, M.M.et al. Zustandsabhängige Architektur thalamischer retikulärer Subnetze. Zelle 158, 808–821 (2014).

Wimmer, R. D. et al. Thalamische Kontrolle der sensorischen Selektion bei geteilter Aufmerksamkeit. Natur 526, 705–709 (2015).

Clemente-Perez, A. et al. Unterschiedliche thalamische retikuläre Zelltypen modulieren unterschiedlich normale und pathologische kortikale Rhythmen. Zellvertreter 19, 2130–2142 (2017).

Ahisar, M. & Hochstein, S. Die umgekehrte Hierarchietheorie des visuellen Wahrnehmungslernens. Trends Cog. Wissenschaft 8, 457–464 (2004).

Halassa, M. M. & Kastner, S. Thalamic Funktionen in verteilter kognitiver Kontrolle. Nat. Neurosci. 20, 1669–1679 (2017).

Winocur, G., Moscovitch, M. &. Bontempi, B. Gedächtnisbildung und Langzeiterhaltung bei Mensch und Tier: Konvergenz zu einem Transformationskonto der Hippocampus-Neokortikalen Interaktionen. Neuropsychologie 48, 2339–2356 (2010).

Tempesta, D., Socci, V., De Gennaro, L. &. Ferrara, M. Schlaf und emotionale Verarbeitung. Schlaf. Med. Rev. 40, 183–195 (2018).

Friedrich, M., Wilhelm, I., Mölle, M., Born, J. & Friederici, A. D. Das Gehirn des schlafenden Säuglings antizipiert die Entwicklung. Curr. Biol. 27, 2374–2380.e3 (2017).

Gómez, R. L., Bootzin, R. R. & Nadel, L. Naps fördern die Abstraktion bei sprachlernenden Säuglingen. Psychol. Wissenschaft 17, 670–674 (2006).

Schapiro, A.C. et al. Schlaf fördert das Gedächtnis für die semantische Kategoriestruktur und bewahrt gleichzeitig exemplarspezifische Informationen. Wissenschaft Repräsentant 7, 14869 (2017).

Batterink, L. J., Oudiette, D., Reber, P. J. & Paller, K. A. Sleep erleichtert das Erlernen einer neuen linguistischen Regel. Neuropsychologie 65, 169–179 (2014).

Wilhelm, I. et al. Das schlafende Kind übertrifft die Fähigkeit des Erwachsenen, implizites in explizites Wissen umzuwandeln. Nat. Neurosci. 16, 391–393 (2013).

Lutz, N. D., Wolf, I., Hübner, S., Born, J. & Rauss, K. Sleep stärkt die prädiktive Sequenzcodierung. J. Neurosci. 38, 8989–9000 (2018).

Wagner, U., Gais, S., Haider, H., Verleger, R. & Born, J. Schlaf inspiriert zu Einsichten. Natur 427, 352–355 (2004).

Cai, D. J., Mednick, S. A., Harrison, E. M., Kanady, J. C. & Mednick, S. C. REM, nicht Inkubation, verbessert die Kreativität durch Priming assoziativer Netzwerke. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 106, 10130–10134 (2009).

Ellenbogen, J. M., Hu, P. T., Payne, J. D., Titone, D. & Walker, M. P. Das menschliche relationale Gedächtnis benötigt Zeit und Schlaf. Proz. Natl Acad. Wissenschaft Vereinigte Staaten von Amerika 104, 7723–7728 (2007).

Schönauer, M. et al. Schlaf fördert nicht die Lösung klassischer Einsichtsprobleme und Zaubertricks. Vorderseite. Summen. Neurosci. 12, 72 (2018).

Brodt, S., Pöhlchen, D., Bäumer, E., Gais, S. & Schönauer, M. Inkubation, nicht Schlaf, hilft bei der Problemlösung. Schlaf 41, 1–11 (2018).

Pardilla-Delgado, E. & Payne, J. D. Der Einfluss des Schlafs auf das wahre und falsche Gedächtnis über lange Verzögerungen hinweg. Neurobiol. Lernen. Mem. 137, 123–133 (2017).

Shaw, J. J. &. Monaghan, P. Lateralisierte Schlafspindeln beziehen sich auf die Erzeugung falscher Gedächtnisse. Neuropsychologie 107, 60–67 (2017).

Fenn, K. M., Gallo, D. A., Margoliash, D., Roediger, H. L. III & Nusbaum, H. C. Reduzierte falsche Erinnerung nach dem Schlaf. Lernen. Mem. 16, 509–513 (2009).

Tse, D. et al. Schemata und Speicherkonsolidierung. Wissenschaft 316, 76–82 (2007).

Inostroza, M., Binder, S. & Born, J. Schlafabhängigkeit der episodischen Gedächtniskonsolidierung bei Ratten. Verhalten Gehirnres. 237, 15–22 (2013).

Weber, F. D., Wang, J.-Y., Born, J. & Inostroza, M. Der Schlaf profitiert von parallelen impliziten und expliziten Messungen des episodischen Gedächtnisses. Lernen. Mem. 21, 190–198 (2014).

Cairney, S. A., Durrant, S. J., Musgrove, H. & Lewis, P. A. Schlaf und Umweltkontext: interaktive Effekte für das Gedächtnis. Erw. Gehirnres. 214, 83–92 (2011).

Deliens, G. & Peigneux, P. Eine Nacht Schlaf reicht nicht aus, um emotionale Dekontextualisierungsprozesse vom Schlafen bis zum Vergessen zu erreichen. Cog. Emot. 28, 698–706 (2014).

Chen, S. X., Kim, A. N., Peters, A. J. & Komiyama, T. Subtyp-spezifische Plastizität von Hemmkreisen im motorischen Kortex während des motorischen Lernens. Nat. Neurosci. 18, 1109–1115 (2015).

Cichon, J. &. Gan, W.-B. Astspezifische dendritische Ca(2+)-Spikes verursachen eine anhaltende synaptische Plastizität. Natur 520, 180–185 (2015).

Yang, G., Pan, F. & Gan, W.B. Stabil gehaltene dendritische Stacheln sind mit lebenslangen Erinnerungen verbunden. Natur 462, 920–924 (2009).

Lisman, J. & Morris, R.G.M. Speicher. Warum lernt der Kortex langsam? Natur 411, 248–249 (2001).

Marr, D. Einfaches Gedächtnis: eine Theorie für Archicortex. Philos. Übers. R. Soc. Lange. B 262, 23–81 (1971).

Squire, L.R., Cohen, N.J. & Nadel, L. Die mediale Schläfenregion und Gedächtniskonsolidierung: eine neue Hypothese. in Gedächtniskonsolidierung: Psychobiologie der Kognition. (Hrsg. Weingartner, H. &. Parder, E.S.) 185–210 (1984).


Theorien, Entwicklung, Wirbellose

1.14.1 Einführung

Die Bildung des Nervensystems beginnt früh während der Embryonalentwicklung in Zellen des Ektoderms. Die vergleichende Embryologie hat unser Verständnis der ektodermalen Evolution revolutioniert. Sowohl Protostome als auch Deuterostome haben einen ähnlichen Grundplan für die Musterbildung entlang der dorsal-ventralen (DV) und anterior-posterioren (AP) Achse und ähnliche Mechanismen der Neurogenese (Arendt und Nubler-Jung, 1999, siehe Basic Nervous System Types: One or Many ?). Das Nervensystem hat sich jedoch innerhalb jeder Tiergruppe spezialisiert, wie zum Beispiel bei der Enzephalisation bei Wirbeltieren, bei der sich der Kopf nach vorne ausdehnt, um ein großes Gehirn und Sinnesorgane zu bilden (siehe Die Evolution der Enzephalisation). In allen Fällen war die koordinierte Musterbildung des neuralen Ektoderms (NE) und des nicht-neuralen Ektoderms (NNE) eine wichtige Entwicklungshemmung während der Evolution. In diesem Artikel diskutiere ich die genetische Grundlage für diese Einschränkung und die Evolution des ektodermalen Zellschicksals.

Zwei entscheidende Innovationen, die Wirbeltiere von ihren wirbellosen Verwandten unterscheiden, stammen aus dem Ektoderm – Neuralleiste und epidermale Plakoden. Diese können der Schlüssel zum Verständnis der Ursprünge von Wirbeltieren und der koordinierten Entwicklung von Gehirn, Schädel und Sinnesorganen sein (Gans und Northcutt, 1983, Northcutt und Gans, 1983, Northcutt, 2005). Neuralleistenzellen bilden sich an den dorsolateralen Rändern des Neuralrohrs im Embryo und wandern durch den Körper, um Neuronen und Glia, Pigmentzellen und Schädelknochen sowie viele andere Derivate hervorzubringen (LeDouarin und Kalcheim, 1999). Epidermale Plakoden sind Verdickungen des Oberflächenektoderms, die in einigen Fällen auch in die kraniale Neuralleiste wandern und Neuronen und Glia des peripheren Nervensystems (PNS) bilden. Andere Placodes tragen zu gepaarten Sinnesorganen bei, einschließlich der Geruchs-, Linsen-, Hypophysen-, Otik-, Akustik- und Seitenlinie (Begbie und Graham, 2001 Bhattacharyya und Bronner-Fraser, 2004 Streit, 2004 Schlosser, 2005). Die Lage sowohl der Neuralleiste als auch der Plakoden ist zwischen den Arten hoch konserviert und eng mit der Entwicklung des Zentralnervensystems (ZNS) verbunden.

Genetische Studien an Wirbeltieren haben kritische Signalwege aufgedeckt, die die Musterbildung des Ektoderms kontrollieren. Breitere vergleichende Studien über Akkorddaten hinweg führen auch zu neuen Ideen über Genfunktionen und ihre Vorfahrenrollen. Hier betrachte ich die Rollen von Genen, von denen bekannt ist, dass sie sowohl über das NE als auch das NNE wirken und die Interaktionen zwischen ihnen während der Embryogenese vermitteln. Genduplikationen haben möglicherweise einen Teil des Rohmaterials für wichtige evolutionäre Übergänge bereitgestellt, die ich anhand mehrerer Familien von Transkriptionsfaktoren und ihrer Funktionen im Ektoderm veranschauliche.


Inhalt

Funktion Bearbeiten

Die neuromuskuläre Verbindung (NMJ) ist die am besten charakterisierte Synapse, da sie eine einfache und zugängliche Struktur bietet, die eine einfache Manipulation und Beobachtung ermöglicht. Die Synapse selbst besteht aus drei Zellen: dem Motoneuron, der Myofaser und der Schwann-Zelle. In einer normal funktionierenden Synapse bewirkt ein Signal, dass das Motoneuron depolarisiert, indem es den Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) freisetzt. Acetylcholin wandert durch den synaptischen Spalt, wo es die Acetylcholinrezeptoren (AChR) auf der Plasmamembran der Myofaser, dem Sarkolemma, erreicht. Wenn die AChRs Ionenkanäle öffnen, depolarisiert die Membran, was zu einer Muskelkontraktion führt. Die gesamte Synapse ist mit einer Myelinscheide bedeckt, die von der Schwann-Zelle bereitgestellt wird, um die Verbindung zu isolieren und zu verkapseln. [3] Ein weiterer wichtiger Teil des neuromuskulären Systems und des zentralen Nervensystems sind die Astrozyten. Während ursprünglich angenommen wurde, dass sie nur als Unterstützung für die Neuronen fungierten, spielen sie eine wichtige Rolle für die funktionelle Plastizität von Synapsen. [4]

Ursprung und Bewegung von Zellen Bearbeiten

Während der Entwicklung entsteht jeder der drei Keimblattzelltypen aus unterschiedlichen Regionen des wachsenden Embryos. Die einzelnen Myoblasten haben ihren Ursprung im Mesoderm und verschmelzen zu einem mehrkernigen Myotube. Während oder kurz nach der Myotubusbildung bilden Motoneuronen aus dem Neuralrohr Vorkontakte mit dem Myotubus. Die Schwann-Zellen entspringen aus der Neuralleiste und werden von den Axonen an ihr Ziel geführt. Dort angekommen, bilden sie eine lockere, nicht myelinisierte Hülle über den innervierenden Axonen. Die Bewegung der Axone (und anschließend der Schwann-Zellen) wird durch den Wachstumskegel gesteuert, eine filamentöse Projektion des Axons, die aktiv nach Neurotrophinen sucht, die von der Myotube freigesetzt werden. [3]

Das spezifische Muster der Synapsenentwicklung an der neuromuskulären Verbindung zeigt, dass die Mehrheit der Muskeln an ihren Mittelpunkten innerviert wird. Obwohl es den Anschein hat, dass die Axone spezifisch auf den Mittelpunkt der Myotube abzielen, zeigen mehrere Faktoren, dass dies keine gültige Behauptung ist. Es scheint, dass nach dem anfänglichen axonalen Kontakt der neu gebildete Myotubus von diesem Innervationspunkt aus symmetrisch wächst. Gepaart mit der Tatsache, dass die AChR-Dichte das Ergebnis eines axonalen Kontakts und nicht die Ursache ist, können die Strukturmuster der Muskelfasern sowohl auf das myotatische Wachstum als auch auf die axonale Innervation zurückgeführt werden. [3]

Der zwischen dem Motoneuron und dem Myotubus gebildete vorläufige Kontakt erzeugt fast sofort eine synaptische Übertragung, aber das erzeugte Signal ist sehr schwach. Es gibt Hinweise darauf, dass Schwann-Zellen diese vorläufigen Signale erleichtern können, indem sie die Menge der spontanen Neurotransmitterfreisetzung durch Signale kleiner Moleküle erhöhen. [5] Nach etwa einer Woche bildet sich nach mehreren Differenzierungsarten sowohl in der postsynaptischen Muskelzelle als auch im präsynaptischen Motoneuron eine voll funktionsfähige Synapse. Dieses Pionieraxon ist von entscheidender Bedeutung, da die folgenden neuen Axone eine hohe Neigung zur Kontaktbildung mit etablierten Synapsen aufweisen. [3]

Postsynaptische Differenzierung Bearbeiten

Der auffälligste Unterschied in der Myotube nach Kontakt mit dem Motoneuron ist die erhöhte Konzentration von AChR in der Plasmamembran der Myotube in der Synapse. Diese erhöhte Menge an AChR ermöglicht eine effektivere Übertragung synaptischer Signale, was wiederum zu einer stärker entwickelten Synapse führt. Die Dichte von AChR beträgt > 10.000/μm 2 und ungefähr 10/μm 2 am Rand. Diese hohe Konzentration von AChR in der Synapse wird durch Clustering von AChR, Hochregulierung der AChR-Gentranskription in den postsynaptischen Kernen und Herunterregulierung des AChR-Gens in den nicht-synaptischen Kernen erreicht. [3] Die Signale, die die postsynaptische Differenzierung einleiten, können Neurotransmitter sein, die direkt vom Axon zum Myotubus freigesetzt werden, oder sie können von Veränderungen herrühren, die in der extrazellulären Matrix des synaptischen Spalts aktiviert werden. [6]

Clustering Bearbeiten

AChR erfährt eine Multimerisierung innerhalb der postsynaptischen Membran hauptsächlich aufgrund des Signalmoleküls Agrin. Das Axon des Motoneurons setzt Agrin frei, ein Proteoglykan, das eine Kaskade in Gang setzt, die schließlich zur AChR-Assoziation führt. Agrin bindet an einen muskelspezifischen Kinase (MuSK)-Rezeptor in der postsynaptischen Membran, was wiederum zu einer nachgeschalteten Aktivierung des zytoplasmatischen Proteins Rapsyn führt. Rapsyn enthält Domänen, die eine AChR-Assoziation und Multimerisierung ermöglichen, und ist direkt für die AChR-Clusterbildung in der postsynaptischen Membran verantwortlich: Mutantenmäuse mit Rassyn-Mangel können keine AChR-Cluster bilden. [3]

Synapsenspezifische Transkription Bearbeiten

Die erhöhte Konzentration von AChR ist nicht einfach auf eine Umlagerung bereits vorhandener synaptischer Komponenten zurückzuführen. Das Axon liefert auch Signale, die die Genexpression innerhalb der Myonuklei direkt unter der Synapse regulieren. Diese Signalgebung sorgt für eine lokalisierte Hochregulierung der Transkription von AChR-Genen und eine daraus folgende Erhöhung der lokalen AChR-Konzentration. Die beiden vom Axon freigesetzten Signalmoleküle sind das Calcitonin-Gen-Related-Peptid (CGRP) und Neuregulin, die eine Reihe von Kinasen auslösen, die schließlich zur transkriptionellen Aktivierung der AChR-Gene führen. [7]

Extrasynaptische Repression Bearbeiten

Die Repression des AChR-Gens in den nicht-synaptischen Kernen ist ein aktivitätsabhängiger Prozess, an dem das von der neu gebildeten Synapse erzeugte elektrische Signal beteiligt ist. Eine verringerte Konzentration von AChR in der extrasynaptischen Membran zusätzlich zu einer erhöhten Konzentration in der postsynaptischen Membran trägt dazu bei, die Genauigkeit der vom Axon gesendeten Signale sicherzustellen, indem AChR an der Synapse lokalisiert wird. Da die Synapse fast unmittelbar nach dem Kontakt des Motoneurons mit der Myotube beginnt, Inputs zu empfangen, erzeugt das Axon schnell ein Aktionspotential und setzt ACh frei. Die durch AChR verursachte Depolarisation induziert eine Muskelkontraktion und initiiert gleichzeitig die Unterdrückung der AChR-Gentranskription über die gesamte Muskelmembran. Beachten Sie, dass dies die Gentranskription aus der Ferne beeinflusst: Die Rezeptoren, die in die postsynaptische Membran eingebettet sind, sind nicht anfällig für Repression. [3]

Präsynaptische Differenzierung Bearbeiten

Obwohl die Mechanismen, die die präsynaptische Differenzierung regulieren, unbekannt sind, sind die Veränderungen am sich entwickelnden Axonende gut charakterisiert. Das präsynaptische Axon zeigt eine Zunahme des synaptischen Volumens und der synaptischen Fläche, eine Zunahme der synaptischen Vesikel, eine Ansammlung von Vesikel in der aktiven Zone und eine Polarisation der präsynaptischen Membran. Es wird angenommen, dass diese Veränderungen durch die Freisetzung von Neurotrophin und Zelladhäsionsmolekülen aus Muskelzellen vermittelt werden, wodurch die Bedeutung der Kommunikation zwischen dem Motoneuron und der Myotube während der Synaptogenese betont wird. Wie die postsynaptische Differenzierung wird angenommen, dass die präsynaptische Differenzierung auf eine Kombination von Veränderungen der Genexpression und einer Umverteilung bereits vorhandener synaptischer Komponenten zurückzuführen ist. Belege dafür sind die Hochregulation von Genen, die Vesikelproteine ​​exprimieren, kurz nach der Synapsenbildung sowie deren Lokalisation am synaptischen Ende. [3]

Synaptische Reifung Bearbeiten

Unreife Synapsen werden bei der Geburt mehrfach innerviert, da neue Axone eine hohe Neigung haben, an einer bereits bestehenden Synapse zu innervieren. Wenn die Synapse reift, trennen sich die Synapsen und schließlich ziehen sich alle axonalen Eingänge mit Ausnahme eines in einem Prozess zurück, der als Synapseneliminierung bezeichnet wird. Darüber hinaus wächst die postsynaptische Endplatte tiefer und erzeugt durch Invagination Falten, um die für den Empfang von Neurotransmittern verfügbare Oberfläche zu vergrößern. Bei der Geburt bilden Schwann-Zellen lose, nicht myelinisierte Hüllen über Gruppen von Synapsen, aber wenn die Synapse reift, werden Schwann-Zellen einer einzelnen Synapse gewidmet und bilden eine myelinisierte Kappe über der gesamten neuromuskulären Verbindung. [3]

Beseitigung der Synapse Bearbeiten

Der als Synapsenelimination bekannte Prozess des synaptischen Beschneidens ist ein vermutlich aktivitätsabhängiger Prozess, der eine Konkurrenz zwischen Axonen beinhaltet. Hypothetisch wird eine Synapse, die stark genug ist, um ein Aktionspotential zu erzeugen, die Myonuklei direkt gegenüber dem Axon auslösen, um Synaptotropine freizusetzen, die gut etablierte Synapsen stärken und erhalten. Diese synaptische Stärkung wird den schwächeren Synapsen nicht verliehen, wodurch sie ausgehungert werden. Es wurde auch vorgeschlagen, dass zusätzlich zu den Synaptotropinen, die an die Synapse mit starker Aktivität freigesetzt werden, die Depolarisation der postsynaptischen Membran die Freisetzung von Synaptotoxinen verursacht, die schwächere Axone abwehren. [3]

Spezifität der Synapsenbildung Bearbeiten

Ein bemerkenswerter Aspekt der Synaptogenese ist die Tatsache, dass Motoneuronen in der Lage sind, zwischen schnell und langsam zuckenden Muskelfasern zu unterscheiden. Es gibt zwei hypothetische Wege, auf denen die Axone von Motoneuronen diese Spezifität erreichen, einen, bei dem die Axone aktiv die Muskeln erkennen, die sie innervieren, und selektive Entscheidungen basierend auf Inputs treffen, und einen anderen, der eine unbestimmtere Innervation von Muskelfasern erfordert. In den selektiven Pfaden erkennen die Axone den Fasertyp, entweder durch Faktoren oder Signale, die spezifisch von den schnell oder langsam zuckenden Muskelfasern freigesetzt werden. Darüber hinaus kann die Selektivität auf die seitliche Position zurückgeführt werden, in der die Axone vorherbestimmt angeordnet sind, um sie mit der Muskelfaser zu verbinden, die sie schließlich innervieren werden.Die hypothetischen nicht-selektiven Wege weisen darauf hin, dass die Axone von der Matrix, durch die sie wandern, zu ihren Zielen geleitet werden. Im Wesentlichen wird dem Axon ein Weg vorgezeichnet und das Axon selbst ist nicht in den Entscheidungsprozess eingebunden. Schließlich können die Axone Muskelfasern unspezifisch innervieren und bewirken, dass die Muskeln die Eigenschaften des Axons annehmen, das sie innerviert. Auf diesem Weg kann ein "schnelles" Motoneuron jede Muskelfaser in eine schnell zuckende Muskelfaser umwandeln. Es gibt Hinweise auf sowohl selektive als auch nicht-selektive Pfade in der Spezifität der Synapsenbildung, was zu dem Schluss führt, dass der Prozess eine Kombination mehrerer Faktoren ist. [3]

Obwohl die Untersuchung der Synaptogenese im Zentralnervensystem (ZNS) viel neuer ist als die des NMJ, besteht die Aussicht, die am NMJ gewonnenen Informationen mit Synapsen im ZNS in Verbindung zu bringen. Zwischen den beiden Arten von neuronalen Verbindungen existieren viele ähnliche Strukturen und Grundfunktionen. Auf der grundlegendsten Ebene haben die ZNS-Synapse und das NMJ beide ein Nervenende, das von der postsynaptischen Membran durch einen Spalt getrennt ist, der spezialisiertes extrazelluläres Material enthält. Beide Strukturen weisen lokalisierte Vesikel an den aktiven Zentren, geclusterte Rezeptoren an der postsynaptischen Membran und Gliazellen auf, die den gesamten synaptischen Spalt einkapseln. Hinsichtlich der Synaptogenese weisen beide Synapsen nach dem ersten Kontakt zwischen den beiden Zellen eine Differenzierung der prä- und postsynaptischen Membranen auf. Dazu gehören die Clusterbildung von Rezeptoren, die lokalisierte Hochregulierung der Proteinsynthese an den aktiven Zentren und die neuronale Beschneidung durch Synapsenelimination. [3]

Trotz dieser Ähnlichkeiten in der Struktur gibt es einen grundlegenden Unterschied zwischen den beiden Verbindungen. Die ZNS-Synapse ist streng neuronal und umfasst keine Muskelfasern: Aus diesem Grund verwendet das ZNS verschiedene Neurotransmitter-Moleküle und Rezeptoren. Noch wichtiger ist, dass Neuronen innerhalb des ZNS oft mehrere Eingaben erhalten, die für eine erfolgreiche Informationsübertragung verarbeitet und integriert werden müssen. Muskelfasern werden durch einen einzigen Input innerviert und funktionieren ganz oder gar nicht. In Verbindung mit der für die neuronalen Verbindungen des ZNS charakteristischen Plastizität ist leicht zu erkennen, wie immer komplexere ZNS-Schaltungen werden können. [3]

Faktoren, die die Synaptogenese im ZNS regulieren

Signalisierung Bearbeiten

Die Hauptmethode der synaptischen Signalübertragung im NMJ ist die Verwendung des Neurotransmitters Acetylcholin und seines Rezeptors. Das ZNS-Homolog ist Glutamat und seine Rezeptoren, und von besonderer Bedeutung ist der N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor. Es wurde gezeigt, dass die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren die Synaptogenese durch Aktivierung nachgeschalteter Produkte initiiert. Die erhöhte Aktivität des NMDA-Rezeptors während der Entwicklung ermöglicht einen erhöhten Kalziumeinstrom, der als sekundäres Signal fungiert. Schließlich werden Immediate Early Genes (IEG) durch Transkriptionsfaktoren aktiviert und die für die neuronale Differenzierung benötigten Proteine ​​translatiert. [8] Die NMDA-Rezeptorfunktion ist mit dem Östrogenrezeptor in Hippocampus-Neuronen verbunden. Mit Östradiol durchgeführte Experimente zeigen, dass die Exposition gegenüber Östrogen die synaptische Dichte und die Proteinkonzentration signifikant erhöht. [9]

Die synaptische Signalübertragung während der Synaptogenese ist nicht nur aktivitätsabhängig, sondern auch abhängig von der Umgebung, in der sich die Neuronen befinden. Zum Beispiel wird der aus dem Gehirn stammende neurotrophe Faktor (BDNF) vom Gehirn produziert und reguliert mehrere Funktionen innerhalb der sich entwickelnden Synapse, einschließlich der Erhöhung der Transmitterfreisetzung, der erhöhten Konzentration von Vesikeln und der Cholesterinbiosynthese. Cholesterin ist für die Synaptogenese essentiell, da die von ihm gebildeten Lipid-Rafts ein Gerüst bilden, auf dem zahlreiche Signalinteraktionen stattfinden können. BDNF-Null-Mutanten zeigen signifikante Defekte im neuronalen Wachstum und der Synapsenbildung. [10] Neben Neurotrophinen sind auch Zelladhäsionsmoleküle für die Synaptogenese essentiell. Oftmals löst die Bindung präsynaptischer Zelladhäsionsmoleküle mit ihren postsynaptischen Partnern Spezialisierungen aus, die die Synaptogenese erleichtern. Tatsächlich wurde ein Defekt in Genen, die Neuroligin codieren, ein Zelladhäsionsmolekül, das in der postsynaptischen Membran gefunden wird, mit Fällen von Autismus und geistiger Behinderung in Verbindung gebracht. [11] Schließlich können viele dieser Signalprozesse durch Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) reguliert werden, da die Ziele vieler MMPs diese spezifischen Zelladhäsionsmoleküle sind. [6]

Morphologie Bearbeiten

Die spezielle Struktur im ZNS, die mehrere Eingänge ermöglicht, ist die dendritische Wirbelsäule, der hochdynamische Ort der erregenden Synapsen. Diese morphologische Dynamik ist auf die spezifische Regulation des Aktin-Zytoskeletts zurückzuführen, die wiederum die Regulation der Synapsenbildung ermöglicht. [12] Dendritische Stacheln weisen drei Hauptmorphologien auf: Filopodien, dünne Stacheln und Pilzstacheln. Die Filopodien spielen eine Rolle bei der Synaptogenese durch die Kontaktaufnahme mit Axonen anderer Neuronen. Filopodien neuer Neuronen neigen dazu, mit mehrfach synapsierten Axonen zu assoziieren, während die Filopodien reifer Neuronen zu Orten ohne andere Partner neigen. Die Dynamik der Stacheln ermöglicht die Umwandlung von Filopodien in Pilzstacheln, die die primären Orte der Glutamatrezeptoren und der synaptischen Übertragung sind. [13]

Ratten, die mit Umweltanreicherung aufgezogen wurden, haben 25 % mehr Synapsen als Kontrollen. [14] [15] Dieser Effekt tritt auf, wenn eine stimulierendere Umgebung unmittelbar nach der Geburt [16] nach dem Absetzen [14] [15] [17] oder während der Reife erlebt wird. [18] Die Stimulation bewirkt nicht nur die Synaptogenese auf Pyramidenneuronen, sondern auch auf Sternzellen. [19]

Die (Wnt)-Familie umfasst mehrere embryonale Morphogene, die zur frühen Musterbildung im sich entwickelnden Embryo beitragen. Kürzlich sind Daten aufgetaucht, die zeigen, dass die Wnt-Proteinfamilie eine Rolle bei der späteren Entwicklung der Synapsenbildung und Plastizität spielt. Der Beitrag von Wnt zur Synaptogenese wurde sowohl im zentralen Nervensystem als auch in der neuromuskulären Verbindung nachgewiesen.

Zentralnervensystem Bearbeiten

Mitglieder der Wnt-Familie tragen zur Synapsenbildung im Kleinhirn bei, indem sie präsynaptische und postsynaptische terminale Bildung induzieren. Diese Gehirnregion enthält drei neuronale Hauptzelltypen – Purkinje-Zellen, Körnerzellen und Moosfaserzellen. Die Wnt-3-Expression trägt zum Neuritenwachstum der Purkinje-Zellen und zur Synapsenbildung bei. [20] [21] Granulatzellen exprimieren Wnt-7a, um die Ausbreitung und Verzweigung von Axonen in ihrem synaptischen Partner, den Moosfaserzellen, zu fördern. [21] Die retrograde Sekretion von Wnt-7a in Moosfaserzellen verursacht eine Vergrößerung des Wachstumskegels durch sich ausbreitende Mikrotubuli. [21] Darüber hinaus rekrutiert der retrograde Wnt-7a-Signalweg synaptische Vesikel und präsynaptische Proteine ​​in die synaptische aktive Zone. [20] Wnt-5a übt eine ähnliche Funktion auf postsynaptischen Körnerzellen aus. Dieses Wnt stimuliert den Rezeptoraufbau und die Clusterbildung des Gerüstproteins PSD-95. [20]

Im Hippocampus fördern Wnts in Verbindung mit der elektrischen Zellaktivität die Synapsenbildung. Wnt7b wird in reifenden Dendriten exprimiert [21] und die Expression des Wnt-Rezeptors Frizzled (Fz) nimmt mit der Synapsenbildung im Hippocampus stark zu. [20] Die Aktivierung des NMDA-Glutamatrezeptors erhöht die Wnt2-Expression. Die Langzeitpotenzierung (LTP) aufgrund der NMDA-Aktivierung und der anschließenden Wnt-Expression führt zur Fz-5-Lokalisierung in der postsynaptischen aktiven Zone. [20] Darüber hinaus führt die Signalübertragung von Wnt7a und Wnt2 nach NMDA-Rezeptor-vermittelter LTP zu einer erhöhten dendritischen Verzweigung und reguliert die aktivitätsinduzierte synaptische Plastizität. [22] Die Blockierung der Wnt-Expression im Hippocampus mildert diese aktivitätsabhängigen Effekte durch eine Verringerung der dendritischen Verzweigung und folglich der synaptischen Komplexität. [22]

Neuromuskuläre Verbindung Bearbeiten

Ähnliche Wirkmechanismen von Wnts im Zentralnervensystem werden auch in der neuromuskulären Verbindung (NMJ) beobachtet. Bei der Drosophila NMJ reduzieren Mutationen im Wnt5-Rezeptor Derailed (drl) die Anzahl und Dichte der synaptischen aktiven Zonen. [20] Der wichtigste Neurotransmitter in diesem System ist Glutamat. Wnt wird benötigt, um glutamaterge Rezeptoren auf postsynaptischen Muskelzellen zu lokalisieren. Als Ergebnis verringern Wnt-Mutationen evozierte Ströme auf dem postsynaptischen Muskel. [20]

Im NMJ von Vertebraten trägt die Expression von Motoneuronen von Wnt-11r zur Clusterbildung des Acetylcholinrezeptors (AChR) in der postsynaptischen Dichte von Muskelzellen bei. Wnt-3 wird von Muskelfasern exprimiert und retrograd an Motoneuronen sezerniert. [21] In Motoneuronen arbeitet Wnt-3 mit Agrin zusammen, um die Vergrößerung des Wachstumskegels, die Axonverzweigung und die synaptische Vesikelclusterung zu fördern. [21] [22]


Teenager-Gehirne klären Kindheitsgedanken

Die mysteriösen Vorgänge in den Gehirnen von Teenagern haben im Laufe der Jahre unzählige Eltern verwirrt. Nun liefert die neuere neurowissenschaftliche Forschung einige Erkenntnisse.

Im Alter von 11 bis 17 Jahren reduzieren sich die Gehirnströme von Kindern während des Schlafens erheblich, so eine neue Studie. Wissenschaftler glauben, dass diese Veränderung einen Trimmprozess widerspiegelt, der in diesen Jahren im Gehirn von Teenagern abläuft, bei dem fremde mentale Verbindungen, die während der Kindheit hergestellt wurden, verloren gehen.

"Wenn ein Kind geboren wird, ist sein Gehirn noch nicht vollständig ausgebildet, und in den ersten Jahren kommt es zu einer starken Verbreitung von Verbindungen zwischen den Zellen", sagte der Physiologe Ian Campbell von der University of California in Davis. "Im Jugendalter werden diese Verbindungen zurückgeschnitten. Das Gehirn entscheidet, welche Verbindungen wichtig sind und welche losgelassen werden können."

Wissenschaftler nennen diesen Prozess synaptisches Beschneiden und spekulieren, dass das Gehirn entscheidet, welche neuronalen Verbindungen beibehalten werden sollen, je nachdem, wie häufig sie verwendet werden. Verbindungen, die selten in Anspruch genommen werden, werden als überflüssig erachtet und eliminiert. Manchmal geht dieser Beschneidungsprozess in der Adoleszenz schief und wichtige Verbindungen gehen verloren, was zu psychiatrischen Störungen wie Schizophrenie führen könnte, denken die Forscher.

Gehirnbeschneidung

Es wird angenommen, dass die synaptische Beschneidung dem Gehirn beim Übergang von der Kindheit, wenn es in der Lage ist, leicht zu lernen und neue Verbindungen zu knüpfen, zum Erwachsenenalter, wenn es in seiner Struktur etwas stabiler ist, sich aber länger auf ein einzelnes Problem konzentrieren und es ausführen kann, hilft komplexere Denkprozesse.

Erleidet ein Kind beispielsweise vor dem 10. Lebensjahr eine Hirnverletzung, kann oft ein anderer Bereich des Gehirns die Funktionen der geschädigten Region übernehmen. Tritt die gleiche Verletzung im Alter von 20 Jahren auf, kann die Person jedoch eine lebenswichtige Fähigkeit verlieren, da das Gehirn die Flexibilität verloren hat, diese Funktion auf einen anderen Bereich zu übertragen.

„Die Tatsache, dass es mehr Verbindungen [im Gehirn eines Kindes] gibt, ermöglicht es, Dinge zu verschieben“, sagte Campbell LiveScience. "Nach der Pubertät steht dieser alternative Weg nicht mehr zur Verfügung. Sie verlieren die Fähigkeit, sich von einer Hirnverletzung zu erholen oder eine Sprache ohne Akzent zu lernen. Aber Sie gewinnen die kognitiven Fähigkeiten von Erwachsenen."

Campbell und der Psychiater Irwin Feinberg von der UC-Davis zeichneten die Schlaf-Gehirnwellen (EEG) zweimal im Jahr über fünf Jahre bei 59 Kindern auf, beginnend im Alter von 9 oder 12 Jahren. Sie fanden heraus, dass Gehirnwellen im Frequenzbereich 1&ndash4 Hz unverändert blieben zwischen 9 und 11 Jahren und dann stark um etwa 66 Prozent zwischen 11 und 16,5 Jahren zurückgegangen. Im Frequenzbereich von 4–8 Hz, der einem anderen Teil des Gehirns entspricht, begannen die Gehirnwellen früher zu sinken und fielen im Alter von 11 bis 16,5 Jahren um etwa 60 Prozent.

Insgesamt stimmen diese Veränderungen mit der synaptischen Beschneidung überein, denn da neuronale Verbindungen in diesen Bereichen des Gehirns verloren gehen, nehmen die Gehirnwellen in den entsprechenden Frequenzen ab. Campbell und Feinberg berichten über ihre Ergebnisse in der Ausgabe des Journals vom 23. März Proceedings of the National Academy of Sciences.

Turbulente Jahre

Die synaptische Beschneidung ist nur eine von vielen Veränderungen, von denen angenommen wird, dass sie im Gehirn von Teenagern vor sich gehen. Eine Studie aus dem Jahr 2005 ergab beispielsweise, dass Teenager nicht so gut Multitasking betreiben können wie Erwachsene, weil ihr Gehirn immer noch lernt, mehrere Informationen gleichzeitig zu verarbeiten, wie es Erwachsene tun können.

Neben Veränderungen, die sich auf ihr Denken auswirken, macht das Gehirn von Teenagern auch Entwicklungen durch, die sich auf ihr Fühlen auswirken. Zum Beispiel beginnen Menschen in der Pubertät, sich mehr in andere einzufühlen und berücksichtigen, wie sich ihre Handlungen nicht nur auf sie selbst, sondern auch auf ihre Umgebung auswirken.

Eine Studie aus dem Jahr 2006 ergab, dass der mediale präfrontale Kortex von Teenagern, der Teil des Gehirns, der mit übergeordnetem Denken, Empathie und Schuldgefühlen verbunden ist, im Vergleich zu Erwachsenen zu wenig genutzt wird. Aber mit zunehmender Reife beginnen Heranwachsende, diese Region bei Entscheidungen stärker zu nutzen, was darauf hindeutet, dass sie bei Entscheidungen zunehmend andere berücksichtigen.


Schau das Video: Zoologie - Säugetiere (Dezember 2021).