Neuroplastizität einfach erklärt: Die erstaunliche Anpassungsfähigkeit unseres Gehirns

Die Neuroplastizität, auch bekannt als neuronale Plastizität oder Hirnplastizität, ist die bemerkenswerte Fähigkeit des Gehirns, sich im Laufe des Lebens kontinuierlich anzupassen und zu verändern. Sie ist die Grundlage für Lernen, Gedächtnis und die Fähigkeit, sich von Verletzungen zu erholen. Dieses Konzept hat unser Verständnis der menschlichen Fähigkeiten und Potenziale erweitert und gezeigt, dass das Gehirn nicht statisch, sondern dynamisch und anpassungsfähig ist.

Was ist Neuroplastizität?

Neuroplastizität ist die Fähigkeit des Gehirns, sich während des gesamten Lebens eines Menschen zu verändern und zu wachsen (Frith et al. 2011). Unser Gehirn besteht aus vielen Milliarden Neuronen, den grundlegenden Bausteinen des Nervensystems. Diese Neuronen sind in der Lage, neue Verbindungen zu bilden, bestehende Verbindungen zu stärken oder zu schwächen und sogar in bestimmten Bereichen des Gehirns neue Neuronen zu bilden. Dank der Neuroplastizität kann sich das Gehirn auf veränderte Ansprüche einstellen und sich anpassen. Unter Neuroplastizität versteht man die funktionellen und strukturellen Veränderungen des Gehirns durch Knüpfen oder Entfernen neuronaler Verbindungen zur Anpassung an veränderte physiologische Ansprüche.

Arten der Neuroplastizität

Es gibt verschiedene Arten der Neuroplastizität, die auf unterschiedlichen Ebenen des Gehirns stattfinden:

• Strukturelle Neuroplastizität: Hierbei handelt es sich um physische Veränderungen in der Struktur des Gehirns, wie das Wachstum neuer Neuronen oder die Bildung neuer Synapsen.
• Funktionelle Neuroplastizität: Diese Art von Neuroplastizität bezieht sich auf die Veränderung der Aktivität und Effizienz von neuronalen Schaltkreisen.
• Kompensatorische Neuroplastizität: Diese tritt auf, wenn das Gehirn aufgrund von Verletzungen oder Erkrankungen Veränderungen durchläuft, um verlorene Funktionen wiederherzustellen oder zu kompensieren.

Wie funktioniert Neuroplastizität?

Wenn wir etwas Neues lernen, ist es, wie in einem Neuronen-Dschungel. Der Weg ist ziemlich dicht, wirkt am Anfang vielleicht sogar undurchdringlich! Wenn ein "Pfad" im Gehirn aktiviert wird, feuern Neuronen in unserem Gehirn in einem bestimmten Muster. Dadurch kann das Gehirn diesem Muster in Zukunft immer schneller und einfacher folgen. Jedes Mal, wenn wir etwas üben, das wir noch nicht so gut können, gehen wir also diesen “Dschungelpfad” und es wird immer leichter und leichter durchzukommen, bis sich irgendwann ein Weg gebildet hat.

Neuroplastizität ist damit die Grundvoraussetzung für jede Form des Lernens. Durch Training verändern sich die Verbindungen zwischen Nervenzellen im Gehirn, indem sie stärker oder schwächer werden. Ein Sinnbild dafür ist der sprichwörtliche “Trampelpfad”, der sich durch häufige Benutzung zu einer Autobahn entwickelt. Von den Neurowissenschaftlern Herraiz und Kollegen (2008) wird neuronale Plastizität wie folgt beschrieben: „Plasticity is the ability of the sensory system to change and adapt functionally after modifications in the acquisition of information.” Das Nervensystem kann sich also verändern und so auf veränderte Reize einstellen. Dies gilt ganz selbstverständlich für das heranwachsende Nervensystem. Aber auch im erwachsenen Gehirn findet neuronale Plastizität statt, sodass es über die gesamte Lebensspanne hinweg zu diesen Vorgängen kommt.

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Reorganisation im Sinne neuronaler Plastizität kann sich durch verschiedene Mechanismen vollziehen. Durch Langzeitpotenzierung kann eine Verbindung intensiviert werden, vergleichbar mit dem erwähnten, sprichwörtlichen schmalen Trampelpfad, der durch häufige Benutzung breiter wird und leichter zu passieren ist. Der andere Mechanismus ist die Ausbildung neuer Verbindungen mit anderen, umliegenden Nervenzellen durch kollaterale Aussprossung, also der Ausbildung neuer Synapsen.

Die Phasen der Neuroplastizität

Die Neuroplastizität setzt sich grundlegend aus drei Phasen zusammen:

1. Proliferation: In dieser Phase werden neue Synapsen gebildet. Es findet eine verstärkte Expression von Myelin statt, einer Substanz, die die Axone der Nervenzellen umgibt und die Signalübertragung beschleunigt.
2. Pruning: Um keine unbrauchbaren Verbindungen aufrechtzuerhalten und Platz für neue, wichtigere Dinge zu schaffen, werden ungenutzte Synapsen entfernt. Dieser Vorgang wird als Pruning bezeichnet und sichert die Effizienz des Gehirns.
3. Konsolidierung: In dieser Phase wird die Nutzung von neuronalen Verbindungen und Netzwerken automatisiert.

Kortikale und synaptische Plastizität

Physiologisch trägt sowohl die kortikale als auch die synaptische Plastizität zur Neuroplastizität bei.

• Kortikale Plastizität: Die kortikale Plastizität beschreibt die Veränderungen der Größe, Verbindungen und Aktivierungsschemata zwischen Neuronen aufgrund von variierender Beanspruchung eines Hirnareals. Hirnareale, die häufig beansprucht werden, nehmen nachweisbar an Masse zu, da sich das Netzwerk zwischen Synapsen immer mehr ausbreitet. Diese Anpassung hilft dem Gehirn, sich auf neue Ansprüche einzustellen.
• Synaptische Plastizität: Die Änderung der Intensität einer Reizübertragung an den Synapsen aufgrund der Nutzung eines bestimmten Hirnareals wird als synaptische Plastizität beschrieben. Änderungen in der Morphologie als auch in der Physiologie der Synapse haben eine zentrale Rolle bei der synaptischen Plastizität. Es handelt sich hierbei um einen neurophysiologischen Mechanismus, welcher für Lernprozesse und die Gedächtnisfunktion unerlässlich ist. Die synaptische Plastizität kann weiterhin in die Kurz- und Langzeitplastizität unterschieden werden. Dem Namen entsprechend ist bei der Kurzzeitplastizität die Übertragungsstärke der Neuronen nur für wenige Millisekunden bis Minuten erhöht, bei der Langzeitplastizität jedoch mehrere Minuten bis zu Stunden. In Ausnahmen hält sie sogar ein Leben lang an.

Die Reizübertragung an den Synapsen kann sowohl verstärkt (Potenzierung) als auch gehemmt (Depression) werden. Beide Formen können kurzzeitig oder langzeitig ausgeprägt sein. Hierbei spricht man dann von einer Lang- oder Kurzzeit-Potenzierung bzw. Lang- oder Kurzzeit-Depression. Die Beeinflussung der Reizübertragung kann prä- und postsynaptischen Ursprungs sein. Als präsynaptisch wird die Zelle bezeichnet, von welcher das Signal ausgeht. Postsynaptisch hingegen bezeichnet die Nervenzelle, die das Signal aufnimmt und je nachdem weiterleitet bzw. hemmt.

Bei der präsynaptischen Beeinflussung der Plastizität ändert sich die Menge des freigesetzten Transmitters, welches je Aktionspotenzial abgegeben wird. Die Geschwindigkeit der Wiederaufnahme des Neurotransmitters in die präsynaptische Zelle kann jedoch auch beeinflusst werden.Die postsynaptische Plastizität ist hingegen dadurch ausgezeichnet, dass sich das Ausmaß der Reaktion der postsynaptischen Antwort auf eine bestimmte Menge von Transmitter ändert. Die Menge von postsynaptischen Transmitter-Rezeptoren spielt hier eine entscheidende Rolle. Je mehr dieser Rezeptoren vorhanden sind, desto mehr Transmitter kann gebunden werden und somit die spezifische Wirkung entfalten. Außerdem können Rezeptoren modifiziert werden, sodass sie mehr oder weniger Transmitter binden, und es können Enzyme gebildet werden, die Einfluss auf die Aufenthaltsdauer der Transmitter im synaptischen Spalt haben.

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Faktoren, die die Neuroplastizität beeinflussen

Es gibt viele Aspekte und Komponenten, die die Neuroplastizität beeinflussen können:

• Alter: Während die Neuroplastizität in jedem Alter vorhanden ist, zeigt sie sich in der frühen Kindheit am stärksten. In dieser Zeit entwickelt sich das Gehirn rasant und passt sich ständig an neue Erfahrungen und Umgebungen an. Es gibt sogenannte sensible Phasen, in denen die Plastizität und damit die Entwicklungs- und Lernfähigkeit erhöht sind. In diesen sensiblen Phasen müssen bestimmte Umweltfaktoren gegeben sein, um das volle Potenzial erreichen zu können.
• Umwelt: Eine stimulierende Umgebung, die eine Vielzahl von sensorischen, kognitiven und sozialen Erfahrungen bietet, kann die Neuroplastizität fördern. Es hängt also von den Umweltfaktoren ab, wie das Gehirn im Detail geformt wird. Verbindungen, die regelmäßig genutzt werden, werden weiter verstärkt, während unbenutzte Verbindungen abgebaut werden.
• Stress und emotionale Zustände: Chronischer Stress kann die Neuroplastizität beeinträchtigen, indem er die Produktion von Cortisol, einem Stresshormon, erhöht. Dies kann dazu führen, dass Neuronen in bestimmten Gehirnregionen, insbesondere im Hippocampus, absterben.
• Körperliche Aktivität: Regelmäßige körperliche Bewegung kann die Neuroplastizität verbessern, indem sie die Durchblutung und Sauerstoffversorgung des Gehirns erhöht und die Freisetzung von Wachstumsfaktoren fördert, die die Bildung neuer Neuronen und Synapsen unterstützen.
• Schlaf: Während des Schlafs werden im Gehirn wichtige Reparatur- und Konsolidierungsprozesse durchgeführt, die für die Neuroplastizität entscheidend sind.
• Ernährung: Eine gesunde Ernährung, die reich an Omega-3-Fettsäuren, Antioxidantien und Vitaminen ist, kann die Neuroplastizität unterstützen.
• Aufmerksamkeit, Lob und Kritik: Auch soziale Einflüsse haben einen Einfluss auf das Gehirn. Aufmerksamkeit, Lob und Kritik haben einen großen Einfluss auf das Lernverhalten und das Gedächtnis.

Neuroplastizität und Lernen

Die Neuroplastizität ist eng mit Lernen und Gedächtnis verbunden. Wenn wir etwas Neues lernen, werden neue neuronale Verbindungen gebildet und bestehende Verbindungen gestärkt. Dies ermöglicht es uns, Informationen zu speichern und abzurufen. Das Verständnis der Neuroplastizität kann dazu beitragen, effektivere Lehr- und Lernmethoden zu entwickeln, die auf die individuellen Bedürfnisse und Fähigkeiten von Schüler:innen und Erwachsenen abgestimmt sind.

Wissenschafter haben untersucht, wie das Gehirn sich beim Lernen verändert. PASCUAL-LEONE et al. haben in einer oft zitierten Untersuchung gezeigt, dass alleine die Gedanken in der Lage sind, die physische Struktur des Gehirns zu verändern. In seinem Experiment bildete er zwei Testgruppen, die noch nie in ihrem Leben Klavier gespielt haben. Mittels fMRT-Untersuchungen (funktionelle Magnetresonanztomographie) wurde vor dem Experiment die Struktur des Gehirns aufgezeichnet. Dann brachte man den Teilnehmern eine bestimmte Tonfolge bei, indem ihnen gezeigt wurde, welche Tasten auf dem Klavier sie zu spielen hatten. Das Experiment ging über fünf Tage mit täglich 2 Stunden Übungszeit.Die erste Gruppe hatte im Training die Aufgabe, sich nur vorzustellen, die Tasten der Tonfolge zu drücken. Die zweite Gruppe spielte die Tonfolge im Training real am Klavier.Um Veränderungen sichtbar machen zu können, wurden am Ende der fünf Tage wieder Gehirnscans mittels fMRT aufgenommen. Pascual-Leone stellte dabei fest, dass sich die Gehirne beider Gruppen auf ähnliche Weise verändert haben. Sowohl die praktische Übung mit dem Klavier als auch die rein mentale Vorstellung schien eine Veränderung im Bewegungszentrum des Gehirns zu bewirken. Es wurden neue Synapsen gebildet und vorhandene Synapsen wurden verstärkt.

Wenn wir wirklich fokussiert sind, aktiviert unser Gehirn dieselben Synapsen = Schaltkreise, egal, ob wir uns etwas nur mental vorstellen oder tatsächlich real erleben.

Eine wichtige Voraussetzung um Wachstumsdenken zu lernen, ist das Wissen um Neuroplastizität. Wenn Kinder verstehen, wie ihr Gehirn lernt, ändert sich auch ihre Wahrnehmung zu eigenen Fähigkeiten.

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Neuroplastizität und Rehabilitation

Die Neuroplastizität spielt eine entscheidende Rolle bei der Rehabilitation nach Hirnverletzungen oder neurologischen Erkrankungen. Therapien, die auf Neuroplastizität abzielen, können Menschen mit Schlaganfällen, Hirnverletzungen oder neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, Demenz oder Parkinson dabei helfen, verlorene Funktionen wiederherzustellen oder zu kompensieren.

Selbstheilung des Gehirns

Erleidet das Gehirn ein Trauma, können gewisse Funktionen für immer oder eine bestimmte Zeit eingeschränkt sein. Nach einem Schlaganfall kommt es häufig zu Störungen der Motorik und des Sprechverhaltens, da durch die Hirnblutung Areale beschädigt wurden, die für alltägliche Abläufe verantwortlich sind. Lange wurde angenommen, dass Hirnschäden irreversibel wären und verlorene Funktionen nie wieder zurückerlangt werden könnten. Mittlerweile ist jedoch bekannt, dass das Gehirn diese Schäden bis zu einem gewissen Grad reparieren kann. Schäden, die nicht reparabel sind, können dann oft kompensiert werden. Diese Kompensation des fehlenden oder verlorenen Sinns ist z. B. bei blinden Menschen gut zu beobachten. Sie können meist deutlich besser hören und haben ein ausgeprägteres räumliches Verständnis, wobei ihnen der Schall hilft.

Kollaterale Axonsprossung und Vikariation

Dieses Phänomen wird durch die sogenannte kollaterale Axonsprossung unterstützt. Hierbei sprossen Axone aus benachbarten Hirnarealen in die beschädigte Region aus, um die Aufnahme und Weiterleitung von Signalen sicherzustellen. Überwiegend geschieht dies im peripheren Nervensystem und weniger im zentralen Nervensystem, da sich die Zelltypen und der Aufbau des ZNS nicht besonders hierfür eignen.

Zur Kompensation gehört auch die Übernahme von Aufgaben durch benachbarte, intakte Hirnareale. Bezeichnet wird diese Fähigkeit als Vikariation. Leider kann dieses eigentlich wunderbare Phänomen auch negative Folgen haben. Es kann durch die neu gewonnene "Verschaltung" zu abnormalen Funktionen kommen, da Nervenzellen und ihre Verbindungen untereinander oft hoch spezialisiert sind. Das kann wiederum zu fehlerhafter Signalweiterleitung führen.

Neuroplastizität Therapie

Grundsätzlich wird das Wissen über die neuronale Plastizität des Gehirns genutzt, um nach einer Beschädigung den natürlichen Heilungsprozess zu unterstützen. Deswegen wird z. B. nach einem Schlaganfall mit dieser Therapieform gearbeitet. Diese darf jedoch nicht zu früh begonnen werden, da das Gehirn nach einem Trauma eine Regenerationsphase mit viel Ruhe benötigt, um im Anschluss wieder optimal heilen zu können. In dieser Zeit wäre eine Therapie kontraproduktiv.

Therapeutische Maßnahmen beinhalten:

• Gedächtnis- und Konzentrationstraining
• Wiederherstellung verlorener oder eingeschränkter Motorik
• Orientierungsübungen
• Behandlung von Ausfällen der Sinneswahrnehmungen

Die zuvor behandelte Vikariation spielt hierbei eine besondere Rolle. Intaktes, gesundes Gewebe verbindet sich mit dem abgestorbenen Gewebe und übernimmt so neue Aufgaben, um den Verlust zu kompensieren. Der beschädigte Bereich des Gehirns ist nach dem Trauma gleichzeitig deutlich besser modellierbar, was die Therapie bei korrekter Anwendung weiter unterstützen kann. Die strukturellen Veränderungen nach einer Schädigung des Gehirns können dann über ein MRT (= Magnetresonanztomografie) oder einen PET-Scan (= Positronen-Emissions-Tomografie) nachverfolgt werden.

Neuroplastizität Übungen

Die gezielte Anregung der Neuroplastizität kann durch sogenannte Induktoren herbeigeführt werden. Dabei handelt es sich um Handlungen, die nachgewiesen bestimmte Hirnareale beanspruchen. Motorisches Training, gezielte Reize oder das Unterbinden bestimmter Funktionen kann die Verstärkung neuronaler Verbindungen herbeiführen.

Hemmt man den Körper daran, bestimmte Funktionen auszuführen, wird das Gehirn dazu gezwungen, diese Einschränkungen so weit wie möglich zu kompensieren. Wenn ein Mensch nach einem Unfall z. B. ein Bein nicht mehr bewegen kann, wird das intakte Bein ruhig gestellt, damit das Gehirn diese Einschränkung ausgleicht. Im Idealfall führt das dazu, dass die beschädigte Gliedmaße wieder bewegt werden kann.

Neuroplastizität und psychische Gesundheit

Therapeutische Ansätze wie kognitive Verhaltenstherapie oder achtsamkeitsbasierte Therapien können die Neuroplastizität fördern und helfen, ungesunde Denkmuster oder Verhaltensweisen zu ändern. Mentaltraining zeichnet aus, dass wir entscheiden können, wie wir denken. Wer ist verantwortlich für unser Denken? Ja genau, nur wir selbst! Und weil wir ohnehin den ganzen Tag denken, können wir entscheiden, unsere Gedanken in eine für uns positive Richtung zu lenken. Veränderungen sind jederzeit möglich. Positives Denken bedeutet aber nicht, alles durch die rosarote Brille zu sehen und negative Dinge im Leben einfach auszublenden.

Ein bemerkenswertes Beispiel für Neuroplastizität

Ein beeindruckendes Beispiel für die Neuroplastizität ist der Fall von Herrn K., der sich in einer Gedächtnisambulanz vorstellte. Seine Ehefrau hatte ihn geschickt, da er hin und wieder lückenhaftes Gedächtnis zeigte. Sein Leben verlief bisher völlig normal, er war Beamter und nun in Rente. Bei einem Routine-Check im Hirnscanner entdeckten die Ärzte jedoch Erstaunliches: Eine riesige Zyste verdrängte fast die gesamte eine Hirnhälfte. Vermutlich lebte Herr K. von Geburt an mit nur einem halben Gehirn, ohne dadurch beeinträchtigt zu sein. Dieses Beispiel verdeutlicht, dass unser Gehirn zu beachtlichen Umbaumaßnahmen fähig ist und sowohl angeborene als auch später erworbene Schäden bis zu einem gewissen Grad kompensieren oder reparieren kann. Dazu zählen auch "stille Hirninfarkte", kleine Schlaganfälle, die im Hirnscanner sichtbar sind, aber von den Patienten nicht bemerkt werden, weil das Gehirn sie unbemerkt ausgleicht.

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