Sinaptogenese: Entwicklung, Reifung und Krankheiten

Synaptogenese ist die Bildung von Synapsen zwischen den Neuronen des Nervensystems. Die Synapse bedeutet die Vereinigung oder den Kontakt zwischen zwei Neuronen, die es ihnen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und zu unseren kognitiven Prozessen beizutragen.

Der Informationsaustausch zwischen zwei Neuronen erfolgt normalerweise in einer einzigen Richtung. Es gibt also ein Neuron namens "präsynaptisch", das Nachrichten sendet, und ein "postsynaptisch", das Nachrichten empfängt.

Obwohl die Synaptogenese während des gesamten Lebens eines Menschen auftritt, gibt es Phasen, in denen sie viel schneller abläuft als in anderen. Durch diesen Vorgang werden mehrere Billionen Synapsen im Gehirn synchronisiert, um Daten auszutauschen.

Die Synaptogenese erfolgt kontinuierlich in unserem Nervensystem. Während wir neue Erfahrungen lernen und leben, bilden sich in unserem Gehirn neue neuronale Verbindungen. Dies tritt bei allen Tieren mit Gehirn auf, obwohl es beim Menschen besonders ausgeprägt ist.

Was das Gehirn angeht, bedeutet das Größere nicht, dass es besser ist. Zum Beispiel hatte Albert Einstein ein Gehirn von ganz normaler Größe. Daraus wurde abgeleitet, dass Intelligenz eher mit der Anzahl der Verbindungen zwischen Gehirnzellen als mit der Anzahl der Neuronen zusammenhängt.

Zwar spielt die Genetik eine grundlegende Rolle bei der Entstehung von Synapsen. Die Erhaltung der Synapse wird jedoch in größerem Maße von der Umgebung bestimmt. Dies ist auf ein Phänomen zurückzuführen, das als zerebrale Plastizität bezeichnet wird.

Dies bedeutet, dass das Gehirn die Fähigkeit hat, sich gemäß den externen und internen Reizen, die es empfängt, zu verändern. Während Sie diesen Text lesen, können sich beispielsweise neue Gehirnverbindungen bilden, wenn Sie sich innerhalb weniger Tage daran erinnern.

Synaptogenese in der Neuroentwicklung

Die ersten Synapsen können im fünften Monat der Embryonalentwicklung beobachtet werden. Insbesondere beginnt die Synaptogenese um die achtzehnte Schwangerschaftswoche und ändert sich im Laufe des Lebens weiter.

Während dieser Zeit tritt eine synaptische Redundanz auf. Dies bedeutet, dass mehr Kontoverbindungen hergestellt werden und im Laufe der Zeit schrittweise selektiv beseitigt werden. Somit nimmt die synaptische Dichte mit dem Alter ab.

Überraschenderweise haben Forscher eine zweite Phase der erhöhten Synaptogenese entdeckt: die Adoleszenz. Dieses Wachstum ist jedoch nicht so intensiv wie dasjenige, das während der intrauterinen Entwicklung auftritt.

Kritische Periode

Es gibt eine kritische kritische Phase in der Synaptogenese, auf die ein synaptischer Schnitt folgt. Dies bedeutet, dass neuronale Verbindungen, die nicht verwendet werden oder nicht benötigt werden, eliminiert werden. In dieser Zeit konkurrieren Neuronen miteinander, um neue, effizientere Verbindungen herzustellen.

Es scheint, dass es eine umgekehrte Beziehung zwischen synaptischer Dichte und kognitiven Fähigkeiten gibt. Auf diese Weise werden unsere kognitiven Funktionen verfeinert und effizienter, wenn die Anzahl der Synapsen verringert wird.

Die Anzahl der Synapsen, die in diesem Stadium entstehen, wird von der Genetik der Person bestimmt. Nach dieser kritischen Zeit können die beseitigten Verbindungen in späteren Lebensphasen nicht wiederhergestellt werden.

Dank der Forschung ist bekannt, dass Babys jede Sprache lernen können, bevor der synaptische Schnitt beginnt. Das liegt daran, dass ihr Gehirn voller Synapsen bereit ist, sich an jede Umgebung anzupassen.

Deshalb können sie in diesem Moment alle Laute verschiedener Sprachen ohne Schwierigkeiten unterscheiden und sind bereit, sie zu lernen.

Sobald sie jedoch den Geräuschen der Muttersprache ausgesetzt sind, gewöhnen sie sich an diese und identifizieren sie im Laufe der Zeit viel schneller.

Dies ist auf den Prozess des neuronalen Abbaus zurückzuführen, bei dem die am häufigsten verwendeten Synapsen (die beispielsweise die Klänge der Muttersprache unterstützen) beibehalten und nicht als nützlich erachtete Synapsen verworfen werden.

Synaptische Reifung

Sobald eine Synapse hergestellt ist, kann sie mehr oder weniger langlebig sein, je nachdem, wie oft wir ein Verhalten wiederholen.

Zum Beispiel würde das Erinnern an unseren Namen sehr gut etablierte Synapsen voraussetzen, die fast unmöglich zu brechen sind, da wir sie in unserem Leben viele Male hervorgerufen haben.

Wenn eine Synapse geboren wird, hat sie viele Innervationen. Dies liegt daran, dass neue Axone dazu neigen, bereits vorhandene Synapsen zu innervieren, wodurch sie fester werden.

Wenn die Synapse jedoch reift, unterscheidet sie sich von den anderen. Gleichzeitig werden die anderen Verbindungen zwischen Axonen weniger als die ausgereifte Verbindung zurückgezogen. Dieser Vorgang wird als synaptische Elimination bezeichnet.

Ein weiteres Zeichen der Reifung ist, dass der Endknopf des postsynaptischen Neurons größer wird und kleine Brücken zwischen ihnen entstehen.

Reaktive Synaptogenese

Vielleicht haben Sie sich zu diesem Zeitpunkt bereits gefragt, was nach einem Hirnschaden passiert, der einige vorhandene Synapsen zerstört.

Wie Sie wissen, ist das Gehirn in ständiger Veränderung und hat Plastizität. Deshalb tritt nach einer Verletzung die sogenannte reaktive Synaptogenese auf.

Es besteht aus neuen Axonen, die aus einem unbeschädigten Axon sprießen und in Richtung einer leeren synaptischen Stelle wachsen. Dieser Prozess wird von Proteinen wie Cadherin, Laminin und Integrin gesteuert. (Dedeu, Rodríguez, Brown, Barbie, 2008).

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sie nicht immer richtig wachsen oder synapsen. Wenn der Patient zum Beispiel nach einer Hirnverletzung keine korrekte Behandlung erhält, kann diese Synaptogenese schlecht angepasst sein.

Krankheiten, die die Synaptogenese beeinflussen

Die Veränderung der Synaptogenese wurde mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung gebracht, hauptsächlich mit neurodegenerativen Erkrankungen.

Bei diesen Krankheiten, darunter Parkinson und Alzheimer, sind eine Reihe molekularer Veränderungen noch nicht vollständig bekannt. Diese führen zur massiven und fortschreitenden Beseitigung von Synapsen, die sich in kognitiven und motorischen Defiziten niederschlagen.

Eine der gefundenen Veränderungen betrifft Astrozyten, eine Art von Gliazellen, die (unter anderem) in die Synaptogenese eingreifen.

Es scheint, dass es bei Autismus auch Abnormalitäten bei der Synaptogenese gibt. Es wurde festgestellt, dass diese neurobiologische Störung durch ein Ungleichgewicht zwischen der Anzahl der exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen gekennzeichnet ist.

Dies ist auf Mutationen in den Genen zurückzuführen, die dieses Gleichgewicht steuern. Dies führt zu Veränderungen in der strukturellen und funktionellen Synaptogenese sowie in der synaptischen Plastizität. Offensichtlich tritt dies auch bei Epilepsie, Rett-Syndrom, Angelman-Syndrom und fragilem X-Syndrom auf (García, Dominguez und Pereira, 2012).