Der Mensch besitzt die Fähigkeit im Laufe seines Lebens eine Fülle von Sinneseindrücken zu verarbeiten, Bewegungen zu steuern und höhere kognitive Leistungen (z.B. Lernen/Erinnern) zu vollbringen. Der Mensch fühlt und handelt. Die grundlegende Frage, welche Strategien das Gehirn entwickelt, um diese komplexen Prozesse kontinuierlich und dynamisch zu verarbeiten, beschäftigt Wissenschaftler aus verschiedenen Fachbereichen und wird im Konzept der neuronalen Plastizität oder Neuroplastizität diskutiert. Hierunter wird

die Eigenschaft des Gehirns zur aktivitätsabhängigen, adaptiven funktionellen und strukturellen Veränderung verstanden.

Das Gehirn ist ein dynamisches Organ. Es ist aus Neuronen aufgebaut, Zellen, die für die Informationsverarbeitung spezialisiert sind (Abb. 3 (1)). Diese bilden ständig Verbindungen (Synapsen) und Netzwerke untereinander. Nervenzellen bilden sich stets neu auch im Erwachsenen Alter. Diese Vorgänge sind aktivitäts- und erfahrungsabhängig. Plastische Anpassungen treten dann auf, wenn relevante und komplexe Reize, wie Umgebungsreize, motorische Tätigkeiten und komplexe Anforderungen in kommunikativen Kontexten, über einen längeren Zeitraum verarbeitet werden.

Impressionen

Uwe Minning

Die Neuroplastizität erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen und wird in die funktionelle und in die strukturelle neuronale Plastizität unterteilt.

Synaptische Plastizität

Die synaptische Plastizität zählt zu der funktionellen Form der neuronalen Plastizität. Darunter wird die aktivitätsabhängige Veränderung der Übertragungsstärke von Synapsen verstanden.

Ein Impuls (Aktionspotential, ausgelöst z. B. durch eine Sinneszelle) erreicht ein Neuron (Abb. 3, (1)) ausgehend von einem anderen Neuron über die Synapse (Neuronendigung). Die Synapse ist aktiv. Die synaptische Übertragung wird auch als synaptische Transmission bezeichnet. Die Übertragungsstärke der Synapse bezieht sich auf die synaptische Aktivität und beschreibt die Effizienz, mit der ein Aktionspotenzial in der sendenden Nervenzelle die Empfängerzelle erregt.

Eine Verstärkung/Erhöhung der synaptische Transmission wird als synaptische Potenzierung definiert. Die Abschwächung der synaptischen Transmission dagegen als synaptische Depression. Die Existenz einer solchen Regulation der synaptischen Effizienz wurde erstmals theoretisch von dem spanischen Mediziner Ramón y Cajal und von dem kanadischen Psychologen Donald Hebb vorausgesagt. Experimentell wurde die synaptische Plastizität erst viel später demonstriert, als die entsprechenden neurophysiologischen Methoden entwickelt wurden. Hierbei sind die kurz andauernden Formen der synaptischen Plastizität, von der synaptischen Langzeit-Plastizität abzugrenzen. Die kurze Form entspricht einem Zeitraum von bis zu 100 ms. Die Langzeit-Plastizität führt eine Änderung mit sich, die für mehrere Tage oder Wochen anhält.

Strukturelle Plastizität

Die strukturelle Plastizität beinhaltet Veränderungen in der Organisation und Anzahl der Synapsen und Neuronen. Diese können strukturelle (morphologische) Veränderungen und die Bildung neuer Neuronen (Neurogenese) beinhalten. Die morphologischen Veränderungen können bestimmte Hirnareale betreffen und sich beispielsweise in Volumenänderungen des betreffenden Areals äußern. Bei der adulten Neurogenese (Bildung von neuen Neuronen im Erwachsenen Alter) kommt es auch noch nach Abschluss der Embryonalentwicklung im Hippocampus, jedoch selten im Neokortex, zur Neubildung von Neuronen.

Die Prozesse der neuronalen Plastizität sind molekularbiologisch beschreibar. Die Synapsen, an denen strukturelle Veränderungen stattfinden, welche eine zusätzliche und länger andauernde Verbesserung der neuronalen Verbindungen ausbilden sollen, werden durch komplexe molekularbiologische und biochemische Vorgänge gekennzeichnet/markiert. Das Wachstum von Neuronen und die Ausbildung der Netzwerke geschieht über mehrere Tagen.

Funktion der neuronalen Plastizität

Bei der synaptischen Langzeitplastizität handelt es sich um ein Phänomen, das für fast alle Synapsen (erregende und hemmende) in den verschiedensten Hirnregionen beschrieben wurde. Die synaptische Langzeitplastizität gilt als eine Grundeigenschaft der Synapsen im Zentralnervensystem (ZNS). Ihr wird eine fundamentale Bedeutung für Entwicklungsprozesse und erfahrungsabhängige Anpassungsvorgänge im Nervensystem zugeschrieben. Die synaptische Langzeitplastizität gilt als molekulare Grundlage von Lernen und Gedächtnis.

Gedächtnisspur

Oft trifft man im Zusammenhang mit Lernen, Wahrnehmen, Denken, Erleben, Fühlen und Handeln auf den Begriff Gedächtnisspur. Gedächtnisspur beschreibt vereinfacht die physiologische Spur, die eine Reizeinwirkung als dauerhafte strukturelle Veränderung im Gehirn hinterlässt. Eine Gedächtnisspur entsteht nach einem Lernvorgang. Wenn wir lernen, wird die synaptische Übertragungsstärke zwischen den Neuronen im Netzwerk verbessert und es werden neue Verknüpfungen im Gehirn geschaffen, also das Netzwerk wird erweitert. Wir erinnern uns besser an die abgespeicherte Information, je öfter wir diese Spur aktiv gebrauchen – sinnbildlich vorstellbar wie ein kleiner Trampelpfad, der sich bei häufiger Nutzung zu einem stabilen Weg festigt.

 

 

Kortikale Karten

Neuroplastizität kann auch auf einer anderen Ebene beschreiben werden. Sie beinhaltet Änderungen von ganzen Bereichen der Großhirnrinde (Kortex). Der Kortex besitzt aufgrund seiner inneren Struktur und Funktion, die Eigenschaft Repräsentationen von ihn erreichenden Signalen zu bilden. Damit ist gemeint, dass der Kortex Neuronen enthält, die immer dann aktiviert werden, wenn ein ganz bestimmter Input von den Sinnesorganen gemeldet wird. Dieser Input wird im Kortex je nach Häufigkeit und Signal-Ähnlichkeit in einer Art kortikalen Karte/Areal repräsentiert. Wer zum Beispiel das Gitarren- oder das Geigenspiel erlernt und regelmäßig übt, vergrößert das, für die Finger der linken Hand zuständig,e kortikale Areal. Nach der Amputation einer Hand jedoch wird, infolge fehlender Eingangssignale der Hand, das kortikale Areal, das für die Hand zuständig ist, kleiner. Man nimmt an, dass praktisch im gesamten Kortex plastische Landkarten vorhanden sind. Sie unterscheiden sich lediglich durch das, was in ihnen gespeichert ist. Kortikale Karten organisieren sich beständig anhand der Erfahrungen, die von ihnen verarbeiten werden um. Sie ändern sich langsam, innerhalb von Wochen. Besonders ausgeprägte Ausweitungen oder Verschiebungen von Repräsentationen, können Jahre benötigen. Bei Erwachsenen kann es Monate bis Jahre dauern, bis sich eine neue Repräsentation im Gehirn stabil formiert und eine neue Fähigkeit langfristig integriert ist, da die Hirnstoffwechselrate mit dem Alter abnimmt. Kinder lernen hingegen viel schneller.

Abbildung 2: Der somatosensorische und motorische "Homunculus".

Zuordnung von motorischen und somatosensorischen Arealen im Kortex des Menschen. Körpergebiete mit einer höheren Sensordichte sind auf größeren kortikalen Bereichen repräsentiert.

Gliazellen und Myelinisierung

Neue Forschungergebnisse weisen auf die bedeutende Rolle der Gliazellen (Versorgungs- und Stützzellen, Abb. 3 (3)) für Lern- und Gedächtnisprozesse. Gliazellen bilden die Biosubstanz Myelin (Abb.3 (6)), die die Axone (Nervenfaser, die Verbindung zwischen den Neuronen Abb. 3 (2)) der Neuronen umhüllt. Die Myelinschicht schützt, versorgt und isoliert die Axone, wodurch die Übertragung von Impulsen an den Neuronen entlang beschleunigt wird, es kommt also zu einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit (bis zu 100 x schneller als ohne Myelinisierung). Dies führt zu einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit, die wiederum zu einer verbesserten bewussten Wahrnehmung beiträgt. Durch den Vorgang der Myelinisierung können die vorhandenen Verbindungen optimiert und sogar neue Verbindungen angeregt werden. 

Bei Kindern läuft die Verknüpfung von Nervenzellen und deren Myelinisierung sehr schnell ab, ist jedoch von der Qualität von äußeren sensorischen Reizen abhängig. Bei Erwachsenen sind diese Vorgänge langwieriger, was eine längere Therapie­dauer bedeutet.

Kinder mit Teilleistungsstörungen können ihre Defizite kompensieren, indem sie eine regelmäßige sensorische Stimulation erfahren und kognitiv gefordert werden. Dadurch können alternative Verschal­tungsbahnen vermehrt angeregt und neue Neuronenverknüpfungen formiert werden. Allerdings führt dies durch die vermehrte Aufmerksamkeit für die Kompensationsleistung zu einer weniger effizienten und langsameren Verarbeitungslei­stung insgesamt und beeinträchtigt das Kind letztlich bei kogni­tiv anspruchsvolleren Aufgaben. Im Normalfall können verminderte Sinneswahrnehmungsfähig­keiten gezielt trainiert, bzw. bei Ausfall andere Sinne zur Kom­pensation sensibilisiert werden. Erblindete Personen etwa hören (Geräusche und Richtungen im Raum) und fühlen (Blinden­schrift) weit präziser als der Sehende.

Fazit

Das Gehirn ist im höchsten Grade plastisch. Eine regelmäßige sensorische Stimulation führt zu vermehrter Ver­netzung von Nervenzellen - ähnlich wie im sportlichen Bereich ein körperliches Training den gezielten Muskelaufbau bewirkt. Neuroplastizität kann in allen Lebensaltern beobachtet werden. Die neuronalen Verbände besitzen ein enormes Maß an Flexibilität. Auch nach schwersten Schädigungen, ist es durch das Phänomen der Neuroplastizität möglich, durch Umstrukturierung und Aufgabenumverteilung eine Anpassung des Individuums an die neuen Lebensgegebenheiten zu erreichen. Das verringerte physiologische Absterben von Nervenzellen, die in die wichtigen Schaltkreise eingebunden sind, ist ein weiterer, langfristiger, plastischer Anpassungsvorgang des Nervensystems. Begleitet werden all diese Veränderungen von einer vermehrten Bildung von Blutkapillaren, um die aktivierten Nervenzellen mit Sauerstoff zu versorgen. Darüber hinaus bilden sich Stützgewebe (Gliazellen), um die Infrastruktur des Nervensystems zu verbessern, die Bereitstellung von Nährstoffen und den Abtransport von Stoffwechselabbauprodukten zu sichern und die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu optimieren.

Das AUDIVA Verfahren bietet durch gezielte akustische Stimulierung Anstoß zur Eigenentwicklung.

Die erforderliche Intensität wird nicht durch eine hohe Lautstärke erreicht, sondern durch die Kontinuität (mindestens 30 Min. tägl.). Die  Lautstärke bleibt vergleichsweise gering und es werden vorrangig mittlere und hohe Frequenzen verwendet. Da seitens der Cochlea die größte Ansammlung von Haarzellen im Bereich 2000-5000 Hz liegt, ergibt sich auch bei geringer Lautstärke eine große neuronale Aktivierung und der neuronale Stoffwechsel wird angeregt.
Die akustische Anregung nach AUDIVA aktiviert dabei zunächst mit dem HörWahnehmunTraining (HWT) mit Musik (Phase A) die sensorischen Bahnen. Sie trainiert die auditive Wahrnehmung, ohne dass aktiv zugehört werden muss, also in der Tat „nebenbei“ zu anderen Tätigkeiten. Um höhere Funktionen zu trainieren, also Vernetzungen im Neokortex zu fördern, folgen als zweiter Schritt Sprach-, Lese- und Schreibübungen (Phase B). Unser Trainingsplan dauert drei Monate pro Block und entspricht so den neuropsychologischen Anforderungen.

Das AUDIVA Hörtraining eignet sich auch für die Behandlung von Störungen, die sich einer klassischen Behandlungsmethode entziehen.

 

 

Abbildung 3: Nervenzellen (1) sind über Axone (2) untereinander verbunden. Am Dendrit (4, Ring) findet die synaptische Übertragung von Neuron (1) zur Gliazelle (3) statt. Die Gliazelle (3) „lauscht“ am Dendrit (4) und erhält dadurch Informationen über die Häufigkeit und Intensität der Nervenimpulse. Ist eine häufige Erregung gegeben, wird die spezielle Gliazelle (5) aktiviert und zur Bildung von Myelin (6) angeregt, welches die Nervenleitung (Axon 2) umhüllt.

adaptiert von Fields, D. R.: Die unbekannte Seite des Gehirns – wie Gliazellen im Kopf mitreden. Spektrum der Wissenschaft (2004).