Was ist synaptisches Beschneiden?

Im Säuglingsalter erfährt das Gehirn ein starkes Wachstum. Während der frühen Gehirnentwicklung kommt es zu einer Explosion der Synapsenbildung zwischen Neuronen. Dies nennt man Synaptogenese.

Diese schnelle Phase der Synaptogenese spielt eine entscheidende Rolle beim Lernen, der Gedächtnisbildung und der Anpassung im frühen Leben. Im Alter von etwa 2 bis 3 Jahren erreicht die Anzahl der Synapsen ihren Höhepunkt. Doch kurz nach dieser Phase des synaptischen Wachstums beginnt das Gehirn, Synapsen zu entfernen, die es nicht mehr benötigt.

Sobald das Gehirn eine Synapse bildet, kann diese entweder gestärkt oder geschwächt werden. Dies hängt davon ab, wie oft die Synapse genutzt wird. Mit anderen Worten: Der Prozess folgt dem „Use it or lose it“-Prinzip: Aktivere Synapsen werden gestärkt, weniger aktive Synapsen werden geschwächt und letztlich beschnitten. Der Vorgang des Entfernens der irrelevanten Synapsen während dieser Zeit wird als synaptische Beschneidung bezeichnet.

Die frühe synaptische Beschneidung wird hauptsächlich von unseren Genen beeinflusst. Später basiert es auf unseren Erfahrungen. Mit anderen Worten: Ob eine Synapse beschnitten wird oder nicht, wird von den Erfahrungen beeinflusst, die ein sich entwickelndes Kind mit der Welt um es herum macht. Ständige Stimulation führt dazu, dass Synapsen wachsen und dauerhaft werden. Wenn ein Kind jedoch wenig Stimulation erhält, hält das Gehirn weniger dieser Verbindungen aufrecht.

Der Zeitpunkt der synaptischen Beschneidung variiert je nach Gehirnregion. Einige synaptische Beschneidungen beginnen sehr früh in der Entwicklung, die schnellste Beschneidung findet jedoch etwa im Alter zwischen 2 und 16 Jahren statt.

Frühes Embryonalstadium bis 2 Jahre

Die Gehirnentwicklung beim Embryo beginnt bereits wenige Wochen nach der Empfängnis. Ab dem siebten Schwangerschaftsmonat beginnt der Fötus, eigene Gehirnwellen auszusenden. In dieser Zeit werden vom Gehirn mit extrem hoher Geschwindigkeit neue Neuronen und Synapsen gebildet.

Im ersten Lebensjahr vergrößert sich die Zahl der Synapsen im Gehirn eines Säuglings um mehr als das Zehnfache. Im Alter von 2 oder 3 Jahren verfügt ein Säugling über etwa 15.000 Synapsen pro Neuron.

Im visuellen Kortex des Gehirns (dem Teil, der für das Sehen verantwortlich ist) erreicht die Synapsenproduktion im Alter von etwa 8 Monaten ihren Höhepunkt. Im präfrontalen Kortex kommt es irgendwann im ersten Lebensjahr zu Spitzenwerten an Synapsen. Dieser Teil des Gehirns wird für eine Vielzahl komplexer Verhaltensweisen verwendet, darunter Planung und Persönlichkeit.

Im Alter von 2 bis 10 Jahren

Im zweiten Lebensjahr nimmt die Zahl der Synapsen dramatisch ab. Die synaptische Beschneidung erfolgt sehr schnell im Alter zwischen 2 und 10 Jahren. Während dieser Zeit werden etwa 50 Prozent der zusätzlichen Synapsen entfernt. Im visuellen Kortex wird die Beschneidung bis zum Alter von etwa 6 Jahren fortgesetzt.

Jugend

Die synaptische Beschneidung setzt sich bis ins Jugendalter fort, jedoch nicht mehr so ​​schnell wie zuvor. Die Gesamtzahl der Synapsen beginnt sich zu stabilisieren.

Während Forscher einst dachten, dass das Gehirn die Synapsen nur bis zur frühen Adoleszenz beschneidet, haben jüngste Fortschritte eine zweite Beschneidungsperiode während der späten Adoleszenz entdeckt.

Frühes Erwachsenenalter

Neueren Forschungsergebnissen zufolge setzt sich die synaptische Beschneidung tatsächlich bis ins frühe Erwachsenenalter fort und hört irgendwann in den späten 20er Jahren auf.

Interessanterweise erfolgt die Beschneidung während dieser Zeit hauptsächlich im präfontalen Kortex des Gehirns, dem Teil des Gehirns, der stark an Entscheidungsprozessen, Persönlichkeitsentwicklung und kritischem Denken beteiligt ist.

Die Forschung, die den Zusammenhang zwischen synaptischem Pruning und Schizophrenie untersucht, befindet sich noch im Anfangsstadium. Die Theorie besagt, dass schizophrene Gehirne „übermäßig beschnitten“ werden und diese übermäßige Beschneidung durch genetische Mutationen verursacht wird, die den synaptischen Beschneidungsprozess beeinflussen.

Als Forscher beispielsweise Bilder des Gehirns von Menschen mit psychischen Störungen wie Schizophrenie untersuchten, stellten sie fest, dass Menschen mit psychischen Störungen im Vergleich zu den Gehirnen von Menschen ohne psychische Störungen weniger Synapsen in der präfrontalen Region hatten.

Dann ein großes Arbeitszimmer analysierten postmortales Gehirngewebe und DNA von mehr als 100.000 Menschen und fanden heraus, dass Menschen mit Schizophrenie eine spezifische Genvariante haben, die mit einer Beschleunigung des Prozesses der synaptischen Beschneidung verbunden sein könnte.

Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Hypothese zu bestätigen, dass eine abnormale synaptische Beschneidung zur Schizophrenie beiträgt. Obwohl dies noch in weiter Ferne liegt, könnte die synaptische Beschneidung ein interessantes Ziel für die Behandlung von Menschen mit psychischen Störungen darstellen.

Wissenschaftler haben die genaue Ursache von Autismus noch immer nicht geklärt. Es ist wahrscheinlich, dass mehrere Faktoren eine Rolle spielen, aber kürzlich hat die Forschung einen Zusammenhang zwischen Mutationen in bestimmten Genen im Zusammenhang mit der synaptischen Funktion und Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) gezeigt.

Im Gegensatz zur Schizophrenieforschung, die die Theorie aufstellt, dass das Gehirn „überbeschnitten“ sei, gehen Forscher davon aus, dass das Gehirn von Menschen mit Autismus möglicherweise „unterbeschnitten“ sei. Theoretisch führt diese Unterbeschneidung also zu einer Überversorgung mit Synapsen in einigen Teilen des Gehirns.

Um diese Hypothese zu testen, Forscher untersuchten Gehirngewebe von 13 Kindern und Jugendlichen mit und ohne Autismus, die im Alter zwischen 2 und 20 Jahren starben. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Gehirne der Jugendlichen mit Autismus viel mehr Synapsen hatten als die Gehirne neurotypischer Jugendlicher. Kleinkinder in beiden Gruppen hatten ungefähr die gleiche Anzahl an Synapsen. Dies deutet darauf hin, dass der Zustand während des Beschneidungsvorgangs auftreten kann. Diese Forschung zeigt nur einen Unterschied in den Synapsen, nicht jedoch, ob dieser Unterschied eine Ursache oder eine Auswirkung von Autismus oder nur ein Zusammenhang sein könnte.

Diese unterschätzte Theorie könnte dazu beitragen, einige der häufigsten Symptome von Autismus zu erklären, wie Überempfindlichkeit gegenüber Lärm, Licht und sozialen Erfahrungen sowie epileptische Anfälle. Wenn zu viele Synapsen gleichzeitig feuern, wird eine Person mit Autismus wahrscheinlich eher eine Überlastung durch Lärm als eine fein abgestimmte Gehirnreaktion erleben.

Darüber hinaus hat frühere Forschung Autismus mit Mutationen in Genen in Verbindung gebracht, die auf ein Protein namens mTOR-Kinase einwirken. Im Gehirn von Autismuspatienten wurden große Mengen an überaktivem mTOR gefunden. Es wurde auch gezeigt, dass eine Überaktivität des mTOR-Signalwegs mit einer übermäßigen Produktion von Synapsen verbunden ist. Eins lernen fanden heraus, dass Mäuse mit überaktivem mTOR Defekte in der synaptischen Beschneidung aufwiesen und ASD-ähnliches Sozialverhalten zeigten.

Die synaptische Beschneidung ist ein wesentlicher Bestandteil der Gehirnentwicklung. Durch die Entfernung nicht mehr genutzter Synapsen wird das Gehirn mit zunehmendem Alter leistungsfähiger.

Heutzutage basieren die meisten Vorstellungen über die Entwicklung des menschlichen Gehirns auf dieser Idee der Gehirnplastizität. Forscher suchen nun nach Möglichkeiten, das Beschneiden mit Medikamenten oder gezielter Therapie zu kontrollieren. Sie untersuchen auch, wie dieses neue Verständnis der synaptischen Beschneidung genutzt werden kann, um die Bildung von Kindern zu verbessern. Forscher untersuchen auch, welche Rolle die Form der Synapsen bei geistigen Behinderungen spielen könnte.

Der Prozess der synaptischen Beschneidung könnte ein vielversprechendes Ziel für die Behandlung von Menschen mit Erkrankungen wie Schizophrenie und Autismus sein. Allerdings steckt die Forschung noch in den Kinderschuhen.