Strukturplastizität in der früh-kindlichen Entwicklung
Beitrag Köln, den 2.02.2007
G. Teuchert-Noodt
Forschung und Lehre in Neurobiologie & HumanbiologieUniversität Bielefeld, Fakultät für Biologie, Bereich Neuroanatomie
33615 Bielefeld, Universitätsstraße den 11.05.2005
8 Monate 9 Monate
5 Monate 6 Monate 7 Monate
3 Monate2 Monate1 Monate
Vorgeburtliche Entwicklung des menschlichen Gehirns
Wann beginnt das Leben?
REM-Schlaf
Rückenmarksreflexe
Wachzustand&Tiefschlaf
SerotoninAdrenalin Dopamin
GABA
Glutamat
Funktionsmodule im Kortex reifen
Struktur
Funktion
Plastische Anpassung
Umweltreize
Reifung von Sinnesfunktionen
Vestibular is-
System
Moro; Rückzugsreflex
Hinterer Hirnstamm mit Kleinhirn : die 4 Vestibulariskerne (grün) nehmen einen umfassenden Raum ein, sind eng assoziiert mit sensiblen (blau), visceralen (gelb) u. motorischen Kernen (rot)
vestibuläre Kerne
Trigeminus-Kern
viscerale Kerne
motorische Kerne für die Nackenmuskulatur
viscerale Kerne
3 Augenmuskel-Kerne
Urhirn (punktierte Linien) und Neuhirn (ausgezogene Linien) reifen prä-& postnatal sukzessiv heran und bilden dabei integrative Schaltkreise. Auf diesem Weg werden primäre von sekundären Reflexen abgelöst.
Elementarapparat
Urhirn
Neuhirn
Demaskierung von primär angelegten Bahnen
Neuroplastizität im Rückenmarkam Beispiel der Durchtrennung des Nervus phrenicus
Kritische Phase bezieht sich auf die ersten 20 min
grob-motorisch
E r w a c h s e n
motorisch-perzeptuell
P u b e r t ä t
perzeptuell-begrifflich
begrifflich
sensorisch-motorisch, endogene Rhythmen
G e b u r t 1 Jahr
7 Jahr
18 Jahr
vom 2.-9. LjSprache,Schrift, Raum-Zeitgedächtnis
vorgeburtl.endogenen Rhythmen
Reifung von Transmitten im Hirnstamm
Die Kompensationstheorie: Wolff, Wagner, Dammasch (1984/86) Selbstorganisation von Nervennetzen während der Entwicklung
Um
wel
treiz
eMorphogene
+ -
+ Glutamat
- GABA DopaminSerotoninAdrenalin
Reifung von Transmittern in
beiden Hirnhälften =Lateralisierung
Transmitterreifung induziert kritische Phasen für die Einflussnahme von Umweltreizen
Homoeostasie
Sozialverhalten
Reifung v.Transmittern im Stirnhirn U
mw
eltre
ize
technisches Zeitalter
The best gift you‘ll ever give to an expectant Mother
Modul im Sinnesfeld des Kortex
Sehbahn
Kritische Phase
Historie der Neuroplastizitätsforschung von Hebb bis zur GegenwartHebb`s Konzept von rückwirkenden Aktivitäten in einem „cell assembly“
Die wiederholte Feuerrate eines Neurons veranlasst in einem labilen „cell assem-bly“ unter dem Einfluß morphogener Prozesse eine erhöhte Effizienz und Stabilisierung des Kontaktspektrums (HEBB, 1949)
Funktionsmodul/LangzeitpotenzierungReaktive Plastizitätsforschung (1968)
Nach einer Läsion bzw. Verletzung von Hirnstrukturen kommt es innerhalb kri-tischer Phasen und unter dem Einfluß morphogener Prozesse zum Aussprossen benachbarter Fasern in Abhängigkeit von Aktivitäten
(=funktionale/dysfunktionale Reorganisation)
LTP
Dopamin
SerotoninAcetylcholin
GABA
Glutamat
3 days 5 days 15 days
Dynamic of synaptogenesis in the visual cortex of rats following to lesion
I
II
III
IV
V
star pyramidal cells
30 days 60 days 150 days
Dynamic of synaptogenesis in the visual cortex of rats following to lesion
VI
V
IV
III
II
I
star pyramidal cells
star pyramids
myelination
„masked fibres“ (-)
(+)sprouting under the influence of trophic signals and any activity flow
Hypophyse
end.Rhythmen
Noradrenalin
sens
oris
cher
C.
fühl
en
mot
oris
cher
C.
Das Zusammenspiel von Neurotransmittern im Gehirn und die Frage nach Plastizität
Acetylcholin
visueller C.
sehenakustischer Chören.
Limbisches System
• Arbeitsgedächtnis• Sozialverhalten, • willentliche Entscheidung
Stirnhirn
Serotonin
Glutamat
Dopamin
Substantia nigra/VTA
GABA
neue Nervenzellen
Der große limbo-präfrontale Schaltkreis
sens
orisc
her C
.
fühl
en
SinneswahrnehmungHandeln
mot
oris
cher
C.
visuelle
r C.
sehen
akustischer C.
hören
Hypophyse
Steuerung von Tiefschlaf, Traumschlaf und Wachzustand aus dem Hirnstamm unter gleichzeitig einsetzender Reifung der aufsteigenden Transmitterbahnen zum Kortex
K ö r p e r
Rückzugsreflex,Moro u.a. uterin reifende Reflexe
• Traumschlaf = REM Schlaf
• Tiefschlaf
Thalamo-kortikale Bahn
Thalamus
Delta-W
ellen 1 HZ
Theta-Wellen1-6 HZ
Monoamine Serotonin, Adrenalin, Dopamin, Acetylcholin
Faustregel: das werdende Leben & Kleinkind gilt es vor Stressoren jeglicher Art zu beschützenVorgeburtliche kritische Phase für die Reifung von Reflexen & endogenen Rhythmen
vor 6 Mio J / 300 cm3
Homo erectusvor 1 Mio J / 600 cm3
Hippocampus
Homo sapiens sapiens seit 100T J / 1600 cm3
Neandertalervor 60T J / 1400 cm3
Dopamin
fühle
n
sehenhören
riechen
sehen
fühl
en
riechenhören
Evolution des Stirnhirns mit seinen Leistungen zu raum- & zeitbezogener Verrechnung (historischem Bewusstsein des Menschen, willentlichen Entscheidungen, Sozialverhalten, Antizipation, Umgang & Beherrschung von Emotionen etc. Allgemeine Wachheit, Aufmerksamkeit, Kurzzeitgedächtnis, Emotionen
Reifung des Stirnhirns (kritische Phase bis ca 20. Lj)
Stirnhirn
Kontrolle über Denken versagt
Kontrolle über Gefühle versagtGlutamat
Neurogenese überhöht d. h. ineffektive Synaptogenese =
eingeengte plastische Potenz
Kontrolle über allg.Motivation & Lernbegabung versagt
sehen
hören
füh
len
Limbisches S
ystem
Lernen mit Gefühl: EQ
neue Nervenzellen
emotionale & vegetative AntwortenWachheit, NeugierdeKurzzeitgedächtnis
mot
oris
che
Rin
de
Amygdala
Das Gehirn ist ein Konstrukt:
Handeln Sinneswahrnehmung & Aufmerksamkeit
Aktivitäten zirkulieren in kleinen basalen Rückkopplungsschleifen
kognitive Leistungen, Motivationsbildung,Sozialverhalten,
Kontrolle über die Emotionen sowie über die Bewegung
Stirnhirn
Results demonstrate the way an anatomical disconnection syndrom in psychosis will develop by graded processes depending on the severity of trauma:
Facit
• In a first step (non-invasive challenge of dopamine) the degraded glutamatergic efflux from the malfunctional developing prefrontal cortex suppresses maturation of both LIII and LV pyramids
• In a second step (more severe challenge) the degraded efflux from the prefrontal cortex induces a suppressive LIII collateralisation and an oversprouting of exclusively LV collaterals• Presumably, this dissoziation may result from the preservation of transient LV fibre surplus values which characterise the postnatal pyramidal development
sehen
hören
füh
len
Limbisches S
ystem
Lernen mit Gefühl: EQ
neue Nervenzellen
emotionale & vegetative AntwortenWachheit, NeugierdeKurzzeitgedächtnis
mot
oris
che
Rin
de
Amygdala
Das Gehirn ist ein Konstrukt:
Handeln Sinneswahrnehmung & AufmerksamkeitUnfähigkeit zur Verhaltenskontrolle Stereotypien
Unfähigkeit der Gefühlskontrolle Ängste
Aktivitäten circulieren in kleinen Rückkopplungsschleifen
Arbeitsgedächtnis Sozialverhalten, willentliche Entscheidung
Stirnhirn
Arbeitsgedächtnis Sozialverhalten, willentliche Entscheidung
