Das synaptische Beschneiden ist ein natürlicher Prozess, der im Gehirn zwischen der frühen Kindheit und dem Erwachsenenalter stattfindet. Während des synaptischen Beschneidens eliminiert das Gehirn zusätzliche Synapsen. Synapsen sind Hirnstrukturen, die es den Neuronen ermöglichen, ein elektrisches oder chemisches Signal an eine andere Nervenzelle weiterzuleiten.

Man nimmt an, dass das synaptische Beschneiden das Gehirn dazu veranlasst, nicht mehr benötigte Verbindungen im Gehirn zu entfernen. Forscher haben kürzlich herausgefunden, dass das Gehirn „plastischer“ und formbarer ist als bisher angenommen. Das synaptische Beschneiden ist die Art und Weise, wie unser Körper eine effizientere Gehirnfunktion aufrechterhält, wenn wir älter werden und neue komplexe Informationen lernen.

Da immer mehr über das Beschneiden der Synapsen gelernt wird, fragen sich viele Forscher auch, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Beschneiden der Synapsen und dem Auftreten bestimmter Störungen, einschließlich Schizophrenie und Autismus, gibt.

Wie funktioniert die synaptische Beschneidung?

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

Diese rasche Phase der Synaptogenese spielt eine entscheidende Rolle beim Lernen, bei der Gedächtnisbildung und bei der Anpassung zu Beginn des Lebens. Im Alter von etwa 2 bis 3 Jahren erreicht die Anzahl der Synapsen einen Spitzenwert. Aber dann, 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 es entweder gestärkt oder geschwächt werden. Dies hängt davon ab, wie oft die Synapse benutzt wird. Mit anderen Worten, der Prozess folgt dem Prinzip „use it or lose it“: Synapsen, die aktiver sind, werden gestärkt, und Synapsen, die weniger aktiv sind, werden geschwächt und letztlich beschnitten. Der Prozess des Entfernens der irrelevanten Synapsen während dieser Zeit wird als synaptisches „Pruning“ bezeichnet.

Die frühe synaptische Beschneidung wird hauptsächlich durch unsere Gene beeinflusst. Später basiert sie auf unseren Erfahrungen. Mit anderen Worten, ob eine Synapse beschnitten wird oder nicht, wird von den Erfahrungen beeinflusst, die ein Kind in der Entwicklung mit der Welt um es herum macht. Ständige Stimulation bewirkt, dass Synapsen wachsen und dauerhaft werden. Wenn ein Kind jedoch nur wenig Stimulation erhält, wird das Gehirn weniger dieser Verbindungen behalten.

Wann kommt es zur Beschneidung der Synapsen?

Der Zeitpunkt des synaptischen Beschneidens variiert je nach Hirnregion. Manche synaptische Beschneidung beginnt sehr früh in der Entwicklung, aber die schnellste Beschneidung findet etwa zwischen dem 2. und 16.

Frühes Embryonalstadium bis 2 Jahre

Die Hirnentwicklung des Embryos beginnt bereits wenige Wochen nach der Empfängnis. Im siebten Monat einer Schwangerschaft beginnt der Fötus, seine eigenen Gehirnwellen auszusenden. Neue Neuronen und Synapsen werden vom Gehirn während dieser Zeit mit einer extrem hohen Rate gebildet.

Im ersten Lebensjahr verzehnfacht sich die Anzahl der Synapsen im Gehirn eines Säuglings. Im Alter von 2 oder 3 Jahren hat ein Säugling etwa 15.000 Synapsen pro Neuron.

Im visuellen Kortex des Gehirns (dem für das Sehen verantwortlichen Teil) erreicht die Synapsenproduktion im Alter von etwa 8 Monaten ihren Höhepunkt. Im präfrontalen Kortex treten die Spitzenwerte der Synapsen irgendwann im ersten Lebensjahr auf. Dieser Teil des Gehirns wird für eine Vielzahl komplexer Verhaltensweisen, einschließlich Planung und Persönlichkeit, genutzt.

Alter 2 bis 10 Jahre

Im zweiten Lebensjahr sinkt die Zahl der Synapsen dramatisch ab. Synaptische Beschneidung geschieht sehr schnell zwischen dem 2. und 10. Während dieser Zeit werden etwa 50 Prozent der zusätzlichen Synapsen eliminiert. Im visuellen Kortex dauert die Beschneidung bis zum Alter von etwa 6 Jahren an.

Adoleszenz

Die synaptische Beschneidung setzt sich in der Adoleszenz fort, aber nicht mehr so schnell wie früher. Die Gesamtzahl der Synapsen beginnt sich zu stabilisieren.

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

Frühes Erwachsenenalter

Neueren Forschungsergebnissen zufolge setzt sich das Beschneiden der Synapsen bis ins frühe Erwachsenenalter fort und hört irgendwann in den späten 20er Jahren auf.

Interessanterweise findet die Beschneidung während dieser Zeit vor allem im präkontalen Kortex des Gehirns statt, dem Teil des Gehirns, der stark an den Entscheidungsprozessen, der Persönlichkeitsentwicklung und dem kritischen Denken beteiligt ist.

Erklärt die synaptische Beschneidung den Ausbruch der Schizophrenie?

Die Forschung, die sich mit der Beziehung zwischen synaptischer Beschneidung und Schizophrenie befasst, befindet sich noch im Anfangsstadium. Die Theorie besagt, dass schizophrene Gehirne „übermäßig beschnitten“ sind, und dass dieses Überbeschnittenwerden durch genetische Mutationen verursacht wird, die den Prozess des synaptischen Beschneidens beeinflussen.

Als Forscher beispielsweise Bilder der Gehirne von Menschen mit psychischen Störungen wie Schizophrenie betrachteten, 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 analysierte eine große Studie postmortales Hirngewebe und DNA von mehr als 100.000 Menschen und fand heraus, dass Menschen mit Schizophrenie eine spezifische Genvariante haben, die mit einer Beschleunigung des Prozesses des synaptischen Beschneidens verbunden sein könnte.

Es sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die Hypothese zu bestätigen, dass eine anormale synaptische Beschneidung zur Schizophrenie beiträgt. Auch wenn dies noch in weiter Ferne liegt, könnte die synaptische Beschneidung ein interessantes Ziel für die Behandlung von Menschen mit psychischen Störungen darstellen.

Ist synaptisches Pruning mit Autismus assoziiert?

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

Im Gegensatz zur Forschung über Schizophrenie, die theoretisch davon ausgeht, dass das Gehirn „überbeschränkt“ ist, stellen Forscher die Hypothese auf, dass das Gehirn von Menschen mit Autismus „unterbeschränkt“ sein könnte. Theoretisch führt diese Unterversorgung also zu einer Überversorgung von Synapsen in einigen Teilen des Gehirns.

Um diese Hypothese zu testen, untersuchten Forscher das Hirngewebe von 13 Kindern und Jugendlichen mit und ohne Autismus, die zwischen dem 2. und 20. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Gehirne der Jugendlichen mit Autismus viel mehr Synapsen hatten als die Gehirne neurotypischer Jugendlicher. Kleine Kinder in beiden Gruppen hatten ungefähr die gleiche Anzahl von Synapsen. Dies deutet darauf hin, dass die Erkrankung während des Beschneidungsprozesses auftreten kann. Diese Forschung zeigt nur einen Unterschied in den Synapsen, aber nicht, ob dieser Unterschied eine Ursache oder eine Auswirkung von Autismus oder nur eine Assoziation sein könnte.

Diese Theorie der Unterbeschneidung könnte helfen, einige der häufigen Symptome von Autismus zu erklären, wie z.B. eine Überempfindlichkeit gegenüber Lärm, Licht und sozialen Erfahrungen sowie epileptische Anfälle. Wenn zu viele Synapsen auf einmal feuern, wird eine Person mit Autismus wahrscheinlich eher eine Überlastung durch Lärm als eine fein abgestimmte Gehirnreaktion erfahren.

Darüber hinaus hat die Forschung in der Vergangenheit Autismus mit Mutationen in Genen in Verbindung gebracht, die auf ein als mTOR-Kinase bekanntes Protein wirken. In den Gehirnen von Autismus-Patienten wurden große Mengen überaktiver mTOR-Kinase gefunden. Eine Überaktivität im mTOR-Signalweg ist auch mit einer übermäßigen Produktion von Synapsen verbunden. Eine Studie fand heraus, dass Mäuse mit überaktivem mTOR Defekte in ihrer synaptischen Beschneidung hatten und ein ASD-ähnliches Sozialverhalten zeigten.

Wohin geht die Forschung zum synaptischen „Pruning“?

Das synaptische Pruning ist ein wesentlicher Teil der Gehirnentwicklung. Indem man die Synapsen, die nicht mehr benutzt werden, loswird das Gehirn mit zunehmendem Alter leistungsfähiger.

Heute stützen sich die meisten Vorstellungen über die Entwicklung des menschlichen Gehirns auf diese Idee der Hirnplastizität. Forscher suchen nun nach Möglichkeiten, das Beschneiden mit Medikamenten oder einer gezielten Therapie zu kontrollieren. Sie untersuchen auch, wie dieses neue Verständnis des synaptischen Beschneidens genutzt werden kann, um die Erziehung von Kindern zu verbessern. Die Forscher untersuchen auch, wie die Form der Synapsen bei geistigen Behinderungen eine Rolle spielen könnte.

Der Prozess des synaptischen Beschneidens könnte ein vielversprechendes Ziel für die Behandlung von Menschen mit Krankheiten wie Schizophrenie und Autismus sein. Die Forschung befindet sich jedoch noch im Anfangsstadium.