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Name: Sema, Christoph 2018-10

 

NMDA-Synapse und der Prozess des Lernens

Der Prozess des Lernens wird durch die Plastizität des Gehirns ermöglicht. Die Plastizität beschreibt die Eigenschaft einzelner Synapsen und Gehirnareale sich in Abhängigkeit ihrer Nutzung zu verändern. Dieser natürliche Vorgang findet sowohl an der Prä- als auch an der Postsynapse statt und ist die Grundlage aller Lernprozesse.
An der Präsynapse finden sich axo-axonale Kontakte, die als Second-Messenger fungieren.
Diese regen Vesikel der Präsynapse an und unterstützen die Blockierung von Kaliumionenkanälen. Jedoch lösen die Botenstoffe des Neurons keine Veränderung des Membranpotentials aus.
Der in der NMDA-Synapse vorkommende Botenstoff ist Glutamat, welcher an zwei verschiedene Rezeptoren an der Postsynapse andocken kann. Diese Rezeptoren sind AMPA- und NMDA-Rezeptoren.
Man kann sagen, dass kurzfristige Prozesse Kurzplastizität auslösen und langanhaltende Prozesse zu Langzeitplastizität führen. Diese sorgt dann dafür, dass sich der Kontakt zwischen Prä- und Postsynapse, unter struktureller Veränderung der Synapse, verbessert.

 

Herkömmliche synaptische Übertragung

Der von der Präsynapse freigesetzte Botenstoff Glutamat bindet an die AMPA-Rezeptoren. Diese sind an rezeptorabhängige Ionenkanäle gebunden. Nach dem Anbinden des Botenstoffes Glutamat gewähren die Ionenkanäle den Einstrom von Natriumkationen und den Ausstrom von Kaliumionenkationen, sodass die Membran depolarisiert wird.
Die NMDA-Rezeptoren sind bei der herkömmlichen synaptischen Übertragung durch Magnesiummoleküle blockiert. Daher kann an den jeweiligen rezeptorabhängigen Ionenkanälen kein Ionenaustausch stattfinden.

 

Synaptische Übertragung unter Einfluss der Langzeitpotenzierung

Bei der Anregung der Postsynapse über einen längeren Zeitraum kommt es zur sogenannten Langzeitpotenzierung. Durch die Depolarisation der postsynaptischen Membran wird die Magnesium-Blockade der NMDA-Rezeptoren aufgehoben, sodass sich die rezeptorabhängigen Ionenkanäle öffnen und Ionenflüsse ermöglichen. Kaliumkationen strömen aus und sowohl Natrium- als auch und Calciumkationen strömen ein. Die einströmenden Calciumkationen binden im Innenraum der Postsynapse an Calmodulin und bildet ein Calmodulin-Komplex, dieser bewirkt die Aktivierung der Calcium-Calmodulin-Kinase, der Proteinkinase und der Tyrosinkinase. Die genannten Kinasen führen zunächst zur Bildung eines Botenstoffes, welcher als Messenger fungiert. Dieser wandert zur Präsynapse und steigert dort die Botenstoffausschüttung des Glutamats.
In späteren Phasen der Langzeitpotenzierung wird von dem Calcium-Calmodulin-Komplex zusätzlich die Adenylatzyklase aktiviert, welche die Reaktion von Adenosintriphosphat zu zyklischem Adenosinmonophosphat katalysiert. Jenes gelangt dann zum Zellkern und kann dort die Proteinbiosynthese auslösen, welche zu Veränderungen der Struktur der Synapse führen kann.

Die Langzeitpotenzierung regt strukturelle Veränderungen und Neubildung von Synapsen an. Dieser Vorgang wird auch Synaptogenese genannt.
Bereits vorhandene Synapsen können sich in zwei teilen, wenn sie über lange Zeit stark angeregt werden. Herrscht also eine hohe Aktivität der Synapse vergrößert sich zunächst die Kontaktfläche der Synapse. Daraufhin teilt sich die Synapse in zwei, sodass die Verbindung zur anderen Nervenzelle verstärkt wird.
Außerdem können ganz neue Synapsen gebildet werden. Ein wachsendes Axon kann sich einem Dendriten annähern, sodass eine Kontaktstelle entsteht. Notwendige Proteine und Zellorganellen werden daraufhin in einem Vorgang der Reifung gebildet und eine Prä- und Postsynapse entstehen.

Nicht bzw. selten benutzte Synapsen werden dafür abgebaut.
Die sogenannte Neurogenese im Gyrus dentatus sorgt für die Differenzierung, Migration und Integration der Synapsen und Nervenzellen.
Das heißt Langzeitpotenzierung führt zur Verbesserung der Synapsen und zu Neurogenese. Diese Prozesse unterstützen den Prozess des Lernens und somit das Langzeitgedächtnis im Hippocampus.
Wenn wir also bestimmte Areale unseres Gehirns häufig verwenden fördern wir die Angesprochenen Synapsen und verstärken den Austausch noch weiter. Neurogenese ist somit der Motor für den gesamten Lernprozess.

 

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