Definition
Synaptisches 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 Gehirnstrukturen, mit denen die Neuronen ein elektrisches oder chemisches Signal an ein anderes Neuron übertragen können.
Es wird angenommen, dass das synaptische Beschneiden der Weg des Gehirns ist, um Verbindungen im Gehirn zu entfernen, die nicht mehr benötigt werden. Forscher haben kürzlich erfahren, dass das Gehirn „plastischer“und formbarer ist als bisher angenommen. Synaptisches Beschneiden ist die Methode unseres Körpers, um eine effizientere Gehirnfunktion aufrechtzuerhalten, wenn wir älter werden und neue komplexe Informationen lernen.
Da mehr über das synaptische Beschneiden gelernt wird, fragen sich viele Forscher auch, ob es einen Zusammenhang zwischen dem synaptischen Beschneiden und dem Auftreten bestimmter Störungen, einschließlich Schizophrenie und Autismus, gibt.
Wie funktioniert das synaptische Beschneiden?
Im Säuglingsalter erfährt das Gehirn ein starkes Wachstum. Es gibt eine Explosion der Synapsenbildung zwischen Neuronen während der frühen Gehirnentwicklung. Dies nennt man Synaptogenese.
Diese schnelle Phase der Synaptogenese spielt eine wichtige Rolle für das Lernen, die Gedächtnisbildung und die Anpassung in jungen Jahren. Mit etwa 2 bis 3 Jahren erreicht die Anzahl der Synapsen einen Spitzenwert. Doch kurz nach dieser Phase des synaptischen Wachstums beginnt das Gehirn, nicht mehr benötigte Synapsen zu entfernen.
Sobald das Gehirn eine Synapse bildet, kann es entweder gestärkt oder geschwächt werden. Dies hängt davon ab, wie oft die Synapse verwendet wird. Mit anderen Worten, der Prozess folgt dem Prinzip „benutze es oder verliere es“: Synapsen, die aktiver sind, werden gestärkt, und Synapsen, die weniger aktiv sind, werden geschwächt und letztendlich beschnitten. Das Entfernen der irrelevanten Synapsen während dieser Zeit wird als synaptisches Beschneiden bezeichnet.
Das frühe synaptische Beschneiden wird hauptsächlich von unseren Genen beeinflusst. Später basiert es auf unseren Erfahrungen. Mit anderen Worten, ob eine Synapse beschnitten wird oder nicht, wird durch die Erfahrungen eines sich entwickelnden Kindes mit der Welt um es herum beeinflusst. Durch ständige Stimulation wachsen die Synapsen und werden dauerhaft. Wenn ein Kind jedoch nur wenig stimuliert wird, behält das Gehirn weniger dieser Verbindungen bei.
Wann erfolgt das synaptische Beschneiden?
Der Zeitpunkt des synaptischen Beschneidens variiert je nach Gehirnregion. Einige synaptische Beschneidungen beginnen sehr früh in der Entwicklung, aber die schnellsten Beschneidungen erfolgen zwischen ungefähr 2 und 16 Jahren.
Frühes embryonales Stadium bis 2 Jahre
Die Entwicklung des Gehirns im Embryo beginnt wenige Wochen nach der Empfängnis. Im siebten Monat einer Schwangerschaft beginnt der Fötus, seine eigenen Gehirnwellen auszusenden. Während dieser Zeit werden vom Gehirn neue Neuronen und Synapsen mit extrem hoher Geschwindigkeit gebildet.
Im ersten Lebensjahr verzehnfacht sich die Anzahl der Synapsen im Gehirn eines Säuglings um mehr als das Zehnfache. Im Alter von 2 oder 3 Jahren hat ein Säugling ungefähr 15.000 Synapsen pro Neuron.
Im visuellen Kortex des Gehirns (dem Teil, der für das Sehen verantwortlich ist) erreicht die Synapsenproduktion ihren Höhepunkt im Alter von etwa 8 Monaten. Im präfrontalen Kortex treten irgendwann im ersten Lebensjahr Spitzenwerte der Synapsen auf. Dieser Teil des Gehirns wird für eine Vielzahl komplexer Verhaltensweisen verwendet, einschließlich Planung und Persönlichkeit.
Alter 2 bis 10 Jahre
Während des zweiten Lebensjahres sinkt die Anzahl der Synapsen dramatisch. Das synaptische Beschneiden erfolgt sehr schnell zwischen dem 2. und 10. Lebensjahr. Während dieser Zeit werden etwa 50 Prozent der zusätzlichen Synapsen eliminiert. Im visuellen Kortex wird der Schnitt bis zum Alter von etwa 6 Jahren fortgesetzt.
Jugend
Das synaptische Beschneiden setzt sich im Jugendalter fort, jedoch nicht so schnell wie zuvor. Die Gesamtzahl der Synapsen beginnt sich zu stabilisieren.
Während Forscher einst dachten, das Gehirn habe Synapsen nur bis zur frühen Adoleszenz beschnitten, haben die jüngsten Fortschritte eine zweite Schnittperiode während der späten Adoleszenz entdeckt.
Frühes Erwachsenenalter
Neueren Forschungen zufolge setzt sich das synaptische Beschneiden tatsächlich bis ins frühe Erwachsenenalter fort und hört irgendwann Ende der 20er Jahre auf.
Interessanterweise erfolgt das Beschneiden während dieser Zeit hauptsächlich im präfontalen Kortex des Gehirns, dem Teil des Gehirns, der stark an Entscheidungsprozessen, Persönlichkeitsentwicklung und kritischem Denken beteiligt ist.
Erklärt das synaptische Beschneiden den Beginn der Schizophrenie?
Die Forschung, die die Beziehung zwischen synaptischem Beschneiden und Schizophrenie untersucht, befindet sich noch im Anfangsstadium. Die Theorie besagt, dass schizophrene Gehirne „übermäßig beschnitten“sind und dieses Überschneiden durch genetische Mutationen verursacht wird, die den synaptischen Beschneidungsprozess beeinflussen.
Als Forscher beispielsweise Bilder des Gehirns von Menschen mit psychischen Störungen wie Schizophrenie betrachteten, stellten sie fest, dass Menschen mit psychischen Störungen im präfrontalen Bereich weniger Synapsen hatten als das Gehirn von Menschen ohne psychische Störungen.
Dann analysierte eine große Studie post mortem 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 kann.
Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Hypothese zu bestätigen, dass ein abnormaler synaptischer Schnitt zur Schizophrenie beiträgt. Während dies noch weit entfernt ist, kann das synaptische Beschneiden ein interessantes Ziel für Behandlungen für Menschen mit psychischen Störungen darstellen.
Ist synaptisches Beschneiden mit Autismus verbunden?
Wissenschaftler haben die genaue Ursache von Autismus immer noch nicht genau bestimmt. Es ist wahrscheinlich, dass mehrere Faktoren im Spiel sind, aber kürzlich hat die Forschung einen Zusammenhang zwischen Mutationen in bestimmten Genen gezeigt, die mit der synaptischen Funktion und Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) zusammenhängen.
Im Gegensatz zur Erforschung der Schizophrenie, bei der angenommen wird, dass das Gehirn „überbeschnitten“ist, nehmen die Forscher an, dass das Gehirn von Menschen mit Autismus möglicherweise „unterbeschnitten“ist. Theoretisch führt dieser Unterschnitt zu einem Überangebot an Synapsen in einigen Teilen des Gehirns.
Um diese Hypothese zu testen, untersuchten die Forscher das Gehirngewebe von 13 Kindern und Jugendlichen mit und ohne Autismus, die zwischen 2 und 20 Jahren verstorben waren. Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Gehirn der Jugendlichen mit Autismus viel mehr Synapsen aufwies als das Gehirn neurotypischer Jugendlicher. Kleine Kinder in beiden Gruppen hatten ungefähr die gleiche Anzahl von Synapsen. Dies deutet darauf hin, dass der Zustand während des Schnittvorgangs auftreten kann. Diese Forschung zeigt nur einen Unterschied in den Synapsen, aber nicht, ob dieser Unterschied eine Ursache oder eine Wirkung von Autismus oder nur eine Assoziation sein könnte.
Diese Theorie des Unterschneidens kann helfen, 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 des Geräusches als eine fein abgestimmte Gehirnreaktion erfahren.
Darüber hinaus haben frühere Forschungen Autismus mit Mutationen in Genen in Verbindung gebracht, die auf ein Protein wirken, das als mTOR-Kinase bekannt ist. Im Gehirn von Autismus-Patienten wurden große Mengen an überaktivem mTOR gefunden. Es wurde auch gezeigt, dass eine Überaktivität im mTOR-Weg mit einer übermäßigen Produktion von Synapsen verbunden ist. Eine Studie ergab, dass Mäuse mit überaktivem mTOR Defekte in ihrem synaptischen Schnitt aufwiesen und ASD-ähnliches soziales Verhalten zeigten.
Wohin geht die Forschung zum synaptischen Beschneiden?
Synaptisches Beschneiden ist ein wesentlicher Bestandteil der Gehirnentwicklung. Durch das Entfernen der nicht mehr verwendeten Synapsen wird das Gehirn mit zunehmendem Alter effizienter.
Heutzutage stützen sich die meisten Ideen zur Entwicklung des menschlichen Gehirns auf diese Idee der Plastizität des Gehirns. Die 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 zur Verbesserung der Kindererziehung genutzt werden kann. Die Forscher untersuchen auch, wie die Form der Synapsen bei geistigen Behinderungen eine Rolle spielen könnte.
Der Prozess des synaptischen Beschneidens kann ein vielversprechendes Ziel für Behandlungen von Menschen mit Erkrankungen wie Schizophrenie und Autismus sein. Die Forschung befindet sich jedoch noch im Anfangsstadium.
