Neuronale Netze – Verbindungen im Gehirn
Das Gehirn besteht aus etwa 100 Milliarden Neuronen, von denen jedes über ungefähr 10.000 synaptische Verbindungen mit anderen Neuronen kommunizieren kann. Insgesamt sind das etwa 100 Billionen Synapsen.
Dieses Informationsnetz ist auf viele unterschiedliche Arten und auf verschiedenen Ebenen strukturiert und organisiert. Jeder Teil im Gehirn nimmt natürlich seine spezielle Aufgaben wahr, aber die einzelnen Teile können noch einmal feiner gegliedert sein.
Beim Kortex finden wir die Aufteilung in zwei Hemisphären, die wiederum vier Lappen umfasst. Jeder Lappen hat wieder eigene Aufgaben und setzt sich aus weiteren Einheiten, den neuronalen Karten zusammen. Die neuronale Karte ist ein lokal begrenztes Netzwerk synaptischer Verbindungen, das für eine Teilaufgabe zuständig ist, beispielsweise die Steuerung und Koordination des rechten Daumens. vgl. 4
Das Neuron
Das Neuron, der Grundbaustein des Gehirns, speichert und verarbeitet Informationen und gibt sie an andere Neuronen weiter. Es empfängt Signale am Zellkörper und an seinen vielen Dendriten. Der Sender des Neurons ist das lange Axon. Über Synapsen am Axonende überträgt es elektrische Nervenimpulse, so genannte Aktionspotenziale, durch ein chemisches Signal.
Starke Verbindungen, starke Impulse
Die Gewichtung der Signale ist unterschiedlich stark oder schwach. Das hängt nicht vom Impuls selbst ab – der ist immer gleich – sondern von der Stärke der Synapsen. Nur bei einer starken synaptischen Verbindung kann das Empfängerneuron stark genug erregt werden. Bei einer schwachen Verbindung dagegen kommt der Impuls nicht beim nächsten Neuron an. Die Synapsenstärke nimmt je nach Gebrauch zu oder ab. Je häufiger Impulse gesendet werden, desto stärker die Verbindung. Darüber hinaus kann die synaptische Kontaktfläche vergrößert und verkleinert oder ganze Synapsen können auf-, ab- oder umgebaut werden. Wenn in der Folge ganze Axone oder Dendritenverzweigungen sich zurückentwickeln oder in andere Richtungen ausbreiten, verändert sich sogar die neuronale Struktur.
Neuronale Karten
Starke synaptische Verbindungen von Zellen, die regelmäßig zusammenarbeiten – angeregt durch eine hohe Aktivität – bilden im Kortex einzelne Netzwerke, so genannte neuronale Karten. Es gibt mehrere Hundert von ihnen. Auf dem sensorischen Kortex beispielsweise ist die Körperoberfläche wie eine Landkarte repräsentiert, geordnet nach Zusammengehörigkeit und -spiel. Karten von Fingern und Händen liegen nebeneinander, daneben sind die Arme repräsentiert. Diese Karten sind vergleichsweise groß, weil der Input entsprechend hoch ist; Finger und Hände werden ständig gebraucht. Dagegen ist die Karte für den Rücken relativ klein, weil dort kaum sensorische Reize verarbeitet werden. Auch die neuronalen Karten sind direkt abhängig von Aktivität. Sie wachsen bei Gebrauch und schrumpfen, wenn sie nicht verwendet werden. vgl. 4
Neurogenese
Zudem kann selbst das erwachsene Gehirn im Hippokampus neue Nervenzellen bilden. Diese Neubildung von Neuronen, Neurogenese, ist bis ins hohe Alter möglich, geistige und körperliche Aktivität vorausgesetzt. Die neu gebildeten Neuronen werden mit bestehenden neuronalen Netzwerken synaptisch verschaltet.
Eine Art Dünger für das Wachstum neuer Neuronen und Synapsen ist das Protein „Brain-derived neurotrophic factor“, kurz BDNF. Es gehört zur Gruppe der Neurotrophine, also der Nervennährstoffe. BDNF schützt Neuronen und Synapsen und fördert das Wachstum neuer vor allem in Hippokampus, Kortex und Vorderhirn – also genau in den Bereichen im Gehirn, die für das Lernen, das Gedächtnis und das Langzeitgedächtnis sorgen. vgl. 6
