Neuronale Plastizität am Beispiel des somatosensorischen Systems

Zusammenfassung

Das menschliche Gehirn ist zu massiver funktioneller Reorganisation fähig. Anhand von Ergebnissen der eigenen Arbeitsgruppe und einer Literaturübersicht werden die Grundlagen und Mechanismen dieser Plastizität am Beispiel des somatosensorischen Systems beschrieben. Sensible Bahnen mit ihren Relais-Stationen verlaufen in einander überlappenden Projektionen von der Peripherie zur Hirnrinde. Durch Veränderung synaptischer Gewichtungen können sich funktionelle Hirnkarten umorganisieren und dementsprechend veränderte Wahrnehmungen hervorrufen. Einerseits können z.B. nach einer Gliedmaßenamputation die benachbarten Repräsentanzen des somatosensorischen Homukulus in den deafferenzierten Kortexabschnitt “einwandern”. Andererseits führt sensomotorisches Training einer Gliedmaße zu einer Vergrößerung der zugehörigen kortikalen Repräsentation. Diese Plastizität kann kurzlebig oder anhaltend und damit irreversibel sein. Plastizität ist darüber hinaus modulierbar. So können Schmerzen aber auch Pharmaka zu einer Verstärkung der funktionellen Umorganisation führen. Die Kombination von physiotherapeutischem Training und pharmakologischer Modulation kann die Funktionserholung nach Gehirnläsionen steigern.

Summary

The mammalian brain is capable of a substantial functional reorganization, manifesting on a cortical somatotopical and on a behavioral level. Possible mechanisms are reviewed based on the work by others and ourselves on somatosensory reorganization in humans. The somatosensory system is characterized by divergent projections from the periphery to the cerebral cortex. Changes in synaptic weights allow for reorganization of sensory processing: On one side, limb amputation will result in a representational “invasion” of the deafferentated cortex from neighboring regions with concomitant perceptual changes. On the other side, sensorimotor training can increase the representational cortical zone of a limb. Plastic changes can be temporary or persistent. Modulating factors like pain and certain drugs seem to induce a permissive state in the cortex resulting in enhanced reorganization. Thus, specific physical training combined with pharmacoceutical modulation holds promise to improve functional recovery after brain lesions.