34.5.5.6 Lernen ist lebenslange Entwicklung

Da Lernprozesse, wie wir gesehen haben, mit dem Sprießen von Axonterminalien, also mit Wachstumsprozessen einhergehen, kann Lernen auch als Entwicklungsprozeß aufgefaßt werden. Nirgends ist das experimentell deutlicher gemacht worden als durch die Arbeiten von Carla Shatz am visuellen System von Säugern, die zeigen, daß die gleichen molekularen Prozesse, die Lernen ermöglichen, aktiv in die Entwicklung eines Organismus integriert sind.

Die exakte Verdrahtung eines Gehirns bis ins letzte Detail wird von den aktivitätsunabhängigen Mechanismen der axonalen Weg- und Zielfindung, wie sie in 34.3.4 besprochen wurden, nicht geleistet. Vergleicht man z.B. die axonalen Verzweigungen von Ganglienzellen der Retina im lateralen Kniekörper in frühen und in späten Reifungsstadien, findet man, daß sich die ursprünglich über mehrere Schichten weit ausbreitenden Verzweigungsbäumchen zunehmend verkleinern und auf eine Schicht konzentrieren. Auch die Retinotopie wird verbessert. Wenn die Na+-Kanäle mit TTX vergiftet, also Aktionspotentiale unterbunden werden, findet dieser Prozeß nicht statt. Carla Shatz konnte zeigen, daß diese aktivitätsabängige Feinverdrahtung der Ganglienzellaxone im Frettchen bereits stattfindet, wenn die Lichtsinneszellen noch gar nicht gebildet worden sind. Durch in der Ganglienzellschicht der Retina spontan erzeugte zufällige Aktivitätswellen wird sichergestellt, daß benachbarte Ganglienzellen eine größere Chance haben gleichzeitig zu feuern als weiter entfernte. „Fire together, wire together“, so die englische Formulierung des Prinzips der Hebbschen Synapse, trägt zur Verbesserung der durch aktivitätsunabhängige Prozesse nur grob eingestellten Retinotopie und zur sauberen Trennung der ipsi- und kontralateral innervierten Schichten im Kniehöcker bei.

Lernen ist also ein Entwicklungsprozeß, Gehirne sind strukturell offen und genetisch nicht bis ins letzte Detail vorprogrammiert.

Zusammenfassung: Die cAMP-vermittelte Signaltransduktionskaskade hat einen großen Einfluß auf Lernmechanismen bei verschieden Modellsystemen. Die Beinflußung einzelner Mitglieder dieser Kaskade führt zu ähnlichen Resultaten. Die cAMP-Signalkaskade ist sowohl an Kurzzeit- als auch an Langzeitveränderungen beteiligt. Analoge Ergebnisse an verschieden Modellorganismen lassen auf eine hohe Konservierung dieser Mechanismen schließen. Die CREB-Transkriptionsfaktoren spielen eine wichtige Rolle bei der Konsolidierung von Gedächtnis bei Aplysia, Drosophila und der Maus. In der Fliege ist mit genetischen Methoden die Trennung von struktureller und funktioneller Plastizität gelungen. Aktive Synapsen wachsen durch die Deregulation von Adhäsionsmolekülen und werden kompetent für die durch CREB veranlaßte funktionelle Verstärkung. Lernen als lebenslanger Entwicklungsprozeß zeigt sich auch bei Vertebraten. Eine besonders wichtige Rolle spielt der NMDA-Rezeptor, der als zentrales Bauelement für die Verwirklichung des Prinzips der Hebbschen Synapse gelten darf, welches auch der Feinverdrahtung des visuellen Systems bei Säugern zugrundeliegt.