Lexikon der Biologie

Lernen



1: Neuronale Mechanismen der Konditionierung.


Bei der Hinterkiemerschnecke Aplysia (Seehasen) konnte gezeigt werden, daß nach einer Konditionierung (schwacher elektrischer Schlag auf den Sipho oder Berührung als bedingter Reiz [KS], stärkerer Elektroschock auf den Schwanz als unbedingter Reiz [UKS], so daß der Schwanz bald eingezogen wird, wenn die Schnecke nur den KS spürt) die sensorischen Neurone noch mehr Transmitter freisetzen als nach einer Sensitivierung. Diese aktivitätsabhängige Verstärkung vollzieht sich über die Erregung von Interneuronen und eine erhöhte Ausschüttung von Serotonin. Dabei sind eine prä- und eine postsynaptische Komponente zu unterscheiden: 1) Die in die Präsynapse nach dem KS einströmenden Calciumionen wirken nicht nur direkt auf die Transmitterausschüttung, sondern binden auch an Calmodulin, das sich an die Adenylat-Cyclase anlagert. Diese ist dann von Serotonin, das durch den UKS ausgeschüttet wird, leichter aktivierbar. Dadurch wird bei der Konditionierung mehr cAMP erzeugt als bei der Sensitivierung. Es kommt zu einer Aktivierung der Proteinkinase A (PKA; cAMP-abhängige Proteinkinase) und zu einem Verschluß der Kaliumkanäle, so daß die Depolarisation durch eintreffende Aktionspotentiale verlängert wird, mehr Calcium in die Zelle einströmt und sich die Transmitterfreisetzung erhöht. 2) Der von der Präsynapse freigesetzte Transmitter Glutamat kann 2 Typen von ionotropen Rezeptoren aktivieren: unter normalen Umständen nur einen konventionellen, Calcium-undurchlässigen Glutamatrezeptor (Glutamatrezeptor-Kanäle), aber bei einer Kopplung von KS und UKS auch einen NMDA-Rezeptorkanal. Dann nämlich ist die postsynaptische Membran durch die Aktionspotentiale schon depolarisiert. Dadurch wird der NMDA-Rezeptor bei Glutamat-Bindung durchlässig für Natrium- und Calciumionen, weil das Magnesiumion (Magnesium), das den Kanal blockiert, freigesetzt wird (Langzeitpotenzierung). Der Calcium-Einstrom setzt in der postsynaptischen Zelle mehrere molekulare Schritte in Gang, wodurch u.a. ein retrograder Botenstoff erzeugt wird, der auf die präsynaptische Zelle zurückwirkt und deren Transmitterausschüttung erhöht. Die Assoziation erfolgt also durch 2 Mechanismen: präsynaptisch über die leichtere Aktivierung der Adenylat-Cyclase, postsynaptisch über die Öffnung der NMDA-Kanäle. Diese Mechanismen sind nicht auf Aplysia beschränkt, sondern auch bei Insekten und Wirbeltieren nachgewiesen. Der Übergang vom Kurzzeitgedächtnis ins Langzeitgedächtnis (Konsolidierung; Engramm) erfolgt über Genaktivierung. Dies ist bei wiederholten Serotonin-Impulsen der Fall, was erklärt, warum längerfristiges Lernen wiederholtes Training erfordert. Bei Aplysia ist die Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors CREB-1 (CREB), der Gene anschaltet, für die Langzeitverstärkung hinreichend. Über MAP-Kinasen kommt es zu einer Aktivierung von CREB-2, das CREB-1 hemmt und die Langzeitverstärkung unterbindet. Dies ermöglicht eine zusätzliche Regulation der Gedächtnisbildung. – Ein anderer biochemischer Mechanismus der assoziativen Gedächtnisbildung, der bei Konditionierungsexperimenten sowohl bei Schnecken als auch bei Säugetieren wirksam ist, besteht in der Diacylglycerol-abhängigen Aktivierung von Proteinkinasen (Diacylglycerol), wodurch bei der Verknüpfung zweier Reize die entsprechende Zelle leichter erregbar wird. Längerfristig zieht dies ebenfalls morphologische Änderungen nach sich.

[Drucken] [Fenster schliessen]