Anatomie und Plastizität hippocampaler Regelkreise

Der Hippocampus ist ein phylogenetisch älterer Teil der Großhirnrinde und wird funktionell mit Lern- und Gedächtnisvorgängen assoziiert.

Morphologisch weist der Hippocampus strukturelle Besonderheiten hinsichtlich seiner Zytoarchitektur und Konnektivität auf. Er hat einen 3-schichtigen Aufbau auf und die Prinzipalneurone im Hippocampus proper, die Pyramidenzellen, und die Körnerzellen des Gyrus dentatus sind in einer Schicht angeordnet. Die angrenzenden Schichten enthalten die Dendriten der Prinzipalneurone und verschiedene Fasersysteme. Ein weiteres morphologisches Merkmal ist die geschichtete Termination intrinsischer und extrinsischer Afferenzen. Dies hat zur Folge, dass Axone regionsspezifisch und/oder schichtenspezifisch bestimmte hippocampale Abschnitte innervieren. Daraus resultieren die für den Hippocampus und den Gyrus dentatus charakteristischen synaptischen Verschaltungsmuster. Dies wird besonders deutlich am Beispiel der Afferenzen aus dem entorhinalen Kortex. Diese Hirnregion, eine der wichtigsten exzitatorischen Eingänge zum Hippocampus, bündelt alle neokortikalen Informationen für den Hippocampus. Die entorhinalen Nervenfasern gelangen in einer spezifischen topographischen Anordnung in distinkte Hippocampusabschnitte und endigen dort exklusiv an peripheren Dendritensegmenten. Ebenfalls die Funktion des Hippocampus beeinflussend sind die septohippocampalen cholinergen und GABAergen Afferenzen. Die Interaktion dieser beiden Fasersysteme und die unterschiedliche Termination der jeweiligen Faserpopulationen moduliert die neuronale Aktivität hippocampaler Prinzipalneurone.

Elektrische Stimulation hippocampaler Projektionen führt zu einer lang-anhaltenden Verstärkung der synaptischen Übertragung, die zu einer Zunahme postsynaptischer Spines führen kann. Dies als Lang-Zeit-Potenzierung (LTP) beschriebene neurophysiologische Phänomen dient als Modell zum Studium der zellulären Mechanismen neuronaler Plastizität.

Die Ausbildung kortikaler Zytoarchitektur und der spezifischen Konnektivitätsmuster am Beispiel des Hippocampus ist Gegenstand neurobiologischer Forschung. Es gelang, Moleküle zu identifizieren, die während der Entwicklung des Hippocampus neuronale Migration und Navigation auswachsender Axone steuern. Zeitlich-räumliche Veränderungen in der Expression oder das gänzliche Fehlen solcher Moleküle beeinflussen die Zytoarchitektur und die Ausbildung der typischen synaptischen Verschaltungsmuster und damit auch die Funktion des Hippocampus.