Den größten Teil des zwanzigsten Jahrhunderts galt das Lehrbuchbild des erwachsenen Gehirns als festgelegt: bis zur Adoleszenz seien seine Schaltkreise angelegt und könnten danach nur noch verfallen. Santiago Ramón y Cajal, der Begründer der modernen Neurowissenschaft, erklärte 1928, in den erwachsenen Zentren sind die Nervenbahnen etwas Festes, Beendetes, Unveränderliches; alles kann sterben, nichts kann sich regenerieren — und er lag falsch, mit diesem Irrtum als der zentralen Korrektur der Neurowissenschaft in den letzten vierzig Jahren. Das erwachsene Gehirn ist erheblich plastisch: Synapsen werden mit Erfahrung lebenslang verstärkt und geschwächt, in bestimmten Hirnregionen entstehen selbst im hohen Alter neue Neuronen, und kortikale Karten organisieren sich auf Verletzung und Lernen hin um. Die Neuroplastizität ist die biologische Grundlage allen Lernens, jeder Erholung, jeder Anpassung.
Neuroplastizität wirkt auf mehreren Ebenen und Zeitskalen. Synaptische Plastizität verändert die Stärke einzelner Synapsen über Langzeit-Potenzierung (LTP) und Langzeit-Depression (LTD) auf Zeitskalen von Sekunden bis Tagen; strukturelle Plastizität lässt die dendritischen Stacheln selbst im erwachsenen Gehirn wachsen, sich zurückziehen oder vergrößern — Zwei-Photonen-Mikroskopie am lebenden Mausgehirn zeigt Stacheln, die im Zuge motorischen Lernens neu entstehen. Die adulte Neurogenese erzeugt lebenslang neue Neuronen in zwei gut belegten Säugerregionen, der subgranulären Zone des hippocampalen Gyrus dentatus und der subventrikulären Zone. Kortikale Karten gestalten sich um unter Erfahrung und Verletzung: der somatosensorische Homunkulus ist nicht festgelegt (nach einer Amputation wird das kortikale Gebiet des fehlenden Gliedes von Nachbargebieten übernommen — die Grundlage der Phantomglied-Phänomene und Ramachandrans Spiegelkasten-Therapie); Streichinstrumentenspieler haben vergrößerte Repräsentationen für die linken Finger; Londoner Taxifahrer, die rund 25 000 Straßen lernen, um the Knowledge zu bestehen, haben vergrößerte posteriore Hippocampi (Maguire 2000); in der crossmodalen Plastizität wird das V1 Blinder zum Lesen von Brailleschrift mitgenutzt. Kritische Perioden heißt: Plastizität ist nicht konstant — früh in der Entwicklung formt Erfahrung die Schaltkreise nachhaltig, nach Schluss der Periode bleibt dieselbe Erfahrung wirkungsarm —, doch lassen sich die molekularen Bremsen bei Erwachsenen teilweise lösen und die Plastizität so wieder öffnen. Der Plastizität-Stabilität-Kompromiss ist die tiefe Einsicht: zu viel Plastizität destabilisiert vorhandenes Wissen, zu wenig blockiert neues Lernen, und das erwachsene Gehirn scheint die Plastizität gerade deshalb herunterzufahren, um zu schützen, was es bereits gelernt hat.
Die Schlaganfall-Rehabilitation ist Neuroplastizität in Aktion — Patienten gewinnen verlorene Funktionen über neuronale Umorganisation zurück —, und die Constraint-Induced Movement Therapy spielt die Plastizität gezielt für die motorische Erholung an. Hirn-Computer-Schnittstellen (Neuralink, BrainGate) funktionieren, weil sich der Cortex an ein neues BCI-Signal anpasst, als wäre es ein natürlicher motorischer Befehl. Die Psychedelika-gestützte Therapie (Psilocybin, MDMA, Ketamin) wird zunehmend als Induktion eines kurzzeitig hyperplastischen Zustands verstanden, mit raschen antidepressiven Wirkungen, die vom Öffnen eines kritisch-perioden-ähnlichen Fensters abhängen, in dem die Therapie eingefahrene Muster umarbeiten kann. Neurodegenerative Erkrankungen sind sowohl Verlust an Plastizität als auch Versagen der Plastizität, den Zelltod auszugleichen, während das Altern substanzielle Plastizität bewahrt, mit niedrigerer Spitze und gestreckten Zeitskalen.