Plasticidad sináptica a corto y largo plazo

Las sinapsis no son fijas: su fuerza cambia con el uso. La plasticidad a corto plazo altera la transmisión en milisegundos a minutos, principalmente a través de cambios en la probabilidad de liberación de neurotransmisores, mientras que la plasticidad a largo plazo produce un fortalecimiento (potenciación a largo plazo) o debilitamiento (depresión a largo plazo) duradero de las sinapsis, ampliamente considerado como un sustrato celular del aprendizaje y la memoria. Este tema introduce ambas escalas de tiempo y sus mecanismos.

Definition

La plasticidad sináptica es la modificación de la fuerza sináptica dependiente de la actividad, que abarca cambios a corto plazo en la probabilidad de liberación que duran de milisegundos a minutos y la potenciación o depresión a largo plazo que puede persistir durante horas o más y se considera una base para el aprendizaje y la memoria.

Scope

Este tema cubre los cambios en la fuerza sináptica dependientes de la actividad: facilitación y depresión a corto plazo, potenciación y depresión a largo plazo, dependencia de la temporización de los potenciales de acción y escalamiento homeostático que mantiene la actividad dentro de ciertos límites. Se enmarca como fisiología y no proporciona orientación clínica o de tratamiento.

Core questions

• ¿Cómo cambia la actividad previa la fuerza de una sinapsis?
• ¿Qué distingue mecánicamente la plasticidad a corto plazo de la plasticidad a largo plazo?
• ¿Cómo surgen la potenciación y la depresión a largo plazo en la misma sinapsis?
• ¿Cómo mantienen las neuronas su actividad general dentro de un rango estable?

Key concepts

• Facilitación y depresión a corto plazo
• Efectos de pulso pareado
• Potenciación a largo plazo (LTP)
• Depresión a largo plazo (LTD)
• Plasticidad dependiente del receptor NMDA
• Plasticidad dependiente de la temporización de los potenciales de acción
• Escalamiento sináptico homeostático
• Plasticidad como sustrato de la memoria

Key theories

Plasticidad hebbiana y potenciación a largo plazo

Las sinapsis que están repetidamente activas cuando la célula postsináptica también está activa se fortalecen; en el hipocampo esto se realiza como potenciación a largo plazo dependiente del receptor NMDA, propuesta como un modelo sináptico de la memoria.

Plasticidad dependiente de la temporización de los potenciales de acción

El signo y el tamaño del cambio a largo plazo dependen de la temporización en milisegundos entre los potenciales de acción presinápticos y postsinápticos, lo que proporciona una regla de aprendizaje hebbiana temporalmente precisa.

Escalamiento sináptico homeostático

Las neuronas ajustan globalmente la fuerza de sus sinapsis para contrarrestar los aumentos o disminuciones prolongados de la actividad, estabilizando la descarga mientras se preservan los pesos sinápticos relativos.

Mechanisms

La plasticidad a corto plazo surge en gran medida de los cambios en el calcio presináptico y la disponibilidad de vesículas liberables: el calcio residual puede facilitar la liberación, mientras que el agotamiento del grupo de liberación rápida puede deprimirla en intervalos cortos. La potenciación a largo plazo en muchas sinapsis centrales depende del receptor NMDA, que admite calcio solo cuando la célula postsináptica se despolariza al mismo tiempo que la sinapsis está activa; la señal de calcio resultante desencadena cascadas de señalización que aumentan la fuerza sináptica, a menudo mediante la adición de receptores AMPA, mientras que diferentes patrones de entrada de calcio pueden producir depresión a largo plazo. La temporización de los potenciales de acción pre y postsinápticos da forma a la dirección de estos cambios, y mecanismos homeostáticos separados escalan los pesos sinápticos hacia arriba o hacia abajo para mantener estable la actividad neuronal general.

Clinical relevance

La plasticidad sináptica se estudia como sustrato del aprendizaje y la memoria y como un proceso alterado en condiciones que afectan la cognición, y las moléculas que la median son de interés como dianas para comprender dichos trastornos. Esta entrada describe la fisiología subyacente y se ofrece como referencia de fondo en lugar de como consejo diagnóstico o de tratamiento.

History

La potenciación a largo plazo se describió por primera vez en el hipocampo a principios de la década de 1970 y se desarrolló durante las décadas siguientes hasta convertirse en un modelo celular líder de la memoria, revisado de manera influyente por Bliss y Collingridge en 1993. Trabajos paralelos caracterizaron la plasticidad a corto plazo, la dependencia de la temporización de los potenciales de acción y el escalamiento homeostático, ampliando la explicación de cómo se regula la fuerza sináptica en diferentes escalas de tiempo.

Key figures

• Timothy Bliss
• Graham Collingridge
• Eric Kandel
• Gina Turrigiano

Seminal works

• bliss-collingridge-1993
• zucker-regehr-2002
• kandel-2001

Frequently asked questions

¿Qué es la potenciación a largo plazo?

Es un aumento duradero de la fuerza sináptica que sigue ciertos patrones de actividad, a menudo dependiente del receptor NMDA y de la señal de calcio que este admite, y se considera ampliamente un modelo celular de la memoria.

¿En qué se diferencia la plasticidad a corto plazo de la plasticidad a largo plazo?

La plasticidad a corto plazo cambia la transmisión en milisegundos a minutos, principalmente a través de cambios presinápticos en la probabilidad de liberación, mientras que la plasticidad a largo plazo produce un fortalecimiento o debilitamiento persistente que implica cambios moleculares y estructurales duraderos.