انعطاف‌پذیری سیناپسی و یادگیری

انعطاف‌پذیری سیناپسی (Synaptic plasticity) توانایی سیناپس‌ها برای تقویت یا تضعیف شدن در طول زمان در پاسخ به فعالیت است. این پدیده به طور گسترده‌ای به عنوان اساس سلولی یادگیری و حافظه در نظر گرفته می‌شود: هنگامی که الگوهای فعالیت عصبی به طور مداوم قدرت اتصالات را تغییر می‌دهند، شبکه اطلاعات را ذخیره می‌کند. این موضوع اشکال اصلی انعطاف‌پذیری وابسته به فعالیت و رابطه آن‌ها با یادگیری را بررسی می‌کند.

Definition

انعطاف‌پذیری سیناپسی عبارت است از تغییر پایدار و وابسته به فعالیت در قدرت انتقال سیناپسی — شامل تقویت طولانی‌مدت و تضعیف طولانی‌مدت — که به عنوان یک بستر سلولی برای یادگیری و حافظه پیشنهاد شده است.

Scope

این موضوع شامل تقویت طولانی‌مدت (LTP) و تضعیف طولانی‌مدت (LTD)، قوانین هبی و وابسته به زمان‌بندی پتانسیل عمل که بر آن‌ها حاکم هستند، مکانیسم‌های مولکولی شامل گیرنده‌های گلوتامات و آبشارهای سیگنالینگ، و ارتباط بین تغییرات سیناپسی و یادگیری و حافظه رفتاری است. این یک بررسی مرجع از مکانیسم‌ها است و راهنمایی بالینی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• سیناپس‌ها چگونه قدرت خود را در پاسخ به الگوهای فعالیت تغییر می‌دهند؟
• چه مکانیسم‌های مولکولی زیربنای تقویت طولانی‌مدت و تضعیف طولانی‌مدت هستند؟
• زمان‌بندی فعالیت پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی چگونه به تغییر سیناپسی ترجمه می‌شود؟
• انعطاف‌پذیری سیناپسی چگونه با یادگیری و حافظه رفتاری مرتبط است؟

Key concepts

• تقویت طولانی‌مدت (LTP)
• تضعیف طولانی‌مدت (LTD)
• قانون یادگیری هبی
• انعطاف‌پذیری وابسته به زمان‌بندی پتانسیل عمل
• گیرنده‌های NMDA و AMPA
• آبشارهای سیگنالینگ وابسته به کلسیم

Key theories

انعطاف‌پذیری هبی

هب پیشنهاد کرد که وقتی یک نورون به طور مکرر در شلیک نورون دیگر شرکت می‌کند، اتصال بین آن‌ها تقویت می‌شود — که اغلب به صورت «سلول‌هایی که با هم شلیک می‌کنند، با هم سیم‌کشی می‌شوند» بازگو می‌شود — و قانون مفهومی برای تغییر سیناپسی تداعی‌گر را فراهم می‌کند.

تقویت طولانی‌مدت به عنوان یک مدل حافظه

تقویت پایدار و ناشی از فعالیت سیناپس‌های هیپوکامپ (LTP)، همراه با همتای آن تضعیف طولانی‌مدت (LTD)، به عنوان یک مدل سیناپسی برای چگونگی ذخیره حافظه پیشنهاد شده است.

Mechanisms

در بسیاری از سیناپس‌های تحریکی، قدرت انتقال توسط فعالیت تنظیم می‌شود. در مسیر کانونی هیپوکامپ، آزادسازی همزمان پیش‌سیناپسی و دپلاریزاسیون پس‌سیناپسی، انسداد منیزیم گیرنده‌های NMDA را برطرف می‌کند و امکان ورود کلسیم را فراهم می‌آورد که آبشارهای سیگنالینگ و ورود یا حذف گیرنده‌های AMPA را تحریک می‌کند و تقویت یا تضعیف طولانی‌مدت را ایجاد می‌کند، همانطور که توسط بلیس و کالینگریج و توسط مالنکا و بیر بررسی شده است. زمان‌بندی دقیق و نسبی پتانسیل‌های عمل پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی می‌تواند جهت تغییر را تعیین کند، رابطه‌ای که به عنوان انعطاف‌پذیری وابسته به زمان‌بندی پتانسیل عمل (spike-timing-dependent plasticity) رسمی شده است. کار کندل چنین تغییرات سیناپسی را به بیان ژن و ذخیره‌سازی طولانی‌مدت حافظه مرتبط دانست.

Clinical relevance

انعطاف‌پذیری سیناپسی یک چارچوب مفهومی برای درک یادگیری، حافظه و بازیابی عملکرد پس از آسیب فراهم می‌کند و با شرایط مربوط به حافظه و شناخت مرتبط است. این مدخل آموزشی است و مکانیسم‌ها را توصیف می‌کند؛ مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.

Evidence & guidelines

این موضوع بر فیزیولوژی عصبی تجربی و علوم اعصاب مولکولی استوار است تا دستورالعمل‌های بالینی، و از کشف و توصیف LTP و LTD و از سنتزهایی که تغییرات سیناپسی را به حافظه مرتبط می‌کنند، بهره می‌برد.

History

ایده اینکه یادگیری منعکس‌کننده تغییرات در اتصالات سیناپسی است، توسط دونالد هب در سال 1949 مطرح شد. اثبات تجربی تقویت طولانی‌مدت در هیپوکامپ و کالبدشکافی مولکولی بعدی آن، به این ایده شکلی سلولی و ملموس بخشید، و کشف تضعیف طولانی‌مدت و انعطاف‌پذیری وابسته به زمان‌بندی پتانسیل عمل، دامنه توضیح چگونگی تغییر شکل قدرت سیناپسی توسط فعالیت را گسترش داد.

Debates

آیا LTP برای توضیح حافظه کافی است؟

تقویت طولانی‌مدت یک مکانیسم کاندیدای پیشرو برای ذخیره‌سازی حافظه است، اما میزان اینکه تا چه حد به طور کامل یادگیری و حافظه را توضیح می‌دهد، در مقابل اینکه یکی از چندین فرآیند مشارکت‌کننده باشد، یک سوال فعال باقی می‌ماند.

Key figures

• Donald Hebb
• Timothy Bliss
• Graham Collingridge
• Eric Kandel
• Robert Malenka

Seminal works

• hebb-1949
• bliss-collingridge-1993
• kandel-2001
• malenka-bear-2004

Frequently asked questions

تقویت طولانی‌مدت چیست؟

تقویت طولانی‌مدت (LTP) یک تقویت پایدار در انتقال سیناپسی است که از الگوهای خاصی از فعالیت پیروی می‌کند؛ این یکی از مطالعه‌شده‌ترین مکانیسم‌های کاندیدا برای چگونگی ذخیره اطلاعات توسط مغز است.

انعطاف‌پذیری سیناپسی چگونه با یادگیری مرتبط است؟

تغییرات وابسته به فعالیت در قدرت سیناپسی تصور می‌شود که تجربه را رمزگذاری می‌کنند: همانطور که الگوهای فعالیت اتصالات خاصی را تقویت یا تضعیف می‌کنند، پاسخ‌های شبکه تغییر می‌کنند، که به طور گسترده‌ای به عنوان اساس سلولی یادگیری و حافظه در نظر گرفته می‌شود.