انعطافپذیری سیناپسی کوتاهمدت و بلندمدت
سیناپسها ثابت نیستند: قدرت آنها با استفاده تغییر میکند. انعطافپذیری کوتاهمدت، انتقال را در بازه زمانی میلیثانیه تا دقیقه تغییر میدهد که عمدتاً از طریق تغییرات در احتمال آزادسازی انتقالدهنده عصبی است، در حالی که انعطافپذیری بلندمدت، تقویت پایدار (تقویت بلندمدت) یا تضعیف (تضعیف بلندمدت) سیناپسها را ایجاد میکند که به طور گستردهای به عنوان بستر سلولی یادگیری و حافظه در نظر گرفته میشود. این موضوع هر دو مقیاس زمانی و مکانیسمهای آنها را معرفی میکند.
Definition
انعطافپذیری سیناپسی عبارت است از تغییر وابسته به فعالیت در قدرت سیناپسی، که شامل تغییرات کوتاهمدت در احتمال آزادسازی میشود که از میلیثانیه تا دقیقه به طول میانجامد و تقویت یا تضعیف بلندمدت که میتواند ساعتها یا بیشتر ادامه یابد و به عنوان مبنایی برای یادگیری و حافظه در نظر گرفته میشود.
Scope
این موضوع به تغییرات وابسته به فعالیت در قدرت سیناپسی میپردازد: تسهیل و تضعیف کوتاهمدت، تقویت و تضعیف بلندمدت، وابستگی به زمانبندی پتانسیل عمل، و مقیاسبندی هموستاتیک که فعالیت را در محدودهای مشخص نگه میدارد. این مبحث در چارچوب فیزیولوژی ارائه شده و راهنمایی بالینی یا درمانی ارائه نمیدهد.
Core questions
- فعالیت قبلی چگونه قدرت یک سیناپس را تغییر میدهد؟
- چه چیزی انعطافپذیری کوتاهمدت را از انعطافپذیری بلندمدت از نظر مکانیکی متمایز میکند؟
- تقویت و تضعیف بلندمدت چگونه در یک سیناپس ایجاد میشوند؟
- نورونها چگونه فعالیت کلی خود را در یک محدوده پایدار نگه میدارند؟
Key concepts
- تسهیل و تضعیف کوتاهمدت
- اثرات پالس جفتی
- تقویت بلندمدت (LTP)
- تضعیف بلندمدت (LTD)
- انعطافپذیری وابسته به گیرنده NMDA
- انعطافپذیری وابسته به زمانبندی پتانسیل عمل
- مقیاسبندی هموستاتیک سیناپسی
- انعطافپذیری به عنوان بستر حافظه
Key theories
- انعطافپذیری هبی و تقویت بلندمدت
- سیناپسهایی که به طور مکرر فعال هستند در حالی که سلول پسسیناپسی نیز فعال است، تقویت میشوند؛ در هیپوکامپ این امر به صورت تقویت بلندمدت وابسته به گیرنده NMDA محقق میشود که به عنوان یک مدل سیناپسی حافظه پیشنهاد شده است.
- انعطافپذیری وابسته به زمانبندی پتانسیل عمل
- علامت و اندازه تغییر بلندمدت به زمانبندی میلیثانیهای بین پتانسیلهای عمل پیشسیناپسی و پسسیناپسی بستگی دارد و یک قانون یادگیری هبی با دقت زمانی بالا را فراهم میکند.
- مقیاسبندی هموستاتیک سیناپسی
- نورونها به طور کلی قدرت سیناپسهای خود را تنظیم میکنند تا افزایش یا کاهش طولانیمدت فعالیت را خنثی کنند و در عین حال شلیک را تثبیت کرده و وزنهای نسبی سیناپسی را حفظ کنند.
Mechanisms
انعطافپذیری کوتاهمدت عمدتاً ناشی از تغییرات در کلسیم پیشسیناپسی و در دسترس بودن وزیکولهای قابل آزادسازی است: کلسیم باقیمانده میتواند آزادسازی را تسهیل کند، در حالی که کاهش ذخیره وزیکولهای آماده آزادسازی میتواند آن را در فواصل کوتاه تضعیف کند. تقویت بلندمدت در بسیاری از سیناپسهای مرکزی به گیرنده NMDA بستگی دارد که کلسیم را تنها زمانی وارد میکند که سلول پسسیناپسی همزمان با فعال بودن سیناپس دپلاریزه شود؛ سیگنال کلسیمی حاصل، آبشارهای سیگنالینگ را فعال میکند که قدرت سیناپسی را افزایش میدهد، اغلب با افزودن گیرندههای AMPA، در حالی که الگوهای مختلف ورود کلسیم میتواند به جای آن تضعیف بلندمدت را ایجاد کند. زمانبندی پتانسیلهای عمل پیشسیناپسی و پسسیناپسی جهت این تغییرات را شکل میدهد، و مکانیسمهای هموستاتیک جداگانه وزنهای سیناپسی را بالا یا پایین میبرند تا فعالیت کلی نورونی را پایدار نگه دارند.
Clinical relevance
انعطافپذیری سیناپسی به عنوان بستری برای یادگیری و حافظه و همچنین به عنوان فرآیندی که در شرایط مؤثر بر شناخت مختل میشود، مورد مطالعه قرار میگیرد، و مولکولهایی که واسطه آن هستند به عنوان اهدافی برای درک چنین اختلالاتی مورد توجه قرار میگیرند. این مدخل فیزیولوژی زیربنایی را توصیف میکند و به عنوان یک مرجع پسزمینه ارائه میشود تا یک توصیه تشخیصی یا درمانی.
History
تقویت بلندمدت برای اولین بار در هیپوکامپ در اوایل دهه ۱۹۷۰ توصیف شد و در دهههای بعدی به یک مدل سلولی پیشرو برای حافظه تبدیل گشت که به طور تأثیرگذاری توسط بلیس و کالینگریج در سال ۱۹۹۳ مورد بررسی قرار گرفت. کارهای موازی، انعطافپذیری کوتاهمدت، وابستگی به زمانبندی پتانسیل عمل، و مقیاسبندی هموستاتیک را مشخص کردند و دامنه درک چگونگی تنظیم قدرت سیناپسی در مقیاسهای زمانی مختلف را گسترش دادند.
Key figures
- Timothy Bliss
- Graham Collingridge
- Eric Kandel
- Gina Turrigiano
Related topics
Seminal works
- bliss-collingridge-1993
- zucker-regehr-2002
- kandel-2001
Frequently asked questions
- تقویت بلندمدت چیست؟
- افزایشی پایدار در قدرت سیناپسی است که به دنبال الگوهای خاصی از فعالیت رخ میدهد، اغلب وابسته به گیرنده NMDA و سیگنال کلسیمی که وارد میکند، و به طور گستردهای به عنوان یک مدل سلولی حافظه در نظر گرفته میشود.
- انعطافپذیری کوتاهمدت چه تفاوتی با انعطافپذیری بلندمدت دارد؟
- انعطافپذیری کوتاهمدت، انتقال را در بازه زمانی میلیثانیه تا دقیقه تغییر میدهد، عمدتاً از طریق تغییرات پیشسیناپسی در احتمال آزادسازی، در حالی که انعطافپذیری بلندمدت، تقویت یا تضعیف پایدار را ایجاد میکند که شامل تغییرات مولکولی و ساختاری ماندگار است.