Plasticité synaptique à court et à long terme

Les synapses ne sont pas statiques : leur force se modifie avec l'usage. La plasticité à court terme modifie la transmission sur des durées allant de quelques millisecondes à quelques minutes, principalement par des changements dans la probabilité de libération du neurotransmetteur, tandis que la plasticité à long terme entraîne un renforcement durable (potentialisation à long terme) ou un affaiblissement (dépression à long terme) des synapses, largement considérés comme un substrat cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire. Ce sujet présente ces deux échelles de temps et leurs mécanismes.

Definition

La plasticité synaptique est la modification de la force synaptique dépendante de l'activité, englobant des changements à court terme de la probabilité de libération, d'une durée de quelques millisecondes à quelques minutes, et une potentialisation ou une dépression à long terme qui peut persister pendant des heures ou plus et est considérée comme une base de l'apprentissage et de la mémoire.

Scope

Ce sujet couvre les modifications de la force synaptique dépendantes de l'activité : la facilitation et la dépression à court terme, la potentialisation et la dépression à long terme, la dépendance au moment des potentiels d'action (spike-timing dependence), et l'ajustement homéostatique (homeostatic scaling) qui maintient l'activité dans des limites acceptables. Il est abordé sous l'angle de la physiologie et ne fournit pas de conseils cliniques ou thérapeutiques.

Core questions

• Comment l'activité antérieure modifie-t-elle la force d'une synapse ?
• Qu'est-ce qui distingue mécaniquement la plasticité à court terme de la plasticité à long terme ?
• Comment la potentialisation et la dépression à long terme apparaissent-elles au niveau de la même synapse ?
• Comment les neurones maintiennent-ils leur activité globale dans une plage stable ?

Key concepts

• Facilitation et dépression à court terme
• Effets de la stimulation par paires
• Potentialisation à long terme (LTP)
• Dépression à long terme (LTD)
• Plasticité dépendante du récepteur NMDA
• Plasticité dépendante du moment des potentiels d'action (spike-timing-dependent plasticity)
• Ajustement homéostatique synaptique (homeostatic synaptic scaling)
• La plasticité comme substrat de la mémoire

Key theories

Plasticité hebbienne et potentialisation à long terme

Les synapses qui sont activement sollicitées de manière répétée lorsque la cellule postsynaptique est également active se renforcent ; dans l'hippocampe, cela se manifeste par une potentialisation à long terme dépendante du récepteur NMDA, proposée comme modèle synaptique de la mémoire.

Plasticité dépendante du moment des potentiels d'action (spike-timing-dependent plasticity)

Le signe et l'ampleur du changement à long terme dépendent du moment, à l'échelle de la milliseconde, entre les potentiels d'action présynaptiques et postsynaptiques, offrant ainsi une règle d'apprentissage hebbienne temporellement précise.

Ajustement homéostatique synaptique (homeostatic synaptic scaling)

Les neurones ajustent globalement la force de leurs synapses pour contrecarrer les augmentations ou diminutions prolongées de l'activité, stabilisant ainsi la décharge tout en préservant les poids synaptiques relatifs.

Mechanisms

La plasticité à court terme résulte en grande partie de modifications du calcium présynaptique et de la disponibilité des vésicules libérables : le calcium résiduel peut faciliter la libération, tandis que l'épuisement du pool de vésicules facilement libérables peut la déprimer sur de courts intervalles. La potentialisation à long terme dans de nombreuses synapses centrales dépend du récepteur NMDA, qui ne laisse entrer le calcium que lorsque la cellule postsynaptique est dépolarisée au moment où la synapse est active ; le signal calcique résultant déclenche des cascades de signalisation qui augmentent la force synaptique, souvent par l'ajout de récepteurs AMPA, tandis que différents schémas d'entrée de calcium peuvent au contraire produire une dépression à long terme. Le moment des potentiels d'action pré- et postsynaptiques façonne la direction de ces changements, et des mécanismes homéostatiques distincts ajustent les poids synaptiques à la hausse ou à la baisse pour maintenir l'activité neuronale globale stable.

Clinical relevance

La plasticité synaptique est étudiée comme un substrat de l'apprentissage et de la mémoire et comme un processus perturbé dans les conditions affectant la cognition, et les molécules qui la médient présentent un intérêt en tant que cibles pour la compréhension de ces troubles. Cette entrée décrit la physiologie sous-jacente et est proposée comme information de référence plutôt que comme conseil diagnostique ou thérapeutique.

History

La potentialisation à long terme a été décrite pour la première fois dans l'hippocampe au début des années 1970 et s'est développée au cours des décennies suivantes pour devenir un modèle cellulaire majeur de la mémoire, revu de manière influente par Bliss et Collingridge en 1993. Des travaux parallèles ont caractérisé la plasticité à court terme, la dépendance au moment des potentiels d'action (spike-timing dependence) et l'ajustement homéostatique (homeostatic scaling), élargissant ainsi la compréhension de la régulation de la force synaptique à travers différentes échelles de temps.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la potentialisation à long terme ?

C'est une augmentation durable de la force synaptique qui fait suite à certains schémas d'activité, souvent dépendante du récepteur NMDA et du signal calcique qu'il permet, et elle est largement considérée comme un modèle cellulaire de la mémoire.

En quoi la plasticité à court terme diffère-t-elle de la plasticité à long terme ?

La plasticité à court terme modifie la transmission sur des durées allant de quelques millisecondes à quelques minutes, principalement par des changements présynaptiques de la probabilité de libération, tandis que la plasticité à long terme produit un renforcement ou un affaiblissement persistant qui implique des changements moléculaires et structurels durables.