अल्पकालिक और दीर्घकालिक सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी

सिनैप्स स्थिर नहीं होते हैं: उनकी शक्ति उपयोग के साथ बदलती रहती है। अल्पकालिक प्लास्टिसिटी मिलीसेकंड से लेकर मिनटों तक संचरण को बदलती है, मुख्यतः ट्रांसमीटर रिलीज की संभावना में बदलाव के माध्यम से, जबकि दीर्घकालिक प्लास्टिसिटी सिनैप्स के स्थायी सुदृढीकरण (दीर्घकालिक पोटेंशिएशन) या कमजोर होने (दीर्घकालिक अवसाद) का उत्पादन करती है, जिसे व्यापक रूप से सीखने और स्मृति का एक कोशिकीय आधार माना जाता है। यह विषय दोनों समय-पैमानों और उनके तंत्रों का परिचय देता है।

Definition

सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी सिनैप्टिक शक्ति का गतिविधि-निर्भर संशोधन है, जिसमें मिलीसेकंड से लेकर मिनटों तक चलने वाली रिलीज की संभावना में अल्पकालिक परिवर्तन और दीर्घकालिक पोटेंशिएशन या अवसाद शामिल हैं जो घंटों या उससे अधिक समय तक बने रह सकते हैं और इसे सीखने और स्मृति का आधार माना जाता है।

Scope

यह विषय सिनैप्टिक शक्ति में गतिविधि-निर्भर परिवर्तनों को शामिल करता है: अल्पकालिक सुविधा और अवसाद, दीर्घकालिक पोटेंशिएशन और अवसाद, स्पाइक-टाइमिंग निर्भरता, और होमियोस्टैटिक स्केलिंग जो गतिविधि को सीमाओं के भीतर रखती है। इसे शरीर विज्ञान के रूप में तैयार किया गया है और यह नैदानिक या उपचार संबंधी मार्गदर्शन प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• पिछली गतिविधि एक सिनैप्स की शक्ति को कैसे बदलती है?
• अल्पकालिक और दीर्घकालिक प्लास्टिसिटी को यांत्रिक रूप से क्या अलग करता है?
• एक ही सिनैप्स पर दीर्घकालिक पोटेंशिएशन और अवसाद कैसे उत्पन्न होते हैं?
• न्यूरॉन्स अपनी समग्र गतिविधि को एक स्थिर सीमा के भीतर कैसे रखते हैं?

Key concepts

• अल्पकालिक सुविधा और अवसाद
• युग्मित-पल्स प्रभाव
• दीर्घकालिक पोटेंशिएशन (LTP)
• दीर्घकालिक अवसाद (LTD)
• NMDA-रिसेप्टर-निर्भर प्लास्टिसिटी
• स्पाइक-टाइमिंग-निर्भर प्लास्टिसिटी
• होमियोस्टैटिक सिनैप्टिक स्केलिंग
• स्मृति आधार के रूप में प्लास्टिसिटी

Key theories

हेबियन प्लास्टिसिटी और दीर्घकालिक पोटेंशिएशन

जो सिनैप्स बार-बार सक्रिय होते हैं जब पोस्टसिनैप्टिक कोशिका भी सक्रिय होती है, वे मजबूत हो जाते हैं; हिप्पोकैंपस में यह NMDA-रिसेप्टर-निर्भर दीर्घकालिक पोटेंशिएशन के रूप में महसूस होता है, जिसे स्मृति के एक सिनैप्टिक मॉडल के रूप में प्रस्तावित किया गया है।

स्पाइक-टाइमिंग-निर्भर प्लास्टिसिटी

दीर्घकालिक परिवर्तन का संकेत और आकार प्रीसिनैप्टिक और पोस्टसिनैप्टिक स्पाइक्स के बीच मिलीसेकंड के समय पर निर्भर करता है, जो एक अस्थायी रूप से सटीक हेबियन सीखने का नियम प्रदान करता है।

होमियोस्टैटिक सिनैप्टिक स्केलिंग

न्यूरॉन्स गतिविधि में लंबे समय तक वृद्धि या कमी का मुकाबला करने के लिए अपने सिनैप्स की शक्ति को विश्व स्तर पर समायोजित करते हैं, सापेक्ष सिनैप्टिक भार को संरक्षित करते हुए फायरिंग को स्थिर करते हैं।

Mechanisms

अल्पकालिक प्लास्टिसिटी मुख्य रूप से प्रीसिनैप्टिक कैल्शियम और जारी होने योग्य वेसिकल्स की उपलब्धता में परिवर्तन से उत्पन्न होती है: अवशिष्ट कैल्शियम रिलीज को सुविधाजनक बना सकता है, जबकि आसानी से जारी होने वाले पूल की कमी इसे कम समय के अंतराल में अवसादित कर सकती है। कई केंद्रीय सिनैप्स पर दीर्घकालिक पोटेंशिएशन NMDA रिसेप्टर पर निर्भर करता है, जो कैल्शियम को तभी प्रवेश करने देता है जब पोस्टसिनैप्टिक कोशिका उसी समय विध्रुवित हो जब सिनैप्स सक्रिय हो; परिणामी कैल्शियम संकेत सिग्नलिंग कैस्केड को ट्रिगर करता है जो सिनैप्टिक शक्ति को बढ़ाता है, अक्सर AMPA रिसेप्टर्स जोड़कर, जबकि कैल्शियम प्रवेश के विभिन्न पैटर्न इसके बजाय दीर्घकालिक अवसाद उत्पन्न कर सकते हैं। प्री- और पोस्टसिनैप्टिक स्पाइक्स का समय इन परिवर्तनों की दिशा को आकार देता है, और अलग-अलग होमियोस्टैटिक तंत्र समग्र न्यूरोनल गतिविधि को स्थिर रखने के लिए सिनैप्टिक भार को ऊपर या नीचे स्केल करते हैं।

Clinical relevance

सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी का अध्ययन सीखने और स्मृति के एक आधार के रूप में और अनुभूति को प्रभावित करने वाली स्थितियों में बाधित होने वाली प्रक्रिया के रूप में किया जाता है, और इसे मध्यस्थ करने वाले अणु ऐसे विकारों को समझने के लिए लक्ष्य के रूप में रुचि के हैं। यह प्रविष्टि अंतर्निहित शरीर विज्ञान का वर्णन करती है और इसे नैदानिक या उपचार सलाह के बजाय संदर्भ पृष्ठभूमि के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

History

दीर्घकालिक पोटेंशिएशन का वर्णन पहली बार 1970 के दशक की शुरुआत में हिप्पोकैंपस में किया गया था और अगले दशकों में यह स्मृति के एक प्रमुख कोशिकीय मॉडल के रूप में विकसित हुआ, जिसकी प्रभावशाली समीक्षा ब्लिस और कोलिंग्रिज ने 1993 में की थी। समानांतर कार्य ने अल्पकालिक प्लास्टिसिटी, स्पाइक-टाइमिंग निर्भरता और होमियोस्टैटिक स्केलिंग को चित्रित किया, जिससे सिनैप्टिक शक्ति को समय-पैमानों पर कैसे विनियमित किया जाता है, इसका विवरण व्यापक हुआ।

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

दीर्घकालिक पोटेंशिएशन क्या है?

यह सिनैप्टिक शक्ति में एक स्थायी वृद्धि है जो गतिविधि के कुछ पैटर्न का अनुसरण करती है, अक्सर NMDA रिसेप्टर और उसके द्वारा प्रवेश किए गए कैल्शियम संकेत पर निर्भर करती है, और इसे व्यापक रूप से स्मृति का एक कोशिकीय मॉडल माना जाता है।

अल्पकालिक प्लास्टिसिटी दीर्घकालिक प्लास्टिसिटी से कैसे भिन्न है?

अल्पकालिक प्लास्टिसिटी मिलीसेकंड से लेकर मिनटों तक संचरण को बदलती है, मुख्य रूप से रिलीज की संभावना में प्रीसिनैप्टिक परिवर्तनों के माध्यम से, जबकि दीर्घकालिक प्लास्टिसिटी स्थायी सुदृढीकरण या कमजोर होने का उत्पादन करती है जिसमें स्थायी आणविक और संरचनात्मक परिवर्तन शामिल होते हैं।