Опытозависимая пластичность

Опытозависимая пластичность — это способность нейронных цепей изменять свою структуру и функцию в ответ на опыт, обучение и использование. Паттерны активности регулируют силу синапсов и перестраивают связи, позволяя мозгу хранить информацию, адаптироваться к меняющейся среде и реорганизовываться после изменения входных данных. Она действует на протяжении всей жизни, хотя ее масштабы наиболее велики на ранних стадиях развития.

Definition

Опытозависимая пластичность — это обусловленная активностью модификация синаптической силы, связности и структуры цепей в ответ на опыт организма, лежащая в основе обучения, памяти и адаптивной реорганизации нервной системы.

Scope

Эта тема охватывает, как активность и опыт изменяют синапсы и цепи: усиление и ослабление связей, структурное ремоделирование синапсов и дендритов, а также то, как сенсорный опыт формирует корковые карты. Это справочная статья по фундаментальной науке, которая отличается от пластичности критического периода и восстановления, обусловленного реабилитацией, хотя и связана с ними, поскольку эти темы имеют свои собственные статьи.

Core questions

• Как паттерны нейронной активности изменяют силу синаптических связей?
• Как опыт перестраивает корковые карты и структуру цепей?
• Что отличает пожизненную опытозависимую пластичность от ограниченной по времени пластичности критического периода?
• Как стабилизируются пластические изменения, чтобы обучение сохранялось?

Key concepts

• Синаптическая пластичность
• Долговременная потенциация и депрессия
• Хеббовская пластичность
• Реорганизация корковых карт
• Структурная пластичность дендритов и синапсов
• Активно-зависимое уточнение

Mechanisms

Опыт изменяет цепи главным образом путем регулирования синаптической силы: скоординированная пре- и постсинаптическая активность может приводить к долговременному усилению (долговременная потенциация) или ослаблению (долговременная депрессия) связей, обеспечивая клеточную основу для обучения. Эти изменения сопровождаются структурным ремоделированием, включая рост, ретракцию и стабилизацию дендритных шипиков и аксональных арборизаций. В процессе развития такие зависимые от активности процессы уточняют изначально неточные связи, так что те же механизмы, которые хранят опыт, также помогают формировать цепи (Katz & Shatz, 1996). Когда паттерн активности изменяется, как при сенсорной депривации, корковые представления реорганизуются, демонстрируя, что карты постоянно формируются входными данными (Wiesel & Hubel, 1963).

Clinical relevance

Опытозависимая пластичность является биологической основой обучения и восстановительных терапий, а ее дисрегуляция связана с рядом неврологических и психиатрических состояний. Эта статья описывает механизм в качестве справочного материала и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Тема основана на клеточной электрофизиологии, прижизненной визуализации и системных исследованиях сенсорной коры. Фундаментальные доказательства включают открытие долговременной потенциации как стойкого, индуцированного активностью увеличения синаптической силы (Bliss & Lomo, 1973) и демонстрации того, что сенсорный опыт перестраивает корковые реакции (Wiesel & Hubel, 1963).

History

Идея о том, что совпадающая активность усиливает связи, была сформулирована как правило обучения в середине XX века и получила физиологическое обоснование с открытием долговременной потенциации в гиппокампе (Bliss & Lomo, 1973). Параллельно исследования зрительной системы показали, что опыт перестраивает корковые карты, утверждая опытозависимую пластичность как общее свойство мозга, а не особенность какой-либо одной системы.

Debates

Насколько пластичность коры головного мозга у взрослых отражает новые связи по сравнению с демаскированием существующих?

Реорганизация корковых карт у взрослых может возникать в результате действительно новых синаптических связей или изменений в балансе существующих входных данных; относительный вклад структурных и функциональных изменений все еще обсуждается.

Key figures

• Carla Shatz
• Torsten Wiesel
• David Hubel
• Timothy Bliss

Seminal works

• wiesel-hubel-1963
• katz-shatz-1996
• bliss-lomo-1973

Frequently asked questions

Является ли опытозависимая пластичность тем же самым, что и критический период?

Нет. Критические периоды — это ограниченные временные окна повышенной пластичности, в то время как опытозависимая пластичность продолжается на протяжении всей жизни; пластичность критического периода является ее особенно сильной, ограниченной по времени формой.

Какова клеточная основа обучения в этой концепции?

Считается, что длительные изменения синаптической силы, такие как долговременная потенциация и депрессия, наряду со структурным ремоделированием синапсов, сохраняют эффекты опыта и лежат в основе обучения и памяти.