Sinaptik Plastisite ve Öğrenme
Sinaptik plastisite, sinapsların aktiviteye yanıt olarak zamanla güçlenme veya zayıflama yeteneğidir. Genellikle öğrenme ve belleğin hücresel temeli olarak kabul edilmektedir: nöral aktivite kalıpları bağlantıların gücünü kalıcı olarak değiştirdiğinde, ağ bilgiyi depolar. Bu konu, aktiviteye bağlı plastisitenin başlıca biçimlerini ve öğrenmeyle ilişkilerini incelemektedir.
Tanım
Sinaptik plastisite, öğrenme ve bellek için hücresel bir substrat olarak önerilen, uzun süreli potansiyasyon ve uzun süreli depresyonu içeren, sinaptik iletim gücündeki aktiviteye bağlı, kalıcı bir değişimdir.
Kapsam
Konu, uzun süreli potansiyasyon (long-term potentiation) ve uzun süreli depresyonu (long-term depression), bunları yöneten Hebbian ve spike-zamanlamasına bağlı kuralları, glutamat reseptörleri ve sinyal kaskadlarını içeren moleküler mekanizmaları ve sinaptik değişim ile davranışsal öğrenme ve bellek arasındaki bağlantıyı kapsamaktadır. Bu, mekanizmaların referans niteliğinde bir incelemesidir ve klinik rehberlik sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Sinapslar, aktivite kalıplarına yanıt olarak güçlerini nasıl değiştirmektedir?
- Uzun süreli potansiyasyon ve uzun süreli depresyonun altında yatan moleküler mekanizmalar nelerdir?
- Pre- ve postsinaptik aktivitenin zamanlaması sinaptik değişime nasıl dönüştürülmektedir?
- Sinaptik plastisite, davranışsal öğrenme ve bellekle nasıl ilişkilidir?
Anahtar kavramlar
- Uzun süreli potansiyasyon (LTP)
- Uzun süreli depresyon (LTD)
- Hebbian öğrenme kuralı
- Spike-zamanlamasına bağlı plastisite
- NMDA ve AMPA reseptörleri
- Kalsiyuma bağımlı sinyal kaskadları
Temel kuramlar
- Hebbian plastisitesi
- Hebb, bir nöronun başka bir nöronu ateşlemede tekrar tekrar yer alması durumunda aralarındaki bağlantının güçlendiğini öne sürmüştür — bu durum genellikle 'birlikte ateşlenen hücreler birlikte bağlanır' şeklinde özetlenir — bu, ilişkisel sinaptik değişim için kavramsal kuralı sağlamaktadır.
- Bellek modeli olarak uzun süreli potansiyasyon
- Hipokampal sinapsların kalıcı, aktivite kaynaklı güçlenmesi (LTP), karşıtı olan uzun süreli depresyon (LTD) ile birlikte, anıların nasıl depolandığına dair sinaptik bir model olarak önerilmektedir.
Mekanizmalar
Birçok eksitatör sinapsta, iletimin gücü aktivite tarafından ayarlanmaktadır. Kanonik hipokampal yolda, eşzamanlı presinaptik salınım ve postsinaptik depolarizasyon, NMDA reseptörlerinin magnezyum blokajını kaldırarak, sinyal kaskadlarını tetikleyen ve AMPA reseptörlerinin yerleştirilmesini veya çıkarılmasını sağlayan kalsiyum girişine izin vermekte, böylece Bliss ve Collingridge ile Malenka ve Bear tarafından incelendiği üzere uzun süreli potansiyasyon veya depresyon üretmektedir. Pre- ve postsinaptik aksiyon potansiyellerinin (spike) kesin göreceli zamanlaması, değişimin yönünü belirleyebilmekte, bu ilişki spike-zamanlamasına bağlı plastisite olarak formüle edilmektedir. Kandel'in çalışmaları, bu tür sinaptik değişimleri gen ekspresyonu ve belleğin uzun süreli depolanmasıyla ilişkilendirmiştir.
Klinik önem
Sinaptik plastisite, öğrenme, bellek ve yaralanma sonrası fonksiyonel iyileşmeyi anlamak için kavramsal bir çerçeve sunmakta ve bellek ile bilişi içeren durumlarla ilgili olabilmektedir. Bu madde eğitsel nitelikte olup mekanizmaları tanımlamaktadır; tanı veya tedavi için bir temel teşkil etmemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Konu, klinik kılavuzlardan ziyade deneysel nörofizyoloji ve moleküler nörobilime dayanmakta olup, uzun süreli potansiyasyon (LTP) ve uzun süreli depresyonun (LTD) keşfi ve karakterizasyonu ile sinaptik değişimi belleğe bağlayan sentezlerden yararlanmaktadır.
Tarihçe
Öğrenmenin sinaptik bağlantılardaki değişimleri yansıttığı fikri, Donald Hebb tarafından 1949'da dile getirilmiştir. Hipokampusta uzun süreli potansiyasyonun deneysel olarak gösterilmesi ve daha sonraki moleküler analizi, bu fikre somut bir hücresel biçim kazandırmış; uzun süreli depresyon ve spike-zamanlamasına bağlı plastisitenin keşfi ise aktivitenin sinaptik gücü nasıl yeniden şekillendirdiğine dair açıklamayı genişletmiştir.
Tartışmalar
- LTP, belleği açıklamak için yeterli midir?
- Uzun süreli potansiyasyon, bellek depolaması için önde gelen aday mekanizmalardan biridir, ancak öğrenme ve belleği, birkaç katkıda bulunan süreçten biri olmasının aksine, ne ölçüde tam olarak açıkladığı aktif bir soru olarak kalmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Donald Hebb
- Timothy Bliss
- Graham Collingridge
- Eric Kandel
- Robert Malenka
İlgili konular
Temel eserler
- hebb-1949
- bliss-collingridge-1993
- kandel-2001
- malenka-bear-2004
Sıkça sorulan sorular
- Uzun süreli potansiyasyon nedir?
- Uzun süreli potansiyasyon (LTP), belirli aktivite kalıplarını takiben sinaptik iletimin kalıcı olarak güçlenmesidir; beynin bilgiyi nasıl depoladığına dair en çok incelenen aday mekanizmalardan biridir.
- Sinaptik plastisite öğrenmeyle nasıl ilişkilidir?
- Sinaptik güçteki aktiviteye bağlı değişimlerin deneyimi kodladığı düşünülmektedir: aktivite kalıpları belirli bağlantıları güçlendirdikçe veya zayıflattıkça, ağın tepkileri değişmekte, bu da öğrenme ve belleğin hücresel temeli olarak yaygın şekilde kabul edilmektedir.