Tính dẻo khớp thần kinh và Học tập

Tính dẻo khớp thần kinh là khả năng của các khớp thần kinh tăng cường hoặc suy yếu theo thời gian để đáp ứng với hoạt động. Nó được coi rộng rãi là cơ sở tế bào của học tập và trí nhớ: khi các kiểu hoạt động thần kinh thay đổi bền vững sức mạnh của các kết nối, mạng lưới sẽ lưu trữ thông tin. Chủ đề này khảo sát các dạng chính của tính dẻo phụ thuộc hoạt động và mối quan hệ của chúng với việc học tập.

Definition

Tính dẻo khớp thần kinh là sự thay đổi bền vững, phụ thuộc hoạt động trong sức mạnh của truyền dẫn khớp thần kinh — bao gồm sự tăng cường dài hạn và suy yếu dài hạn — được đề xuất là một chất nền tế bào cho học tập và trí nhớ.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự tăng cường dài hạn (long-term potentiation) và suy yếu dài hạn (long-term depression), các quy tắc Hebbian và phụ thuộc thời gian xung thần kinh chi phối chúng, các cơ chế phân tử liên quan đến thụ thể glutamate và các chuỗi tín hiệu, và mối liên hệ giữa sự thay đổi khớp thần kinh với học tập và trí nhớ hành vi. Đây là một khảo sát tham khảo về các cơ chế và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các khớp thần kinh thay đổi sức mạnh của chúng như thế nào để đáp ứng với các kiểu hoạt động?
• Những cơ chế phân tử nào làm nền tảng cho sự tăng cường dài hạn và suy yếu dài hạn?
• Thời gian của hoạt động tiền và hậu khớp thần kinh được chuyển đổi thành sự thay đổi khớp thần kinh như thế nào?
• Tính dẻo khớp thần kinh liên quan đến học tập và trí nhớ hành vi như thế nào?

Key concepts

• Tăng cường dài hạn (LTP)
• Suy yếu dài hạn (LTD)
• Quy tắc học tập Hebbian
• Tính dẻo phụ thuộc thời gian xung thần kinh
• Thụ thể NMDA và AMPA
• Chuỗi tín hiệu phụ thuộc canxi

Key theories

Tính dẻo Hebbian

Hebb đề xuất rằng khi một tế bào thần kinh liên tục tham gia vào việc kích hoạt một tế bào thần kinh khác, kết nối giữa chúng sẽ mạnh lên — thường được diễn giải là 'các tế bào cùng kích hoạt sẽ kết nối với nhau' — cung cấp quy tắc khái niệm cho sự thay đổi khớp thần kinh liên kết.

Tăng cường dài hạn như một mô hình trí nhớ

Sự tăng cường bền vững, do hoạt động gây ra của các khớp thần kinh hồi hải mã (LTP), cùng với đối tác của nó là suy yếu dài hạn (LTD), được đề xuất như một mô hình khớp thần kinh về cách trí nhớ được lưu trữ.

Mechanisms

Tại nhiều khớp thần kinh kích thích, sức mạnh truyền dẫn được điều chỉnh bởi hoạt động. Trong con đường hồi hải mã điển hình, sự giải phóng tiền khớp thần kinh và khử cực hậu khớp thần kinh đồng thời làm giảm sự phong tỏa magiê của thụ thể NMDA, cho phép ion canxi đi vào, kích hoạt các chuỗi tín hiệu và sự chèn hoặc loại bỏ các thụ thể AMPA, tạo ra sự tăng cường dài hạn hoặc suy yếu dài hạn, như đã được Bliss và Collingridge cũng như Malenka và Bear tổng quan. Thời gian tương đối chính xác của các xung tiền và hậu khớp thần kinh có thể xác định hướng thay đổi, một mối quan hệ được chính thức hóa là tính dẻo phụ thuộc thời gian xung thần kinh. Công trình của Kandel đã liên kết những thay đổi khớp thần kinh như vậy với biểu hiện gen và sự lưu trữ trí nhớ dài hạn.

Clinical relevance

Tính dẻo khớp thần kinh cung cấp một khuôn khổ khái niệm để hiểu về học tập, trí nhớ và phục hồi chức năng sau chấn thương, và có liên quan đến các tình trạng liên quan đến trí nhớ và nhận thức. Mục này mang tính giáo dục và mô tả các cơ chế; nó không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Chủ đề này dựa trên sinh lý học thần kinh thực nghiệm và khoa học thần kinh phân tử hơn là các hướng dẫn lâm sàng, dựa trên việc khám phá và đặc trưng hóa LTP và LTD cũng như các tổng hợp liên kết sự thay đổi khớp thần kinh với trí nhớ.

History

Ý tưởng rằng việc học tập phản ánh những thay đổi trong các kết nối khớp thần kinh đã được Donald Hebb trình bày rõ ràng vào năm 1949. Việc chứng minh thực nghiệm về sự tăng cường dài hạn trong hồi hải mã và việc phân tích phân tử sau này đã mang lại cho ý tưởng này một dạng tế bào cụ thể, và việc khám phá sự suy yếu dài hạn và tính dẻo phụ thuộc thời gian xung thần kinh đã mở rộng cách giải thích về cách hoạt động định hình lại sức mạnh khớp thần kinh.

Debates

LTP có đủ để giải thích trí nhớ không?

Tăng cường dài hạn là một cơ chế ứng cử viên hàng đầu cho việc lưu trữ trí nhớ, nhưng mức độ mà nó giải thích đầy đủ việc học tập và trí nhớ, trái ngược với việc là một trong số các quá trình đóng góp, vẫn là một câu hỏi đang được nghiên cứu tích cực.

Key figures

• Donald Hebb
• Timothy Bliss
• Graham Collingridge
• Eric Kandel
• Robert Malenka

Seminal works

• hebb-1949
• bliss-collingridge-1993
• kandel-2001
• malenka-bear-2004

Frequently asked questions

Tăng cường dài hạn là gì?

Tăng cường dài hạn (LTP) là sự tăng cường bền vững của truyền dẫn khớp thần kinh theo sau các kiểu hoạt động nhất định; đây là một trong những cơ chế ứng cử viên được nghiên cứu nhiều nhất về cách não bộ lưu trữ thông tin.

Tính dẻo khớp thần kinh liên quan đến việc học tập như thế nào?

Những thay đổi phụ thuộc hoạt động trong sức mạnh khớp thần kinh được cho là mã hóa kinh nghiệm: khi các kiểu hoạt động tăng cường hoặc làm suy yếu các kết nối cụ thể, phản ứng của mạng lưới thay đổi, điều này được coi rộng rãi là cơ sở tế bào của học tập và trí nhớ.