Nem szinaptikus plaszticitás - Nonsynaptic plasticity
A nem szinaptikus plaszticitás a neuroplaszticitás egy olyan formája, amely magában foglalja az axon , a dendritek és a sejttest ioncsatorna funkciójának módosítását, ami specifikus változásokat eredményez az ingerlő posztszinaptikus potenciálok és a gátló posztszinaptikus potenciálok integrációjában . A nem szinaptikus plaszticitás a neuron belső ingerlékenységének módosítása . Ez kölcsönhatásba lép a szinaptikus plaszticitással , de a szinaptikus plaszticitástól elkülönült entitásnak tekintik. Lényegi módosítása elektromos tulajdonságait neuronok szerepet játszik számos szempontból plaszticitás származó homeosztatikus plaszticitása a tanulás és a memória is. A nem szinaptikus plaszticitás befolyásolja a szinaptikus integrációt , a küszöb alatti terjedést , a tüskék keletkezését és a neuronok egyéb alapvető mechanizmusait sejtszinten. Ezek az egyedi neuronális elváltozások változásokat eredményezhetnek a magasabb agyműködésben , különösen a tanulásban és a memóriában. Az idegtudomány feltörekvő területeként azonban a nem szinaptikus plaszticitással kapcsolatos ismeretek nagy része bizonytalan, és még további vizsgálatokat igényel, hogy jobban meghatározzák szerepét az agy működésében és viselkedésében.
Vs. szinaptikus plaszticitás
A neuroplaszticitás az idegsejt egy bizonyos részének vagy régiójának azon képessége, hogy idővel megváltozik az ereje. A plaszticitásnak két nagyrészt elismert kategóriája van: szinaptikus és nem szinaptikus. A szinaptikus plaszticitás közvetlenül a két neuron közötti kapcsolat erősségével foglalkozik, beleértve a preszinaptikus neuronból felszabaduló neurotranszmitter mennyiségét és a posztszinaptikus neuronban generált választ . Nemszinaptikus plaszticitás módosítását foglalja magában az idegi ingerelhetőség a axon , dendritek , és Soma az egyén neuron, távol a szinapszis.
Szinaptikus plaszticitás
A szinaptikus plaszticitás a két neuron közötti szinapszis azon képessége, hogy idővel megváltozik az erőssége. A szinaptikus plaszticitást a szinaptikus úthasználat megváltozása okozza, nevezetesen a szinaptikus potenciálok gyakorisága és a kémiai jelek továbbítására használt receptorok. A szinaptikus plaszticitás nagy szerepet játszik az agy tanulásában és memóriájában. A szinaptikus plaszticitás belső mechanizmusok révén fordulhat elő, amelyekben a szinapszis erőssége megváltozik saját tevékenysége miatt, vagy külső mechanizmusok révén, amelyekben a szinapszis erősségének változásai más idegpályákon keresztül következnek be. Rövid távú gátló szinaptikus plaszticitás gyakran fordul elő a szinapszis korlátozott neurotranszmitter- ellátottsága miatt, és hosszú távú gátlás léphet fel a posztszinaptikus sejtben bekövetkező csökkent receptor-expresszió révén . A rövid távú komplementer szinaptikus plaszticitás gyakran előfordul a maradék vagy megnövekedett ionáramlás miatt a preszinaptikus vagy a posztszinaptikus terminálban, míg a hosszú távú szinaptikus plaszticitás előfordulhat többek között az AMPA és NMDA glutamát receptorok fokozott termelése révén a posztszinaptikus sejtekben.
Nem szinaptikus plaszticitás
Ehhez képest a nem szinaptikus plaszticitás kevésbé ismert és némileg új és folyamatos kutatási terület az idegtudományban. Ez a nem szinaptikus struktúrák, például a szóma (biológia) , az axon vagy a dendritek jellemzőinek változásaiban nyilvánul meg . A nem szinaptikus plaszticitásnak rövid vagy hosszú távú hatásai lehetnek. Ezeknek a változásoknak az egyik módja a dendritek és az axon feszültségfüggő csatornáinak módosítása , ami megváltoztatja a sejtre terjedő gerjesztő vagy gátló potenciálok értelmezését. Például axonális nem szinaptikus plaszticitás figyelhető meg, ha az akciós potenciál nem éri el a preszinaptikus terminált alacsony vezetőképesség vagy ionfelhalmozás miatt.
Szinergetikus hatások
Általános izgató hatások
A nonszinaptikus és szinaptikus plaszticitásról kimutatták, hogy számos módon párhuzamosan működnek, hogy stimuláló hatásokat fejtsenek ki az idegsejtekben. Ez magában foglalja a tüskék keletkezését, a kálium és más preszinaptikus ioncsatornák nem szinaptikus szabályozásának termékét, amelyek a neurotranszmitter felszabadulása és az akciós potenciál növelése révén fokozzák a gerjesztő posztszinaptikus potenciál válaszát . A nem szinaptikus dendritikus plaszticitás is növeli a szinaptikus plaszticitás hatásait az akciós potenciál kiszélesítése révén. Amint azt a továbbiakban tárgyaljuk, az agyból származó neurotróf faktort (BNDF) neuronok állítják elő a nem szinaptikus és szinaptikus plaszticitás koordinálására. A neuron szomális testében, axonjában vagy dendritjeiben bekövetkező nem szinaptikus változások elválaszthatatlanul kapcsolódnak a szinaptikus erőhöz.
Integráció a memóriába és a tanulásba
Bár sokkal többet tudunk a szinaptikus plaszticitás memóriában és tanulásban betöltött szerepéről, mind a szinaptikus, mind a nem szinaptikus plaszticitás elengedhetetlen az agy memóriájához és tanulásához . Sok bizonyíték van arra, hogy a két mechanizmus mind a megfigyelt hatások szinergikus elérése érdekében működik. Ennek egyik legfontosabb példája a memóriaképzés a szinapszisban, amelyben a preszinaptikus felszabadulási mechanizmusok és a posztszinaptikus receptorok módosítása hatással van akár a hosszú távú potenciálra, akár a depresszióra. A folyamatos szomális depolarizációt viszont a nem szinaptikus plaszticitás javasolta a tanult viselkedés és memória módszerének. A nem szinaptikus plaszticitás a feszültségfüggő ioncsatornák szabályozásával növeli a szinaptikus memóriaképzés hatékonyságát is . A nem szinaptikus plaszticitás az axon ezen csatornáinak módosításáért felelős mechanizmus, ami az idegsejtek akciós potenciáljának erősségének megváltozásához vezet, változatlanul befolyásolva a szinaptikus mechanizmusok erejét, és ezáltal a memóriakódolás mélységét és hosszát.
A szinaptikus plaszticitás szabályozása
A nem szinaptikus plaszticitás képes arra is, hogy negatív visszacsatolási mechanizmusokon keresztül szabályozza a szinaptikus plaszticitás hatásait . Az axon vagy dendritek ioncsatornáinak számában és tulajdonságaiban bekövetkező változások csökkenthetik a hiperstimulált szinapszis hatásait. Ezen ioncsatornák extrém túlzott ingerlése esetén az ionok visszafelé áramlanak a sejtbe, ami excitotoxicitáshoz és apoptózis vagy nekrózis okozta sejthalálhoz vezet .
Belső mechanizmusok
A nem szinaptikus neuronális területeknek, például az axonnak is vannak tulajdonságai, amelyek befolyásolják a szinapszist. Ezek az alapvető mechanizmusok magukban foglalják a depolarizáció késleltetését, amely az akciós potenciálon megy keresztül az axon lefelé haladása közben. Ez belső minősége lassítja a akciós potenciál terjedését és annak köszönhető, hogy a mozgás a depolarizáló áram le a citoplazmában és a szakaszos elhelyezése nátrium csatornák a csomópontjai Ranvier . Ezek a mechanizmusok mindig léteznek, de változhatnak a sejt szóma, az axon és a dendritek állapotától függően. Ezért a késleltetés vagy az akciópotenciálok vagy az ingerlő posztszinaptikus potenciál terjedésének késleltetése változó lehet. Minden gerjesztő posztszinaptikus potenciál , amelyet egy posztszinaptikus sejtbe terjesztenek, először az akciós potenciálon keresztül továbbítódik a preszinaptikus sejt axonján, és így a nem szinaptikus plaszticitás természeténél fogva befolyásolja a szinaptikus plaszticitást.
Típusok
Egy neuron belső ingerlékenysége
Az idegsejtek ingerlékenysége bármikor függ a sejt belső és külső körülményeitől a stimuláció idején. Mivel egy idegsejt jellemzően egyszerre több bejövő jelet fogad, az akciós potenciál terjedése az axon dombvidékére érkező összes bejövő gerjesztő és gátló posztszinaptikus potenciál integrációjától függ . Ha az összes gerjesztő és gátló jel összegzése a sejtmembránt a küszöbfeszültségre depolarizálja, akciópotenciál indul. A neuron belső ingerlékenységének megváltoztatása megváltoztatja az idegsejt funkcióját.
Tüskés generáció
A nem szinaptikus plaszticitás izgató hatással van a tüskék keletkezésére . A tüskék keletkezésének növekedése összefüggésben áll a tüske küszöb csökkenésével , ami a nem szinaptikus plaszticitás eredménye. Ez a válasz bizonyos preszinaptikus K + (káliumion) áramok (I A , I K, Ca és I Ks ) modulációjából adódhat , amelyek növelik az érző idegsejtek ingerlékenységét, szélesítik az akciós potenciált és fokozzák a neurotranszmitter kiadás. A K + vezetőképesség ezen modulációi közös mechanizmusként szolgálnak az ingerlékenység és a szinaptikus erősség szabályozására .
A szinaptikus plaszticitás szabályozása
A nem szinaptikus plaszticitást a szinaptikus plaszticitáshoz kötötték, mind szinergikus, mind szabályozási mechanizmusok révén. A szinaptikus módosítás mértéke határozza meg a nem szinaptikus változások polaritását , befolyásolva a sejtek ingerlékenységének változását. A szinaptikus plaszticitás mérsékelt szintje nem szinaptikus változásokat eredményez, amelyek szinergikusan hatnak a szinaptikus mechanizmusokra a válasz megerősítése érdekében. Ezzel szemben a szinaptikus plaszticitás erősebb szintjei nonszinaptikus válaszokat eredményeznek, amelyek negatív visszacsatolási mechanizmusként fognak működni . A negatív visszacsatolási mechanizmusok védelmet nyújtanak az áramkör egészének telítettsége vagy elnyomása ellen.
Axonális moduláció
Az axonális moduláció a plaszticitás egy fajtája, amelyben az ioncsatornák száma, aktivitása vagy elhelyezkedése az axonban megváltozik. Ennek hatására az idegsejt másképp viselkedik, ha stimulálják. Az ioncsatornák modulációja válasz egy neuron stimulációs frekvenciájának változására.
Terjedési plaszticitás
Mivel a cselekvési potenciálok összegzése végső soron a küszöb polarizációjának átlépését eredményezi, a különböző bemeneti jelek időbeli kapcsolata nagyon fontos annak meghatározásában, hogy egy posztszinaptikus neuron kigyullad-e és mikor. Idővel változhat az az idő, ameddig egy adott axon hossza lefelé terjedhet. Az egyik kísérletben többelektródás tömböket használtak az akciópotenciálok egyik elektródáról a másikra történő áthaladásához szükséges idő mérésére. A neuronokat ezután stimuláltuk, és a késleltetés értékét idővel rögzítettük. A késleltetési értékek idővel változtak, ami arra utal, hogy az axonális plaszticitás befolyásolta az akciós potenciálok terjedését.
Tolatás
Tolatási olyan folyamat, amelyben axonális ioncsatornák megnyitása során passzív áramlás (nem igénylő ionszivattyú ) a küszöb alatti depolarizáció le az axon. Általában axonális elágazási pontokon fordul elő, és ezeknek a csatornáknak az időzítése, amikor a küszöb alatti jel érkezik a területre, hiperpolarizációt vezet be a passzívan áramló depolarizációba. Ezért a cella képes szabályozni, hogy az axon mely ágain halad át a küszöb alatti depolarizációs áram, ami azt eredményezi, hogy az axon egyes ágai hiperpolarizáltabbak, mint mások. Ezek a különböző membránpotenciálok az idegsejt bizonyos területeit izgatottabbá teszik, mint mások, a tolatás konkrét helye és előfordulása alapján.
Nagyfrekvenciás stimuláció
Rövid távú hatások: Az idegsejt rövid ideig tartó nagyfrekvenciás stimulálása növeli az idegsejtek ingerlékenységét azáltal, hogy csökkenti az akciós potenciál kiváltásához szükséges feszültséget . A nagyfrekvenciás stimuláció a nátrium- és kalciumionok intracelluláris koncentrációjának növekedéséhez vezet a feszültségfüggő nátrium- és kalciumcsatornák axonban és terminálban történő ismételt megnyitása miatt . Az ingerek gyakoriságának növekedésével kevesebb idő telik el az egyes ingerek között, hogy a sejt repolarizálódjon és visszatérjen a normál nyugalmi potenciálba . Ezért a nyugalmi potenciál depolarizáltabbá válik, vagyis kisebb depolarizáló áramra van szükség egy akciós potenciál kiváltásához.
Ez a moduláció azonban általában nagyon rövid életű. Ha a stimuláció megszűnik, az idegsejt visszatér eredeti nyugalmi potenciáljához, mivel az ioncsatornáknak és a szivattyúknak elegendő ideje van az utolsó ingerből való felépülésre.
Hosszú távú hatások: Az idegsejt magas frekvenciájú stimulálása hosszú időn keresztül két neuronális elváltozást okoz. Kezdetben az idegsejtek úgy reagálnak, mint a rövid távú stimuláció során, és fokozódik az ingerlékenység. Ha ezt követően folytatja a nagyfrekvenciás stimulációt, az ingerlékenység drasztikus, nem visszafordítható változását eredményezi. Amikor a nátriumkoncentráció eléri az axon elég magas szintjét, a nátrium/kalcium szivattyúk megfordítják áramlási irányukat, és a kalciumot a sejtbe importálják a nátrium kivitele során. A megnövekedett kalciumkoncentráció (és a membrán későbbi depolarizációja) inaktiválja a nátriumcsatornákat, és az endocitózist és a lizoszomális hidrolízist célozza meg . Ez az axonális nátriumcsatornák jelentős csökkenését eredményezi, amelyek szükségesek az akciós potenciál terjedéséhez. Ha a stimuláció folytatódik, az idegsejt végül leállítja az akciós potenciálok továbbítását, és meghal. A túlzott stimuláció miatti neuronális halált excitotoxicitásnak nevezik .
Alacsony frekvenciájú stimuláció
Rövid távú hatások: Minden élő idegsejtnek akciópotenciális terjedésének és szinaptikus felszabadulásának bazális sebessége van. Így egy idegsejt alacsony frekvenciájú stimulálása rövid távon hasonló az agy nyugalmi idegsejtjének aktivitásához. A neuron belső ingerlékenységében nem történik jelentős változás.
Hosszú távú hatások: Az idegsejtek alacsony frekvenciájú stimulálása hosszú ideig csökkenti az idegsejtek ingerlékenységét azáltal, hogy aktiválja a kalciumfüggő foszfatázokat, amelyek az AMPA receptorokat internalizálják. Az alacsony frekvenciájú stimuláció alacsony kalciumszinthez vezet a sejtben. Ha a kalciumkoncentráció alacsony, az aktív kalciumfüggő foszfatázok dominálnak a kalciumfüggő kinázokkal szemben. Ahogy egyre több foszfatáz aktiválódik, több AMPA -receptor jelöli őket az endocitózis révén történő internalizációhoz. Mivel az AMPA receptorok az idegsejtek egyik fő gerjesztő receptora, ezek eltávolítása a sejtmembránból hatékonyan lenyomja a sejtet (ha a sejt nem tud reagálni az ingerlő jelekre, akkor nem tud saját akciós potenciált generálni). Ily módon az alacsony frekvenciájú stimuláció valójában megfordíthatja a hosszú távú potenciálás hatásait , azonban ezeket a fogalmakat általában szinaptikus plaszticitásnak tekintik.
Homeosztatikus és hebbi plaszticitás
A központi idegrendszer (CNS) idegsejtjei sok idegsejt jeleit integrálják. Rövid távon fontos, hogy a neuron aktivitása megváltozzon, mert így jutnak el az információk az idegrendszerben ( hebbi plaszticitás ). A hosszú távú fenntarthatóság érdekében azonban az ingerlékenység vagy a megfizethetetlenség felé való sodródás megzavarja az áramkör információközlési képességét ( homeosztatikus plaszticitás ). A hosszú távú potenciálás (LTP) magasabb tüzelési sebességet indukál a posztszinaptikus neuronokban. Feltételezésünk szerint a neuron belső tulajdonságait úgy kell elrendezni, hogy a legtöbbet hozzák ki a dinamikus tartományból, és homeosztatikus mechanizmusként működjenek. Azonban kimutatták, hogy a belső ingerlékenység lognormális eloszlást követ, amely aktív hebbi tanulást igényel. In vitro vizsgálatok azt találták, hogy amikor a neuronális kultúrák spontán aktivitása gátolt, az idegsejtek hipergerjeszthetővé válnak, és ha az aktivitás növekedését hosszú ideig indukálják, a tenyészet tüzelési sebessége csökken. Ezzel szemben rengeteg bizonyíték van arra, hogy a szabályozás ellentétes formája, a hebbi tanulás vagy az LTP-IE/LTD-IE is előfordul, és az elméleti érvek azt mutatják, hogy a hebbi plaszticitásnak a belső ingerlékenység szempontjából is a plaszticitás domináns formájának kell lennie. Mivel a homeosztatikus plaszticitás az egyes szinapszisok között is előfordul, egy korábbi nézet azt sugallta, hogy a homeosztatikus plaszticitás és a belső plaszticitás összefügg egymással, bizonyítékokkal ellentétesnek.
Gépezet
Az idegsejtek dinamikus tartományának megőrzésére szolgáló egyik mechanizmus a szinaptikus skálázás , a plaszticitás homeosztatikus formája, amely visszaállítja az idegsejtek aktivitását a normál „kiindulási” szintre azáltal, hogy megváltoztatja a neuron szinapszisainak posztszinaptikus válaszát az aktivitás függvényében. A neuron belső ingerlékenységének homeosztatikus modulációja egy másik módja a stabilitás fenntartásának. Az ionos vezetőképesség szabályozását számos módon lehet elérni, főleg neuromodulátorok, például dopamin , szerotonin stb. Felszabadításával. Egy másik módszer az agyból származó neurotróf faktor (BDNF) szabályozott felszabadulása . Azt is megállapították, hogy a BDNF befolyásolja a szinaptikus skálázást, ami arra utal, hogy ez a neurotróf faktor felelős a szinaptikus és nem szinaptikus mechanizmusok koordinációjáért a homeosztatikus plaszticitásban.
Dendritikus ingerlékenység
A dendritek azok a régiók, amelyek felelősek a más neuronok bemeneteinek integrálásáért . Az egyik módja annak, hogy a neuronok manipulálják a dendritek integrációs tulajdonságait, az a feszültségfüggő ioncsatornák számának és tulajdonságainak megváltoztatása. A hosszú távú potenciálás (LTP) indukálása egy adott szinapszisban az adott szinapszisra jellemző dendritikus ágak ingerlékenységének növekedését eredményezi. A dendritikus ingerlékenység fontos a szinaptikus jelek terjedésében és integrálásában. Úgy gondolják, hogy a dendritikus ingerlékenység hozzájárul az ES potenciálásához, vagy annak valószínűségének növekedéséhez, hogy egy adott bemenet akciós potenciált eredményez.
Ismeretes, hogy a dendritikus ingerlékenység változásai befolyásolják az akciós potenciál visszaszaporodását. A cselekvési potenciál az axon domb közelében kezdődik, és lefelé terjed az axon hosszában, de a szomán keresztül visszafelé is terjed a dendritikus lugasba. Az aktív visszterjedés az ioncsatornáktól függ, és e csatornák sűrűségének vagy tulajdonságainak megváltoztatása befolyásolhatja a jel gyengülésének mértékét . A dendritekben a visszaszaporodás plaszticitása kevesebb mint egy perc alatt következik be, és 25 percnél tovább tart. A hátsó terjedés egy olyan módszer, amely jelzi a szinapszisoknak, hogy akciós potenciált lőttek ki. Ez fontos a tüskés időzítéstől függő plaszticitás szempontjából .
Belső plaszticitás
A belső plaszticitás a szinaptikus plaszticitástól eltérő tevékenységfüggő plaszticitás egy formája , amely két neuron közötti szinapszisban bekövetkező változásokat foglal magában, nem pedig az egyetlen neuronon belüli elektromos tulajdonságok változását. Vannak olyan, egymással szorosan összefüggő jelenségek, amelyek befolyásolhatják az idegsejtek ingerlékenységét-ilyen például a neuromoduláció , a strukturális plaszticitás, a csatorna kinetikájából adódó rövid távú plaszticitás és az idegfejlődés . Nincs egyetértés abban a mennyiségben, amelyet a belső plaszticitás szabályoz, például egy neuron tüzelési sebességét, nyereségét vagy belső kalciumkoncentrációját. Funkcionálisan a belső plaszticitás lehetővé teheti az idegsejtek számára, hogy megtanulják az ingerek intenzitását, és megjelenítsék ezeket az intenzitási statisztikákat izgatottságukban. A belső plaszticitás hozzájárul a memória kódolásához, és kiegészíti a tevékenységtől függő plaszticitás más formáit, beleértve a szinaptikus plaszticitást .
Magasabb agyműködés
Hosszú távú asszociatív memória
Kísérleti bizonyítékok
Kemenes és mtsai kísérlete . kimutatták, hogy egy külső moduláló neuronban a nem szinaptikus plaszticitás befolyásolja a hosszú távú asszociatív memória kifejeződését. A nem szinaptikus plaszticitás és a memória közötti kapcsolatot agyi óriássejtek (CGC) segítségével értékeltük. A kondicionált ingerek okozta depolarizáció fokozta az ideghálózat válaszát. Ez a depolarizáció addig tartott, amíg a hosszú távú memória . A tartós depolarizáció és a viselkedési memória kifejeződése több mint 24 órával az edzés után következett be, ami hosszú távú hatásokat jelez. Ebben a kísérletben a hosszú távú memória nyoma elektrofiziológiai expressziója kondicionált inger által kiváltott etetési válasz volt. A CGC -k szignifikánsan depolarizáltabbak voltak a betanított szervezetekben, mint a kontrollcsoport, ami összefüggést mutat a tanulással és az ingerlékenység változásával. Amikor a CGC -ket depolarizálták, fokozott választ mutattak a feltételes ingerekre és erősebb fiktív etetési választ. Ez megmutatta, hogy a depolarizáció elegendő ahhoz, hogy jelentős táplálkozási választ adjon a kondicionált ingerekre. Ezenkívül nem észleltek szignifikáns különbséget a kondicionált és a mesterségesen depolarizált organizmusok táplálkozási arányában, ami megerősíti, hogy a depolarizáció elegendő a hosszú távú memóriához kapcsolódó viselkedés létrehozásához.
Memória tároló
A nem szinaptikus aktivitás a sejtben általában az idegsejtek ingerlékenységének változásaként fejeződik ki. Ez akkor fordul elő modulálásán keresztül membrán komponenseket, úgymint pihenő és feszültségfüggő csatornák és ion szivattyúk . Úgy gondolják, hogy a nem szinaptikus folyamatok részt vesznek a memória tárolásában. Ennek a mechanizmusnak az egyik lehetséges mechanizmusa a közelmúltban aktív idegsejt megjelölése az ingerlékenység változásával. Ez segíthet az időben elkülönített ingerek összekapcsolásában. Egy másik lehetséges mechanizmus egy számítási modellből származik, amely azt jelzi, hogy a nem szinaptikus plaszticitás elsődleges lehet a tanulás módosítására szolgáló áramkörökben, mivel az ingerlékenység változása szabályozhatja a szinaptikus plaszticitás küszöbét.
A szinaptikus alapú memória tárolórendszerek tárolókapacitása nagyon nagy, így vonzó tanulmányozási mechanizmus. Jelenleg körülbelül 10 4 szinapszisok per neuron és 10 11 neuronok az emberi agy. A nem szinaptikus plaszticitást gyakran figyelmen kívül hagyják egyszerűen azért, mert tárolási kapacitása nem olyan magas. Az ioncsatornák sűrűségének szabályozása egy neuron axonjában és somájában megváltoztatná az áteresztőképességet és hatással lenne az összes szinapszisra. Ezért tárolási kapacitása lényegesen kisebb lenne, mint a szinaptikus plaszticitásé.
Bár tárolási kapacitása túl alacsony ahhoz, hogy egyedüli tárolási mechanizmus legyen, a nem szinaptikus plaszticitás hozzájárulhat a szinaptikus tárolási módszerekhez. Kimutatták, hogy az ioncsatornák modulációja olyan kis régiókban is előfordulhat, mint a specifikus dendritek. Ez a sajátosság növeli a nem szinaptikus plaszticitás tárolókapacitását, mintha teljes neuron modulációnak vennénk. Az eljárási memóriák jól illeszkednek az ilyen típusú tárolórendszerekhez, mivel nem igénylik a deklaratív memóriák magas specifikációját. A motoros feladatok és a kondicionált ingerek általánosítása hatékony módja lehet ezen információk tárolásának.
Tanulás
A tanulásból származó izgatottság változásai, amelyek a memória nyomának részeként működnek, primerként indítják el a neuronok további változásait, vagy a rövid távú memória rövid távú tárolási mechanizmusa révén. A nem szinaptikus plaszticitás a tanulás során a sejtfolyamatok eredményeként alakulhat ki, bár az időzítés, a kitartás és a nem szinaptikus plaszticitás és a szinaptikus kimenet közötti kapcsolat mind rosszul érthető. Tanulmányok kimutatták, hogy a nem szinaptikus plaszticitás közvetett, de fontos szerepet játszik az emlékek kialakításában. A tanulás által kiváltott nem szinaptikus plaszticitás a soma depolarizációjával jár.
Klasszikus kondicionálás
A kísérletek azt mutatták, hogy a feltételes tanulás során nem szinaptikus változások történnek . Woody és mtsai . bizonyította, hogy eyeblink berendezés (EBC), egyfajta klasszikus kondicionálás tanulmányozására idegi struktúrák és mechanizmusok mögöttes tanulás és a memória, a macska jár fokozott ingerlékenysége és bemenet az idegsejtek szenzomotoros kérgi területek és az arc nucleus . Megfigyelték, hogy a klasszikus kondicionálás növekvő ingerlékenysége a válasz leállítása után is folytatódott. Ez arra utal, hogy a fokozott ingerlékenység a memória tárolásának mechanizmusaként működhet.
Nyulak szemhéj -kondicionálásakor nem szinaptikus változások történtek a dorsalis hippocampus egészében . Ez azt jelzi, hogy bár az ingerlékenység változásai önmagukban nem elegendőek a memória tárolási folyamatainak megmagyarázására, a nem szinaptikus plaszticitás tárolómechanizmus lehet az idő által korlátozott memóriafázisok számára. A nem szinaptikus változások befolyásolják a memória más típusú plaszticitását. Például egy nem szinaptikus változás, például a feltételes tanulásból származó nyugalmi membránpotenciál depolarizációja szinaptikus plaszticitást okozhat a jövőbeni tanulásban.
Szabálytanulás és megtakarítás
A szabályok megtanulásának képessége a nonszinaptikus plaszticitástól függ. Egy tanulmány arra törekedett, hogy megtanítsa a patkányokat a különböző szagok megkülönböztetésére, és több napba telt, amíg megtanította őket megkülönböztetni az első illatpárt. Ennek megtanulása után azonban a patkány sokkal gyorsabban megtanulta megkülönböztetni a különböző szagokat. Ezeken a patkányokon a piramis -idegsejtek ingerlékenységének változását három napig figyeltük meg az edzés után. Ezek a változások végül elhalványultak, ami arra utal, hogy az idegsejtek részt vettek a szabályok megismerésében, nem pedig a memória tárolásában. Daoudal és Debanne megpróbálták meghatározni, hogy a szinaptikus plaszticitásra meghatározott azonos tanulási szabályok és indukciós mechanizmusok vonatkoznak -e az ioncsatornákat érintő nem szinaptikus plaszticitásra is. Megállapították, hogy a nem szinaptikus és szinaptikus plaszticitásnak közös tanulási szabályai és indukciós útvonalai vannak, például az NMDA receptorfüggő hosszú távú potenciálás (LTP) és a hosszú távú depresszió (LTD). Azt is kimutatták, hogy a nem szinaptikus és szinaptikus plaszticitás szinergikusan koherens engramot képez a memórianyomok tárolására.
A megtakarítás az a képesség, hogy az elfelejtett információkat sokkal gyorsabban tanulják újra, mint azt eredetileg megtanulták. Ennek a megtakarítási hatásnak egy lehetséges mechanizmusa a nem szinaptikus plaszticitás. Az edzési eljárások során sok idegsejt fokozza a belső ingerlékenységet. Ez az ingerlékenység -növekedés az emlékezet halványulása után is fennáll.
Anyagfüggőség
A visszaélés gyógyszerei jellemzően befolyásolják a mezolimbikus rendszert , pontosabban az idegrendszer jutalmazási útját . A bántalmazás gyakori gyógyszerei között a nikotin az egyik legerősebb agonista a nikotinos kolinerg szinapszisban. Az acetilkolinnal (ACh) versengő nikotin a nem szinaptikus, preterminális, nikotinos acetilkolin receptoron (nAChR) keresztül hat a membránpotenciál megváltozására és az intracelluláris Ca 2+ jel továbbítására, ezáltal ösztönözve a neurotranszmitterek felszabadulását. A kalciumáram által közvetített nAChR aktivitás sajátos és jellegzetes szerepe más feszültségfüggő, mint más Ca 2+ permeábilis ioncsatornák, valamint eltérő az időbeli és térbeli eloszlása, és ennek eredményeként a nem szinaptikus nAChR aktivitás fokozza a szinaptikus potenciál indukcióját, az anyagfüggőség tanulásának elősegítése.
Alkalmazások a betegségekre
Sérülés után
A nem szinaptikus plaszticitás enyhítheti az agykárosodás hatásait . Ha az egyik vestibularis ideg megsérül, a vestibularis magok idegsejtjeinek tüzelési arányai közötti eltérések szükségtelen vestibularis reflexeket okoznak. Ennek a károsodásnak a tünetei idővel elhalványulnak. Ennek oka valószínűleg a vestibularis mag idegsejtjeinek belső ingerlékenységének módosulása.
Rohamtevékenység
Nemszinaptikus plaszticitás is kulcsszerepet játszik a roham aktivitást. A lázas rohamok, a láz okozta görcsrohamok az élet korai szakaszában, a hippocampalis neuronok fokozott ingerlékenységéhez vezethetnek. Ezek az idegsejtek nagyon érzékenyek lesznek a görcsös szerekre. Kimutatták, hogy az élet korai szakaszában fellépő rohamok nem szinaptikus mechanizmusok révén újabb rohamokra hajlamosíthatnak.
A trauma, beleértve az agykérgi sérülést eredményező stroke -ot , gyakran epilepsziát okoz . A fokozott ingerlékenység és az NMDA vezetőképesség epilepsziás aktivitást eredményez, ami arra utal, hogy a nem szinaptikus plaszticitás lehet az a mechanizmus, amellyel az epilepsziát trauma után indukálják.
Autizmus
A valproinsav (VPA) az epilepszia , a migrén és a bipoláris rendellenesség kezelése , amely számos betegséghez kapcsolódik, beleértve az autizmust . Az autizmus állatmodellje létezik, amelyben a vemhes patkányok VPA -t kapnak. Az utódok hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az autizmussal élő emberek. Röviddel születésük után ezek az állatok csökkent izgatottságot és megnövekedett NMDA áramokat mutatnak . Ezeket a hatásokat az élet későbbi szakaszaiban korrigálják. Ezeknek az állatoknak a belső ingerlékenységében bekövetkezett változások segítettek ellensúlyozni a megnövekedett NMDA -áramok hatását a hálózati aktivitásra, ami egyfajta homeosztatikus plaszticitás. Úgy gondolják, hogy ez segít közvetíteni azokat a káros hatásokat, amelyeket a megnövekedett NMDA áramok okoznának.
Jelenlegi és jövőbeli kutatások
További kutatásokra van szükség a nem szinaptikus plaszticitás szélesebb körű megértéséhez. 2010 januárjától tovább kell vizsgálni a következő témákat:
- Helyi és globális ingerlékenység változások a neuronális hálózatokban és a memórianyomás fenntartása
- A tanulástól függő ingerlékenység változásainak indukciójának sajátosságai
- A tanulástól függő ingerlékenység változásainak manipulálása gyógyszerészeti termékek vagy genetikai mutációk által, valamint azok hatása a memórianyomra
- Hasonlóságok a szinaptikus és a nem szinaptikus plaszticitás molekuláris mechanizmusai között
- A nem szinaptikus plaszticitás in vivo mintáinak összehasonlítása in vitro eredményekkel
- A génexpresszió elváltozásai az idegi aktivitás hatására