Name: synaptic strengthening in learning and memory
Uploaded: 2025-10-23T11:49:27.000Z
Duration: 1 min 35 s
Channel: JoVE

التقوية طويلة الأجل أو LTP هي عملية لتعزيز متشابك المبالغ على مر الزمن بين صلات عصبية متشابكة قبل وبعد. في آلية واحدة عندما الخلايا العصبية قبل المشبكي إطلاق النار وتحفيز الخلايا بعد المشبكي بشكل متكرر هذا الإجراء يدفع التغييرات في النوع وعدد من القنوات الأيونية في الغشاء متشابك آخر مثل فئة واحدة من مستقبلات الغلوتامات تسمى ب إن ميثيل مد الأسبارتات أو NMDA. وعادة ما يتم تعطيل مستقبلات NMDA بواسطة أيونات المغنيسيوم مع الاستقطاب القوي من التحفيز المتكرر يتم تهجير أيونات المغنيسيوم السماح لأيونات الكالسيوم بالدخول.يبدأ تدفق الكالسيوم في سلسلة من الإشارات التي تبلغ ذروتها في فئة ثانية من مستقبلات الغلوتامات. ألفا أميني ثلاثة هيدروكسي خمسة ميثيل أربعة حمض isoxazolepropionic AMPA لفترة قصيرة إدخال في الغشاء. في هذه الحالة،تتدفق أيونات أكثر إيجابية إلى الخلايا العصبية تصنع استجابة أقوى بعد المشبكي لنفس التحفيز قبل المشبكي.LTP ضروري للتعلم وهي طريقة واحدة لشرح ممارسة القول المأثور يجعل الكمال منذ استجابة معززة حديثا يمكن أن تستمر من دقائق إلى أسابيع أو أكثر إذا استمر التحفيز قبل المشبكي.

نيكول ، روجر أ. "تاريخ موجز للتقوية طويلة المدى". الخلايا العصبية 93 ، العدد 2 (18 يناير 2017): 281-90. [<a href = "https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.12.015" target = "__blank" >المصدر</a>]

بليس ، تي في بي ، جي إل كولينجريدج ، وآر جي إم موريس. "اللدونة المشبكية في الصحة والمرض: مقدمة ونظرة عامة". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية 369 ، رقم 1633 (5 يناير 2014). [<a href = "https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0129" target = "__blank" >المصدر</a>]

التأييد العصبي طويل الأمد

التقوية طويلة المدى ، أو LTP ، هي إحدى الطرق التي يمكن أن تحدث بها اللدونة المتشابكة _ التغيرات في قوة المشابك الكيميائية _ في الدماغ. التقوية طويلة المدى هي عملية تقوية المشبكية التي تحدث بمرور الوقت بين الوصلات العصبية قبل المشبكية وبعدها. تعمل التقوية المشبكية للتقوية طويلة المدى في مواجهة الضعف المشبكي للتثبيط طويل المدى (LTD) ، وهما معاً يمثلان الآليات الرئيسية التي يقوم عليها التعلم والذاكرة.

<h4>هيبيان (Hebbian) التقوية طويلة المدى</h4>

يمكن أن تحدث التقوية طويلة المدى عندما تطلق وتحفز الخلايا العصبية قبل المشبكية بشكل متكرر الخلايا العصبية بعد المشبكية. وهذا ما يسمى هيبيان التقوية طويلة المدى لأنه يتبع دونالد هيب الذي افترض في عام ١٩٤٩ أن ”الخلايا العصبية التي تطلق سوياً تتشابك معاً“. يؤدي التحفيز المتكرر من الخلايا العصبية قبل المشبكية إلى إحداث تغييرات في نوع وعدد القنوات الأيونية في الغشاء بعد المشبكي.

يوجد نوعان من المستقبلات بعد المشبكي للناقل العصبي الاستثاري الغلوتامات في التقوية طويلة المدى: ١) مستقبلات N-الميثيل-D-الأسبارتات أو مستقبلات NMDA و ٢) α-أمينو-٣-هيدروكسي-٥-ميثيل-٤-حمض ايزوكسيزول بروروبيونيك أو مستقبلات AMPA. على الرغم من أن مستقبلات NMDA تفتح عند ارتباط الجلوتامات ، إلا أن مسامها عادة ما تسد بواسطة أيونات المغنيسيوم التي تمنع أيونات موجبة الشحنة من دخول الخلايا العصبية. ومع ذلك ، يمكن أن يرتبط الغلوتامات المنبعثة من الخلايا العصبية قبل المشبكية بمستقبلات AMPA بعد المشبكية ، مما يتسبب في تدفق أيونات الصوديوم مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب من الغشاء. عندما يتم إزالة استقطاب الغشاء بعد المشبكي عن طريق عدة مدخلات متكررة قبل المشبكي ، يتم إزاحة أيون المغنيسيوم الذي يحجب مسام مستقبل NMDA ، مما يسمح لأيونات الصوديوم والكالسيوم بالتدفق إلى الخلايا العصبية.

ثم يبدأ تدفق أيونات الكالسيوم المتزايد سلسلة إشارات تبلغ ذروتها في إدخال المزيد من مستقبلات AMPA في غشاء البلازما. بدلاً من ذلك ، قد تؤدي سلسلة الإشارات إلى فسفرة مستقبلات الغلوتامات _ مما يمكنها من البقاء مفتوحة لفترة أطول وتعزيز توصيل الأيونات الموجبة الشحنة في الخلية. ونتيجة لذلك ، فإن نفس التحفيز قبل المشبكي سوف يثير الآن استجابة أقوى لما بعد المشبك نظراً لأنه سيتم تنشيط المزيد من مستقبلات الجلوتامات وستدخل الأيونات الموجبة الشحنة إلى الخلايا العصبية بعد المشبكية. يُعرف التضخيم الذي يحدث بالتقوية المتشابكة أو التقوية.

القول المأثور ”الممارسة تجعل الكمال“ يمكن تفسيره جزئياً بواسطة التقوية طويلة المدى. عندما يتم تعلم مهمة جديدة ، يتم تعزيز الدوائر العصبية الجديدة باستخدام التقوية طويلة المدى. بعد كل تكرار للممارسة ، تصبح القوة التشابكية في الدوائر العصبية أقوى ، وسرعان ما يمكن تنفيذ المهمة بشكل صحيح وفعال. يمكن أن تستمر الاتصالات المعززة حديثاً من دقائق إلى أسابيع أو أكثر إذا استمر التحفيز قبل المشبكي ، مما يعني أنه في كل مرة يتم فيها تنفيذ المهمة ، يتم الحفاظ على التقوية طويلة المدى.

<h4>التقوية طويلة المدى و المرض</h4>

عندما تعمل التقوية طويلة المدى بشكل طبيعي ، يمكننا التعلم وتشكيل الذكريات بسهولة. ومع ذلك ، فقد تورط الشذوذ في التقوية طويلة المدى في العديد من الاضطرابات العصبية والمعرفية مثل مرض الزهايمر ، والتوحد ، والإدمان ، والفصام ، والتصلب المتعدد. قد يؤدي الفهم الأفضل للآليات الكامنة وراء التقوية طويلة المدى في النهاية إلى العلاجات.

التقوية طويلة المدى ، أو LTP ، هي إحدى الطرق التي يمكن أن تحدث بها اللدونة المشبكية - التغييرات في قوة المشابك الكيميائية - في ...

Education

JoVE Core

Biology

علم الأحياء

Human Biology

بيولوجيا الإنسان

Nervous System

الجهاز العصبي

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

Long-term Potentiation

synaptic strengthening in learning and memory

Long-term potentiation, or LTP, is a form of synaptic strengthening in the brain. It changes the strength of chemical synapses over time between pre- and postsynaptic neurons. LTP works against long-term depression, or LTD, which weakens synapses. Together, LTP and LTD are major mechanisms behind learning and memory.

LTP can happen when a presynaptic neuron fires again and again and keeps stimulating a postsynaptic neuron. This is called Hebbian LTP, based on Donald Hebb’s idea that neurons that fire together wire together. Repeated stimulation changes the types and number of ion channels in the postsynaptic membrane. Two glutamate receptors are involved: NMDA receptors and AMPA receptors.

NMDA receptors open when glutamate binds, but magnesium ions usually block the pore. At the same time, glutamate can activate AMPA receptors on the postsynaptic cell. This causes sodium ions to enter and depolarize the membrane. When many presynaptic inputs arrive in quick succession, the magnesium block is removed from the NMDA receptor. Sodium and calcium ions then enter the neuron.

The calcium influx starts a signaling cascade inside the cell. This cascade leads to more AMPA receptors being inserted into the plasma membrane. It can also phosphorylate glutamate receptors, which helps them stay open longer and lets more positively charged ions enter the cell. The same presynaptic signal then creates a stronger postsynaptic response. This increase is called synaptic strengthening, or potentiation.

LTP also helps explain why practice makes perfect. When a new task is learned, new neural circuits are reinforced by LTP. With each round of practice, the synaptic strength in those circuits becomes stronger. Over time, the task can be performed more correctly and efficiently. These strengthened connections can last from minutes to weeks or longer if presynaptic stimulation continues, so later practice can maintain the LTP.

When LTP works normally, learning and memory are easier. Problems with LTP have been linked to Alzheimer’s disease, autism, addiction, schizophrenia, and multiple sclerosis. Understanding how LTP works may help guide future therapies for these neurological and cognitive disorders.

Synaptic Strengthening in Learning and Memory

synaptic-strengthening-in-learning-and-memory

what is a nervous system?

Nervous System Parts and Control

The nervous system is a network of specialized cells that keeps the body working and helps it respond to the world around it. It controls essential functions such as heart rate and breathing. It also supports movement that helps an organism escape danger. In vertebrates, the nervous system has two major parts: the central nervous system, or CNS, and the peripheral nervous system, or PNS. The CNS includes the brain, spinal cord, and retina, which is the sensory tissue of the visual system. The...

the parasympathetic nervous system

Rest and Digest: Parasympathetic Control

The parasympathetic nervous system helps the body stay calm and return to a rested state. It is one of the two major divisions of the autonomic nervous system, which controls many unconscious functions such as heart rate and digestion. Its neurons are found in the brain and the peripheral nervous system, and they send axons to muscles, organs, and glands. This system is often called the “rest and digest” system because it supports body processes that restore homeostasis. It is most active...

the sympathetic nervous system

Sympathetic Stress Response and Body Changes

The sympathetic nervous system helps the body respond to stress and danger. It is one of the two main divisions of the autonomic nervous system. When it turns on, it prepares the body for action and puts lower-priority functions, such as digestion, on hold. This response is often called the fight-or-flight system. A surprise exam can trigger it, and students may notice a tight stomach, a dry mouth, and a fast heartbeat. In a real threat, the system shifts blood away from the digestive system...

the blood-brain barrier

How the Blood-Brain Barrier Works

The blood-brain barrier is a specialized system of blood vessels that helps control what enters the brain. It delivers nutrients from the blood while tightly regulating ions, molecules, pathogens, and other substances. This semipermeable barrier protects the brain and also makes it harder to deliver some therapies. The blood-brain barrier includes several cellular parts, especially endothelial cells and astrocytes. These cells share a common basement membrane and regulate movement between the...

neuron structure

How Neurons Send Signals

Neurons send signals through a clear set of structures that let them receive, process, and pass on information. They are the main cells of the nervous system and use electrochemical signals to communicate. Neurons also talk to other cells through neurotransmitters at junctions called synapses. Most neurons share three main parts: a cell body, also called the soma, dendrites, and an axon. The soma holds the nucleus and other organelles needed for cell function. Dendrites usually receive...

glial cells

Glial Cells and Nervous System Support

Glial cells support the nervous system and work alongside neurons. They are one of the two main cell types in the nervous system. Unlike neurons, glia do not send electrical signals, but they help with nearly every other part of nervous system function. In humans, glial cells are about as numerous as neurons in the brain. In the central nervous system, glia include astrocytes, oligodendrocytes, microglia, and ependymal cells. Astrocytes are the most common glial cells. They form organized,...

action potentials

How Nerve Signals Travel in Axons

Neurons send signals through action potentials, the rapid electrical changes that move along the axon. These signals lead to neurotransmitter release at axon terminals, which passes information through the nervous system. An action potential is an all-or-none change in membrane potential, the voltage across a cell membrane. A neuron usually has a resting membrane potential of about -70 millivolts. When it receives signals from neurotransmitters or sensory input, the membrane can become more...

the resting membrane potential

How Neurons Keep a Negative Resting Charge

Neurons keep a negative resting charge across their membrane. This electrical difference, called the membrane potential, comes from how ions move and how the membrane lets them pass. In a resting neuron, the inside is typically around -70 millivolts and is more negative than the outside, so the cell is polarized. Two main factors create this resting state. First, the membrane is selectively permeable, which means most ions and molecules cannot cross the lipid bilayer without help from ion...

long-term potentiation

Long-term potentiation, or LTP, is a form of synaptic strengthening in the brain. It changes the strength of chemical synapses over time between pre- and postsynaptic neurons. LTP works against long-term depression, or LTD, which weakens synapses. Together, LTP and LTD are major mechanisms behind learning and memory. LTP can happen when a presynaptic neuron fires again and again and keeps stimulating a postsynaptic neuron. This is called Hebbian LTP, based on Donald Hebb’s idea that neurons...

long-term depression

Synaptic Pruning in Long-term Depression

Long-term depression, or LTD, is a form of synaptic plasticity that weakens chemical synapses over time. It acts between presynaptic and postsynaptic neurons. LTD works in opposition to long-term potentiation, or LTP, which strengthens synapses. Together, LTD and LTP are two of the main mechanisms behind learning and memory. LTD helps the brain avoid staying locked in a fully strengthened state. If synapses were always maximally strengthened, the brain would become less efficient and it would...

the synapse

How Neurons Signal at Synapses

Neurons communicate through synapses, the points where two neurons meet to pass on signals. At a synapse, the sending neuron is the presynaptic cell, and the receiving neuron is the postsynaptic cell. Most neurons can serve in both roles because they send and receive information. Electrical synapses move signals directly between cells. The presynaptic and postsynaptic cells are linked by gap junctions, which are proteins that physically connect them. This type of synapse can pass electrical...

key terms and concepts

Explore how long-term potentiation strengthens synapses, supports learning and memory, and is linked to disorders such as Alzheimer’s disease and autism.

Synaptic Strengthening in Learning and Memory | JoVE K12

JoVE Core series brings biology to life through over 300 concise and easy-to-understand animated video lessons that explain key concepts in biology, plus more than 150 scientist-in-action videos that show actual research experiments conducted in today’s laboratories.

biology

myJoVE Corporation

Synaptic Strengthening in Learning and Memory

Description

Transcript

Tags