18.10: Langzeit-Depression

Die Langzeit-Depression oder LTD ist einer der Wege, auf denen synaptische Plastizität im Gehirn auftreten kann. LTD ist der Prozess der synaptischen Depression, die im Laufe der Zeit zwischen prä- und postsynaptischen neuronalen Verbindungen auftritt. Die synaptische Schwächung der LTD wirkt entgegen der synaptischen Verstärkung durch die Langzeit-Potenzierung (LTP). Zusammen sind sie die Hauptmechanismen, die dem Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen.

Mechanismen der Konzentration von Kalzium-Ionen

Wenn im Laufe der Zeit alle Synapsen durch LTP oder einen anderen Mechanismus maximal verstärkt werden, würde die Gehirnfunktion ein Plateau in der Effizienz erreichen, wobei dann das Lernen und die Bildung neuer Erinnerungen schwierig würde. LTD ist ein Weg, um schwächere Synapsen zu eliminieren, dadurch werden Ressourcen frei und das zentrale Nervensystem erreicht wieder eine gewisse Flexibilität. Ein Weg, der die LTD reguliert, hängt von der Anzahl der Kalzium-Ionen im postsynaptischen Neuron nach präsynaptischer Erregung ab. Seltene oder geringe präsynaptische Erregungen führen zu einem geringem Zufluss der Kalzium-Ionen und damit zu einer niedrigen Kalzium-Ionen-Konzentration im postsynaptischen Neuron.

Die niedrige Konzentration der Kalzium-Ionen initiiert eine Signalkaskade, die schließlich zu der Endozytose oder der Entfernung der α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsäure (AMPA)-Glutamat-Rezeptoren aus der Plasmamembran führt. Dadurch wird die postsynaptische Antwort auf die gleiche sporadische präsynaptische Erregung weiter abgeschwächt, da weniger Kanäle für den Zufluss der positiv geladenen Ionen vorhanden sind, die die Membran depolarisieren. Das Neuron verwendet die AMPA-Rezeptoren zu einem späteren Zeitpunkt wieder und/oder trennt sie in ihre Bestandteile auf.

Erstmals wurde die LTD im Hippocampus beobachtet, wo man vermutet, dass sie alte Erinnerungen löscht. Später wurde gezeigt, dass LTD in vielen Hirnregionen wie dem Kleinhirn, dem Striatum und dem Kortex auftritt. Die allgegenwärtige Präsenz der LTD unterstreicht ihre Bedeutung für die ordnungsgemäße Funktion des Gehirns.

LTD und Krankheiten

Fehlerhafte Mechanismen der LTD sollen zu zahlreichen neurologischen und kognitiven Störungen wie Sucht, geistiger Retardierung und Alzheimer beitragen. Die Forschung ist daher bemüht, die Mechanismen der LTD besser zu verstehen. Damit man besser verstehen kann, wie neurologische Störungen auftreten, und dafür Behandlungen entwickeln kann.

Langzeitdepression oder LTD ist ein allmählicher Prozess der synaptischen Schwächung zwischen prä- und postsynaptischen neuronalen Verbindungen. Ein Mechanismus, durch den LTD auftritt, hängt von der Menge von Kalziumionen ab, die nach präsynaptischer Stimulierung in das postsynaptische Neuron fließen. Niedrige Kalziumkonzentrationen auf Grund von seltener präsynaptischer Stimulation können eine Signalkaskade auslösen, die in der Endozytose oder Entfernung von AMPA Glutamat-Rezeptoren von der Membran kulminiert.

In der Folge wird die postsynaptische Antwort auf die gleiche sporadische präsynaptische Stimulierung weiter geschwächt. Daher birgt LTD wichtige Erkenntnisse, weil unbenutzte oder selten benutzte Synapsen geschwächt werden und sogar verloren gehen können, womit Resourcen und Raum frei werden, die für das Neuron für andere Funktionen genutzt werden können, wie zum Beispiel LTP-Stärkung von wichtigeren Synapsen.