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

הגברה סינפטית היא תהליך LTP ארוכת-טווח, או של חיזוק סינפטי המתרחש לאורך זמן, בין חיבורי נוירונים פרה-סנפטי ופוסט-סינפטי. במנגנון אחד, כאשר נוירונים פרה-סינפטיים יורים"שוב ושוב ומעוררים את התא הפוסט-סינפטי, פעולה זו גורמת לשינויים בסוג ובמספר ומעוררים את התא הפוסט-סינפטי, פעולה זו גורמת לשינויים בסוג ובמספר של תעלות יונים בקרום הפוסט-סינפטי, כגון בסוג אחד של קולטני גלוטמט שנ‫קראים N-מתיל-D-אספרטט, או NMDA. קולטני NMDA בדרך כלל מושבתים על ידי יוני מגנזיום.עם זאת, בזמן דפולריזציה חזקה בעקבות גירוי המשכי, יוני ה‫מגנזיום מורחקים, מה שמאפשר ליוני סידן להיכנס. זרימת סידן זו יוזמת סדרת תגובות איתות אשר מסתיימת בסוג שני של קולטני גלוטמט, 5-אמינו-3-הידקוסי-α חומצה מתיל-4-איזוקסאזול-פרופנואית, AMPA בקיצור, שמוטמעים בתוך הקרום. במקרה זה, יותר יונים חיוביים זורמים לתוך הנוירון, מה שמגביר תגובה פוסט-סינפטית לאותו הגירוי הסינפטי.LTP היא חיונית ללמידה והיא אחת הדרכים להסביר את האמרה, תרגול מביא לשלמות"שכן התגובה המוגברת יכולה להימשך דקות עד שבועות, ואף יותר, אם ימשך הגירוי הפרה-סינפטי.

ניקול, רוג'ר א. "היסטוריה קצרה של העצמה לטווח ארוך". נוירון 93, מס '2 (18 בינואר 2017): 281–90. [<a href="https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.12.015" target="__blank">מקור</a>]

Bliss, T. V. P., G. L. Collingridge, ו R. G. M. Morris. "פלסטיות סינפטית בבריאות ובחולי: מבוא וסקירה כללית." עסקאות פילוסופיות של החברה המלכותית B: Biological Sciences 369, no. 1633 (5 בינואר 2014). [<a href="https://doi.org/10.1098/rstb.2013.0129" target="__blank">Source</a>]

פוטנציאל ארוך טווח

<div style="direction:rtl">פוטנציאל ארוך טווח, או LTP, הוא אחד הדרכים שבהן יכולים להתרחש שינויים פלסטיים סינפטיים בחוזק של סינפסות כימיות במוח. LTP הוא תהליך של חיזוק סינפטי המתרחש לאורך זמן בין קשרים עצביים פרה ופוסט-סינפטיים. החיזוק הסינפטי של LTP פועל בניגוד להיחלשות הסינפטית של דיכאון לטווח ארוך (LTD) ויחד הם המנגנונים העיקריים העומדים בבסיס הלמידה והזיכרון. <h4>LTP הביאני (Hebbian)</h4> LTP יכול להתרחש כאשר נוירונים פרה-סינפטיים יורים שוב ושוב ומגרים את הנוירון הפוסט-סינפטי. תהליך זה נקרא Hebbian LTP מכיוון שהוא נובע מהשערתו של דונלד הב משנת 1949 כי נוירונים שיורים יחד מחווטים יחד. הגירוי החוזר מנוירונים פרה-סינפטיים גורם לשינויים בסוג ובמספר תעלות היונים בממברנה הפוסט-סינפטית. שני סוגים של קולטנים פוסט-סינפטיים של הנוירוטרנסמיטר המעורר גלוטמט מעורבים ב-LTP: 1) קולטני N-מתיל-D-אספרטאט או NMDA ו-2) חומצה אלפא-אמינו-3-הידרוקסי-5-מתיל-4-איזוקסאזולפרופיונית או קולטני AMPA. למרות שקולטני NMDA נפתחים עם קישור לגלוטמט, הנקבובית שלהם נחסמת בדרך כלל על ידי יוני מגנזיום המונעים מיונים אחרים בעלי מטען חיובי לחדור לנוירון. עם זאת, גלוטמט המשתחרר מנוירונים פרה-סינפטיים יכול להיקשר לקולטני AMPA פוסט-סינפטיים, ולגרום לזרימה של יוני נתרן שגורמת לדה-פולריזציה של הממברנה. כאשר הממברנה הפוסט-סינפטית עוברת דה-פולריזציה על ידי כניסות פרה-סינפטיות תכופות, יון המגנזיום החוסם את נקבוביות הקולטן של NMDA נעקר, ומאפשר ליוני נתרן וסידן לזרום לתוך הנוירון. זרימת יוני הסידן המוגברת מתחילה אז מפל איתות שמגיע לשיאו בהחדרת קולטני AMPA נוספים לממברנת הפלזמה. לחלופין, מפל האיתות עשוי לזרחן קולטני גלוטמט ולאפשר להם להישאר פתוחים למשך זמן ארוך יותר ולשפר את ההולכה של יונים טעונים חיובית לתוך התא. כתוצאה מכך, אותו גירוי פרה-סינפטי יעורר כעת תגובה פוסט-סינפטית חזקה יותר בהתחשב בכך שיותר קולטני גלוטמט יופעלו ויונים טעונים חיוביים יותר ייכנסו לנוירון הפוסט-סינפטי. ההגברה המתרחשת ידועה כחיזוק סינפטי או חיזוק. את הפתגם תרגול מביא לשלמות ניתן להסביר חלקית על ידי LTP. כאשר נלמדת משימה חדשה, מעגלים עצביים חדשים מתחזקים באמצעות LTP. לאחר כל חזרה של תרגול, החוזק הסינפטי במעגלים העצביים מתחזק, ובקרוב ניתן לבצע את המשימה בצורה נכונה ויעילה. הקשרים החדשים שהתחזקו יכולים להימשך בין דקות לשבועות או יותר אם הגירוי הפרה-סינפטי נמשך, כלומר בכל פעם שמבוצעת המשימה, ה-LTP נשמר. <h4>LTP ומחלה</h4> כאשר LTP מתפקד כרגיל, אנו יכולים ללמוד וליצור זיכרונות בקלות. עם זאת, חריגות ב-LTP היו מעורבות בהפרעות נוירולוגיות וקוגניטיביות רבות כגון מחלת אלצהיימר, אוטיזם, התמכרות, סכיזופרניה וטרשת נפוצה. הבנה טובה יותר של המנגנונים שמאחורי LTP עשויה להוביל בסופו של דבר לטיפולים.</div>

הגברה לטווח ארוך, או LTP, היא אחת הדרכים שבהן פלסטיות סינפטית - שינויים בחוזק של סינפסות כימיות - יכולה להתרחש ב ...

Education

JoVE Core

Biology

ביולוגיה

Human Biology

ביולוגיה אנושית

Nervous System

מערכת העצבים

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

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