Długoterminowe wzmocnienie (LTP) jest jednym ze sposobów, w jaki plastyczność synaptyczna – zmiany w sile synaps chemicznych – mogą zachodzić w mózgu. LTP to proces wzmacniania synaptycznego, który zachodzi z czasem między pre- i postsynaptycznymi połączeniami neuronalnymi. Wzmocnienie synaptyczne LTP działa w opozycji do synaptycznego osłabienia długotrwałej depresji (LTD) i razem są głównymi mechanizmami leżącymi u podstaw uczenia się i pamięci.
LTP może wystąpić, gdy neurony presynaptyczne wielokrotnie uruchamiają i stymulują neuron postsynaptyczny. Nazywa się to LTP Hebbowskim, ponieważ wynika z postulatu Donalda Hebba z 1949 roku, że “neurony, które strzelają razem, łączą się ze sobą”. Powtarzająca się stymulacja ze strony neuronów presynaptycznych indukuje zmiany w rodzaju i liczbie kanałów jonowych w błonie postsynaptycznej.
W LTP zaangażowane są dwa typy receptorów postsynaptycznych pobudzającego neuroprzekaźnika glutaminianu: 1) receptory N-metylo-D-asparaginianu lub NMDA oraz 2) receptory kwasu α-amino-3-hydroksy-5-metylo-4-izoksazopropionowego lub AMPA. Chociaż receptory NMDA otwierają się po związaniu glutaminianu, ich pory są zwykle blokowane przez jony magnezu, które zapobiegają przedostawaniu się innych dodatnio naładowanych jonów do neuronu. Jednak glutaminian uwalniany z neuronów presynaptycznych może wiązać się z postsynaptycznymi receptorami AMPA, powodując napływ jonów sodu, który powoduje depolaryzację błony. Kiedy błona postsynaptyczna jest depolaryzowana przez wiele częstych wejść presynaptycznych, jon magnezu blokujący pory receptora NMDA jest przemieszczany, umożliwiając przepływ jonów sodu i wapnia do neuronu.
Zwiększony napływ jonów wapnia inicjuje następnie kaskadę sygnalizacyjną, której kulminacją jest wprowadzenie większej liczby receptorów AMPA do błony plazmatycznej. Alternatywnie, kaskada sygnalizacyjna może fosforylować receptory glutaminianu – umożliwiając im pozostanie otwartymi przez dłuższy czas i zwiększając przewodnictwo dodatnio naładowanych jonów w komórce. W rezultacie, ta sama stymulacja presynaptyczna wywoła teraz silniejszą odpowiedź postsynaptyczną, biorąc pod uwagę, że więcej receptorów glutaminianu zostanie aktywowanych, a więcej dodatnio naładowanych jonów dostanie się do neuronu postsynaptycznego. Wzmocnienie, które zachodzi, jest znane jako wzmocnienie lub nasilenie synaptyczne.
Powiedzenie “praktyka czyni mistrza” można częściowo wyjaśnić za pomocą LTP. Kiedy uczy się nowego zadania, nowe obwody neuronowe są wzmacniane za pomocą LTP. Po każdej iteracji praktyki siła synaptyczna w obwodach nerwowych staje się silniejsza i wkrótce zadanie może być wykonane poprawnie i wydajnie. Nowo wzmocnione połączenia mogą trwać od kilku minut do tygodni lub dłużej, jeśli stymulacja presynaptyczna utrzymuje się, co oznacza, że za każdym kolejnym razem, gdy zadanie jest wykonywane, LTP jest utrzymywane.
Kiedy LTP funkcjonuje normalnie, możemy z łatwością uczyć się i tworzyć wspomnienia. Jednak nieprawidłowości w LTP są związane z wieloma zaburzeniami neurologicznymi i poznawczymi, takimi jak choroba Alzheimera, autyzm, uzależnienie, schizofrenia i stwardnienie rozsiane. Lepsze zrozumienie mechanizmów stojących za LTP może ostatecznie doprowadzić do opracowania terapii.
