18.9: Долговременная потенциация

Долговременная потенциация, или ДП, является одним из способов, с помощью которых синаптическая пластичность – изменение силы химических синапсов – может происходить в мозге. LTP – это процесс усиления синапсов, который происходит с течением времени между пре- и постсинаптическими нейронными связями. Синаптическое усиление LTP работает против синаптического ослабления длительной депрессии (LTD) и вместе является основными механизмами, лежащими в основе обучения и памяти.

Hebbian LTP

ДП может возникать, когда пресинаптические нейроны многократно активируются и стимулируют постсинаптический нейрон. Это называется Hebbian LTP, поскольку из постулата Дональда Хебба 1949 года следует, что «нейроны, которые возбуждаются вместе, соединяются вместе». Повторная стимуляция пресинаптических нейронов вызывает изменения типа и количества ионных каналов в постсинаптической мембране.

В LTP вовлечены два типа постсинаптических рецепторов возбуждающего нейромедиатора глутамата: 1) N-метил-D-аспартат или рецепторы NMDA и 2) альфа-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолепропионовая кислота. или рецепторы AMPA. Хотя рецепторы NMDA открываются при связывании глутамата, их поры обычно блокируются ионами магния, которые препятствуют проникновению других положительно заряженных ионов в нейрон. Однако глутамат, высвобождаемый пресинаптическими нейронами, может связываться с постсинаптическими рецепторами AMPA, вызывая приток ионов натрия, что приводит к деполяризации мембраны. Когда постсинаптическая мембрана деполяризуется многократными частыми пресинаптическими входами, ион магния, блокирующий поры рецептора NMDA, смещается, позволяя ионам натрия и кальция проходить в нейрон.

Увеличение притока ионов кальция затем инициирует сигнальный каскад, который завершается тем, что в плазменную мембрану входит больше рецепторов АМРА. Кроме того, сигнальный каскад может фосфорилировать рецепторы глутамата, что позволяет им оставаться открытыми в течение более длительного времени и повышать проходимость положительно заряженных ионов в клетку. В результате, та же пресинаптическая стимуляция теперь вызовет более сильный постсинаптический ответ, учитывая, что больше рецепторов глутамата будут активированы и более положительно заряженные ионы войдут в постсинаптический нейрон. Усиление, которое происходит, известно как синаптические укрепления или потенции.

Поговорка “практика делает совершенным” может быть частично объяснена LTP. Когда новая задача в настоящее время узнал, новые нейронные схемы усиливаются с помощью LTP. После каждой итерации практики, синаптическая сила в нейронных цепях становится сильнее, и вскоре задача может быть выполнена правильно и эффективно. Вновь усиленные соединения могут длиться от нескольких минут до нескольких недель или дольше, если пресинаптическая стимуляция сохраняется, а это означает, что каждый последующий раз, когда задача выполняется LTP поддерживается.

LTP и болезни

Когда LTP функционирует нормально, мы можем учиться и формировать воспоминания с легкостью. Тем не менее, аномалии в LTP были вовлечены во многих неврологических и когнитивных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, аутизм, наркомания, шизофрения, и рассеянный склероз. Более глубокое понимание механизмов, стоящих за LTP может в конечном итоге привести к терапии.