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18.10: 장기 상승 작용
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Long-term Potentiation
 
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18.10: Long-term Potentiation

18.10: 장기 상승 작용

Long-term potentiation, or LTP, is one of the ways by which synaptic plasticity—changes in the strength of chemical synapses—can occur in the brain. LTP is the process of synaptic strengthening that occurs over time between pre- and postsynaptic neuronal connections. The synaptic strengthening of LTP works in opposition to the synaptic weakening of long-term depression (LTD) and together are the main mechanisms that underlie learning and memory.

Hebbian LTP

LTP can occur when presynaptic neurons repeatedly fire and stimulate the postsynaptic neuron. This is called Hebbian LTP since it follows from Donald Hebb’s 1949 postulate that “neurons that fire together wire together.” The repeated stimulation from presynaptic neurons induces changes in the type and number of ion channels in the postsynaptic membrane.

Two types of postsynaptic receptors of the excitatory neurotransmitter glutamate are involved in LTP: 1) N-methyl-D-aspartate or NMDA receptors and 2) α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid or AMPA receptors. Although NMDA receptors open upon glutamate binding, their pore is usually blocked by magnesium ions that prevent other positively charged ions from entering the neuron. However, glutamate released from presynaptic neurons can bind to postsynaptic AMPA receptors, causing an influx of sodium ions that results in membrane depolarization. When the postsynaptic membrane is depolarized by multiple frequent presynaptic inputs, the magnesium ion blocking the NMDA receptor pore is displaced, allowing sodium and calcium ions to flow into the neuron.

The increased calcium ion influx then initiates a signaling cascade that culminates in more AMPA receptors being inserted into the plasma membrane. Alternatively, the signaling cascade may phosphorylate glutamate receptors—enabling them to stay open for a longer duration and enhancing the conductance of positively charged ions into the cell. As a result, the same presynaptic stimulation will now evoke a stronger postsynaptic response given that more glutamate receptors will be activated and more positively charged ions will enter the postsynaptic neuron. The amplification that occurs is known as synaptic strengthening or potentiation.

The adage “practice makes perfect” can be partly explained by LTP. When a novel task is being learned, new neural circuits are reinforced using LTP. After each iteration of practice, the synaptic strength in the neural circuits become stronger, and soon the task can be performed correctly and efficiently. The newly strengthened connections can last from minutes to weeks or longer if the presynaptic stimulation persists, meaning that each subsequent time the task is performed the LTP is maintained.

LTP and Disease

When LTP functions normally, we can learn and form memories with ease. However, abnormalities in LTP have been implicated in many neurological and cognitive disorders such as Alzheimer’s disease, autism, addiction, schizophrenia, and multiple sclerosis. A better understanding of the mechanisms behind LTP could eventually lead to therapies.

장기적인 전능성 또는 LTP는 시냅스 가소성,화학 시냅스의 강도의 변화 -가뇌에서 발생할 수있는 방법 중 하나입니다. LTP는 사전 및 포스트 냅 스 뉴런 연결 사이 시간이 지남에 따라 발생 하는 시 냅 스 강화의 과정. LTP의 시냅스 강화는 장기 우울증 (LTD)의 시냅스 약화에 반대하며 학습과 기억의 기초가되는 주요 메커니즘입니다.

헤비안 LTP

LTP는 사전 시냅스 뉴런이 반복적으로 발사되고 포스트 냅틱 뉴런을 자극할 때 발생할 수 있습니다. 이것은 도널드 Hebb의 1949 년 이후 Hebbian LTP라고합니다 "함께 와이어를 함께 발사 하는 뉴런." 사전 시냅스 뉴런에서 반복자극은 포스트냅틱 멤브레인에서 이온 채널의 유형과 수의 변화를 유도한다.

흥분성 신경 전달 물질 글루타민의 두 가지 유형의 포스트 냅틱 수용체는 LTP에 관여합니다: 1) N-메틸-D-아스파르타테 또는 NMDA 수용체 및 2) α-아미노-3-하이드록시-5-메틸-4-이삭사졸프로피오닉산 또는 AMPA 수용체. 비록 NMDA 수용 체 글루타민 결합에 열려, 그들의 모공은 일반적으로 다른 긍정적으로 충전 된 이온 뉴런입력을 방지 하는 마그네슘 이온에 의해 차단. 그러나, 사전 시냅스 뉴런에서 방출 된 글루타민은 포스트 냅틱 AMPA 수용체에 결합 할 수 있습니다, 막 탈극을 초래 나트륨 이온의 유입을 일으키는. 포스트냅스 멤브레인이 여러 번 자주 미리 입력에 의해 변형되면 NMDA 수용체 모공을 차단하는 마그네슘 이온이 변위되어 나트륨과 칼슘 이온이 뉴런으로 흘러 들어갈 수 있습니다.

증가 칼슘 이온 유입 다음 플라즈마 막에 삽입되는 더 많은 AMPA 수용체에서 절정 신호 폭포를 시작합니다. 대안적으로, 신호 캐스케이드는 인광성 글루타민산 수용체를 인광하여 더 긴 기간 동안 열어 두도록 하고 세포내내내의 양전하 이온의 전도도를 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 동일한 사전 자극은 이제 더 많은 글루타민산 수용체가 활성화되고 더 긍정적으로 충전된 이온이 포스트냅틱 뉴런에 들어갈 것이라는 점을 감안할 때 더 강한 포스트냅틱 반응을 불러일으킵니다. 발생하는 증폭은 시냅스 강화 또는 전위성이라고 합니다.

"연습은 완벽하다"는 속담은 LTP에 의해 부분적으로 설명 될 수 있습니다. 새로운 작업이 학습되면 LTP를 사용하여 새로운 신경 회로가 강화됩니다. 연습의 각 반복 후, 신경 회로의 시냅스 강도가 강해지고 곧 작업을 정확하고 효율적으로 수행 할 수 있습니다. 새로 강화된 연결은 사전 자극이 지속되는 경우 몇 분에서 몇 주 이상 지속될 수 있으므로 작업이 수행되는 각 후속 시간이 LTP가 유지됩니다.

LTP 및 질병

LTP가 정상적으로 작동할 때, 우리는 쉽게 기억하고 배우고 형성 할 수 있습니다. 그러나, LTP에 있는 이상은 알츠하이머 병, 자폐증, 중독, 정신 분열증 및 다발성 경화증과 같은 많은 신경 학및 인지 장애에서 연루되었습니다. LTP 뒤에 기계장치의 더 나은 이해는 결국 치료로 이끌어 낼 수 있었습니다.


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