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18.10: Langfristige Potenzierung
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PROTOKOLLE

18.10: Langfristige Potenzierung

Die Langzeitpotenzierung oder LTP ist eine der Möglichkeiten, wie synaptische Plastizität im Gehirn auftreten kann. Dabei handelt es sich um Veränderungen in der Stärke der chemischen Synapsen. LTP ist der Prozess der synaptischen Verstärkung, der im Laufe der Zeit zwischen prä- und postsynaptischen neuronalen Verbindungen auftritt. Die synaptische Stärkung der LTP wirkt der synaptischen Schwächung der Langzeitdepression (LTD) entgegen und stellt zusammen die Hauptmechanismen dar, die dem Lernen und dem Gedächtnis zugrunde liegen.

Hebbische LTP

LTP kann auftreten, wenn präsynaptische Neuronen wiederholt feuern und das postsynaptische Neuron stimulieren. Man bezeichnet dies als hebbische LTP. Es folgt aus dem Postulat von Donald Hebb aus dem Jahr 1949, dass "Neuronen, die zusammen feuern, sich miteinander verdrahten". Die wiederholte Stimulation von präsynaptischen Neuronen induziert Veränderungen in der Art und Anzahl der Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran.

Bei der LTP sind zwei Arten von postsynaptischen Rezeptoren des exzitatorischen Neurotransmitters Glutamat beteiligt: 1) N-Methyl-D-Aspartat bzw. NMDA-Rezeptoren und 2) α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsäure bzw. AMPA-Rezeptoren. Obwohl sich die NMDA-Rezeptoren bei der Glutamat-Bindung öffnen, werden ihre Poren normalerweise durch Magnesium-Ionen blockiert. Diese verhindern, dass andere positiv geladene Ionen in das Neuron eindringen. Glutamat, das aus präsynaptischen Neuronen freigesetzt wird, kann jedoch an postsynaptische AMPA-Rezeptoren binden. Dadurch wird ein Einströmen von Natriumionen verursacht, das zu einer Depolarisierung der Membran führt. Wenn die postsynaptische Membran durch mehrere häufige präsynaptische Inputs depolarisiert wird, wird das Magnesium-Ion, das die NMDA-Rezeptor-Pore blockiert, verdrängt. Dadurch können Natrium -und Kalzium-Ionen in das Neuron einströmen.

Der erhöhte Calcium-Ionen-Zufluss löst dann eine Signalkaskade aus. Diese gipfelt darin, dass mehr AMPA-Rezeptoren in die Plasmamembran eingefügt werden. Alternativ kann die Signalkaskade auch Glutamatrezeptoren phosphorylieren. Dadurch bleibt sie sie länger offen und erhöht die Leitfähigkeit positiv geladener Ionen in der Zelle. Als Ergebnis wird dieselbe präsynaptische Stimulation nun eine stärkere postsynaptische Reaktion hervorrufen, da mehr Glutamatrezeptoren aktiviert werden und mehr positiv geladene Ionen in das postsynaptische Neuron eindringen. Die auftretende Verstärkung ist als synaptische Verstärkung oder Potenzierung bekannt.

Das Sprichwort “Übung macht den Meister” kann teilweise durch LTP erklärt werden. Beim Erlernen einer neuartigen Aufgabe werden neue neuronale Schaltkreise durch LTP verstärkt. Nach jeder Iteration der Übung wird die synaptische Stärke in den neuronalen Schaltkreisen stärker. So kann die Aufgabe bald korrekt und effizient ausgeführt werden. Die neu verstärkten Verbindungen können von Minuten bis zu Wochen oder länger dauern, wenn die präsynaptische Stimulation andauert, was bedeutet, dass bei jeder weiteren Ausführung der Aufgabe die LTP beibehalten wird.

LTP und Krankheiten

Wenn LTP normal funktioniert, können wir mit Leichtigkeit lernen und Erinnerungen formen. Jedoch sind Anomalien in der LTP in viele neurologische und kognitive Störungen wie Alzheimer, Autismus, Suchtkrankheiten, Schizophrenie und Multiple Sklerose involviert. Ein besseres Verständnis der Mechanismen hinter LTP könnte eventuell zu Therapien führen.


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