Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.10: Uzun Süreli Potansiyasyon
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Long-term Potentiation
 
TRANSCRIPT

18.10: Long-term Potentiation

18.10: Uzun Süreli Potansiyasyon

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.

Uzun süreli potentiation, veya LTP, hangi sinaptik plastisite-kimyasal sinaps ların gücü değişiklikleri- beyinde oluşabilir yollarından biridir. LTP pre-ve postsinaptik nöronal bağlantılar arasında zaman içinde meydana gelen sinaptik güçlendirme sürecidir. LTP'nin sinaptik güçlenmesi, uzun süreli depresyonun (LTD) sinaptik zayıflamasına karşı çalışır ve birlikte öğrenme ve hafızanın altında yatan temel mekanizmalardır.

Hebbian LTP

LTP presinaptik nöronlar tekrar tekrar ateş ve postsinaptik nöron uyarmak oluşabilir. Donald Hebb'in 1949'daki postülatından sonra "birlikte tel ilerleyen nöronlar" diye takip ettiği için buna Hebbian LTP denir. Presinaptik nöronlar tekrarlanan stimülasyon postinaptik membran iyon kanallarının türü ve sayısında değişikliklere neden olur.

Uyarıcı nörotransmitter glutamat postsinaptik reseptörleri iki tip LTP yer almaktadır: 1) N-metil-D-aspartat veya NMDA reseptörleri ve 2) α-amino-3-hidroksi-5-metil-4-isoksazolepropionik asit veya AMPA reseptörleri. NMDA reseptörleri glutamat bağlanması üzerine açık olmasına rağmen, onların gözenek genellikle nöron girmesini diğer pozitif yüklü iyonları önlemek magnezyum iyonları tarafından bloke edilir. Ancak, presinaptik nöronlar serbest glutamat postsinaptik AMPA reseptörlerine bağlanabilir, membran depolarizasyon ile sonuçlanan sodyum iyonlarının bir akını neden. Postsinaptik membran birden fazla sık presinaptik girişler tarafından depolarize edildiğinde, NMDA reseptör gözenek bloke magnezyum iyon yerinden, sodyum ve kalsiyum iyonları nörona akmasına izin.

Artan kalsiyum iyon akını daha sonra plazma membran içine yerleştirilen daha AMPA reseptörleri ile sonuçlanan bir sinyal çağlayan başlatır. Alternatif olarak, sinyal çağlayan glutamat reseptörlerini fosforilasyon olabilir-onları daha uzun bir süre açık kalmak ve hücre içine pozitif yüklü iyonların iletkenliğini artırmak sağlayan. Sonuç olarak, aynı presinaptik stimülasyon şimdi daha fazla glutamat reseptörleri aktive olacak ve daha olumlu yüklü iyonlar postsinaptik nöron girecek verilen daha güçlü bir postsinaptik yanıt uyandırmak olacaktır. Meydana gelen amplifikasyon sinaptik güçlendirme veya potentiation olarak bilinir.

"Pratik mükemmel yapar" atasözü kısmen LTP tarafından açıklanabilir. Yeni bir görev öğrenilirken, yeni sinir devreleri LTP kullanılarak güçlendirilir. Uygulamanın her yineleme sonra, nöral devrelerde sinaptik gücü daha güçlü hale gelir ve yakında görev doğru ve verimli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Yeni güçlendirilmiş bağlantılar, presinaptik uyarım devam ederse dakikalar ile haftalar arasında veya daha uzun sürebilir, bu da görevin gerçekleştirildiğinin her sonraki seferde LTP'nin korunacağı anlamına gelir.

LTP ve Hastalık

LTP normal işlediği zaman, kolayca öğrenebilir ve anılar oluşturabiliriz. Ancak, LTP anormallikleri Alzheimer hastalığı, otizm, bağımlılık, şizofreni ve multipl skleroz gibi birçok nörolojik ve bilişsel bozukluklar karıştığı edilmiştir. LTP'nin arkasındaki mekanizmaların daha iyi anlaşılması sonunda terapilere yol açabilir.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter