18.11: Long-term Depression
18.11: Dépression à long terme
Long-term depression, or LTD, is one of the ways by which synaptic plasticity—changes in the strength of chemical synapses—can occur in the brain. LTD is the process of synaptic weakening that occurs over time between pre and postsynaptic neuronal connections. The synaptic weakening of LTD works in opposition to synaptic strengthening by long-term potentiation (LTP) and together are the main mechanisms that underlie learning and memory.
Calcium Ion Concentration Mechanism
If over time, all synapses are maximally strengthened through LTP or some other mechanism, the brain would plateau in efficiency making learning and forming new memories difficult. LTD is a way to prune weaker synapses thereby freeing up resources and putting flexibility back into the central nervous system. One mechanism by which LTD occurs depends on the number of calcium ions in the postsynaptic neuron after presynaptic stimulation. Infrequent or low levels of presynaptic stimulation lead to low calcium ion influx and consequently, low calcium ion concentration in the postsynaptic neuron.
The low calcium ion concentration initiates a signaling cascade that culminates in the endocytosis or removal of α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) glutamate receptors from the plasma membrane. As a result, the postsynaptic response to the same sporadic presynaptic stimulation is further weakened, since there are fewer channels for positively charged ions to enter and depolarize the membrane. The neuron reuses the AMPA receptors at a later time and/or separates them into their constituent subunits.
LTD was first described as occurring in the hippocampus, where it is thought to clear old memories. Subsequently, LTD has been shown to occur in many brain regions such as the cerebellum, striatum, and the cortex. The ubiquitous presence of LTD underlies its importance in proper brain functioning.
LTD and Disease
Malfunctioning mechanisms of LTD are thought to contribute to numerous neurological and cognitive disorders such as addiction, mental retardation, and Alzheimer's disease. Research is ongoing to better understand the mechanisms of LTD, how neurological disorders occur, and to develop treatments.
La dépression à long terme, ou LTD, est l’un des moyens par lesquels la plasticité synaptique — les changements dans la force des synapses chimiques — peut se produire dans le cerveau. LTD est le processus d’affaiblissement synaptique qui se produit au fil du temps entre les connexions neuronales pré et postsynaptiques. L’affaiblissement synaptique de LTD fonctionne en opposition au renforcement synaptique par potentialisation à long terme (LTP) et ensemble sont les principaux mécanismes qui sous-tendent l’apprentissage et la mémoire.
Mécanisme de concentration d’ions de calcium
Si au fil du temps, toutes les synapses sont renforcées au maximum par le LTP ou un autre mécanisme, le cerveau se stabiliserait dans l’efficacité rendant l’apprentissage et la formation de nouveaux souvenirs difficiles. Ltd est un moyen de tailler les synapses plus faibles libérant ainsi les ressources et de remettre la flexibilité dans le système nerveux central. Un mécanisme par lequel LTD se produit dépend du nombre d’ions de calcium dans le neurone postsynaptique après la stimulation présynaptique. Des niveaux peu fréquents ou faibles de stimulation presynaptique conduisent à un faible afflux d’ions de calcium et, par conséquent, à une faible concentration d’ions de calcium dans le neurone postsynaptique.
La faible concentration d’ions de calcium déclenche une cascade de signalisation qui culmine dans l’endocytose ou l’élimination des récepteurs glutamates α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropioniques (AMPA) de la membrane plasmatique. En conséquence, la réponse postsynaptique à la même stimulation presynaptique sporadique est encore affaiblie, puisqu’il y a moins de canaux pour que les ions chargés positivement entrent et dépolarisent la membrane. Le neurone réutilise les récepteurs AMPA à un moment ultérieur et/ou les sépare en leurs sous-unités constitutives.
LTD a d’abord été décrit comme se produisant dans l’hippocampe, où il est pensé pour effacer de vieux souvenirs. Par la suite, LTD a été montré pour se produire dans beaucoup de régions de cerveau telles que le cervelet, le striatum, et le cortex. La présence omniprésente de LTD sous-tend son importance dans le bon fonctionnement du cerveau.
LTD et maladie
On pense que les mécanismes défectueux de LTD contribuent à de nombreux troubles neurologiques et cognitifs tels que la toxicomanie, le retard mental et la maladie d’Alzheimer. Des recherches sont en cours pour mieux comprendre les mécanismes de l’LTD, comment les troubles neurologiques se produisent, et pour développer des traitements.
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