Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.11: Langfristige Depression
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Long-term Depression
 
PROTOKOLLE

18.11: Long-term Depression

18.11: Langfristige Depression

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.

Langzeitdepression oder LTD ist einer der Wege, auf denen synaptische Plastizität im Gehirn auftreten kann. LTD ist der Prozess der synaptischen Schwächung, der im Laufe der Zeit zwischen prä- und postsynaptischen neuronalen Verbindungen auftritt. Die synaptische Schwächung der LTD wirkt der synaptischen Stärkung durch Langzeitpotenzierung (LTP) entgegen. Zusammen sind sie die Hauptmechanismen, die dem Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen.

Mechanismus der Kalziumionenkonzentration

Wenn im Laufe der Zeit alle Synapsen durch LTP oder einen anderen Mechanismus maximal verstärkt werden, würde ein Plateau in der Effizienz des Gehirns entstehen. Dieses würde das Lernen und die Bildung neuer Erinnerungen erschweren. LTD ist eine Möglichkeit, schwächere Synapsen zu beschneiden. Dadurch werden wieder Ressourcen frei und die Flexibilität des zentralen Nervensystems wird wieder hergestellt. Ein Mechanismus, durch den die LTD auftritt, hängt von der Anzahl der Kalziumionen im postsynaptischen Neuron nach präsynaptischer Stimulation ab. Seltene oder geringe präsynaptische Stimulation führt zu einem geringen Calcium-Ionen-Zufluss und damit zu einer niedrigen Calcium-Ionen-Konzentration im postsynaptischen Neuron.

Die niedrige Calcium-Ionen-Konzentration initiiert eine Signalkaskade, die in der Endozytose oder der Entfernung von α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionsäure (AMPA)-Glutamat-Rezeptoren aus der Plasmamembran endet. Dadurch wird die postsynaptische Reaktion auf die gleiche sporadische präsynaptische Stimulation weiter abgeschwächt, da weniger Kanäle für positiv geladene Ionen vorhanden sind, die in die Membran eindringen und diese depolarisieren können. Das Neuron verwendet die AMPA-Rezeptoren zu einem späteren Zeitpunkt wieder und/oder trennt sie in ihre Bestandteile auf.

Erstmals wurde die LTD im Hippocampus beobachtet, wo sie alte Erinnerungen löschen soll. In der Folge wurde gezeigt, dass LTD in vielen Hirnregionen wie dem Kleinhirn, dem Striatum und dem Kortex auftritt. Die allgegenwärtige Präsenz der LTD unterstreicht ihre Bedeutung für die ordnungsgemäße Funktion des Gehirns.

LTD und Krankheiten

Fehlfunktionierende Mechanismen der LTD sollen zu zahlreichen neurologischen und kognitiven Störungen wie Sucht, geistiger Retardierung und Alzheimer beitragen. Die Forschung ist daher bemüht, die Mechanismen der LTD besser zu verstehen. Damit man besser verstehen kann, wie neurologische Störungen auftreten, und dafür Behandlungen entwickeln kann.


Suggested Reading

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

Waiting X
simple hit counter