18.9: Uzun Vadeli Potansiyel

Uzun süreli potansiyel veya LTP, beyinde sinaptik plastisitenin (kimyasal sinapsların gücündeki değişiklikler) meydana gelebileceği yollardan biridir. LTP, pre- ve postsinaptik nöronal bağlantılar arasında zaman içinde meydana gelen sinaptik güçlendirme sürecidir. LTP'nin sinaptik güçlendirilmesi, uzun süreli depresyonun (LTD) sinaptik zayıflamasına karşı çalışır ve birlikte öğrenme ve hafızanın altında yatan ana mekanizmalardır.

Hebbian LTP

LTP, presinaptik nöronlar tekrar tekrar ateşlendiğinde ve postsinaptik nöronu uyardığında ortaya çıkabilir. Buna Hebbian LTP denir, çünkü Donald Hebb tarafından 1949 tarihinde "birlikte ateşlenen nöronlar birbirine bağlıdır" şeklinde öne sürülmüştür. Presinaptik nöronlardan tekrarlanan stimülasyon, postsinaptik membrandaki iyon kanallarının tipinde ve sayısında değişikliklere neden olur.

LTP'de uyarıcı nörotransmitter glutamatın iki tip postsinaptik reseptörü vardır: 1) N-metil-D-aspartat veya NMDA reseptörleri ve 2) &alfa;-amino-3-hidroksi-5-metil-4-izoksazolepropiyonik asit veya AMPA reseptörleri. NMDA reseptörleri glutamat bağlandığında açılsa da gözenekleri genellikle diğer pozitif yüklü iyonların nörona girmesini önleyen magnezyum iyonları tarafından bloke edilir. Bununla birlikte, presinaptik nöronlardan salınan glutamat, postsinaptik AMPA reseptörlerine bağlanabilir ve bu da sodyum iyonlarının hareketi üzerinden membran depolarizasyonuna sebep olur. Postsinaptik membran çoklu sık presinaptik girişler tarafından depolarize edildiğinde, NMDA reseptörü gözeneğini bloke eden magnezyum yer değiştirir ve sodyum ve kalsiyum iyonlarının nörona girişine izin verir.

Artan kalsiyum iyon akışı daha sonra plazma membranına daha fazla AMPA reseptörü yerleştirilmesi ile sonuçlanan bir sinyal kaskadını başlatır. Alternatif olarak, sinyal kaskatı glutamat reseptörlerini fosforile edebilir, bu da daha uzun süre açık kalmalarını ve pozitif yüklü iyonların hücreye iletkenliğini arttırmalarını sağlar. Sonuç olarak, aynı presinaptik stimülasyon, daha fazla glutamat reseptörünün aktive edileceği ve daha pozitif yüklü iyonların postsinaptik nörona gireceği göz önüne alındığında, daha güçlü bir postsinaptik yanıt uyandırır. Meydana gelen amplifikasyon sinaptik güçlendirme veya potansiyelizasyon olarak bilinir.

“Pratik mükemmel yapar” söylemi LTP tarafından kısmen açıklanabilir. Yeni bir görev öğrenildiğinde, yeni sinir devreleri LTP kullanılarak güçlendirilir. Uygulamanın her yinelemesinden sonra, sinir devrelerindeki sinaptik güç daha da güçlenir ve böylece bu yeni görev doğru ve verimli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Yeni güçlendirilmiş bağlantılar, presinaptik stimülasyon devam ederse birkaç dakika ila birkaç hafta veya daha uzun sürebilir, bu da her bir görev gerçekleştirildiğinde LTP'nin korunduğu anlamına gelir.

LTP ve Hastalık

LTP normal çalıştığı zaman, kolayca öğrenebilir ve anılarımızı oluşturabiliriz. Bununla birlikte, LTP'deki anormallikler Alzheimer hastalığı, otizm, bağımlılık, şizofreni ve multipl skleroz gibi birçok nörolojik ve bilişsel bozuklukta yer almıştır. LTP'nin arkasındaki mekanizmaların daha iyi anlaşılması bu hastalıklara karşı terapilerin geliştirilmesine yol açabilir.

- [Anlatıcı] Uzun Vadeli Potansiyel Artışı, yani LTP sinapslarda zamanla meydana gelen güçlenme, yani presinaptik ve postsinaptik nöron bağlantıları arasındaki farktır. Bir mekanizmada, presinaptik nöronlar arka arkaya ateşleme yaparak postsinaptik hücreyi uyarınca postsinaptik hücre zarındaki iyon kanallarının tipi ve sayısı değişir; bir glutamat reseptörleri sınıfı olan N-metil-D-aspartat (NMDA) buna bir örnektir. NMDA reseptörleri genellikle magnezyum iyonları tarafından etkisizleştirilirse de, arka arkaya uyarım sonucunda güçlü bir deplorizasyon gelişerek magnezyum iyonlarını uzaklaştırır ve kalsiyum iyonlarının girişine olanak sağlar.

Yoğun kalsiyum girişiyle bir sinyal iletim kaskadı oluşur ve ikinci bir glutamat reseptörü sınıfını ortaya çıkarır. Böylece alfa amino-3-hidroksi-5-metil- 4-izokzasol propionik asit ya da kısaca AMPA hücre zarına girer. Bu durumda nörona yönelik artı yüklü iyon akışı şiddetlenir ve aynı presinaptik uyarım karşısında daha güçlü bir postsinaptik yanıt ortaya çıkar.

LTP hücrenin öğrenmesinde büyük önem taşır ve alıştırma tekrarının da önemini gösterir, çünkü yeni güç kazanan yanıt, presinaptik uyarım kesilmezse dakikalar, haftalar, hatta daha uzun süre devam edebilir.