Usuari:Mcapdevila/Plasticitat neuronal

Microscòpia d'una neurona piramidal

La plasticitat neuronal, neuroplasticitat, plasticitat neural o plasticitat sinàptica descriu els mecanismes pels quals el cervell és capaç de canviar a través de l'experiència: és la propietat que emergeix de la naturalesa i funcionament de les neurones quan aquestes estableixen comunicació, i que modula la percepció dels estímuls amb el mitjà, tant els que entren com els que surten. Aquest fenomen se produeix en condicions de desenvolupament embrionari, infància, edat adulta i patològiques (lesions i malalties). És el responsable de la diversitat en l'organització dels cervells dels individus i els mecanisme d'aprenentatge i memòria en nins i adults. La plasticitat neuronal, com la neurogènesi adulta, és un dels descobriments recents més importants de la neurociència i demostra que el cervell és un sistema dinàmic, en constant reconfiguració.

Aquesta dinàmica deixa una empremta al mateix temps que modifica l'eficàcia de la transferència de la informació a nivell dels elements més fins del sistema. Aquestes empremtes són els elements de construcció de la cosmovisió, on l'anterior modifica la percepció del següent. és a dir crea neuroplasticitat.

Esquema amb els principals elements en una sinapsi model. La sinapsi permet a les cèl·lules nervioses comunicar-se amb altres a través dels axons i dendrita s, transformant un senyal elèctric en un altre ​​químic.

Aquesta idea va ser proposada per primera vegada el 1890 per William James en els "Principis de Psicologia". No obstant això, va ser descuidat durant gairebé cinquanta anys.

La plasticitat és una propietat present en tots els nivells o escales de l'organització del cervell, que interactuen entre si, el que fa que del seu estudi un sistema complex. El cervell és considerat com un òrgan extremadament dinàmic en permanent relació amb l'ambient, d'una banda, i amb els fets psíquics o els actes del subjecte, de l'altra. Això demostra que la xarxa neuronal és extremadament sensible als canvis i a la contingència. La interacció dels diferents esdeveniments ocorreguts en les diferents zones de la psique, modula l'esdeveniment i les potencialitats de l'experiència, que sempre poden modificar l'estat anterior.

Generalitats

Tota cèl·lula té propietats electrolítiques (a l'estil de la bateria d'un cotxe), regulades per ions comuns a l'ambient i zona de la seva localització dins del sistema homeostàtic. La forma i manera que el medi té de satisfer les diferències de potencial que apareixen entre el medi i l'interior cel lular es compensen per la precipitació de certes molècules ionitzades que s'acoblen a la membrana plasmàtica. La interacció entre aquestes molècules i la membrana, té com a efecte l'emergència de la propietat anomenada Permeabilitat selectiva, creant una obertura anomenada port Plantilla:Sinreferencias. Depenent de la ​​ molècula desionizante que s'acobli a aquest receptor ionitzat, juntament amb altres variables del medi, la cèl·lula rebrà un tipus d'informació concreta que li indicarà el tipus de proteïna a codificar. Aquest tipus d'informació s'anomena senyal de pervivència. Sense aquests senyals, un programa genètic sa codificarà la informació que provocarà la mort cel lular.

Modulació

Interacció neurotransmissora.

A. Vista esquemàtica d'un potencial d'acció ideal, mostrant les seves diferents fases. B. Registre real d'un potencial d'acció, normalment deformat, comparat amb l'esquema a causa de les tècniques electrofisiològiques utilitzades en el mesurament.

Les propietats electrolítiques de la neurona vénen donades per l'existència de calci i sodi en el líquid cefaloraquidi, solució que envolta tot el SNC i que per tant posa en contacte la part externa de la cèl·lula amb la resta del sistema homeostàtic. El potassi es troba en el citoplasma i és el resultat de l'activitat metabòlica de la cèl·lula. El potassi forma ions positius, mentre que el calci i el sodi ho fan de forma negativa pel que fa al potassi. Per aquestes diferències de potencial existents entre l'exterior i l'interior, es precipiten certes molècules ionitzades, que per al cas de la plasticitat neuronal, poden estar dins del grup dels ionotròpics sobre els metabotròpics s. Aquestes molècules receptores, s'acoblen a la membrana i fan de ulls de pany creant una empremta anomenada port . La clau és la molècula transmissora que s'acobla a aquest receptor, que juntament amb altres variables del medi, la cèl·lula rebrà un tipus d'informació concreta que li indicarà el tipus de tasca metabòlica a realitzar. En el seu procés metabòlic, obtindrà un resultat que es bolcarà al torrent sanguini ... d'una banda, de l'altra, la membrana continua amb la dinàmica neurotransmissora resident en la transmissió quimioeléctrica de la membrana i que dependrà de l'estat metabòlic de la cèl·lula.Plantilla:SinreferenciasEls receptors d'informació s'acoblen a les dendrita s, i ja que les càrregues elèctriques solen transmetre amb més probabilitat en les zones de superfície aguda (en els extrems punxeguts, a l'estil dels parallamps). L'alta especialització de la neurona ha afavorit que subsisteixin aquelles en què les dendrites tenen aquesta forma destacat de la membrana plasmàtica, però que forma part de la mateixa.Plantilla:Sinreferencias

Ionotròpics base

En trets generals, l'efecte que s'indueix en l'axó de la neurona com a resultat de la despolarització de la membrana plasmàtica, es denomina potencial d'acció, que recorre tot el axó fins arribar a la vesícula presinàptica, i la resposta hiperpolarizante s'anomena potencial sinàptic.

Potencial excitador postSinàptic (PEPS)

El potencial d'acció té lloc entre els 100mV i 150mV (130mV en termes generals), repartits de la següent manera: -70 MV a l'interior i uns 60 mV a l'exterior. Quan en una neurona aquest potencial queda cancel·lat, es pot dir que la membrana s'ha despolaritzat. En cobrir el seu potencial d'acció, es transmet a través de l'axó el corrent que estimula la vesícula presinàptica, alliberant el neurotransmissor que correspon en funció de l'estat del medi i de la neurona. Cada neurona posseeix la seva neurotransmissor dominant i dos o tres alternatius.

• El glutamat és el neurotransmissor que fomenta la tendència de la neurona receptora a ser excitada, i per tant a entrar a línia dins del circuit local .

Potencial Inhibidor PostSinàptic (PIPS)

Contràriament als potencials d'acció, els potencials sinàptics són d'escassa amplitud i arriben tan sols alguns mV.

• El GABA, fomenta la cancel·lació de la càrrega a la membrana, i per tant tendeix a posar- fora de línia .

Metabotròpics base

En les mateixes condicions inicials que la interacció ionotròpics base, la combinació del glutamat o el gaba amb aquests receptors activen unes enzims presents a la membrana i responsables de la formació de noves molècules anomenades segons missatgers.

Depenent amb qual es combinen, poden manifestar dues propietats diferents:

• Poden modifiquen l'activitat dels receptors ionotròpics, augmentant el temps d'obertura dels ports creats a partir de la interacció ionotròpics base.
• Poden 'mobilitzar' altres receptors ionotròpics a una zona concreta de la membrana, augmentant d'aquesta manera la probabilitat d'èxit en la sinapsi neuronal.

En el context de la plasticitat, aquests són els neurotransmissors secundaris.

Neurotransmissió primària i secundària

• La neurotransmissió primària està regulada pels receptors ionotròpics, que tenen la propietat de tornar a una neurona més o menys excitable.

• La neurotransmissió secundària està regulada pels receptors metabotròpics, que tenen la propietat d'interaccionar amb els mateixos neurotransmissors ja esmentats, però modifiquen la intensitat de l'estímul o augmenten les probabilitats d'èxit dels neurotransmissors.

La dinàmica primària i secundària dóna forma a la plasticitat neuronal i sinàptica.

Integració de la informació

Disposició base d'una neurona motora.

És el procés en virtut del qual les neurones, gràcies a les propietats intrínseques a la seva membrana, es troben capacitades per sumar diferents entrades excitadores i inhibidores i elaborar una resposta en funció d'elles.

Una sola neurona pot integrar entre 10.000 i 15.000 connexions, totes procedents d'altres neurones i/o cèl·lules glials. Si tot el cervell té 100.000 milions de neurones mitjana, la mitjana de sinapsis existent en un cervell humà és d'una simple regla de tres, el nombre deixa de tenir significat en l'escala humana.

Pel mateix principi que governa l'electricitat estàtica que hi ha entre un bolígraf de plàstic i un tros de paper, les connexions entre dendrites i axons augmenten l'èxit de sinapsis. Pel mateix principi, si el bolígraf no reposa la seva càrrega estàtica en un temps adequat, el paper tendirà a allunyar-se del bolígraf per la pròpia dinàmica del mitjà. La proximitat entre dendrites i axons depenen de la freqüència amb la qual la sinápsis es realitzi.

Les sinapsis que formen les dendrites i els axons no tenen una programació genètica predeterminada, de fet, el nivell d'expressió d'un gen donat pot estar determinat per les particularitats de l'experiència. La disposició genètica predisposa certes tendències a la interconnexió. Es pot dir que la genètica ens predisposa per adaptar-nos a la dinàmica determinista del medi.

Durant la maduració del fetus, les cèl·lules nervioses experimenten la mateixa dinàmica plàstica basada en la neurotransmissió primària i secundària ja descrita, però, a l'anar madurant aquelles parts de la xarxa que depenen de factors interns principalment repetitius (batecs del cor, respiració, temperatura del cos, etc.) aquestes xarxes s'estableixen enllaços des del fetus, connectant els òrgans a mesura que estimulant la xarxa nerviosa de la qual depenen, fent perdurable aquesta connexió per aquests cicles.Plantilla:Sinreferencias

Suma espacial

Suposem que, d'entre les 10.000 sinapsis possibles, 3.000 estan rebent senyals d'excitació i altres tantes d'inhibició. La suma espacial és el procés que fa la neurona en elaborar tots aquests senyals en un mateix cicle de procés i produir una resposta, tant a nivells de potencial d'acció com de metabolització de proteïnes, neurotransmissors o qualsevol altra molècula capaç de portar informació.

Suma temporal

Resultat d'una suma en el temps de diferents impulsos sinápticos ionotròpics.

Partint d'aquest supòsit que en el cas de la suma espacial, prenem com a exemple una dendrita, on s'estableix sinápsis amb una terminació axónica d'una neurona. Aquesta neurona produeix una ràfega d'estímuls molt seguits en el temps, els quals la neurona que els rep ha de sumar-los en el temps, aplicant un procés mitjançant el qual la neurona estableix un resultat a aquest estímul.

Aprenentatge i memòria

Els potencials sinàptics duren entre milisegons i segons (el temps suficient per exercir un efecte transitori sobre l'excitabilitat de les cèl·lules postsinápticas) però en realitat són efímers. Si les sinapsis estan compromeses en els canvis de conductes a llarg termini relacionats amb l'aprenentatge i la memòria les neurones han de demostrar modificacions en l'eficàcia sinàptica (plasticitat sinàptica) que han de durar diversos minuts, dies o setmanes. L'eficàcia sinàptica sol reflectir-se en un canvi en l'amplitud del potencial postSinàptic en resposta a un potencial d'acció presinático. En moltes sinápsis, les amplituds dels potencials postsinàptics individuals no són constants. La facilitació sinàptica és un augment de l'amplitud dels potencials postsinàptics en resposta a impulsos presinàptics successius. La disminució de l'amplitud dels potencials postsinàptics en resposta a impulsos presinàptics successius es denomina antifacilitación sinàptica o depressió sinàptica. Tant la facilitació com la antifacilitación sinàptiques es produeixen com a resultat de canvis en la quantitat de neurotransmissor alliberat per cada impuls presinàptic.

Models d'aprenentatge en invertebrats

Habituació i sensibilització sinàptica

L'aprenentatge, capacitat de modificar el comportament en resposta a una experiència, i la memòria, capacitat d'emmagatzemar aquesta modificació per un període, són els trets més destacats dels processos mentals dels animals superiors. No obstant això, aquestes propietats són presents en sistemes nerviosos més simples, com en Aplysia, un cargol marí que retreu la brànquia quan se li aplica un estímul al sifó o al lòbul del mantell. L'amplitud d'aquesta resposta disminueix en presència d'una estimulació rrepetida de baixa freqüència, això implica que la resposta s'habitua. Després d'un cop a la cua, la resposta a l'estimulació del sifó torna a augmentar, o sigui, es sensibilitza pel cop a la cua. Amb un acoblament repetit dels estímuls a la cua i en el sifó, és possible alterar aquest comportament durant dies o setmanes, el que demostra una manera simple de memòria a llarg termini.

Kandel i Tauca, mapar el circuit nerviós del reflex de retirada de l'aleta i van determinar el locus sinàptic de l'habituació i de la sensibilizacón. Entre les neurones crítiques s'inclouen les mecanosensitivas que innerven la pell del sifó, les motores que innerven els músculs de l'aleta, i les interneurones que reben aferències de diferents neurones sensitives.

Circuit neural involucrat en la sensibilització.

L'habituació de la resposta de retirada de l'aleta podria produir-se en: 1) les terminacions nervioses sensitives de la pell del sifó, fent-les més sensibles al tacte, 2) el múscul de l'aleta, fent-ho menys sensible a l'estimulació sinàptica per la motoneurona , o 3) la sinápsis entre la neurona sensitiva i la motoneurona. La primera possibilitat es va descartar obtenint registres amb microelèctrodes de la neurona sensitiva quan es produïa l'habituació. Aquesta neurona seguia produint potencials d'acció en resposta a l'estimulació de la pell. Igualment es va descartar la segona possibilitat mitjançant l'estimulació elèctrica de la motoneurona i mostrant que sempre provocava la mateixa contracció musculo. Això deixava només la tercera possibilitat: l'habituació es produeix en la sinápsis que connecta l'estímul sensitiu amb la motoneurona. A la habituació la transmissió en la sinápsis glutamatèrgica entre les neurones sensitives i motores està disminuïda. Es creu que aquest debilitament en la transmissió sinàptica, denominat depressió sinàptica , és el responsable de disminuir la capacitat dels estímuls sobre el sifó per evocar contraccions de l'aleta durant l'habituació. Amb ulterior es va demostrar que la depressió sinàptica es deu a una reducció en la quantitat de vesícules sinàptiques disponibles per a l'alliberament, amb una reducció simultània en la quantitat de glutamat alliberat en la neurona sensitiva presinàptica. La sensibilització, per contra, modifica la funció d'aquest circuit a reclutar neurones addicionals. El xoc a la cua que evoca la sensibilització, activa neurones sensitives que innerven a la cua. Per la seva banda, aquestes neurones sensitives exciten interneurones que alliberen serotonina en les terminacions presinápticas de les neurones sensitives del sifó. La serotonina augmenta l'alliberament del transmissor des de les terminacions neuronals sensitives del sifó, la qual cosa condueix a un increment de l'excitació sinàptica de les neurones motores. Aquesta modulació de la sinapsi neurona sensitiva-neurona motora dura al voltant d'una hora, el que és similar a la durada de la sensibilització a curt termini de la retirada de l'aleta produïda per l'aplicació d'un sol estímul a la cua. Així aparentment la sensibilització a curt termini es deu al reclutament dels elements sinápticos addicionals que modulen la transmissió sinàptica en el circuit de retirada de l'aleta.

Transmissió glutamartégica durant la sensibilització a curt termini

Sensibilització a curt termini.

• PAS 1: La serotonina alliberada per les interneurones s'uneix a receptors acoblats a la proteïna G sobre les terminacions presinápticas de les neurones sensitives del sifó.
• PAS 2: estimulació de la producció de segon missatger (AMPc),
• PAS 3: els nivells de AMPc s'uneix a les subunitats reguladores de la proteïna kinasa A (PKA) i les subunitats catalítiques de la PKA fosforila a diverses proteïnes.
• PAS 4: una d'aquestes proteïnes és un canal potassi la fosforilació fa que es tanqui.
• PAS 5: el tancament dels canals de de potassi en la terminació axónica produeix una prolongació del potencial d'acció presinàptic,
• PAS 6: una major entrada de calci a través de canals de calci regulats per voltatge fa que s'alliberi més quants d'neutransmisor.

Transmissió glutamatèrgica durant la sensibilització perllongada

Sensibilització a llarg termini.

La durada prolongada d'aquesta forma de plasticitat es deu a canvis en l'expressió genètica, i per tant de la síntesi proteica. Amb un entrenament repetit (xocs addicionals a la cua), la PKA fosforila i estimula el activador transcripcional CREB i aquest al seu torn estimula la síntesi de la ubiquitina hidroxilasa, que degrada la subunitat reguladora de la PKA, produint un augment persistent en la quantitat de subunitat catalítica lliure, el que significa que certa quantitat de PKA està contínuament activa i no requereix serotonina per activar-se. El CREB també estimula una altra proteïna activadora de la transcripció, anomenada C/EBP. Aquesta estimula la transcripció d'altres gens desconeguts que produeixen l'agregat de terminacions sinàptiques, cosa que genera un augment prolongat de la quantitat de sinapsis entre les neurones sensitives i motores. Aquests increments estructurals no es obsevar en la sensibilització a llarg termini i poden ser la causa final del canvi prolongat en la força global de les connexions rellevants del circuit que produeixen un reforç perllongat en la resposta de la retirada de l'aleta.

Models d'aprenentatge en els vertebrats

Plasticitat sinàptica a curt termini

El més probable és que totes les sinapsis químiques són capaços de patir canvis plàstics. Els mecanismes de la plasticitat sinàptica en la sinapsi dels mamífers es desenvolupen en escales temporals que varien des dels milisegons fins a dies, setmanes o més. Les formes de plasticitat a curt termini (durant minuts o menys) s'han estudiat amb més detall en les sinapsis musculars perifèriques. L'activació repetida de la unió neuromuscular desencadena diversos canvis que varien en direcció i durada. La facilitació sinàptica , que és un augment transitori de la força sinàptica, es desenvolupa quan dos potencials d'acció o més envaeixen la terminació presinàptica successivament. La facilitació fa que s'alliberi més neurotransmissor amb cada potencial d'acció endavant, augmentant progressivament el potencial de placa terminal postSinàptic. La facilitació és el resultat de l'elevació prolongada de calci en la terminació presinàptica. L'ingrés de calci es desenvolupa en un o dos milisegons després del potencial d'acció però el retorn del calci fins als nivells de repòs són molt més lents. Per tant, quan els potencials d'acció apareixen junts tendeixen a augmentar el calci dins de l'acabament i en conseqüència el potencial d'acció presinàptic ulterior allibera més neurotransmissor. Una descàrrega d'alta freqüència de potencials d'acció presinàptics (tètanus) pot conduir a una elevació fins i tot més prolongada dels nivells de calci presinàptics, el que produeix una altra forma de plasticitat sinàptica anomenada potenciació postetánica (PPT) . La PPT es demora en el seu inici i en els casos típics augmenta l'alliberament del neurotransmissor fins a alguns minuts després que va finalitzar la successió d'estímuls. La diferència de durada distingeix la PPT de la facilitació sinàptica. També es creu que la PPT sorgeix de processos dependents del calci, que potser comprenguin l'activació de proteïnes cinases presinàptiques, que augmenten la capacitat dels ions entrants de calci per a desencadenar la fusió de les vesícules sinàptiques amb la membrana plasmàtica. La transmissió sinàptica també pot disminuir després de l'activitat sinàptica repetida. Aquesta depressió sinàptica es desenvolupa quan es presenten molts potencials d'acció presinàptics en ràpida successió, i depèn de la quantitat de neurotransmissor que es va alliberar. La depressió sorgeix per la depleció progressiva del pool de vesícules sinàptiques disponibles per a la fusió en aquesta circumstància. Durant la depressió sinàptica, la força de la sinapsi declina fins que aquest pool pot recuperar mitjançant els mecanismes involucrats el reciclatge de les vesícules sinàptiques.

Plasticitat sinàptica a llarg termini

La facilitació, la depressió i la potenciació postetánica poden modificar breument la transmissió sinàptica però no poden proporcionar les bases per a les memòries o altres manifestacions de plasticitat conductual que persisteixen durant mesos, setmanes o anys. Alguns patrons d'activitat sinàptica en el sistema nerviós central produeixen un augment prolongat en la força sinàptica conegut com a potenciació a llarg termini (PLP), mentre que altres patrons d'activitat generen una disminució perllongada de la força sinàptica, coneguda com a depressió a llarg termini ( DLP).

Potenciació a llarg termini de la sinapsi de l'hipocamp

L'hipocamp és una àrea de l'encèfal especialment important per a la formació i la recuperació d'algunes formes de memòria. Una aferència important a l'hipocamp és l'escorça entorrinal. Aquesta escorça envia informació a l'hipocamp a través d'un feix d'axons denominat via perforant; aquests axons s'estableixen sinápsis amb neurones de la circumvolució dentada, que emeten axons (anomenats fibres molsoses) que fan sinápsis amb cèl·lules de CA3. Aquestes cèl·lules emeten axons que es ramifiquen. Una de les branques deixa l'hipocamp a través del fòrnix; l'altra branca, anomenada col·lateral de Schaffer, estableix sinápsis amb neurones de CA1. Encara que la PLP es va demostrar per primera vegada en la sinapsis de la via perforant amb les neurones de la circumvolució dentanda, la majoria dels experiments sobre el mecanisme de la PLP es realitzen actualment amb les sinapsis de la col ‡ lateral de Schaffer i les neurones piramidals de CA1. L'estimulació elèctrica de les col·laterals de Schaffer genera potencials postsinàptics excitadors (PPSE) en les cèl·lules postsinápticas CA1. Si s'estimulen les col·laterals de Schaffer només dos o tres vegades per minut, la grandària de de PPSE en les neurones de CA1 es manté constant. No obstant això, una successió breu i d'alta freqüència d'estímuls (estimulació tetànica) en els mateixos axons produeix una potenciació a llarg termini, el que s'observa com un augment perllongat en l'amplitud dels PPSE. La PLP de la sinápsis de la colateral de Schaffer mostra diverses propietats que la converteix en un mecanisme neural atractiu per a l'emmagatzematge d'informació. Primer, la PLP és depenent de l'estat: l'estat del potencial de membrana de la cèl·lula postsinàptica determina si es desenvolupa la PLP o no. Si s'aparea un estímul únic a les col·laterals de Schaffer (el que normalment no produiria PLP) amb una despolarització forta de la cèl·lula CA1 postsinàptica, les sinápsis de les col·laterals de Schaffer activades es potencien a llarg termini. L'augment només es produeix si les activitats aparellades de les cèl·lules presinápticas i postsinápticas estan estretament lligades en el temps, de manera que la despolarització postsinàptica forta es desenvolupa dins d'uns 100 ms de l'alliberament presinàptica del transmissor. La PLP també mostra la propietat de l'especificitat de les aferències, això és que l'estimulació tetànica causa una modificació en les sinápsis estimulades, de manera que aquestes són més eficaços. Altres aferències sinàptiques en la mateixa neurona que no van rebre estimulació tetànica no mostraren PLP. Una darrera propietat important de la PLP és l'associativitat, l'estimulació feble d'una via per si sola no desencadenaria la PLP. No obstant això si s'activa dèbilment una via a la vegada que s'activa amb fermesa una altra veïna, totes dues es potencien a llarg termini.

Mecanismes moleculars de la potenciació a llarg termini en l'hipocamp

Mecanismes subjacents a la potenciació a llarg termini.

La transmissió sinàptica excitadora en l'hipocamp està mediada per receptors de glutamat. La PLP a la via col·lateral de Schaffer requereix l'activació del receptor de glutamat tipus NMDA, aquest es torna funcional quan el glutamat s'uneix al receptor postSinàptic NMDA i el potencial de membrana de la cèl·lula postsinàptica està prou despolaritzat per la descàrrega cooperativa de diversos axons aferents com per a extreure el Mg2+del canal NMDA, atès que el bloqueig del canal NMDA pel Mg2+és depenent de voltatge. Només quan el Mg2+s'elimina pot entrar Ca2+en la cèl·lula postsinàptica. L'entrada de calci inicia la facilitació persistent de la transmissió sinàptica activant proteincinasa: la proteincinasa C (PKC), la proteincinasa Ca2+/dependent de calmodulina (CaMkII), i protincinasa de tirosina Fyn. La inducció de la PLP a la regió CA1 de l'hipocamp depèn de quatre factors postsinàptics: despolarització postsinàptica, activació de receptors NMDA, entrada de Ca2+i activació pel Ca2+de diversos sistemes de segons missatgers en la cèl·lula postsinàptica. Recents estudis van permetre aclarir els mecanismes responsables de l'expressió de la PLP, és a dir, de quina manera aquesta fa que les sinapsis estiguin enfortides durant períodes prolongats. L'explicació més probable és que la PLP s'origina en canvis en la sensibilitat de la cèl·lula postsinàptica al glutamat, les sinápsis excitadores poden regular dinàmicament seus receptors glutamatèrgics postsinàptics i fins i tot poden afegir receptors AMPA nous a sinápsis "silencioses" que no tenien receptors AMPA amb anterioritat. Pel que sembla l'expressió o el manteniment de la PLP es deu a aquesta inserció de receptors AMPA a la membrana postsinàptica. La inducció de PLP només requereix fenòmens en la cèl·lula postsinàptica, mentre que l'expressió de la PLP es deu en part a un fenomen posterior en la cèl·lula presinàptica (l'augment de l'alliberament de transmissor), d'alguna manera de cèl·lula presinàptica ha de ser informada que s'ha induït un PLP. Actualment hi ha indicis que o bé el calci o bé algun segon missatger activat per el calci, determina que la cèl·lula postsinàptica alliberi un o més missatgers retrògrads de les seves espines dendrítiques actives. Experiments recents proposen al òxid nítric (NO) com a possible missatger retrògrad involucrat en la PLP.

Depressió sinàptica a llarg termini en l'hipocamp.

Sensibilització a llarg termini.

Per convertir el reforçament sinàptic en un mecanisme útil són necessaris altres processos que puguin debilitar de manera selectiva conjunts específics de sinapsis. La DPL és un d'aquests processos. A finals de la dècada de 1970, es va observar que es desenvolupava una DPL en les sinapsis entre les col·laterals de Schaffer i les cèl·lules piramidals CA1. La DLP es desenvolupa quan les col·laterals de Schaffer s'estimulen a baixa freqüència (1 Hz aproximadament) durant períodes prolongats (10-15 minuts). Aquest patró d'activitat disminueix el PPSE durant diverses hores, i igual que la PLP, és específic de les sinapsis activades. La PLP i la DPL són complementàries ja que la DPL pot esborrar l'increment en la grandària del PPSE produït per la PLP i per contra, aquesta última pot esborrar la disminució en la grandària dels PPSE causa de la DPL. La potenciació i la depressió a llarg termini en les sinapsis col·laterals de Schaffer-CA1 tenen diversos elements en comú. Ambdues necessiten l'activació de receptors de glutamat NMDA i l'entrada de calci en la cèl·lula postsinàptica. El que determina que es produeixi una PLP o una DPL és la quantitat de calci en la cèl·lula postsinàptica: petits augments en el Ca2+desencadenen depressió, mentre que els grans increments condueixen a potenciació. La PLP s'ha parcialment a l'activació de la CaMkII, que fosforila les proteïnes diana. La DPL és però el resultat de l'activació de fosfatasa dependent de Ca2+, que separen els grups fosfat d'aquestes molècules diana. Els diferents efectes del Ca2+durant la DPL i la PLP es deuen a l'activació selectiva de cinases i proteinfosfatasas pels alts o baixos nivells del Ca2+. És possible que les cinases i les fosfats fosforilar i desfosforilen el mateix conjunt de proteïnes reguladores per controlar l'eficàcia de la transmissió en la sinapsi colateral de Schaffer-CA1. La DLP s'associa a la pèrdua de receptors AMPA sinàptics perquè aquests s'internalitzen en la cèl·lula postsinàptica.

Depressió a llarg termini en l'escorça cerebelosa.

El cerebel és important per a l'aprenentatge motor, perquè en ell es realitzen les correccions quan el resultat dels moviments no compleix les expectatives. Sembla que aquestes correccions es realitzen per modificacions de les connexions sinàptiques. La DLP al cerebel és una mica diferent. L'escorça cerebelosa consta de dues capes de cossos mòbils neuronals, la capa de cèl·lules de Purkinje i la capa de cèl·lules granulars, separades de la superfície de la piamadre per una capa d'molecular desproveïda pràcticament de cossos mòbils. Les neurones de Purkinje del cervell reben dos tipus de aferències excitadores: fibres trepadores i paral·leles. La DLP redueix la força de la transmissió en la sinapsi de les fibres paral·leles i de les fibres enfiladisses. Aquesta forma de depressió a llarg termini ha estat relacionada amb l'aprenentatge motor que hi ha la coordinació, l'adquisició i l'emmagatzematge de moviments complexos en l'interior del cerebel. La depressió cerebelosa a llarg termini és associativa, ja que només es desenvolupa quan les fibres enfiladisses i les fibres paral·leles s'activen en el mateix moment. L'associativitat s'origina en les accions combinades de dues vies intracel diferents de transducció de senyals activades en la cèl·lula de Purkinje postsinàptica causa de l'activitat de les sinapsis en les fibres enfiladisses i les fibres paral·leles. A la primera via, el glutamat alliberat des de les terminacions de les fibres paral·leles s'activen els receptors de glutamat tipus AMPA i els metabotròpics. La unió del glutamat al receptor AMPA condueix a la despolarització de la membrana, mentre que la fixació al receptor metabotròpics produeix els segons missatgers trifosfat d'inositol i diacilglicerol. La segona via de transducció de senyals, iniciada per l'activació de les fibres enfiladisses, produeix un gran flux de calci a través dels canals amb porta de voltatge i un posterior increment en la concentració intracel·lular de calci. Aquests segons missatgers funcionen junts per produir una elevació amplificada de la concentració intracel·lular de calci, a causa de l'alliberament del calci desencadenada per IP3 i calci des dels dipòsits intracel·lulars sensibles a IP3, ia la activació sinèrgica de PKC per calci i diacilglicerol. L'efecte net de la PKC és la internalització dels receptors AMPA per mitjà de la endocitosi depenent de clatrina. Aquesta pèrdua de receptors AMPA disminueix la resposta de la cèl·lula de Purkinje postsinàptica a l'alliberament de glutamat des de les terminacions presinápticas de les fibres paral·leles. Per tant, al contrari del que s'observa amb la depressió a llarg termini en l'hipocamp, la depressió a llarg termini cerebelosa requereix l'activitat d'una proteïna kinasa, més que d'una fosfatasa, i no involucra l'entrada de calci a través del receptor de glutamat tipus NMDA. No obstant això l'efecte net és el mateix en ambdós casos: la internalització dels receptors AMPA és un mecanisme freqüent per a la reducció de l'eficàcia tant de la sinapsi de l'hipocamp com les del cerebel durant la depressió a llarg termini.

Depressió sinàptica prolongada en el cerebel.

Potenciació a llarg termini, depressió a llarg termini i memòria.

Estudis teòrics mostren que la PLP i DLP poden contribuir a la formació de la memòria, ja que les molècules que intervenen en la PLP i DLP també ho fan en l'aprenentatge i la memòria, per exemple, totes dues formes de plasticitat sinàptica necessiten l'activació de receptors de NMDA, per valorar el possible paper dels receptors NMDA de l'hipocamp en l'aprenentatge, els investigadors injectar un bloquejant d'aquests receptors en l'hipocamp de rates que estaven sent entrenades en un laberint aquàtic. A diferència dels animals normals, aquestes rates no aconseguien aprendre les regles del joc ni la localització de la plataforma per escapar. Aquesta troballa va proporcionar la primera prova que els processos dependents dels receptors NMDA exerceixen un paper en la memòria. Un nou i revolucionari enfocament de la base molecular de l'aprenentatge i la memòria va ser presentat per Susumu Tonegawa. Aquest va reconèixer que molècules i comportament havien d'estar connectats mitjançant manipulació genètica dels animals d'experimentació. En el seu primer experiment Tonegawa i cols. "Eliminar" el gen per a una subunitat (alfa) de CaMkII i van observar deficiències paral·leles en la memòria i la PLP de l'hipocamp. Des de llavors s'han manipulat molts gens de ratolins amb la intenció de valorar el paper dels mecanismes de la PLP i DLP en l'aprenentatge. Encara que els investigadors no es pronuncien, sembla que la PLP, la DLP i l'aprenentatge tenen moltes necessitats en comú. L'enfocament genètic és poderós, però té limitacions importants. La pèrdua d'una funció, com PLP o l'aprenentatge, podria ser una conseqüència secundària d'alteracions del desenvolupament causades pel creixement sense una determinada proteïna. A més, com la proteïna set ha perdut en totes les cèl·lules que normalment l'expressen, pot ser difícil precisar on i com una molècula contribueix a l'aprenentatge. Per aquestes raons, els investigadors han tractat d'idear formes de limitar les seves manipulacions genètiques a localitzacions i moments específics. En un interessant exemple d'aquest enfocament Tonegawa van trobar una manera de limitar la deleció genètica de receptors de NMDA a la regió CA1, començant a l'edat de tres setmanes aproximadament. Aquests animals mostren o cridaner dèficit de PLP, DLP i rendiment en el laberint aquàtic, de manera que es revela que els receptors de NMDA de CA1 tenen un paper essencial en aquest tipus d'aprenentatge. Si una activació massa escassa dels receptors de NMDA de l'hipocamp és perjudicial per a l'aprenentatge i la memòria, els animals tractats amb enginyeria genètica per produir massa receptors NMDA mostren un augment de la capacitat per aprendre algunes tasques. En conjunt, els estudis farmacològics i genètics mostren que els receptors NMDA del hipocamp tenen un paper essencial no només en la modificació sinàptica, com PLP i DLP, sinó també en l'aprenentatge i la memòria.

Vegeu també

• Catherine Malabou

Bibliografia

• Françoise Ansermet & Pierre Magistretti. A cadascú el seu cervell . Plasticitat neuronal i inconscient discussions. Primera edició: 2006 ISBN 84-935187-0-0.
• neuròglia i interacció nerviosa

Enllaços externs

• aprofundir més en el concepte de plasticitat neural a la pàgina d'Aportacions des de les Neurociències a la intervenció en Atenció Primerenca i discapacitat
• Video sense comentaris, només música i imatges amb lletres. És una barreja de diversos vídeos relacionats amb la sinapsi neuronal.