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再可塑性

 再可塑性(Metaplasticity)原本是这个词是由 W.C. Abraham 和M.F. Bear 提出来的,叫突触可塑性的可塑性。在此之前突触可塑性一直被认为是单个突触的可塑性。不过,这项新的形式提到了自己的可塑性的可塑性,因此称为再可塑性。这个想法是,突触活动的以往历史决定了它目前的可塑性。这些基本机制被认为是重要的,如记忆和长时程增强(LTP),长时程抑制(LTD)等过程。这些机制依赖于当前的突触“状态”,如正在进行的外在影响,如设置突触抑制程度,如儿茶酚胺调节活性的传入和影响研究中的突触激素。最近,它已成为明显,突触前的活动,是一个额外的变量,影响突触的状态,从而对LTP或LTD的程度,由一个给定的实验产生的。在某种意义上,那么,突触可塑性是突触活动依赖的;突触可塑性的可塑性被称为metaplasticity。再可塑性(metaplasticity)的机制还不清楚,并有许多关于这个问题的研究目前正在进行,尽管有研究难度,但它在脑和认知科学理论中有着很重要的作用。目前的大多数研究者是在海马细胞经培养或海马脑片上进行的。 

目录

赫布可塑性编辑本段

 

大脑是“可塑性”的,这意味着它可以被塑造和形成。这种可塑性可以让你终生学习;你的突触根据你的经验而改变。新的突触可以被制造,旧的突触可以被破坏,或者现有的突触可以被加强或削弱。最初的塑性理论被称为“赫布可塑性”,以1949年唐纳德·赫布的名字命名。对赫布理论的一个快速而有效的总结是,“一起放电的细胞,连接在一起”。赫布可塑性包括两种机制:LTPLTD,由布利斯和洛莫于1973年发现。LTP,或称长时程增强,是指突触前和突触后神经元由于长时间活动而增加的突触敏感性。这种长时间的活动通常是集中的电脉冲,通常在100赫兹左右。这被称为“同时发放”的过程,因为只有在突触前和突触后细胞都有足够的活性时,它才能增强突触。如果突触后细胞没有充分去极化,则没有符合检测,也没有LTP/LTD发生。LTD,或长时程抑制,工作方式相同,但它的重点是缺乏去极化的同时发放。LTD可能是由5赫兹左右的电脉冲引起的。这些变化是突触特有的。一个神经元可以有许多不同的突触,它们都是通过这里定义的相同机制来控制的。

最早提出的可塑性活性机制是基于谷氨酸受体及其根据突触活性改变数量和强度的能力。谷氨酸结合两种主要受体类型:AMPA受体(AMPAR)和NMDA受体(NMDARS)。它们是以与受体结合的药物命名的:α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(AMPA)和N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA),但它们都与谷氨酸结合。当谷氨酸能突触释放谷氨酸时,它与突触后膜上的任何AMPANMDA受体结合。AMPA受体是负责快速突触传递的离子型受体。简言之,只有当足够多的谷氨酸盐被传递到使细胞去极化足以解除NMDA受体的阻塞时,NMDA受体才会在细胞中引起反应。膜内足够的去极化将导致NMDA受体中的镁离子阻滞空出,从而允许钙流入细胞。NMDA受体是“同时发放检测器(coincidence detectors)”。它们通过活动确定突触前和突触后神经元何时通过时间连接。当这种情况发生时,NMDA受体成为控制机制,决定如何重新排列AMPANMDA受体。AMPANMDA受体的重排直接决定了LTPLTD阈值,已成为当前可塑性研究的中心焦点。然而,一些证据表明,G蛋白偶联受体(gpcrs)负责控制nmda受体的活性,这表明nmdar介导的突触强度变化受gpcrs活性的调节。NMDAR介导的膜AMPA受体的调节。最近的生物化学研究表明,蛋白质tenasin-rTNR)的缺乏导致LTP诱导阈值的化塑性增加。TNR是一种细胞外基质蛋白,在髓鞘形成过程中由少突胶质细胞表达。

 

突触状态编辑本段

 

2004年的研究表明,突触不会在一个滑动的尺度上增强或减弱。突触之间存在着离散状态。因此,未来状态由先前活动获得的状态决定。例如,静默的(但不是最近静默的)突触可以通过在突触后膜中插入AMPAR转化为活跃的。活性突触可通过LTPLTD分别向增强或抑制方向移动。长时间的低频刺激(5赫兹,用来诱导LTD的方法)可以使一个活跃的突触向下移动,然后沉默。然而,刚开始活跃的突触不能被抑制或沉默。因此,当涉及到转换时,在突触处有类似状态机的行为。然而,状态本身可以有不同程度的强度。一个活性态突触可能比另一个活性态突触更强。理论上,这就是你如何拥有一个强的记忆和一个弱的记忆。强记忆是指那些具有大量活跃突触的记忆,而弱记忆可能仍然是活跃的,但却很少有AMPAR。同样的研究表明,NMDA受体本身,曾经被认为是AMPA受体的控制机制,可以通过突触活动进行调节。

 

突触标记编辑本段

 

最近的研究发现了一种叫做突触标记的机制。当新的受体蛋白被表达和合成时,它们也必须被转运到突触膜,为此需要某种化学信息传递。他们的研究表明,由于其“标记”性质,诱导LTP需要激活camp/pka信号通路。甚至有研究表明,对cAMP/pka路径的简单药理学激活足以标记突触,完全独立于任何类型的活动。

NMDA受体编辑本段

 

NMDA受体由三个亚单位组成:NR1、一个可变NR2亚单位和一个可变NR3亚单位。特别是两个NR2亚单位一直是研究的热点:NR2ANR2BNR2B亚单位不仅对谷氨酸更敏感,脱敏时间更长,而且在细胞打开时允许更多的钙进入细胞。低NR2A/NR2B比率通常与光照不足环境中饲养动物导致的激活阈值降低有关。这已经通过光剥夺研究进行了实验证明,在光剥夺研究中,NR2A/B比率下降。在某些情况下,通过曝光可以提高阈值。对这一性质的研究被用来寻找猫视觉系统形成的关键时期。这种位移比是LTD/LTP阈值的测量,因此被认为是一种可塑性机制。

 

神经胶质递质编辑本段

 

神经胶质细胞不仅为神经元提供结构和营养支持,还通过被称为神经胶质递质的化学物质提供加工支持。神经胶质递质包括谷氨酸、ATP,最近还包括氨基酸D-丝氨酸。D-丝氨酸一度被认为是甘氨酸本身,在NMDARS的甘氨酸位点起着配体的作用。D-丝氨酸是由星形胶质细胞合成的,与NMDARS高度共定位。没有d-丝氨酸,就不会有NMDA诱导的神经毒性,或几乎任何一种NMDA反应。由于这一证据,很明显d-丝氨酸是NMDA受体的重要配体。本研究的一个重要因素是,星形胶质细胞将根据身体的生理过程改变其对神经元的覆盖范围。催产素和加压素神经元由于泌乳期间的星形细胞活动而暴露的NMDA受体比正常功能时多。这项研究主要发生在来自下丘脑视上核(SON)的细胞中。由于突触可塑性几乎完全依赖于NMDAR处理,动态星形胶质细胞NMDAR覆盖率本质上是一个超塑性参数。

 

突触内稳态编辑本段

 

稳态可塑性管理整个细胞内的突触连接,试图使它们保持在可管理的连接水平。赫布方法倾向于将网络驱动到最大状态或最小发射状态,从而限制网络的潜在活动和增长。随着体内平衡机制的建立,现在有了一种“增益控制”,可以检查这些赫布方法,以保持它们的信息处理能力。这种调节对于对抗神经活动的强烈缺乏很重要,例如长时间的感觉剥夺(特别是在本研究中,它是轻量化的)。影响视觉皮层神经元的缺失)或中风引起的损伤。突触标度是一种将突触敏感性维持在正常水平的机制。长时间的不活动增加了突触的敏感性,使它们的整体活动水平保持有用。慢性活动导致受体脱敏,将整体活性降低到一个更生物可控的水平。AMPANMDA受体水平都受这一过程的影响,因此保持每个突触连接的整体“权重”(通过赫布方法),同时仍增加整个神经元的整体活动水平。已有研究表明,突触前和突触后神经元都参与了这一过程,分别改变了囊泡翻转率和AMPA受体组成。

最近的研究发现钙依赖性酶camkii存在于α和β亚型中,是活动依赖性调节的关键。低α/β比率导致通过钙流入增加细胞兴奋阈值,从而有利于LTP

 

记忆形成编辑本段

 

睡眠有几个不同的阶段,但只有两种不同的类型,即快速眼动(REM)和非快速眼动(NRM)。NREM睡眠的特点是慢波神经元活动,称为θ波或δ波。这些慢波振荡发生在非常低的频率,在0.54.5赫兹之间。最近的一个假说,整合了睡眠和被称为突触稳态的东西。

假设分为四个部分:

清醒与突触增强有关;

突触增强与睡眠中慢波活动的调节有关;

慢波活动与突触抑制有关;

突触缩小与睡眠的有益作用有关。

清醒与突触增强有关:增强一直在发生:在我们花费大量时间阅读无用信息,或遇到超过5分钟的事情,即在杂货店站在我们前面的随机人。我们所看到、阅读或关注的一切,都在我们大脑的某个地方被增强。

突触增强与睡眠中慢波活动的调节有关:当我们大脑中的某个特定区域从一天开始受到大幅度增强时,受影响区域的慢波活动比其相邻区域的慢波活动要多。本质上,我们在一天中受到的增强量,会影响我们获得的睡眠类型。在晚上。如果我们整天生病躺在床上,没有太多的潜能发生。当然,墙壁、窗帘、床单等的颜色,但这并不奇怪。夜间出现的慢波振荡活动的数量一点也不广泛。

慢波活动与突触抑制有关:突触抑制是突触增强的另一面。如果LTP是由强去极化刺激或高频刺激形成的,那么LTD是由极弱刺激或极低频刺激的长时间形成的。这一假设认为慢波活动足以引起细胞的有限或缩小规模。

突触的缩小与睡眠的有益作用有关:这就是把它联系在一起的原因。LTD从突触的慢波活动的缩小规模,导致刚好适量的减少到我们的神经元放电模式。它有助于减少当一天内有如此多的电位变化时产生的突触噪音。

这都是什么意思?:这个想法是LTP在清醒时一直在发生。所有这些信息流和存储最终都会变得太多,这就是我们睡觉的原因。睡眠的重点是降低和消除一些突触电位,这些电位在我们一天中是不必要的。


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