突触可塑性

 突触可塑性（Synaptic Plasticity）是神经科学领域中一个重要的概念，用于描述神经元之间突触连接的可塑性和适应性。它指的是神经元之间的突触强度可以通过学习和记忆等过程而发生改变的能力。这一现象首次由加拿大心理学家Donald Hebb于1949年提出，并被认为是神经系统实现学习和记忆的基础。

基本概念

突触是神经元之间传递信息的重要通道，其功能强度可以调节。突触增强分为两种主要类型：长时程突触增强（Long-term Potentiation，LTP）和长时程突触抑制（Long-term Depression，LTD）。

1. 长时程突触增强（LTP）：LTP是一种稳定的突触增强状态，它使神经元之间的连接强化。它通常与学习和记忆等高级认知功能有关。LTP的发生需要持续的神经冲动，以及突触前后神经元的同步激活。这种增强可以持续数小时甚至更长时间。

2. 长时程突触抑制（LTD）：LTD与LTP相反，它导致神经元之间的连接减弱。LTD通常与遗忘和信息丢失相关。LTD的诱发通常需要长时间的低频刺激。

机制

突触可塑性的实现依赖于一系列复杂的生化级联反应：

1. 突触后机制：

   • 受体调控： 通过磷酸化/去磷酸化改变现有AMPA受体的功能；通过膜转运增加或减少AMPA受体的数量。

   • NMDA受体的关键作用： LTP的诱导通常需要NMDA受体被激活。其作为“重合探测器”，仅在突触前释放谷氨酸且突触后膜充分去极化时，才会解除镁离子阻塞，允许钙离子内流，触发下游信号。

   • 信号通路： 钙离子内流激活钙调蛋白、蛋白激酶等，最终导致环磷腺苷反应元件结合蛋白 的磷酸化，调控基因转录和新的蛋白质合成。

   • 结构可塑性： LTP常伴随树突棘变大、新棘形成；LTD则可能导致棘萎缩或消失。

2. 突触前机制：

   • 涉及神经递质释放概率的持久性改变，可能与逆行信使（如一氧化氮、内源性大麻素）有关，这些信使从突触后细胞释放，反馈调节突触前末梢。

3. 稳态可塑性：

   • 指整个神经元或神经网络为了维持其稳定的平均放电水平，而对所有突触的强度进行全局性上调或下调。这是一种“负反馈”机制，防止神经环路因过度增强或减弱而失控。

应用与重要性

1. 学习与记忆： 是信息储存的生理基础，特定神经回路的突触强度变化编码了记忆痕迹。

2. 发育与成熟： 指导神经环路的精确构建，通过活动依赖性的竞争，强化正确的连接，修剪多余的连接。

3. 经验依赖的皮层图谱重塑： 如感觉剥夺或训练可导致大脑皮层感觉/运动代表区的改变。

4. 损伤后代偿与康复： 中风或脑损伤后，邻近脑区可通过突触可塑性部分接管受损区域的功能。

5. 病理基础： 可塑性机制的失控与多种神经系统疾病相关，如药物成瘾（异常的奖赏回路强化）、慢性痛（痛觉通路的敏化）、癫痫（环路过度兴奋）以及某些精神疾病。

参考文献

1. 1. Bliss, T. V., & Collingridge, G. L. (1993). A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature, 361(6407), 31-39.

   2. Malenka, R. C., & Bear, M. F. (2004). LTP and LTD: an embarrassment of riches. Neuron, 44(1), 5-21.

   3. Citri, A., & Malenka, R. C. (2008). Synaptic plasticity: multiple forms, functions, and mechanisms. Neuropsychopharmacology, 33(1), 18-41.

   4. Turrigiano, G. G. (2008). The self-tuning neuron: synaptic scaling of excitatory synapses. Cell, 135(3), 422-435.