SYNAPTYCZNA
TEORIA PAMIĘCI

Izabela Chojnicka

Synapsa, czyli połączenie
między neuronami



Cz. presynaptyczna, cz. postsynaptyczna i
szczelina synaptyczna



Szczelina synaptyczna –struktury białkowe



Synapsy znajdują się nie tylko na końcach wypustek,
ale też na przebiegu aksonów żylakowatości

(guziczki)



Transmisja
objętościowa
na większe
odległości

Neuroscience 3rd, str. 5

Modyfikacja synaps



Przekształcanie i wymiana w wyniku
działania hormonów (ciąża), stresu
osmotycznego komórek, niedożywienia



Obserwowana in vivo ruchliwość
dendrytów



Zmiany w zgrubieniu postsynaptycznym
(aktyna, kinazy zależne od cAMP i od Ca

2+

)



Perforacje



Spinule

Synaptyczna Teoria Pamięci



Wzmocnienie
połączenia między
neuronami:



↑liczby synaps



↑sprawności
synaps

Neuroscience 3rd, str. 94

Większa sprawność



Charakter funkcjonalny

(usunięcie wpływów hamujących)



Charakter biochemiczny

(↑ilości

transmitera, ↑liczby i powinowactwa
receptorów)



Charakter strukturalny

(zmiana wielkości

i kształtu elementów synaptycznych)



Charakter dystrybucyjny

(synapsy mogą

zmieniać położenie na neuronie
postsynaptycznym)

Synaptyczna Teoria Pamięci



S.R. Cajal (1894): mechanizmem

zapamiętywania wzmocnienie

połączenia między istniejącymi

neuronami



Teoria Hebb’a (Hebbian theory, 1949):

"cells that fire together, wire

together”. Zastosowanie w modelach

sztucznej inteligencji (modele kory

mózgowej), uczenie bez wspomagania

LTP i LTD



LTP –długotrwałe wzmocnienie
synaptyczne (godziny, dni).



LTD -długotrwałe osłabienie
synaptyczne, występuje w wyniku
silnego pobudzenia (kom. Purkinjego)
bądź słabego, ale trwałego pobudzenia
(hipokamp).

BCM theory



Teoria BCM (1981): teoria uczenia się w korze

wzrokowej. Wymaga zarówno LTP i LTD, lub zwiększania

bądź zmniejszania sprawności synaptycznej (co nie jest

obserwowane we wszystkich częściach mózgu).



Jak taki sam napływ Ca

2+

może wywoływać zarówno LTP

i LTD?



Zależy to od czasu i częstotliwości bodźca. Gdy napływ

Ca

2+

jest niewielki prowadzi to do LTD, jeśli przekroczy

odpowiedni próg do LTP. Próg dla Ca

2+

zależy od

przeszłości synapsy (metaplastyczność). Jeśli synapsa

miała wcześniej LTP, próg jest podwyższony, zwiększając

prawdopodobieństwo, że napływ Ca

2+

wywoła LTD

(ujemne sprzężenie zwrotne).

Jednooczna ślepota

Atrofia drogi czuciowej,
mniejsze aksony z LGN,
mniejsze rozgałęzienia
końcowe, mniej kolbek
synaptycznych i guziczków,
mniej pęcherzyków
synaptycznych, krótsze
zgrubienia postsynaptyczne

Drugie oko => więcej wszystkiego

Neuroscience 3rd, str. 570

Uczenie kurczaków

unikania dziobania niesmacznego
ziarna



Metoda autoradiografii 2-deoksyglc



Obszary, gdzie aktywność metaboliczna
jest wyższa w 30min. po nauce:



Hyperstriatum ventrale -odpowiednik kory
asocjacyjnej ssaków (niezbędny do wyuczenia się
zadania)



Lobus parolfactorius –odpowiednik jąder
podstawnych ssaków (niezbędne do wykonania
zadania)

Uczenie kurczaków

Hyperstriatum ventrale:



Synaptogeneza po 1h



↑liczby pęcherzyków synaptycznych



↑liczby kolców dendrytycznych



↑Ø kolców



↑liczby synaps na kolcach (77%) + ↓wlk.
zgrubienia postsynaptycznego (50%)

Uczenie kurczaków

Lobus parolfactorius:



Synaptogeneza po 24h



↑zagęszczenia synaps



↑liczby pęcherzyków



↑dług. zgrubienia postsynaptycznego

Warunkowanie ruchu migotki
królika



Poprzedzone dźwiękiem dmuchnięcie w oko



Zamykanie migotki



↑liczby synaps perforowanych



↑liczby rozgałęzień dendrytów
kom Purkinjego (niezbędnych
do wyuczenia się tego zadania)

Neuroscience 3rd, str. 3

Trening różnicowania
wzrokowego szczura



Szczury z rozszczepionym mózgiem



Bodźce skierowane do 1 oka (=> 1
półkuli)



↑liczby rozgałęzień dendrytów w tej
półkuli

Trening szczurów – zadania
akrobatyczne



↑ liczby synaps kom Purkinjego
móżdżku



Kontrolą trening ruchowy bez
uczenia asocjacyjnego

Ślimaki z rodz. Aplysia i
Hermissenda



Zmiana rozgałęzień
aksonów



Zmiana liczby synaps



Zmiana długości
strefy aktywnej i
liczby pęcherzyków
synaptycznych

Synaptogeneza



Czy rzeczywiście zachodzi? A może
przesuwanie się synaps?



Powstawanie synaps de novo? Czy
podział już istniejących?

Literatura



Kossut M. (1994) „Uczenie się i pamięć –
modyfikacja połączeń synaps”, w: Kossut M.
(red.), Mechanizmy plastyczności mózgu, PWN
Warszawa



„Neuroscience Third Edition” (2004), Sinauer
Associates



www.wikipedia.en

(hasła: synaptic plasticity,

Hebbian theory, BCM, STDP, LTP, LDP,
metaplasticity)

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ