Wykład 3 27.02.08

2. Gangliozydy (np. GM9, GM3)

► Maja działanie troficzne

- wspomagają regenerację neurytów (formowanie kolaterali aksonalnych i połączeń nerwowo - mięśniowych, poprawa unerwienia mięśni)

- wpływ na zaburzenia behawioralne, zmniejszają zaburzenia procesów pamięci i uczenia się

III. Plastyczność dorosłej kory mózgowej

Kora mózgowa:

● podział wg budowy cytoarchitektonicznej (pola Brodmana)

● podział kory na podstawie właściwości funkcjonalnych

1. obszar wzrokowy

2. obszar czuciowy

3. obszar ruchowy

4. obszar słuchowy

5. obszar węchowy

6. obszar asocjacji

- kolumny korowe (kolumny dominacji ocznej, orientacyjne, częstotliwości, dźwięku)

Kolumna

Pewien obszar kory obejmujący wszystkie jej warstwy, w którym komórki reagują wybiórczo na określoną cechę pobudzającego je bodźca czuciowego (przekrój pionowy przez korę - neurony tworzą kolumny, kolumny nie odróżniają się jedna od drugiej pod względem kolorów).

1. Czynniki mogące wywołać zmiany plastyczne (zmienić normalne działanie systemów kolumn funkcjonalnych):

- uszkodzenie receptorów czuciowych

- uszkodzenie nerwów

- zmiany używania receptorów w skutek choroby

- doświadczenie zmysłowe lub trening

2. Plastyczność map korowych

- kora somatosensoryczna

Obszar kory skroniowej zawierający reprezentacje receptorów dotykowych skóry, mechanoreceptorów stawów i receptorów czucia głębokiego w postaci kilku leżących obok siebie map powierzchni ciała

- każda z seryjnych map odpowiada za analizę innego aspektu czucia dotyku (ucisk, czucie głębokie, wibracja)

• przecięcie nerwu kulszowego szczura → po kilku dniach zanika pobudzenia unerwionego przezeń obszaru skóry - w tym obszarze kory, w którym on dostarczał informacji czuciowej pojawia się odpowiedź na pobudzenie nerwu odpiszczelowego

• uszkodzenie receptorów dotykowych (amputacja jednego z palców szopa pracza i u małpy)

- zgięcie „przynależnego” mu obszaru kory przez reprezentacje sąsiadujących palców

3. Szybkość występowania zmian map korowych

- 10 minut po amputacji palca u lisa latającego - w obszarze kory uprzednio pobudzanej przez ten palec rejestruje się odpowiedzi na dotknięcie sąsiadujących palców i proces ten nasila się z upływem czasu.

- równie szybko po miejscowym znieczuleniu - korowa reprezentacja znieczulonego obszaru zanika a na jej miejscu pojawia się reprezentacja sąsiednich obszarów skóry

4. Mechanizmy zmian korowych map ciała

- aktywacja milczących synaps (+)

- rozrastanie się aksonów wzgórkowo - korowych (-) (mechanizm nie został potwierdzony w badaniach naukowych) lub korowo - korowych (+) jako mechanizm plastyczności kory mózgowej

- zmiany w ośrodkach podkorowych jako przyczyna zmian w korowych mapach (+) (-)

5. Badania kliniczne u ludzi

Zmiany plastyczności w układzie ruchowym:

- pacjenci po amputacji kończyn - możliwości poruszania mięśniami położonymi po tej samej stronie ciała co kikut, poprzez aktywowanie ogniskową trasczaszkową stymulacją magnetyczną większych niż normalnie obszarów kory

(wzgórze → główne stacje przekazujące informacje czuciowe z receptorów do kory)

Wywołanie skurczu mięśni skośnych zewnętrznych z większych niż normalnie obszarów kory (u pacjentów z paraplegią) 2 - 5 lat po pełnym uszkodzeniu rdzenia kręgowego, co świadczy o powiększaniu się okolic kory zawiadujących mięśniami proksymalnymi w stosunku do urazu

Kora sematosensoryczna u pacjentów po amputacji:

- Dotykanie skóry ocalałych kończyn dawało wywołane potencjały somatosensoryczne w większych niż u zdrowych ludzi obszarach kory.

- Powiększenie reprezentacji korowych palców w stosunku do osób widzących i w stosunku do reprezentacji palców nie używanych podczas czytania u osób posługujących się pismem Braille'a.

Intensywne używanie reprezentacji dotykowych w czubkach palców powoduje zmiany plastyczne map powierzchni ciała nawet w normalnej korze somatosensorycznej, z pełnym, nieuszkodzonym unerwieniem.

IV. Rola neurotransmiterów w plastyczności neuronalnej

1. Neurotransmitery

- kilkadziesiąt substancji należących do różnych grup związków

- w pojedynczym neuronie są różne neurotransmitery - regulacja działania połączeń pomiędzy neuronami - bardzo precyzyjne, odbywają się w sposób różnoraki

Udział neurotransmiterów w plastyczności neuronalnej

Neurotransmitery to nośniki Reorganizacja połączeń symaptycznych

informacji pomiędzy neuronami obejmująca zmianę liczby synaps

siły ich połączeń (podstawa zjawiska

plastyczności)

2. Neurotransmitery - ekspresja

- zmienia się (np. z adrenergicznych na cholinergiczne) zarówno podczas rozwoju jak i w dojrzałym układzie nerwowym pod wpływem informacji ze środowiska (bodźców czuciowych i aktywności aferentów)

- regulacja ekspresji współwystęp. neurotrans. Jest niezależna

3. Udział neurotransmiterów modulujących w plastyczności

- niezbędne do indukcji procesów plastycznych, dają swoistego rodzaju „przyzwolenia” na indukcję (rozpoczęcie) zmian plastycznych

- wpływają na torowanie (facylitację) lub hamowanie odpowiedzi neuronu, określa w ten sposób stan „gotowości” neuronu

- trwałe zmiany we właściwościach neuronu powstają, gdy łącznie z określonym wzorcem bodźców docierających do neuronu występuje stan „gotowości”

- przypisuje się im istotną rolę w procesie uczenia się i pamięci, ponieważ regulują poziom pobudzania i stan uwagi (dopomina).

PLASTYCZNOŚĆ PAMIĘCIOWA

Uczenie się i pamięć - najważniejsze przejawy zdolności układu nerwowego do podlegania plastycznym zmianom strukturalnym i funkcjonalnym

- zdolność ta zachowana przez całe życie osobnicze, jednakże efektywność uczenia się i pamięci maleje wraz z wiekiem

Uczenie się - nabywanie nowych informacji, tworzenie się w układzie nerwowym reprezentacji doznań

Pamięć - przechowywanie reprezentacji doznań (by nasz układ nerwowy mógł je wykorzystywać w swych procesach, którego efektem jest z kolei zachowanie naszego organizmu)

Plastyczność pamięciowa

● Proces uczenia się - wzmacnianie i reorganizacja połączeń pomiędzy konkretnymi neuronami w odpowiedzi na specyficzne bodźce

● Wynik - powstanie pamięciowej zmiany plastycznej czyli engramu - śladu pamięci

Wyniki wieloletnich badań

- strukturalną bazą procesów uczenia się i pamięci są zmiany w przekaźnictwie synaptycznym

- pamięć jest zorganizowana w mózgu jako zbiór oddzielnych procesów lub układów związanych z aktywnością rozległej sieci współdziałających ze sobą neuronów

I. Jest wiele rodzajów pamięci

Kryteria podziału

1. Czas

2. Rodzaj nabywanej informacji

Ad. 1 Czas

1. pamięć natychmiastowa - dotyczy niewielkiej ilości doznań, jej wstępnym etapem jest pamięć sensoryczna (wstępny etap kodowania napływających informacji związany bezpośrednio z percepcją i trwający od kilku do kilkunastu sekund). W zależności od modalności przechowywanego śladu pamięci wyróżnia się pamięć wzrokową lub słuchową, w której zawartość informacji sensorycznej może być nieograniczona

2. krótkotrwałą - utrzymuje się od kilku sekund do kilku minut (czasami kilka godzin i może przejść w pamięć długotrwałą)

• o niewielkiej pojemności

• pamięć świeża, utożsamiania również z pamięcią operacyjną. Szczególną formą tej pamięci jest pamięć bezpośrednia, opisywana w badaniach naukowych klinicznych

3. długotrwała - charakteryzuje się dużą pojemnością, dotyczy zmian ilości doznań, których ślady mogą być zachowane na bardzo długo okres czasu lub trwale

wg neurochemików

● Pamięć krótkotrwałą - kilka do kilkudziesięciu minut

- niezależna od syntezy białek i zaburzona przez elektrowstrząs

● Pamięć długotrwałą - zależna od syntezy białek a nie zaburzona przez elektrowstrząs

Ad. 2 Rodzaj nabywanej informacji (2A wg Baddeley'a)

1. pamięć operacyjna - utożsamiana z pamięcią krótkotrwałą a ta z pamięcią świeżą

• szczególnie użyteczna w zachowaniu planowym

• zachowuje czasowo ślady percepcji celu i ich aktualnego wykorzystania

• angażowana kiedy na chwilę musimy coś zapamiętać i skoordynować informacje o zależnościach występujących w tej sytuacji (użyteczna tylko w tej określonej sytuacji)

2. pamięć katalogowa - forma pamięci długotrwałej (przechowywanie informacji o powtarzających się zdarzeniach)

• może być wykorzystywana wielokrotnie w powtarzających się sytuacjach

Wykład 4 5.03.08

2 B Schemat podziału form pamięci wg Squire'a

1. Pamięć deklaratywna (opisowa)

- pamięć krótkotrwała jak i długotrwała

- najczęściej charakter pamięci świadomej

- często powstaje w wyniku jednorazowego doświadczenia

- dotyczy doznań, o których można opowiedzieć lub które można wywołać jako wyobrażenie

Dzieli się na:

1. pamięć epizodyczną - obejmuje miejsca i zdarzenia

2. pamięć semantyczną - dotyczy faktów i wyobrażeń. Jest to długotrwała pamięć faktów i zasad odnoszących się do określonego doświadczenia a także znaczenia reguł, twierdzeń, słów i pojęć

• twarz osoby, którą kiedyś spotkałeś może przypominać ci sytuację, w której ją spotkałeś lub twarz innej osoby → reorganizacja połączeń synaptycznych pomiędzy już zorganizowanymi zespołami percepcyjnych neuronów

• gdy połączenia powstają z neuronami ruchowymi, to możemy opowiedziec o jakimś widzialnym zdarzeniu

Powstanie pamięci deklaratywnej (opisowej) zależy od prawidłowego funkcjonowania struktur układu limbicznego i struktur międzymózgowia.

2. Pamięć niedeklaratywna (proceduralna, nieopisowa)

- forma pamięci nieświadomej

- jest zbiorem różnych form pamięci długotrwałej, które w układzie nerwowym są reprezentacją głównie nabytych umiejętności

- jest to pamięć sposobów postępowania, stąd też nazwa pamięć proceduralna, przechowująca informacje o wyuczonej zręczności ruchowej, percepcyjnej, asocjacyjnej

► Pamięć nieopisowa PERCEPCYJNA

- percepcja całego, często skomplikowanego bodźca, np. ludzkiej twarzy, drzewa, auta (powstanie zespołu neuronów, z których każdy z nich odpowiedzialny jest za percepcję poszczególnych elementów bodźca)

- reorganizacja połączeń synaptycznych pomiędzy neuronami odpowiedzialnymi za percepcję poszczególnych elementów bodźca

- dzięki niej poznajemy pojawiający się ponownie bodziec jako znany

► Pamięć nieopisowa ODRUCHOWOWARUNKOWA

- rodzaj pamięci dotyczącej powstania odruchu warunkowego (warunkowanie klasyczne i instrumentalne)

- reorganizacja połączeń synaptycznych pomiędzy zespołem neuronów percepcyjnych i neuronów ruchowych zawiadujących prostą reakcją organizmu

Przykład:

Gra w siatkówkę - dobiegnięcie do piłki i jej odbicie, to instrument odruchu warunkowy (pamięć nieopisowa) i znajomość reguł gry, oparta na pamięci opisowej

Pamięć opisowa i nieopisowa stanowią nasza wiedzę o otaczającym nas świecie.

Udział struktur mózgowych w procesach uczenia się i pamięci

1. Teorie

a) deterministyczna - w układzie nerwowym znajdują się ściśle określone jednostki funkcjonalne - wyspecjalizowane zespoły neuronów przetwarzające i magazynujące różne składniki i cechy informacji docierającej do mózgu (magazyny pamięci poszczególnych doznań lub umiejętności)

- identyfikacja tych jednostek na podstawie :

• zlokalizowanego uszkodzenia kory mózgu (spowodowane chorobami, urazami,

powypadkowymi lub chirurgicznymi interwencjami)

• zlokalizowanej stymulacji elektrycznej

b) probabilistyczna (statyczna) - teoria lokalizacji pamięci

- funkcje poznawcze czy percepcja możliwe są aktywności całej kory mózgowej, natomiast udział struktur podkorowych w tworzeniu i magazynowaniu pamięci był pomijany (oparty na wynikach badań)

c) poglądy koneksjonistyczne - teoria lokalizacji procesów pamięci

- łączy w sobie elementy obu wcześniejszych poglądów

- sposób organizacji pamięci w mózgu - zgodny z teorią probabilistyczną (różne okolice mózgu przechowują różne aspekty pamięci jako całości), czyli pamięć jest równomiernie rozprzestrzeniona w układzie nerwowym, natomiast tworzenie się pamięci i przechowywanie mogą być ściśle zlokalizowane w korze mózgowej (spójność z teorią deterministyczną).

~ Na co wskazują najnowsze badania prowadzone na zwierzętach oraz kliniczne u pacjentów cierpiących na zaburzenia pamięci?

W mózgu istnieje wiele układów neuronalnych lub obszarów funkcjonalnie wyspecjalizowanych (np. kora słuchowa rejestrująca bodźce słuchowe).

Obszary funkcjonalnie wyspecjalizowane podlegają wpływom specyficznych połączeń między pozostałymi składowymi

Określoną pamięć tworzy wspólne działanie wyspecjalizowanych zbiorów neuronów.

Lokalizacja różnych typów pamięci w strukturach mózgowych

1. Pamięć deklaratywna (opisowa)

- struktury przyśrodkowej części płata skroniowego

- przyśrodkowa część wzgórza

- kora przedczołowa

2. Pamięć niedeklaratywna, proceduralna (nieopisowa)

- zwoje podstawy

- ich interakcją ze wzgórzem i korą czołową

Badanie:

- dla pamięci deklaratywnej szerszą funkcję wydaja się pełnić struktury przyśrodkowej części płata skroniowego, przyśrodkowa część wzgórza oraz kora przedczołowa

- kora węchowa funkcja związana z rozpoznaniem wzrokowym i dotykowym oraz pamięcią asocjacyjną

- hipokamp jest istotny dla wykonywania zadań opartych na pamięci przestrzennej

- ciało migdałowate dla pamięci emocji i kojarzenia bodźców ze wzmocnieniem

- kora przedczołowa grzbietowo - boczna dla wykonywania zadań opartych na pamięci operacyjnej

- brzuszna część kory przedczołowej dla pamięci rozpoznawczej

Wydaje się, że tworzenie pamięci zależy od współpracy zespołów neuronów zlokalizowanych w korze mózgowej i strukturach podkorowych, które są wyspecjalizowane w przetwarzaniu różnych rodzajów informacji.

Każdy wyspecjalizowany układ ma zdolność do formowania pamięci krótkotrwałej, biorąc pewien udział także w tworzeniu pamięci długotrwałej (np. pamięci proceduralnej).

Uczenie się i tworzenie pamięci są pod wpływem czynników nieasocjacyjnych uczenia się, tak ja mechanizmy regulujące poziom motywacji czy te zawiadujące procesami uwagi.

Ponieważ hormony (wydzielane w mózgu i na obwodzie) wpływają na poziom wzbudzenia i emocji, to od nich również zależy proces uczenia się i kształtowania pamięci.

Podsumowanie na temat lokalizacji pamięci

1. Pamięć nie jest procesem jednorodnym i ma zróżnicowane podłoże anatomiczne

2. Dla pamięci proceduralnej ważna jest funkcja zwojów podstawy i ich interakcja ze wzgórzem i korą czołową. Chociaż w procesach warunkowania zwoje podstawy współpracują również z wyspecjalizowanymi obszarami kory istotnymi dla pamięci deklaratywnej

Mechanizmy uczenia się i pamięci

1. Modyfikacja połączeń synaptycznych

2. Długotrwałe wzmacnianie synaptyczne - funkcjonalna modyfikacja połączeń synaptycznych

3. Procesy przetwarzania sygnałów

Ad. 1 Modyfikacja połączeń synaptycznych

- nawet w normalnych warunkach fizjologicznych synapsy ulęgają wymianie i przekształceniu:

nadprodukcja synaps i połączeń międzyneuronalnych

selektywna stabilizacja połączeń aktywnych funkcjonalnie i eliminacja pozostałych

- zmiana liczby synaps

synaptogeneza - tworzenie nowych synaps w odpowiedzi na lokalną aktywność

neuronalną

- modyfikacja synaps - zmiany mikrostrukturalne synaps - wzmacniające połączenia między neuronami

Sposoby modyfikacji synaps

Zmiany plastyczne w synapsach dotyczą części presynaptycznej i postsynaptycznej

1. Część presynaptyczna

• wydłużenie strefy aktywnej

• wzrost liczby pęcherzyków synaptycznych

• wzrost objętości kolby synaptycznej

2. Synapsa

• zmiana w samej synapsie

3. Część postsynaptyczna

• w kolcach dendrytycznych (na których umieszczana jest znaczna część synaps)

W części postsynaptycznej: w samej synapsie

▪ Modyfikacja w obrębie zgrubienia synaptycznego:

- pogrubienie i wydłużenie (większa strefa kontaktu synaptycznego)

- tworzenie perforacji (większy kontakt między neuronami)

- powstanie spinuli (uwypuklenie błony postsynaptycznej) → mogą prowadzić do podziały

synaps

- krzywizna synaps

- mogą trwale modyfikować własności synapsy, ponieważ w skłąd zgrubienia synaptycznego wchodzi szereg białek (np. aktyna, kinazy białkowe zalezne od AMP, Ca2+, kolmoduliny i inne)

Zgrubienie jest miejscem kotwiczącym białka błony postsynaptycznej (m.in. receptory neurotransmiterów i kanały białkowe oraz białka regulatorowe)

W części postsynaptycznej: w kolcach dendrytycznych

▪ Modyfikacja w kolcach dendrytycznych:

- zmiany kształtu synapsy - możliwe dzięki temu, że w kolcach dendrytycznych jest aktynowy cytoszkielet i miozyna

- zmiana grubości szyjki kolca i tym samym jej oporu → rolą kolców jest izolowanie obszaru jednego wejścia synaptycznego od innych

- możliwość powstania depolaryzacji w główce kolca i nawet generowanie potencjału czynnościowego (możliwość istnienia w główce kolca aktynowych kanałów jonowych)

Uczenie się

↓

- zmiana kształtu kolca (badanie w przekształceniach mikrostruktury mózgu w wyniku uczenia)

- ruchliwość dendrytów (uczenie się i wzrost przemieszczenia)

W okresach nasilonej plastyczności - cytoszkielet wydaje się niestabilny i łatwo modyfikowalny. Zmiany synaps stwierdzono w modelach doświadczalnych.

▪ Deprywacja wzrokowa, nieużywanie drogi czuciowej prowadzi do atrofii mikrostruktury:

- zmniejszenie rozgałęzień aksonów neuronów niosących informacje z zamkniętego oka, tworzą one mniej kolbek i guziczków synaptycznych, o mniejszych rozmiarach, w synapsach mniej pęcherzyków synaptycznych, obszar zgrubienia błony postsynaptycznej krótszy

Zwierzęta hodowane we wzbogaconym środowisku:

- grubsza kora mózgowa, obficie unaczyniona, z większą objętością gleju (neuropilu)

- większe rozgałęzienia dendrytów

- większa gęstość synaps, zawierają więcej pęcherzyków synaptycznych, więcej kolców dendrytycznych, bardziej rozgałęzione drzewka dendrytyczne

▪ Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne LPT - odpowiednie elektryczne drażnienie włókien aferentnych:

- poszerzenie i skrócenie szyjek dendrytów

- zaokrąglenie główek kolców

- przyrost liczby synaps

- wydłużenie zgrubienia postsynaptycznego

- przyrost długości błony pre- i postsynaptycznej

- glej - zwiększenie kontaktu wypustek glejowych z synapsami

Wykład 5 12.03.08

I. Zmiany w mikrostrukturze jako wynik uczenia się

▪ trening warunkowania/ wytwarzania reakcji warunkowej - ruchu migotki, trzeciej powieki królika - wzrost ilości rozgałęzień dendrytów komórek Purkiniego kory móżdżku (niezbędnej do wyuczenia się tego zadania)

▪ trening u szczurów

- po wyuczeniu się zadań akrobatycznych wzrost liczby synaps na komórkach Purkiniego móżdżku

- trening ruchowy nie wymagający uczenia asocjacyjnego (kontrolna grupa) - powodował wzrost gęstości naczyń a nie synaptogeneza

Zmiany w strukturze synaps wspólne dla plastyczności i pamięci

- wzrost liczby synaps (synaptogeneza)

- wzrost liczby pęcherzyków synaptycznych

- wydłużenie zgrubienia postsynaptycznego

- wzrost rozgałęzień dendrytów

- wzrost liczby kolców dendrytycznych

- wzrost wielkości główki kolców dendrytycznych

Miejscowa synaptogeneza

- może zachodzić przez podział istniejących synaps

- może zachodzić jedynie zjawisko przesuwania synaps z jednej okolicy na drugą

- u dorosłych zwierząt liczba synaps jest generalnie stała

Wzmożonej synaptogenezie towarzyszy jednocześnie eliminacja synaps

↓

Lokalnej synaptogenezie przy uczeniu się musi towarzyszyć redukcja synaps (podczas zapominania)

II. Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne - funkcjonalna modyfikacja połączeń synaptycznych

▪ mechanizmy indukujące trwałe zmiany w transmisji synaptycznej będące podłożem procesów uczenia się i zapamiętywania

1. Wzrost transmisji synaptycznej LTP - przykład plastyczności podczas uczenia się i pamięci

2. Spadek transmisji synaptycznej LTD - przykład plastyczności podczas doskonalenia umiejętności ruchowych, podczas których zachodzi ciągle proces korygowania błędów

Ad. 1 Charakterystyczne cechy długotrwałego wzmocnienia synaptycznego

LTP

- specyficzność - LTP indukowane jest tylko na aktywnym wejściu i tatanizacja (sumowanie pobudzeń) utrzymuje się przez wiele godzin

- kooperatywność - zależność LTP od aktywności na innych wejściach komórki: większe wzmocnienie uzyskuje się gdy tatanizacja poddaje się większą liczbę włókien aferentnych

- asocjacyjność wejść (kooperatywność między różnymi drogami aferentnymi) - uzyskiwanie wzmocnienia (rekrutacji dodatkowych włókien podczas tatanizacja) poprzez jednoczesną aktywację kilku dróg doprowadzających

Mechanizmy LTP: indukcja i utrzymanie

- klasyczny model indukcji wzmocnienia w hipokampie

▪ drażnienie dochodzących do zakrętu zębatego hipokampa włókien krótką serią impulsów o częstotliwości (f) kilkunastu Hz

▪ wzrost elektrycznej odpowiedzi tkanki tego obszaru mózgu: wzrost efektywności przewodzenia synaptycznego utrzymuje się przez wiele dni (LTP)

▪ LTP jest formą plastyczności, ponieważ występuje w hipokampie - to może być związane z procesami uczenia się i pamięci

Mechanizm indukcji LTP

Trwałe zmiany w postaci LTP następują poprzez stymulację doprowadzających dróg glutaminergicznych w połączeniu z jednoczesną aktywacją komórek postsynaptycznych

Receptor kwasu glutaminowego NMDA

Kanały jonowe związane z NMDA

↓

Wchodzenie jonów wapnia do wnętrza komórek postsynaptycznych

▪ kluchowa rola w indukcji LTP

▪ aktywuje wiele procesów metabolicznych, które prowadzą do indukcji i utrzymania wzmocnienia

Zjawisko LTP oparte jest na mechanizmie związanym z receptorem NMDA, stwierdzono w nowej korze ssaków, która ma niepowtarzalny udział w uczeniu się.

Udział LTO w procesach zapamiętywania nie jest jednoznaczny

- u zwierzą z wszczepionymi na stałe elektrodami uzyskano rezultaty sugerujące udział LTP w procesach pamięci

- czynniki wspomagające indukcję LTP umożliwiają blokujące utrudnienia zapamiętywania

- procesom uczenia się towarzyszy wzmacnianie odpowiedniego połączenia synaptycznego

- u zwierząt, u których następuje wzrost LTP notowana jest poprawa wyników testu uczenia się

Ad. 2 LTD

Jest przykładem plastyczności podczas doskonalenia umiejętności ruchowych

- mechanizm LTD - badany w hipokampie i na komórkach wzgórkowo - korowych oraz móżdżku

- wywołane przez wielokrotne pobudzanie pewnych dróg → w warunkach laboratoryjnych spowodowane m.in. poprzez drażnienie na zmianę dwóch dróg w ten sposób, by bodziec testowy powodował pobudzenia komórek w chwili, kiedy komórki te są zhiperpolaryzowane w wyniku hamowania postsynaptycznego

Mechanizm molekularny powstawania LTD w móżdżku wydaje się być również uzależniony od napływu jonów Ca do komórek postsynaptycznych

- wykluczono, ze LTD (w móżdżku) występuje w okresie doskonalenia zadań związanych z ruchem, tzn. wówczas, kiedy uczenie się polega na ciągłym korygowaniu błędu.

LTP i LTD

- mogą powstawać na tej samej synapsie, gdy aktywność presynaptyczna zostanie skojarzona z odpowiednim stanem błony komórek korowych:

→ gdy depolaryzacja błony postsynaptycznej przekroczy pewien niewielki krytyczny poziom, przekraczając próg odblokowania przewodnictwa jonowego (zależnego od NMDA) to powstanie LTP, natomiast

→ gdy ten próg nie zostanie przekroczony, nastąpi indukcja LTD

Mechanizmy utrzymania LTP

- LTP zapoczątkowanie impulsacji nerwowych dochodzących do synaps

- utrzymanie wzmocnienia synaptycznego wymaga dodatkowych mechanizmów

→ procesy biochemiczne (chemiczne przewodnictwo synaptyczne: połączenia mediatora z odpowiednim receptorem w błonie postsynaptycznej, procesy fosforylacji i defosforylacji, które regulują właściwości wielu białek)

→ procesy przetworzenia sygnałów wewnętrznych komórki, następujące po połączeniu mediatora z odpowiednim receptorem w błonie postsynaptycznej.

III. Procesy biochemiczne po pobudzeniu neuronu

Rodzaje receptorów:

▪ Podział ze względu na neuroprzekaźnik, z którym oddziałują receptory:

- Cholinergiczne

- Adrenergiczne

- Peptydoergiczne i inne

▪ Podział ze względu na elementy, na których występuje:

- receptory presynaptyczne- znajdują się na błonie presynaptycznej i regulują ilość uwalnianego mediatora z pęcherzyków synaptycznych do przestrzeni synaptycznej

- receptory postsynaptyczne- umieszczone w błonie postsynaptycznej i biorą udział w przekazywaniu sygnałów do komórki docelowej

- występujące na ciele komórki (poza synapsą) moduluja odpowiedź neuronalną na neuroprzekaźniki, dla tego mogą mieć swój udział w procesach plastyczności

- wśród tych neuronów łączących się z neurotransmiterem są receptory, które zarazem są kanałami jonowymi, tzw. receptory jonotropowe (np. receptory GABA, rec. Cholinergiczny nikotynowy, AMPA, NMDA)

Ich pobudzenie prowadzi do otwarcia kanałów jonowych i szybkich zmian w przewodności błony neuronalnej

- receptory działające za pośrednictwem wtórnych przekaźników- receptory metabotropowe

- ich aktywność prowadzi do aktywności enzymów zapoczątkowujących szereg procesów prowadzących do powstania wtórnych przekaźników, które mogą aktywować różne procesy metaboliczne i dopiero w ten sposób wpływać pośrednio na przewodność kanałów jonowych

Wtórne przekaźniki:

Związki drobnocząsteczkowe, zdolne do aktywacji kinaz białkowych (m. In. cAMP, cGMP). Rolę drugiego przekaźnika układów eżektorowych spełnia rownierz Ca2+, m.in. aktywuje on kinazę białkową.

- Aktywacja kinazy- powoduje fosforylację określonych białek i wyzwala specyficzne odpowiedzi biologiczne

Rola:

- wpływ na różne systemy docelowe, efektory (poprzez aktywację swoistych kinaz)

- trwałośc tych efektów- zalezna jest od dynamicznej równowagi kinaz z fosfatazami

- może wynosic nei więcej niż kila godzin

Od czego zależą bardziej długotrwałe zmiany odpowiedzi kom. nn. na pobudzenie?

- długotrwałe odpowiedzi kom. nn na pobudzenie zależą od ekspresji genów, oraz wtórnych przekaźników, ponieważ odpowiedzialne są za modulacje aktywności czynników transkrypcyjnych

- czas trwania poszczególnych etapów przetwarzan. Bodźców wewnątrzkomórkowych

I etap pobudzenia

- receptory NMDA: rząd max 1 sek.

II etap synteza białek:

Skala godziny

III etap zmiany w liczbie receptorów i uwalniania transmitera, rząd kilkunastu, kilkudziesięciu godzin

------- Możliwe

Możliwe utrzymywanie się zmian plastycznych

- fosforylacja białek/ łącznie z defosforalyzacją zachodzi w mózgu bardzo intensywnie

- oba te procesy regulują właściwości olbrzymiej liczby białek

Np. od procesów fosforylacji zależy przepustowośc kanałów jonowych, które warunkowały przewodność błony komór i tym samym jej pobudliwość

-------- znaczenie aktywacji kinaz białkowych, zaleznych od wtórnych przekaźników, dla procesów pamięci i uczenia

Badania nad mutantami:

Genetycznie zmienione myszy pozbawione zdolności ekspresji kinazy białkowej wykazywały wyraźne upośledzenie w uczeniu się przestrzennym i w zdolności do wytworzenia długotrwałych wzmocnień synaptycznych LTP

Wyniki badań:

- indukcja i utrzymywanie się LTP zależą od aktywacji kinaz (zwłaszcza kinazy białka C);

- kinazy b mogą pełnić bardzo ważne funkcje w powstawaniu trwałych zmian plastyczności, (długotrwałe utrzymywanie się śladów pamięciowych), ponieważ wykazują zależną od syntezy białek zdolność do utrzymywania stanu wzmożonej aktywności.

III 4. Rola pobudzenia genomu w procesie uczenia się i pamięci:

PAMIĘĆ- nakładające się fazy jej tworzenia:

1. to pamięć krótkotrwała

2. pamięć średniotrwała (ślady pamięci utrzymywane do kilku godzin, zależy od procesów fosforylacji, ale nie od biosyntezy białek i ekspresji genów

3. długotrwała - powstaniu jej towarzyszy biosynteza białek i ekspresja genów

Pamięć długotrwała- rola genów w uczeniu się- wyniki badań:

1. inhibitory biosyntezy RNA i białek hamują tworzenie trwałych śladow pamięciowych (24 godziny i więcej)

2. procesowi uczenia się towarzyszy wzmożona synteza RNA

3. w czasie uczenia się zwiększona jest ekspresja określonych genów, zwłaszcza tych kodujących czynniki transkrypcyjne

PROCES TWORZENIA ŚLADU PAMIĘCIOWEGO:

- oparty jest na krótkotrwałej aktywacji czynników transkrypcyjnych (i tym samym na pojedynczej fali ekspresji białek)

- skala czasowa pamięci długotrwałej- podobna do okresu życia białek w neuronie (i w każdej innej komórce organizmu)- czyli nie przekracza dni, tygodni

TWORZENIE TRWAŁEGO SLADU PAMIĘCIOWEGO

Integracja informacji czuciowych i motywacyjnych

- uwolnienie neuroprzekaźników

- działanie neuroprzekaźnika na swoiste receptory błonowe

- aktywacja różnych układów wtórnego przekaźnika (określony receptor pobudza ściśle określony wtórny przekaźnik)

- kinazy białkowe (regulujące pośrednio lub bezpośrednio czynniki transkrypcyjne )

- zapoczątkowanie procesów fosforylacji (przeniesienie informacji dojądra komórkowego)

- aktywacja określonego czynnika transkrypcyjnego (większość z nich regulowana przez kinazy białkowe)

15

---