Plastyczność synaptyczna Modyfikacja układów neuronalnych i synaps okresy krytyczne

Podobne dokumenty
Plastyczność synaptyczna Modyfikacja układów neuronalnych i synaps okresy krytyczne

ZAJĘCIA 1. uczenie się i pamięć mechanizmy komórkowe. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

Dywergencja/konwergencja połączeń między neuronami

Podstawowe zagadnienia. Mgr Monika Mazurek Instytut Psychologii Uniwersytet Jagielloński

1. Neuroplastyczność a uczenie się i pamięć

ZAJĘCIA 1. uczenie się i pamięć mechanizmy komórkowe. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

Potencjał spoczynkowy i czynnościowy

Sen i czuwanie rozdział 9. Zaburzenia mechanizmów kontroli ruchowej rozdział 8

biologia w gimnazjum OBWODOWY UKŁAD NERWOWY

Fizjologia z elementami patofizjologii BLOK 1 Wyższe czynności życiowe

STAROSTWO POWIATOWE W SOKÓŁCE

Biologiczne mechanizmy zachowania

BIOLOGICZNE MECHANIZMY ZACHOWANIA I SYSTEMY PERCEPCYJNE UKŁAD WZROKOWY ŹRENICA ROGÓWKA KOMORA PRZEDNIA TĘCZÓWKA SOCZEWKI KOMORA TYLNA MIĘŚNIE SOCZEWKI

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU HALO, NEURON. ZGŁOŚ SIĘ.

Ćwiczenie XII. Odruchy warunkowe

Neuroanatomia. anatomia móżdżku i kresomózgowia jądra podstawy układ limbiczny. dr Marek Binder

Patrycja Pabiś. Aktywność farmakologiczna ligandów receptora histaminowego H3 w testach in vivo na zwierzętach

Móżdżek. Móżdżek położony jest w dole tylnym czaszki pod namiotem móżdżku. Sąsiaduje z płatem skroniowym, potylicznym oraz z pniem mózgu.

SCALANIE MIĘDZYMODALNE

BIOLOGICZNE MECHANIZMY ZACHOWANIA I UKŁADY WYKONAWCZE SYSTEM MOTORYCZNY. SYSTEMY ZSTĘPUJĄCE Korowe ośrodki motoryczne

Mózgowe porażenie dziecięce - postepowanie rehabilitacyjne BEATA TARNACKA

BUDOWA MÓZGU (100 MILIARDÓW NEURONÓW) NEUROFIZJOLOGICZNE PODSTAWY

SIECI NEURONOWE Liniowe i nieliniowe sieci neuronowe

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

Droga impulsu nerwowego w organizmie człowieka

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

Neurobiologia wybrane zagadnienia neuroscience

Co to są wzorce rytmów?

biologiczne mechanizmy zachowania seminarium + laboratorium M.Eng. Michal Adam Michalowski

LTP i LTD: Długotrwałe wzmocnienie i osłabienie synaptyczne. Przemysław Borys. Raport z

Błona komórkowa grubość od 50 do 100 A. Istnieje pewna różnica potencjałów, po obu stronach błony, czyli na błonie panuje pewne

Błona komórkowa grubość od 50 do 100 A. Istnieje pewna różnica potencjałów, po obu stronach błony, czyli na błonie panuje pewne

grupa a Klasa 7. Zaznacz prawidłowe zakończenie zdania. (0 1)

Zastosowanie terapii Neurofeedback w leczeniu zaburzeń psychicznych

Modelowanie pewnych aspektów czynności mózgu

w kontekście percepcji p zmysłów

Układ nerwowy składa się z ośrodkowego (centralnego) i obwodowego układu nerwowego. Zapewnia on stały kontakt organizmu ze środowiskiem zewnętrznym

Neurofizjologia WYKŁAD 15

Kresomózgowie 2. Krzysztof Gociewicz

Wykorzystanie integracji sensorycznej w usprawnianiu zaburzeń rozwojowych.

Dr inż. Marta Kamińska

Fizjologia człowieka

Mechanoreceptory (dotyk, słuch) termoreceptory i nocyceptory

TEST - BIOLOGIA WERONIKA GMURCZYK

Wprowadzenie. ROZDZIAŁ 2 Neuroanatomia. Wprowadzenie 85 Układ ruchowy 86 Układ czuciowy 90 Układ wzrokowy 93 Pień mózgu 96 Móżdżek 100 Kora mózgu 103

Biologiczne mechanizmy zachowania - fizjologia. zajecia 1 :

ROLA WAPNIA W FIZJOLOGII KOMÓRKI

Neurodydaktyka - rewolucja czy rozsądek? Dr n.med.tomasz Srebnicki

Od słowa do książki O ELEMENTARNEJ NAUCE CZYTANIA. malyska.edu.pl

Uwaga: wykład autorski do bezpośredniego wykorzystania, bez możliwości rozpowszechniania i powielania. Świadomość. Michał Biały

Nukleotydy w układach biologicznych

Indukcja synaps GABAergicznych w korze somatosensorycznej myszy w procesie asocjacyjnego uczenia się

Układ limbiczny. Przetwarzanie informacji przez mózg. kognitywistyka III. Jacek Salamon Tomasz Starczewski

Wykład 9. ogólne prawa percepcji. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

Konkurs neurobiologiczny BrainBee 2015

BIOLOGICZNE MECHANIZMY ZACHOWANIA II JĄDRA PODSTAWY KRESOMÓZGOWIA I KONTROLA RUCHOWA

Neurobiologia wybrane zagadnienia neuroscience

Fizjologia człowieka

BADANIE ZMYSŁU WZROKU

Somatosensoryka. Marcin Koculak

kurs treser psów moduł 1 teoria uczenia, elementy etologii i psychologii

Tkanka nerwowa. Komórki: komórki nerwowe (neurony) sygnalizacja komórki neurogleju (glejowe) ochrona, wspomaganie

Co nam siedzi w głowie?

Emocje. dr hab. Adriana Schetz IF US

Platy kory mózgowej. Szczelina podłużna.

Czym jest ruch? Życie polega na ruchu i ruch jest jego istotą (Schopenhauer) Ruch jest życiem, a życie jest ruchem (Senger)

Nauka o słyszeniu Wykład II System słuchowy

Anatomia pamięci. Systemy pamięci a przetwarzanie informacji. Opracowała: Karolina Finc

Tkanka nerwowa. neurony (pobudliwe) odbieranie i przekazywanie sygnałów komórki glejowe (wspomagające)

Krwiobieg duży. Krwiobieg mały

Ćwiczenie 1. Fizjologia i patofizjologia komórki. Komórka nerwowa.

UKŁAD NERWOWY I HORMONALNY - PRZYKŁADOWE PYTANIA POWTORZENIOWE

Wykład 3. metody badania mózgu I. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Systemy odbioru i przetwarzania informacji cechuje: wieloetapowość (odbiór informacji przez receptory, dekodowanie,kodowanie)

OBLICZENIA ZA POMOCĄ PROTEIN

Pamięć a uzależnienia lekowe: rola kalcyneuryny i hipokampa Memory processes and addiction: Involvement of the calcineurin signaling pathway

Od neuronu do sieci: modelowanie układu nerwowego

Wprowadzenie do technologii HDR

Neurobiologia WYKŁAD 4

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU DOBRZE MIEĆ O(G)LEJ W GŁOWIE. O KOMÓRKACH UKŁADU NERWOWEGO.

Rola wapnia w fizjologii i patologii neuronów

Sztuczne sieci neuronowe

OŚRODKI UKŁADU POZAPIRAMIDOWEGO: podkorowego układu ruchu

Pamięć. KFZiE UŚ 2008 PAMIĘĆ

Dział II. TKANKI POBUDLIWE. UKŁAD NERWOWY. FIZJOLOGIA NARZĄDÓW ZMYSŁÓW.

BIOLOGICZNE MECHANIZMY ZACHOWANIA II JĄDRA PODSTAWY KRESOMÓZGOWIA I KONTROLA RUCHOWA

Biologiczne podstawy zachowania WYKŁAD 6

GUIDELINES FOR THE MANAGEMENT OF THE SEVERE HEAD INJURY

Percepcja, język, myślenie

Budowa i zróżnicowanie neuronów - elektrofizjologia neuronu

EEG Biofeedback. Metoda EEG-Biofeedback wykorzystuje mechanizm sprzężenia zwrotnego do treningu i usprawniania pracy mózgu

Neuromodulacja akustyczna CR

Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa


Wstęp do sztucznych sieci neuronowych

Plan wykładu. Prozopagnozja. wrażenie sensoryczne a percepcja. wrażenia sensoryczne i percepcja

Regulacja nerwowo-hormonalna. 1. WskaŜ strzałkami na rysunku gruczoły i napisz ich nazwy: przysadka mózgowa, tarczyca, jajniki, nadnercza.

Wybrane zagadnienia z fizjologii owadów

Transkrypt:

Plastyczność synaptyczna Modyfikacja układów neuronalnych i synaps okresy krytyczne Plastyczność synaptyczna : zmiany właściwości przewodnictwa pod wpływem uprzedniej aktywności

Zaprogramowane zachowania; imprinting (relacja obustronna i trwała) okresy krytyczne czyli Czego Jaś się nie nauczył tego Jan nie będzie umiał (przysłowie ludowe) U ptaków Wydostanie się ze skorupy jaja, ucieczka przez kształtem drapieznika Podążanie za każdym dużym poruszającym się obiektem który widzą w pierwszym (i tylko w pierwszym) dniu po wykluciu ( imprinting ) (badania Konrada Lorenz a - zob. foto obok) U ssaków: Ucieczka (reakcje strachu) przed kształtem np. węża u małp, reakcja ucieczki i strachu na looming Imprinting na zapach własnego jagnięcia u owiec (2-4 godz. Po urodzeniu) oraz na zapach sutków matki u szczurów

Wrodzone ( Naturalne ) wzorce naśladownictwa jeden z kluczowych elementów uczenia się języka (przykład ruchowego gaworzenia u głuchych dzieci w rodzinie uzywającej języka migowego oraz u słyszących w rodzinie nie używającej języka migowego

Nauka języka jest związana z okresem krytycznym (u ptaków spiewających) Pierwsze 2 mies po wykluciu krytyczne dla nauki śpiewu. Wrodzona preferencja wokalizacji własnego gatunku (przy ekspozycji na wokalizacje także innych gatunków). Wokalizacje niebezpieczeństwa są wrodzone Zebra finch (pol.) zeberka:

Fazy nauki śpiewu ptaków 1) ekspozycja na śpiew tutora

Nauka języka przykładem okresu krytycznego Różnice w aktywacji mózgu w zadaniach językowych u dzieci i dorosłych (A). Spadek zdolności nabycia sprawności języka obcego na poziomie native speaker a wraz z wiekiem (B)

Okres krytyczny na przykładzie drogi i kory wzrokowej

Droga wzrokowa najważniejsze elementy Receptory i komórki zwojowe siatkówki Nerw wzrokowy Skrzyżowanie nerwów wzrokowych Pasmo wzrokowe Ciała kolankowate boczne Promienistość wzrokowa (osobne tzw. Pętle Meyera- włókna z dolnej cz siatkówki i Bauma z górnej) Kora wzrokowa (pierwotna) V1 (szczelina ostrogowa płata potylicznego)

Kolumny dominacji ocznej w warstwie IV pierwotnej kory wzrokowej u makaka. Również elektryczna aktywność neuronów IV warstwy skorelowana jest z jednym okiem - pozostałe warstwy reagują na oba oczy! Eksperymenty ze znakowaną H3 proliną

Znakowanie radioaktywnym aminokwasem (prolina H3)

Neurony kory wzrokowej aktywowane każdym okiem tworzą charakterystyczny paskowaty wzór dominacji ocznej (makak)

(A)Kolumny dominacji ocznej u małpy ( 3 H prolina podana do siatkówki) paski są takiej samej szerokości (B) Po zablokowaniu (przez zszycie powiek) jednego oka od 2 tyg. po urodzeniu przez 18 miesięcy następuje obkurczenie się kolumn wraz z ekspansją kolumn z drugiego oka. paski są różnej szerokości Radioaktywna prolina naświetla film

Okres krytyczny na przykładzie kolumn dominacji 1) Istnieje okres krytyczny w którym zablokowanie oka zmienia szerokość kolumn dominacji. 2) Jeśli zaszyjemy oba oczy powstaną kolumny dominacji 3) gdy do obu podamy TTX wtedy kolumny nie powstaną. 4) Zablokowanie TTX również oka z niezaszytymi powiekami powoduje poszerzenie kolumn oka z zaszytymi powiekami (zachowana jest spontaniczna aktywność neuronalna siatkówki zaszytego oka!) 4) Nawet bez stymulacji świetlnej niedojrzałą siatkówka emituje spontaniczną aktywność w sposób, który pozwala na tworzenie mapy połączeń z korą wzrokową - pobudzenia kk zwojowych siatkówki występują w postaci fali rozprzestrzeniającej się w siatkówce - jednak fale z obu oczu praktycznie nigdy nie są synchroniczne.

23.7 Terminal arborizations of LGN axons in the visual cortex can change rapidly.

23.8 Representation of Hebb s postulate as it might operate during visual system development. Postulat Hebb a (1949): cells that fire together, wire together

Dalsze doprecyzowanie połączeń projekcyjnych drogi wzrokowej następuje pod wpływem bodźców wzrokowych. Mapy wzrokowe można wytworzyć w obszarach słuchowych jeśli skierować tam drogę wzrokową!

23.10 Transduction of electrical activity into cellular change via Ca 2+ signaling. (Part 1)

23.10 Transduction of electrical activity into cellular change via Ca 2+ signaling. (Part 2)

Okresy krytyczne - refleksje W okresie krytycznym mózg wykazuje szczególnie silną zależność między wzorcami aktywności neuronów i tworzeniem funkcjonalnych połączeń Bardzo ważne jest wykorzystanie wrodzonych mechanizmów naśladownictwa u dzieci Nie marnujmy szans na maksymalny rozwój intelektualny (zwłaszcza w obszarze językowym w tym języków obcych) i psychoruchowy dzieci w okresach krytycznych Sensowna edukacja dzieci od najwcześniejszych lat przez rozmowę, zabawę, przykład do naśladowania powinna być zasadniczym postulatem wychowawczym skierowanym zarówno do rodziców jak i przedszkola i szkoły

Plastyczność dojrzałych synaps i obwodów neuronalnych

Plastyczność dojrzałych synaps i obwodów neuronalnych Plastyczność synaptyczna Habituacja Krótkotrwała (zmniejszenie ilości neurotransmitera) Długotrwała (zmniejszenie liczby synaps) Sensytyzacja (heterosynaptyczna, neurony facylitacyjne) Krótkotrwała 1godz. (serotoninergiczne neurony facylitacyjne) Długotrwała 1 tydz.(rozgałęzianie aksonów, wzrost liczny synaps) Facylitacja asocjatywna seria bodziec warunkowy po 0,5 sek. bodziec bezwarunkowy Potencjalizacja (wzmocnienie) krótkotrwała (trwa do wielu minut) Długotrwała (LTP = długotrwałe wzmocnienie synaptyczne) Depresja (osłabienie) synaptyczna Krótkotrwała (deplecja pęcherzyków) Długotrwała (LTD = długotrwałe osłabienie synaptyczne)

- Krótkotrwała i długotrwała sensytyzacja - model badań nad mechanizmami pamięci u bezkręgowców (Ślimak morski aplysia) Sensytyzacja: proces oparty na heterosynaptycznej facylitacji (pośredniczą tzw. neurony facylitujące)

24.1 Short-term sensitization of the Aplysia gill withdrawal reflex. (Part 1)

Habituacja a następnie sensytyzacja (krótkotrwała) w odruchu schowania skrzeli u Aplysia

24.2 Synaptic mechanisms underlying short-term sensitization. (Part 1)

24.2 Synaptic mechanisms underlying short-term sensitization. (Part 2)

24.3 Mechanism of presynaptic enhancement underlying behavioral sensitization. (krótkotrwała do 1 godz.)

24.3 Mechanism of presynaptic enhancement underlying behavioral sensitization. (długotrwała do 1 tyg.)

Asocjatywna facylitacja u ślimaka morskiego Aplysia (forma uczenia się asocjacyjnego) Uczenie się asocjacyjne jest oparte na tworzeniu odruchu warunkowego - wymaga dwóch bodźców: pierwszy tzw. warunkowy występuje tuż przed drugim tzw. bezwarunkowym, który może być Atrakcyjny-apetytywny (pokarm) lub awersyjny (np. ból)

Uczenie się asocjacyjne: Wszystko zaczęło się od psa Pawłowa

Uczenie się: 1) Asocjacyjne klasyczne (poprzez odruchy warunkowe) 1) Bodziec bezwarunkowy reakcja bezwarunkowa np. widok pokarmu i wydzielanie śliny. Jeżeli bodziec bezwarunkowy jest bólowy nazywamy go awersyjnym (warunkowanie awersyjne) 2) Bodziec warunkowy musi poprzedzać bodziec bezwarunkowy (np. dzwonek przed podawaniem jedzenia) 3) Wytworzona reakcja (warunkowa) to np. wydzielanie śliny po dzwonku (bez pokarmu) 4) Bodziec warunkowy i bezwarunkowy muszą być blisko w czasie (zasada koincydencji) a b.warunkowy musi poprzedzać b.bezwarunkowy 5) Reakcja warunkowa ulega stopniowemu wygaszeniu po zaprzestaniu występowania bodźca bezwarunkowego (także po wydłużeniu czasu pomiędzy bodźcami) 2) Asocjacyjne instrumentalne tzw. instrumentalne odruchy warunkowe (np. naciśnięcie dźwigni aby dostać cukierek - bodziec wzmacniający)

Klasyczne warunkowanie wg Pawłowa (mechanizm tzw. pamięci proceduralnej) Obecnie zwraca się uwagę nie tyle na istnienie czasowej ciągłości bodźca warunkowego i bezwarunkowego ale na fakt, że pomiędzy tymi bodźcami istnieje związek INFORMACYJNY! Bodziec warunkowy w procesie warunkowania nabiera cech sygnału niosącego informację!

Pawłow sądził, że warunkowanie reakcji wymaga działania mózgu W jego eksperymentach mózg był konieczny ale w innych modelach zwierzęcych wystarczą dwa/trzy neurony z synapsami

b. Bezwarunkowy (US) drażnienie ogona, b. warunkowy (CS) drażnienie syfonu UR odruch bezwarunkowy CR odruch warunkowy Asocjatywna facylitacja u Aplysia 1. CS wyrzut Ca 2. US serotonina większa aktywacja cyklazy adenyl. w obecności Ca 3. Większa aktywność PKA 4. Fosforylacja kanałów K+

Asocjatywna facylitacja u Aplysia: Sekwencja zdarzeń molekularnych: 1) W wyniku bodźca warunkowego (CS) uwalniany jest Ca2+. Przerwa między bodźcem warunkowym (CS) i bezwarunkowym (US) musi być krótka bo wapń jest szybko buforowany w cytozolu.) 2) Następnie serotonina uwolniona w wyniku działania US aktywuje cyklazę adenylową w aksonie neuronu czuciowego, która w obecności wapnia jest znacznie bardziej aktywna. 3) Zwiększona ilość camp silniejsza kinaza PKA zwiększona fosforylacja kanałów potasowych (Ale nie ma jasności dlaczego bodziec warunkowy musi poprzedzać bodziec bezwarunkowy)

Ale czy na pewno asocjatywne uczenie się u ślimaka jest podłożem jego faktycznego uczenia się?

Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (LTP = long term potentiation)

LTP Oryginalnie Bliss i Lomo w 1973 wykazali LTP w synapsach między włóknami przeszywającymi i neuronami fascia dentata Obecnie zjawisko LTP najczęściej jest badane w synapsach miedzy piramidalnymi neuronami regionów CA1 i CA3 hipokampa. LTP polega na wzroście efektywności przewodzenia synaptycznego po tężcowej stymulacji krótkotrwałym bodźcem elektrycznym z wysoką częstotliwością (100Hz) włókien aferentnych neuronów pola CA3 (tzw. włókna Schaffera). Rezultat: pojedynczy bodziec po uprzedniej tetanizacji wywołuje wyższy EPSP. LTP trwa wiele godzin, dni nawet do blisko roku Może być zarówno asocjacyjne jak i nieasocjacyjne. - model badań nad mechanizmami pamięci u kręgowców

Asocjacja Wzrost EPSP tetanicznego po następnym pobudzenia zwykłym wejścia słąbego pobudzeniu z wejściem nawet po silnym wielu Ustalenie tygodniach powoduje LTP lub również latach na Czyli podstawowej powstanie słabym! wejściu! Czyli LTP! odpowiedzi w EPSP Tetaniczne drażnienie słabego wejścia nie wystarcza do wywołania Sch = LTP szlak - konieczna Schafferaasocjacja Com tetanicznego = commisural pobudzenia z wejściem silnym! Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (Long-term potentiation = LTP) High frequency stimulation: Np. 4 ciągi po 10 impulsów o cz.100hz CA1 Odgałęzienia aksonów neuronów CA3 z drugiej Drugie 3.Aksony strony komórek z pola CA3 (tzw. kolaterale rozgałęzienia mózgu pochodzące Schaffera) aksonów z włókien neuronów komisuralnych docierają do CA1 CA3). tworzące CA3 synapsy opuszczają tworzą komórkach hipokamp słabą drogę przez pobudzenia pola CA1 fornix (w porównaniu z kolateralami Schaffera z tej samej strony) 2.Włókna (aksony) komórek ziarnistych 1.Wejście pobudzające z kory śródwęchowej dociera (mossytzw. fibers) drogą z.zębatego przeszywającą projektują (perforant do path komórek PP) do piramidalnych dendrytów komórek hipokampa ziarnistych (pole zakrętu zębatego.

Cechy LTP: 1) Współdziałanie (Cooperativity) Prawdopodobieństwo wywołania LTP wzrasta wraz ze zwiększeniem liczby włókien aferentnych Schaffera stymulowanych tetanicznie 2) Specyficzność wejścia (Input specificity) LTP pojawia się tylko w synapsach, które podlegały tetanicznej stymulacji 3) Asocjacyjność (Associativity) Tetaniczne drażnienie słabej (w przeciwieństwie do silnej ) drogi włókien nie wywołuje LTP. Jeśli jednak istnieje asocjacja czasowa stymulacji obu dróg (tetaniczne drażnienie zarówno słabej jak i silnej drogi czyli włókien Schaffera z obu stron) pojawi się LTP na synapsach z obu stron ( słabych i silnych ). Warunek: oba wejścia muszą być jednocześnie pobudzone tetanicznie.

Asocjacyjność LTP w komórce CA1 hipokampa Before EPSP przed tetanicznym drażnieniem After - EPSP po tetanicznym drażnieniu LTP heterosynaptyczny Tetaniczne drażnienie Współdziałanie i specyficzność LTP Asocjacyjność LTP Strona silna liczne synapsy z włókien Schaffera z tej samej strony LTP homosynaptyczne Strona słaba nieliczne synapsy z włókien Schaffera z przeciwległej strony

Molekularne podstawy LTP: 1) Napływ Ca2+ przez NMDA-R (wymagana jednoczesna depolaryzacja dla uwolnienia blokady magnezowej) 2) Napływ Ca2+ aktywuje kinazy PKC i CaMKII które fosforylując AMPA zwiększają ich przewodnictwo 3) Na skutek aktywacji CaMKII następuje też wstawianie dodatkowych receptorów AMPA (trzymanych w zapasie w pęcherzykowych strukturach okołosynaptycznych) 4) Kiełkują też nowe kolce dendrytyczne 5) Ponadto w wyniku LTP kinaza CaMKII uzyskuje właściwości autofosfotylacji i może działać bez sygnału wapniowego ( molecular switch hypothesis Johna Lisman a ) Podawanie MK-801 (antagonisty NMDA) blokuje LTP co jest jednym z dowodów na rolę NMDAR w LTP. Podobnie działa chelatowanie wapnia!

24.9 The NMDA receptor channel can open only during depolarization of the postsynaptic neuron.

24.10 Mechanisms underlying LTP.

24.14 Mechanisms responsible for long-lasting changes in transmission during LTP. (Part 1) Wczesna faza LTP i późna faza LTP (tworzenie nowych kolców dendrytycznych) Badania z przełomu 1999/2000

Istotne uwagi o roli receptorów typu AMPA i NMDA Receptory AMPA są w stanie ciągłej wymiany w błonie postsynaptycznej. Białko PSD-95 jest rusztowaniem dla puli receptorów AMPA Zmiana ekwilibrium AMPA jest jednym z najwazniejszych elementów plastyczności synaptycznej W LTP wzrasta też ilość receptorów AMPA z podjednostką GluR1 Badania szczurów genetycznymi manipulacjami z NMDA-R w labiryncie wodnym potwierdzają ich rolę w pamięci i uczeniu

Box C Silent Synapses (Part 2)

24.11 Insertion of postsynaptic AMPA receptors during LTP.

24.14 Mechanisms responsible for long-lasting changes in transmission during LTP. (Part 2) Dendryty komórki piramidalnej hipokampa Po godzinie od stymulacji LTP pojawiają się nowe kolce dendrytyczne

W tej samej synapsie może występować LTP oraz długotrwałe osłabienie synaptyczne long term depression (LTD)! Teoria BCM (Bienenstock-Cooper-Munro): Jeśli postsynaptyczna komórka jest silnie zdepolaryzowana dochodzi do LTP Jeśli postsynaptyczna komórka jest słabo zdepolaryzowana dochodzi do LTD LTD zachodzi również w neuronach obszaru CA1 (tak samo jak LTP)! Zarówno LTD jak LTP jest związane z jonami Ca2+! Silna depolaryzacja powoduje silny sygnał wapniowy (poprzez NMDA-R) i aktywuje kinazy (i w rezultacie LTP) Przy słabej depolaryzacji NMDAR wpuszcza niewiele Ca2+ i wtedy aktywowane są fosfatazy, które defosforyluja receptory AMPA i powodują ich internalizację (a stąd LTD)

24.12 Long-term synaptic depression in the hippocampus. (Part 2) Internalizacja AMPAR na skutek działania fosfataz Wytworzenie LTP lub LTD zależy od stężenia Ca (jeśli wysokie zachodzi LTP, jeśli mniejsze - LTD) Zarówno w LTP jak i LTD konieczna jest aktywacja NMDAR Dokładne cele fosfataz nie są znane

LTD = long term depression długotrwałe osłabienie synaptyczne na przykładzie móżdżku Zjawisko LTD jest najlepiej poznane w móżdżku LTD powstaje na synapsach między tzw. włóknami równoległymi i komórkami Purkinjego kory móżdżku W jego procesach molekularnych różni się od LTD w hipokampie (np. w móżdżku nie gra roli NMDA)

Układ funkcjonalny móżdżku Kk.gwiazdkowate, i koszyczkowe modulatorowe dla kk Purkinjego Kk. Golgiego sprzężenie zwrotne na kk.ziarnistych Włókna mszyste: input z jąder mostu i innych Włókna pnące: input modulujący z j.oliwki Wg Masao Ito przekazują sygnał błędu INPUT

24.13 Long-term synaptic depression in the cerebellum. (Part 1) LTD LTD na synapsie k.purkinjego z włóknem równoległym (paralel fiber)

Znaczenie obwodów móżdżkowych w uczeniu się poprzez korekcję błędu LTD Model Masao Ito i wsp.: koincydencja: sygnału na synapsach włókien równoległych i sygnału błędu z włókien pnących (depolaryzujących kk. Purkinjego) Rezultat: LTD jest to mechanizm uczenia się Włókna mszyste: input z jąder mostu i innych Włókna pnące: input modulujący z j.oliwki Wg Masao Ito przekazują sygnał błędu INPUT

Znaczenie obwodów móżdżkowych w uczeniu się poprzez korekcję błędu LTD LTD na komórkach Purkinjego wywołuje dysinhibicję ponieważ w efekcie hamowane są hamujące komórki Purkinjego Przykład cyklicznej aktywności kk.purkinjego diadochokineza

Przykłady zależnego od móżdżku uczenia się przez korektę błędu: Eksperyment z częściowym podcięciem mięśnia odwodzącego jednego oka z czasem następuje adaptacja sakkad oka do nowej sytuacji Odruch przedsionkowo-oczny (utrzymujący fiksację oczu na obserwowanym obiekcie w trakcie ruchu głowy) adaptacja zakresu ruchu oczu po nałożeniu okularów pomniejszających Obie nauczone adaptacje ( umiejętności ) znikają lub są nieosiągalne po uszkodzeniu robakamóżdżku

Warunki indukcji LTD: Jednoczesny 1. napływ Ca2+ do kom.pur. (pobudzenie włókien pnących skutkuje depolaryzacją kom. Purkinjego i otwarciem kanałów Ca-VD) 2. aktywacja mglur1 na synapsach między włóknami równoległymi i kom.purkinjego mglur1 aktywuje PKC PKC fosforyluje (!) AMPAR Efekt: zmniejszenie wrażliwości AMPAR internalizacja AMPAR LTD hamuje hamujące komórki Purkinjego!

LTD w móżdżku Fosforylacja receptora AMPA zmniejszenie jego wrażliwości W LTD nie bierze udziału receptor NMDA, nieobecny w kk.purkinjego (inaczej niż w hipokampie)

24.13 Long-term synaptic depression in the cerebellum. (Part 3) internalizacja AMPAR podobnie jak w LTD w hipokampie (ale tu pod wpływem kinaz!)

24.13 Long-term synaptic depression in the cerebellum. (Part 2) Sygnalizacja włókien pnących prowadzi do depolaryzacji kk. Purkinjego i napływu jonów Ca ++

Przykłady zależnego od móżdżku uczenia się przez korektę błędu: 1. Eksperyment z częściowym podcięciem mięśnia odwodzącego jednego oka z czasem następuje adaptacja sakkad oka do nowej sytuacji 2. Odruch przedsionkowo-oczny (utrzymujący fiksację oczu na obserwowanym obiekcie w trakcie ruchu głowy) adaptacja zakresu ruchu oczu po nałożeniu okularów pomniejszających Obie nauczone adaptacje ( umiejętności ) znikają lub są nieosiągalne po uszkodzeniu robaka- móżdżku

Eksperyment wykazujący rolę móżdżku w uczeniu się poprzez adaptację ruchu do sygnału błędu Eksperyment z częściowym podcięciem mięśnia odwodzącego jednego oka adaptacja sakkad do nowej sytuacji Uszkodzenie robaka uniemożliwia naukę

Pamięć proceduralna: podukład móżdżkowy Pamięć proceduralna: podukład móżdżkowy LTD LTD na synapsach PFs Drogi odruchu mrugania i jego warunkowania sygnałem dzwonka, który poprzedza 250msek dmuchnięcie. Punkty a-e badane przez lokalną inaktywację anestetykiem. Indukcja LTD wymaga jednoczesnego napływu Ca2+ do kom.pur. z cf (przez VD-Ca-Kanały) oraz aktywacji mglur1 na synapsach pf-kom.p (PKC fosforyluje AMPAR i powoduje zmniejszenie wrażliwości AMPAR) Dalsze trenowanie odruchu warunkowego doprowadza do szybszej odpowiedzi której czas wystąpienia zostaje zoptymalizowany do mającego wystąpić dmuchnięcia

Plastyczność synaps: Uwagi refleksje jeszcze raz Szczury trzymane w złożonym środowisku mają 25% więcej synaps w korze potylicznej POMYŚLMY Jak ważne dla rozwoju dziecka jest dojrzewanie w wielobodźcowym ( złożonym ) środowisku Rola interakcji z rodzicami, rówieśnikami, stymulującymi zabawami i zabawkami itp!