Potentiatie op lange termijn is de basis voor neuronale plasticiteit en dus de hermodellering van neuronale structuren of circuits in de zenuwstelsel Zonder het proces, noch de vorming van geheugen noch leren ervaringen zouden mogelijk zijn. Verstoringen in de potentiëring van de levensduur zijn bijvoorbeeld aanwezig bij ziekten zoals Alzheimer ziekte.
Wat is potentiëring op de lange termijn?
Potentiatie op lange termijn is de basis voor neuronale plasticiteit en dus de hermodellering van neuronale structuren of circuits in de zenuwstelsel Neuronen werken met bio-elektrische en biochemische actiepotentialen. Actiepotentialen zijn de taal van de centrale zenuwstelsel en worden gebruikt om excitatie over te brengen. Deze transmissie wordt ook wel synaptische transmissie genoemd. Neuronen reageren op een verhoogde generatie actiepotentialen met wat bekend staat als langdurige potentiëring. Neuronale plasticiteit is een van de belangrijkste gevolgen van langdurige potentiëring. De term neuronale plasticiteit wordt gebruikt om een hermodellering binnen de neuronale structuur te beschrijven die deze aanpast aan het huidige gebruik. Zowel individuele neuronen als hersenen gebieden kunnen neuronale hermodellering ondergaan. Door middel van de hermodelleringprocessen worden de functies van het centrale en perifere zenuwstelsel behouden, uitgebreid en aangepast aan de huidige gebruikssituatie. Als basis van neuronale hermodellering helpt langdurige potentiëring enorm om ervoor te zorgen dat het zenuwstelsel zo effectief en soepel mogelijk functioneert. Potentiëring op de lange termijn wordt ook in verband gebracht met geheugen vorming. Bovendien is neuronale remodellering ook een onvermijdelijk proces voor leren processen.
Functie en taak
Van de hersenenVanuit het oogpunt wordt een aangeleerde vaardigheid elk geassocieerd met een morfologische correlatie die overeenkomt met een netwerk van synaptische verbindingen. Dergelijke netwerken maken de vorming van ideeën in de associatiecortex mogelijk. Wanneer bijvoorbeeld een bepaald woord wordt uitgesproken, moet er al een speciaal netwerk tot activering komen, wat weer resulteert in een bijzonder patroon van actiepotentialen. Telkens wanneer een persoon nieuwe vaardigheden leert of oude verbetert, wordt een nieuw circuit gecreëerd in de hersenen Ongebruikte schakelingen worden op analoge wijze weer opgeheven. Deze hermodellering komt overeen met synaptische plasticiteit. Op neuronaal niveau, leren is dus een activiteitsafhankelijke hermodellering van patronen van neuronale circuits en van functionele processen van de hersenen. Naast presynaptische versterking, posttetanische versterking en synaptische Depressieis potentiëring op de lange termijn ook relevant voor leerprocessen. Deze versterking komt overeen met een langdurige versterking van synaptische transmissies. Dit proces bestaat uit verschillende deelprocessen. Activering van AMPA-receptoren is de eerste stap van langdurige potentiëring. Ontelbare receptoren voor glutamaat bevinden zich in postsynaptische membranen. Een subset hiervan glutamaat receptoren zijn die van het AMPA-type. Zodra een actiepotentiaal is gegenereerd, glutamaat is vrijgegeven. De endogene stof is een van de belangrijkste neurotransmitters en bindt zich na afgifte aan AMPA-receptoren, die door de binding opengaan. Nadat de receptoren zijn geopend, natrium ionen stromen naar binnen. Op deze manier wordt een prikkelende postsynaptische potentiaal gecreëerd. Dit potentieel wordt gegenereerd in het postsynaptische membraan tijdens elke depolarisatie. Exciterende postsynaptische potentialen worden opgeteld en verwerkt door het respectieve ontvangende neuron. Bij het overschrijden van een drempel vormen de ontvangende neuronen weer een actiepotentiaal en zenden het door hun axonen. Bij langdurige potentiëring wordt het genereren van een prikkelende postsynaptische potentiaal gevolgd door activering van NMDA-receptoren. Zodra extra actiepotentialen optreden, is er een verhoogde depolarisatie van het postsynaptische membraan. Magnesium ionen verlaten de NMDA-receptor en de receptor kan openen. Het openen van de NMDA-receptoren resulteert in de instroom van calcium ionen en leidt tot fosforylering van de AMPA-receptoren. Fosforylering verhoogt op zijn beurt de geleiding van de receptoren en verhoogt ook de biosynthese van eiwitten in de cel. Bovendien worden tijdens de beschreven processen retrograde boodschappersubstanties uitgescheiden. Deze boodschappersubstanties komen bijvoorbeeld overeen met derivaten van arachidonzuur of gassen zoals stikstofoxideDeze tweede boodschappers veroorzaken de verhoogde afgifte van neurotransmitters op het presynaptische membraan.
Ziekten en aandoeningen
Neurologische ziekten die de potentiëring op de lange termijn beïnvloeden, zijn een actueel onderwerp van medisch onderzoek. Een van deze ziekten is bijvoorbeeld Alzheimer ziekte. De ziekte van Crohn heeft ook invloed op de eerder beschreven processen. Het feit dat deze ziekten de potentiëring op lange termijn verstoren, is voornamelijk te wijten aan de degeneratie van neuronen. Zodra het neuronale synapsen afbreken, is potentiëring op lange termijn niet meer mogelijk. Dit is ook hoe getroffen mensen de donkere gebieden in hun ervaren geheugen, bijvoorbeeld. Bij degeneratieve ziekten van het centrale zenuwstelsel breken de hersenen zichzelf beetje bij beetje af. Maatregelen het behoud van neuronale structuren is nu een belangrijke onderzoeksfocus geworden met betrekking tot ziekten zoals Alzheimer Tot nu toe zijn er geen grote successen geboekt bij het behoud van synapsen Alleen bij dieren met vergelijkbare ziekten zijn tot dusver doorbraken behaald. Wetenschappers zijn er nog niet in geslaagd deze successen op de mens over te dragen. Omdat differentiatie op de lange termijn niet langer functioneert bij getroffen individuen, kan synaptische hermodellering niet langer plaatsvinden. Leerprocessen zijn onmogelijk en de algemene functionaliteit van de hersenen neemt geleidelijk af. Nieuwe neuronen of verbindingen tussen neuronen kunnen zich niet meer vormen. Oud synapsen worden niet langer gebruikt en worden afgebroken in de loop van hermodelleringsprocessen. Om deze processen tegen te gaan, bevordert de geneeskunde nu het onderhoud van synapsen door middel van speciale oefeningen. Hoe vaker synapsen worden gebruikt, hoe eerder de hersenen ze als nodig herkennen. Ziekten zoals de ziekte van Alzheimer of De ziekte van Crohn kunnen daarom door oefeningen worden vertraagd in hun voortgang. Het is tot dusverre echter onmogelijk geweest om deze ziekten te stoppen door middel van lichaamsbeweging. De meeste getroffenen hebben daarom vanaf een bepaald stadium van de ziekte 24 uur per dag zorg nodig.
