Les 7 oktober – Labro – synaptische plasticiteit
1) Ken mechanisme van synaptische communicatie en principe van ruimtelijke en tijdelijke
sommatie van excitatoire en inhibitoire post-synaptische potentialen.
1. Synaptische communicatie
Synaptische communicatie verloopt via chemische synapsen waarbij neurotransmitters worden
vrijgesteld en een postsynaptisch potentiaal (PSP) veroorzaken. Dit proces kan excitatoir (EPSP) of
inhibitoir (IPSP) werken.
→ Synaptisch contact op vrijwel elk deel van neuron maar hoofdzakelijk op dendrieten
A. Mechanisme van synaptische transmissie
Variatie in synaptische transmissie:
• Grootte van synaptisch contact.
• Type en hoeveelheid neurotransmitter.
• Type postsynaptische receptoren
• Efficiëntie van synaptische transmissie.
• Mechanisme en graad van plasticiteit
2. Excitatoire en inhibitoire postsynaptische potentialen (EPSP en IPSP)
Chemische synapsen kunnen zowel excitatoir (EPSP) als inhibitoir (IPSP) werken.
Amplitude: EPSP/IPSP varieert tussen 0,01 - 1 mV. Één enkele EPSP is onvoldoende om een
actiepotentiaal te genereren.
Sommatie: Noodzakelijk voor actiepotentiaalinitiatie.
Determinanten van EPSP/IPSP amplitude:
• Amplitude en duur van PSP:
o Aantal en type vrijgestelde neurotransmitters
o Tijd dat neurotransmitters in de synaptische spleet blijven (re-uptake, afbraak,...)
o Aantal, type en activiteit van receptoren op pre- en postsynaptische membraan
• Afstand: Synaptisch contact tot de axonheuvel
,3. Passieve eigenschappen van dendrieten
A. Normale omstandigheden
Kenmerk: De meeste dendrieten zijn niet gemyeliniseerd en fungeren als passieve kabels (vuren zelf
geen AP) met hoge lekstroom.
Lengteconstante (λ): Bepaalt signaaloverdracht in dendrieten.
→ attenuatie (= verzwakking van signalen)
• a: Straal van de dendriet
• Rm: Membraanweerstand
• Rᵢ: Interne weerstand
Belangrijke eigenschappen:
• Geen actiepotentiaalgeneratie (behalve bij Purkinje-cellen)
• Low-pass filter: Dempt snelle signalen sterker dan trage signalen (zie purkinje)
Voorbeeld met twee neuronen
• Dunne dendriet (λ=0,1 mm): Signaal wordt bijna volledig verzwakt → geen actiepotentiaal.
• Dikke dendriet (λ=1 mm): Signaal behoudt voldoende sterkte → actiepotentiaal.
Grotere dendrieten (a) → grotere λ → minder signaalverlies
B. Purkinje cellen
Dendrieten vuren normaal geen AP, maar cerebellaire purkinje cellen wel
• kunnen trage dendritische Ca²⁺-spikes genereren door hun hoge dichtheid aan Ca²⁺-kanalen.
⇒ Deze activeren snelle Na⁺-actiepotentialen in het soma.
• Low pass filter: Trage signalen vertonen (Ca2+) minder attenuatie dan snelle (Na+)
4. Initiatie van actiepotentialen
Actiepotentialen worden doorgaans gegenereerd in het axonale
initiële segment (AIS).
Eigenschappen van AIS:
• Hoge dichtheid spanningsgevoelige Na⁺-kanalen (NaV)
• Lagere drempel voor actiepotentiaalinitiatie
(~10 mV boven rustpotentiaal)
(tov 30mV in soma)
• PSP’s afkomstig van dendrieten en soma dragen bij aan
depolarisatie van AIS
,5. Ruimtelijke en temporele sommatie
Sommatie van signalen is noodzakelijk om de drempel voor actiepotentiaalinitiatie te bereiken.
A. Ruimtelijke sommatie
• Gelijktijdige input van meerdere synaptische contacten op verschillende plaatsen in de
dendrieten en soma.
• Hoe meer synaptische input, hoe groter de kans op een actiepotentiaal.
B. Temporele sommatie
• Meerdere opeenvolgende EPSP’s van één synaptisch contact kunnen cumuleren indien de tijd
tussen de signalen korter is dan de duur van de PSP.
Voorwaarden voor succesvolle sommatie:
• De duur van de PSP moet langer zijn dan de tijd tussen opeenvolgende signalen.
• Synaptische input moet voldoende sterk zijn om de drempelwaarde te overschrijden.
C. Algebraïsche sommatie
De axonheuvel voert een algebraïsche sommatie uit van alle EPSP’s en IPSP’s. Dit proces bepaalt of
het totaalresultaat de drempel voor een actiepotentiaal overschrijdt.
Integrate-and-fire principe:
• De neuron integreert alle binnenkomende signalen.
• Als de drempel wordt bereikt, vuurt de neuron een actiepotentiaal af.
• Hoe groter de amplitude en duur van EPSP's, hoe hoger de APfrequentie.
2) Ken mechanisme van pre-synaptische facilitatie/potentiatie en inhibitie.
synaptische plasticiteit = Modulatie van de synaptische kracht (de amplitude van EPSP of IPSP) en
veranderingen in de synaptische structuur en functie
→ basis voor geheugen, korte termijn (werkgeheugen) en lange termijn (langetermijngeheugen).
Modulatie van synaptische kracht:
1) Pre-synaptisch: wijziging in hoeveelheid neurotransmitter of tijd in synaptische spleet
2) Post-synaptisch: toename in hoeveelheid, gevoeligheid of activiteit van receptoren
3) Combinatie van beide
→ Veel mechanismen voor modulatie van synaptische kracht
Korte termijn plasticiteit meestal door pre-synaptische modulatie.
, 1. Mechanismen van korte-termijn plasticiteit
A. Toename van synaptische kracht (amplitude ↑):
• Facilitatie:
o Duurt 10-100 ms.
o Verhoogde neurotransmittervrijstelling door
accumulatie van presynaptisch Ca²+.
• Augmentatie:
o Duurt enkele seconden.
o Verhoogde waarschijnlijkheid van vesiculaire fusie.
• Potentiatie:
o Duurt enkele minuten.
o Versterkt synaptische transmissie na intense
stimulatie.
B. Afname van synaptische kracht (amplitude ↓):
• Depressie:
o Treedt op tijdens hoge-frequentie stimulatie.
o Uitputting van neurotransmittervoorraad in vesikels.
• Habituatie:
o Treedt op tijdens lage-frequentie stimulatie.
o Verminderde neurotransmitterafgifte bij herhaalde
niet-schadelijke prikkels.
2. Pre-synaptische facilitatie en potentiatie
A. Mechanisme van facilitatie
• Toename van presynaptische Ca²+ concentratie:
o Bij herhaalde stimulatie neemt de [Ca2+]i toe, wat leidt tot een verhoogde exocytose van
neurotransmitters.
o Dit effect treedt op wanneer Ca²+ niet snel genoeg kan worden verwijderd na eerdere
actiepotentialen.
• Effect: Versterking van de synaptische transmissie door meer neurotransmittervrijstelling.
B. Mechanisme van potentiatie
• Post-tetanische potentiatie:
o Na een reeks snelle actiepotentialen blijft de [Ca2+]i verhoogd, wat resulteert in een
langdurige verhoging van de neurotransmitterafgifte.
• Verhoogde activiteit van spanningsgevoelige Ca²+ kanalen (Cav):
o Fosforylatie van deze kanalen kan de duur van de depolarisatie verlengen, wat de
synaptische kracht vergroot.
• Of inhibitie van K+ kanalen
• Effect: langere depolarisatie
Samengevat:
• Faciliteitie: kortdurende versterking (~100 ms tot enkele seconden)
• Potentiatie: langer durende versterking (enkele minuten)
C. Selectieve vrijstelling van vesikels
Pre-synaptische mechanismen bij hoge en lage frequentie stimulatie
1. Hoge frequentie stimulatie:
• Dense-core vesikels:
o Bij hoge frequentie worden zowel clear vesikels als dense-core vesikels vrijgesteld.
o Dense-core vesikels bevatten peptiden die metabotrope receptoren activeren en
langdurige effecten kunnen veroorzaken.
2. Lage frequentie stimulatie:
• Clear vesikels:
o Vrijstelling van klassieke neurotransmitters zoals glutamaat en GABA.
1) Ken mechanisme van synaptische communicatie en principe van ruimtelijke en tijdelijke
sommatie van excitatoire en inhibitoire post-synaptische potentialen.
1. Synaptische communicatie
Synaptische communicatie verloopt via chemische synapsen waarbij neurotransmitters worden
vrijgesteld en een postsynaptisch potentiaal (PSP) veroorzaken. Dit proces kan excitatoir (EPSP) of
inhibitoir (IPSP) werken.
→ Synaptisch contact op vrijwel elk deel van neuron maar hoofdzakelijk op dendrieten
A. Mechanisme van synaptische transmissie
Variatie in synaptische transmissie:
• Grootte van synaptisch contact.
• Type en hoeveelheid neurotransmitter.
• Type postsynaptische receptoren
• Efficiëntie van synaptische transmissie.
• Mechanisme en graad van plasticiteit
2. Excitatoire en inhibitoire postsynaptische potentialen (EPSP en IPSP)
Chemische synapsen kunnen zowel excitatoir (EPSP) als inhibitoir (IPSP) werken.
Amplitude: EPSP/IPSP varieert tussen 0,01 - 1 mV. Één enkele EPSP is onvoldoende om een
actiepotentiaal te genereren.
Sommatie: Noodzakelijk voor actiepotentiaalinitiatie.
Determinanten van EPSP/IPSP amplitude:
• Amplitude en duur van PSP:
o Aantal en type vrijgestelde neurotransmitters
o Tijd dat neurotransmitters in de synaptische spleet blijven (re-uptake, afbraak,...)
o Aantal, type en activiteit van receptoren op pre- en postsynaptische membraan
• Afstand: Synaptisch contact tot de axonheuvel
,3. Passieve eigenschappen van dendrieten
A. Normale omstandigheden
Kenmerk: De meeste dendrieten zijn niet gemyeliniseerd en fungeren als passieve kabels (vuren zelf
geen AP) met hoge lekstroom.
Lengteconstante (λ): Bepaalt signaaloverdracht in dendrieten.
→ attenuatie (= verzwakking van signalen)
• a: Straal van de dendriet
• Rm: Membraanweerstand
• Rᵢ: Interne weerstand
Belangrijke eigenschappen:
• Geen actiepotentiaalgeneratie (behalve bij Purkinje-cellen)
• Low-pass filter: Dempt snelle signalen sterker dan trage signalen (zie purkinje)
Voorbeeld met twee neuronen
• Dunne dendriet (λ=0,1 mm): Signaal wordt bijna volledig verzwakt → geen actiepotentiaal.
• Dikke dendriet (λ=1 mm): Signaal behoudt voldoende sterkte → actiepotentiaal.
Grotere dendrieten (a) → grotere λ → minder signaalverlies
B. Purkinje cellen
Dendrieten vuren normaal geen AP, maar cerebellaire purkinje cellen wel
• kunnen trage dendritische Ca²⁺-spikes genereren door hun hoge dichtheid aan Ca²⁺-kanalen.
⇒ Deze activeren snelle Na⁺-actiepotentialen in het soma.
• Low pass filter: Trage signalen vertonen (Ca2+) minder attenuatie dan snelle (Na+)
4. Initiatie van actiepotentialen
Actiepotentialen worden doorgaans gegenereerd in het axonale
initiële segment (AIS).
Eigenschappen van AIS:
• Hoge dichtheid spanningsgevoelige Na⁺-kanalen (NaV)
• Lagere drempel voor actiepotentiaalinitiatie
(~10 mV boven rustpotentiaal)
(tov 30mV in soma)
• PSP’s afkomstig van dendrieten en soma dragen bij aan
depolarisatie van AIS
,5. Ruimtelijke en temporele sommatie
Sommatie van signalen is noodzakelijk om de drempel voor actiepotentiaalinitiatie te bereiken.
A. Ruimtelijke sommatie
• Gelijktijdige input van meerdere synaptische contacten op verschillende plaatsen in de
dendrieten en soma.
• Hoe meer synaptische input, hoe groter de kans op een actiepotentiaal.
B. Temporele sommatie
• Meerdere opeenvolgende EPSP’s van één synaptisch contact kunnen cumuleren indien de tijd
tussen de signalen korter is dan de duur van de PSP.
Voorwaarden voor succesvolle sommatie:
• De duur van de PSP moet langer zijn dan de tijd tussen opeenvolgende signalen.
• Synaptische input moet voldoende sterk zijn om de drempelwaarde te overschrijden.
C. Algebraïsche sommatie
De axonheuvel voert een algebraïsche sommatie uit van alle EPSP’s en IPSP’s. Dit proces bepaalt of
het totaalresultaat de drempel voor een actiepotentiaal overschrijdt.
Integrate-and-fire principe:
• De neuron integreert alle binnenkomende signalen.
• Als de drempel wordt bereikt, vuurt de neuron een actiepotentiaal af.
• Hoe groter de amplitude en duur van EPSP's, hoe hoger de APfrequentie.
2) Ken mechanisme van pre-synaptische facilitatie/potentiatie en inhibitie.
synaptische plasticiteit = Modulatie van de synaptische kracht (de amplitude van EPSP of IPSP) en
veranderingen in de synaptische structuur en functie
→ basis voor geheugen, korte termijn (werkgeheugen) en lange termijn (langetermijngeheugen).
Modulatie van synaptische kracht:
1) Pre-synaptisch: wijziging in hoeveelheid neurotransmitter of tijd in synaptische spleet
2) Post-synaptisch: toename in hoeveelheid, gevoeligheid of activiteit van receptoren
3) Combinatie van beide
→ Veel mechanismen voor modulatie van synaptische kracht
Korte termijn plasticiteit meestal door pre-synaptische modulatie.
, 1. Mechanismen van korte-termijn plasticiteit
A. Toename van synaptische kracht (amplitude ↑):
• Facilitatie:
o Duurt 10-100 ms.
o Verhoogde neurotransmittervrijstelling door
accumulatie van presynaptisch Ca²+.
• Augmentatie:
o Duurt enkele seconden.
o Verhoogde waarschijnlijkheid van vesiculaire fusie.
• Potentiatie:
o Duurt enkele minuten.
o Versterkt synaptische transmissie na intense
stimulatie.
B. Afname van synaptische kracht (amplitude ↓):
• Depressie:
o Treedt op tijdens hoge-frequentie stimulatie.
o Uitputting van neurotransmittervoorraad in vesikels.
• Habituatie:
o Treedt op tijdens lage-frequentie stimulatie.
o Verminderde neurotransmitterafgifte bij herhaalde
niet-schadelijke prikkels.
2. Pre-synaptische facilitatie en potentiatie
A. Mechanisme van facilitatie
• Toename van presynaptische Ca²+ concentratie:
o Bij herhaalde stimulatie neemt de [Ca2+]i toe, wat leidt tot een verhoogde exocytose van
neurotransmitters.
o Dit effect treedt op wanneer Ca²+ niet snel genoeg kan worden verwijderd na eerdere
actiepotentialen.
• Effect: Versterking van de synaptische transmissie door meer neurotransmittervrijstelling.
B. Mechanisme van potentiatie
• Post-tetanische potentiatie:
o Na een reeks snelle actiepotentialen blijft de [Ca2+]i verhoogd, wat resulteert in een
langdurige verhoging van de neurotransmitterafgifte.
• Verhoogde activiteit van spanningsgevoelige Ca²+ kanalen (Cav):
o Fosforylatie van deze kanalen kan de duur van de depolarisatie verlengen, wat de
synaptische kracht vergroot.
• Of inhibitie van K+ kanalen
• Effect: langere depolarisatie
Samengevat:
• Faciliteitie: kortdurende versterking (~100 ms tot enkele seconden)
• Potentiatie: langer durende versterking (enkele minuten)
C. Selectieve vrijstelling van vesikels
Pre-synaptische mechanismen bij hoge en lage frequentie stimulatie
1. Hoge frequentie stimulatie:
• Dense-core vesikels:
o Bij hoge frequentie worden zowel clear vesikels als dense-core vesikels vrijgesteld.
o Dense-core vesikels bevatten peptiden die metabotrope receptoren activeren en
langdurige effecten kunnen veroorzaken.
2. Lage frequentie stimulatie:
• Clear vesikels:
o Vrijstelling van klassieke neurotransmitters zoals glutamaat en GABA.
