Hoofdstuk 8: Synaptic plasticity
Short-term synaptic plasticity
Er zijn verschillende manieren om de synaptische transmissie te versterken
- Meer postsynaptische receptoren
- Meer vesicles
- Meer neurotransmitter per blaasje
- Per actiepotentiaal meer vesicles die vrijkomen (calcium influx versterken)
- Cleft kleiner maken
- Heropname neurotransmitter verminderen
Facilitatie en depressie
Synaptische facilitatie: Snelle vergroting in synaptische kracht doordat twee of meer
actiepotentiaal snel achter elkaar aankomen (milliseconden) in de presynaptische terminal. Er
ontstaat een verhoogde Ca2+ concentratie in het presynaptische terminale waardoor er meer
release van neurotransmitter vesicles is bij het volgende actiepotentiaal. Ca2+ bindt aan
synaptotagmin 7 waardoor de neurotransmitter vesicles worden vrijgegeven.
Synaptische depressie: bij eerdere actiepotentiealen zijn (bijna) alle vesicles al gereleased
zodat een volgende actiepotentiaal tot minder release leidt. Synaptische depressie is
afhankelijk van de grootte van de vesicle pool en hoe lang het er over dot om te
hermobiliseren. Zodra synapsine, een eiwit dat de reserve pool vesicles bij elkaar bindt,
minder actief is zal er eerder depressie optreden.
Potentation en augmentation
Potentiation en augmentation zijn beide processen waarbij de neurotransmitter release
wordt verhoogd vanuit de presynaptische terminals. Beide verhogen het effect van Ca2+ op
de fusie van een vesicle.
Potentiation en augmentation werken op verschillende tijdschaal:
- Augmentatie stijgt en daalt binnen een paar seconden
o Ca2+ enhancing SNARE complex genaamd MUNC-13
- Potentiatie werkt voor enkele minuten. Duurt vele male langer dan zijn initieele tetanic
stimulus en wordt daarom post-tetanic potentation (PTP) genoemd.
o Potentatie wordt veroorzaakt doordat presynaptische protein kinases substraten
die NT-release reguleren fosforyleren.
Facilitatie, depresie, augmentatie en potentatie zijn alle 4 vormen van short term plasticity
en veranderen de synaptische transmissie gebaseerd op recente geschiedenis van de neuronale
activiteit.
, Long-term synaptic plasticity and behavioral modification in Aplysia
Veel synapsen ondergaan long-term plasticity waarbij de verandering aanhoudt voor weken,
maanden of jaren en zorgt voor permanente veranderingen in het brein, dit is verantwoordelijk
voor leren en geheugen.
Aangezien de hersenen van de mens een enorme complexiteit bevatten worden er vaak model
dieren gebruikt om de synaptische mechanismses te onderzoeken. Eric Kandel heeft voor zijn
synaptische onderzoek de Aplysia californica, zeeslak, gebruikt.
- Aplysia heeft grote neuronen, op duidelijke gangliën en een simpele zenuwstelsel.
- Deze zeeslak liet twee vormen zien van elementaire gedragsplasticiteit.
o Habituatie: Het process waardoor een
dier/mens minder gevoelig wordt voor een
herhalende stimilus. In het geval van deze
slak reageert de siphon van de aplysia
normaal door de kieuw in te trekken. Maar na
kleine aanraking, van bijvoorbeeld een plant
reageert de zeeslak niet.
o Sentitizatie: Door de gehabitueerde actie te stimuleren met een noxieuze
(gevaarlijke) stimulus zal de zeeslak wel zijn kieuw intrekken en dus reageren.
De gevaarlijke stimulus (een schok bijvoorbeeld) versterkt de
gevoeligheid van de zeeslak voor de lichte stimulus.
Zelfs na 1 schok zal de slak gesentetiseerd blijven voor de (lichte
planten-) stimulus.
Dit is dus een simpele vorm van long-term memory
Neuronen mechanisme habituatie en sensitisatie
Het aanraken van de siphon zorgt voor activatie van de mechanosensorische neuronen in de
siphon die excitatiore synapsen vormen en glutamaat vrijlaten op motorneuronen in de spieren
van de gill en interneuronen. De interneuronen vormen excitatiore synapsen met de
motorneuronen. De summatie van interneuronen en mechano-sensorische synaptische
potentialen op de motorneuronen zorgt voor een actiepotentiaal in de motorneuronen voor de
kieuw en zorgt voor intrekking.
Bij habituatie is er synaptische depressie van de
sensorische glutamaat synapsen. Er zijn minder
vesicle beschikbaar voor neurotransmitter-release en
daardoor is er minder signaal naar het motor neuron.
Bij sensitizatie versterkt de respons doordat de
sensorische neuronen in de staart worden
geactiveerd door een schok, hierdoor worden
interneuronen gestimuleerd die serotonine afgeven
aan de synaps tussen de siphon en gill. Serotonine
zorgt voor een verhoogde neurotransmitter afgifte
van de siphon sensorische neuronen aan de motor
neuronen. Internneuronen verhogen dus de gevoeligheid.
Short-term synaptic plasticity
Er zijn verschillende manieren om de synaptische transmissie te versterken
- Meer postsynaptische receptoren
- Meer vesicles
- Meer neurotransmitter per blaasje
- Per actiepotentiaal meer vesicles die vrijkomen (calcium influx versterken)
- Cleft kleiner maken
- Heropname neurotransmitter verminderen
Facilitatie en depressie
Synaptische facilitatie: Snelle vergroting in synaptische kracht doordat twee of meer
actiepotentiaal snel achter elkaar aankomen (milliseconden) in de presynaptische terminal. Er
ontstaat een verhoogde Ca2+ concentratie in het presynaptische terminale waardoor er meer
release van neurotransmitter vesicles is bij het volgende actiepotentiaal. Ca2+ bindt aan
synaptotagmin 7 waardoor de neurotransmitter vesicles worden vrijgegeven.
Synaptische depressie: bij eerdere actiepotentiealen zijn (bijna) alle vesicles al gereleased
zodat een volgende actiepotentiaal tot minder release leidt. Synaptische depressie is
afhankelijk van de grootte van de vesicle pool en hoe lang het er over dot om te
hermobiliseren. Zodra synapsine, een eiwit dat de reserve pool vesicles bij elkaar bindt,
minder actief is zal er eerder depressie optreden.
Potentation en augmentation
Potentiation en augmentation zijn beide processen waarbij de neurotransmitter release
wordt verhoogd vanuit de presynaptische terminals. Beide verhogen het effect van Ca2+ op
de fusie van een vesicle.
Potentiation en augmentation werken op verschillende tijdschaal:
- Augmentatie stijgt en daalt binnen een paar seconden
o Ca2+ enhancing SNARE complex genaamd MUNC-13
- Potentiatie werkt voor enkele minuten. Duurt vele male langer dan zijn initieele tetanic
stimulus en wordt daarom post-tetanic potentation (PTP) genoemd.
o Potentatie wordt veroorzaakt doordat presynaptische protein kinases substraten
die NT-release reguleren fosforyleren.
Facilitatie, depresie, augmentatie en potentatie zijn alle 4 vormen van short term plasticity
en veranderen de synaptische transmissie gebaseerd op recente geschiedenis van de neuronale
activiteit.
, Long-term synaptic plasticity and behavioral modification in Aplysia
Veel synapsen ondergaan long-term plasticity waarbij de verandering aanhoudt voor weken,
maanden of jaren en zorgt voor permanente veranderingen in het brein, dit is verantwoordelijk
voor leren en geheugen.
Aangezien de hersenen van de mens een enorme complexiteit bevatten worden er vaak model
dieren gebruikt om de synaptische mechanismses te onderzoeken. Eric Kandel heeft voor zijn
synaptische onderzoek de Aplysia californica, zeeslak, gebruikt.
- Aplysia heeft grote neuronen, op duidelijke gangliën en een simpele zenuwstelsel.
- Deze zeeslak liet twee vormen zien van elementaire gedragsplasticiteit.
o Habituatie: Het process waardoor een
dier/mens minder gevoelig wordt voor een
herhalende stimilus. In het geval van deze
slak reageert de siphon van de aplysia
normaal door de kieuw in te trekken. Maar na
kleine aanraking, van bijvoorbeeld een plant
reageert de zeeslak niet.
o Sentitizatie: Door de gehabitueerde actie te stimuleren met een noxieuze
(gevaarlijke) stimulus zal de zeeslak wel zijn kieuw intrekken en dus reageren.
De gevaarlijke stimulus (een schok bijvoorbeeld) versterkt de
gevoeligheid van de zeeslak voor de lichte stimulus.
Zelfs na 1 schok zal de slak gesentetiseerd blijven voor de (lichte
planten-) stimulus.
Dit is dus een simpele vorm van long-term memory
Neuronen mechanisme habituatie en sensitisatie
Het aanraken van de siphon zorgt voor activatie van de mechanosensorische neuronen in de
siphon die excitatiore synapsen vormen en glutamaat vrijlaten op motorneuronen in de spieren
van de gill en interneuronen. De interneuronen vormen excitatiore synapsen met de
motorneuronen. De summatie van interneuronen en mechano-sensorische synaptische
potentialen op de motorneuronen zorgt voor een actiepotentiaal in de motorneuronen voor de
kieuw en zorgt voor intrekking.
Bij habituatie is er synaptische depressie van de
sensorische glutamaat synapsen. Er zijn minder
vesicle beschikbaar voor neurotransmitter-release en
daardoor is er minder signaal naar het motor neuron.
Bij sensitizatie versterkt de respons doordat de
sensorische neuronen in de staart worden
geactiveerd door een schok, hierdoor worden
interneuronen gestimuleerd die serotonine afgeven
aan de synaps tussen de siphon en gill. Serotonine
zorgt voor een verhoogde neurotransmitter afgifte
van de siphon sensorische neuronen aan de motor
neuronen. Internneuronen verhogen dus de gevoeligheid.
