长时程增强效应与突触可塑性

长时程增强效应与突触可塑性
长时程增强效应与突触可塑性

长时程增强效应与突触可塑性

海马三突触回路中的LTP成为80年代神经生理学的热门研究课题,似乎找到了海马记忆功能的细胞生理学证据。特别是经典条件反射性LTP现象或习得性LTP现象的研究,更表明它与学习记忆过程的密切关系。以离体脑片的LTP为模型,在80年代深入研究其分子神经生物学机制,又发现LTP形成的生物化学基础:条件刺激引起突触前末梢释放谷氨酸,在突触后膜上谷氨酸与NMDA受体结合,使钙离子通道门开放,钙离子流入突触后细胞膜内。非条件刺激引起突触后膜的去极化,并清除钙离子通道口上的镁离子,使钙离子通道畅通无阻。所以,条件刺激与非条件刺激的结合,能最有效地使大量钙离子流入细胞内,发挥第二信使的作用。这种发现支持了LTP,及其生化机制不仅可作为学习过程,而且可以作为记忆过程的神经生物学基础。然而,对LTP现象广泛地比较研究,却发现许多不支持其作为学习记忆唯一基础的科学事实。

首先,LTP并不是海马三突触回路所特有的细胞生理现象,在海马以外的许多神经标本,甚至非神经的可兴奋组织标本(心肌细胞),于特定条件下均可引出LTP现象。

其次,在小脑等结构中,还发现与LTP相反的生理效应,即长时程抑制效应(LTD)。恰恰是在小脑结构中发现其为快速运动性经典条件-反射形成的基础。因此,如果把LTP看成是学习记忆的基础,那么,LTD也应同等对待。

第三,除了LTP和LTD以外,又发现了另外两种突触生理现象。在称之为输入输出转换效应(ITTO)基础上,形成的长时程增强或抑制,即ITTO-LTP或ITTO-LTD。LTP或LTD主要影响突触后电位的变化,造成长时程增强的兴奋性突触后电位(EP-SP)或抑制性突触后电位(IPSP)总和效应,出现明显的场电位,从而改变着突触的兴奋承平。与场电位幅值的长时程增强效应不同,ITTO-LTP或ITTO-LTD则影响着突触后神经元的兴奋后电位(后兴奋电位和后超级化电位)。因此,ITTO的长时程效应改变着

细胞单位发放频率。

从上述3个方面,我们可以明确地说,LTP并不是海马记忆机制的特异性细胞生理学基础。LTP仅仅是突触可塑性的一种细胞生理学表现形式。LTD,ITTO-LTP,ITTO-LTD联想性LTP或LTD也是突触可塑性的细胞生理学表现形式。

因此,突触可塑性的变化才是记忆的细胞生理学基础。突触可塑性变化可以发生在各种

神经元之间,并不限于海马三突触回路。所以,三突触回路中的LTP并不是记忆的唯一基

础。当然,这并不能否定三突触回路的LTP可以作为研究记忆生理基础的一种特殊模型。

突触可塑性与认知

突触可塑性与认知 【摘要】 神经元的突触可塑性包括功能可塑性与结构可塑性,与学习和记忆密切相关。突触可塑性因其神经细胞的种类、发育阶段、激化方式的不同而变化,其形成机制复杂而多样,由于它可能是学习和记忆的神经基础,长期一直都是分子和细胞神经生物学的热门研究领域之一。 【关键词】 突触可塑性、突触功能可塑性、突触结构可塑性、学习和记忆、神经元树突棘、突触功能的长时程增强(LTP)、突触功能的长时程抑制(LTD) 【内容】 1.突触可塑性 广义的突触可塑性包括突触传递可塑性、突触发育可塑性和突触形态可塑性,狭义上突触可塑性即突触传递效率在某些因素下可出现不同程度的持续性上调或下调的特性,其主要表现形式——长时程增强和长时程抑制。 2.突触功能可塑性 突触功能可塑性包括LTP和LTD,AMPA受体向活性突触的转运是调节突触功能可塑性的重要途径,其中包括两个过程:一、AMPA 受体向活性突触的转运;二、调节AMPA受体转运的信号通路。 3.突触结构可塑性

主要通过树突棘的结构作用,树突棘上的一些成分与理化性质的改变将影响突触功能的变化,从而完成不同信号的传导与接收。 4.突触可塑性与认知 突触可塑性是一个非常复杂的生理过程,其发生机制与核心机制和许多参与因素有关。有关突触传递与学习记忆关系的理论,源自著名的Hebb假说,该学说认为当一个突触其前后因素同时兴奋时,则突触传递可增强。突触可塑性的发现是对Hebb假说的一个强有力的印证。现有大量资料证明,海马LTP与空间性学习记忆关系密切,阻断LTP的产生将同时影响空间性学习和记忆能力。现一般认为,LTP和LTD均为某些学习记忆活动的细胞水平的神经生物学基础,LTP与记忆的形成和储存有关,而LTD与记忆的整合、遗忘和恢复突触产生LTP的能力等有关,两者共同组成一个能学习的神经网络。 5.小结 总的来说,突触可塑性对学习和记忆的重要性不言而喻,突触可塑性通过其复杂的结构和多样的调控机制精细地完成着各个神经元之间信号的传导,完成了各种信息交流和交换。正是因为这些复杂机制的存在,才会有学习记忆能力的存在,才会使得人类社会不断向前发展,所以能够清楚地了解突触可塑性的作用机制将是人类的一大福音,对一些脑疾病的预防和治疗也将会起着非常大的作用,总之,对这方面的研究将会有很大的发展前景,愿更多的学者不断为之努力,造福人类。

对突触的可塑性的分析与探讨

对突触的可塑性的分析与探讨 摘要:突触可塑性的研究是近年的研究热点。突触可塑性即突触改变的能力,也就是突触数量可增加或减少和突触生理功能的改变。突触的修饰在很大程度上反映了整个神经系统回路的可塑性,因此也反映了行为的可塑性。突触可塑性与学习和记忆的关系密切,而心理应激与学习记忆以及LTP也存在密切关系,因此,突触可塑性与心理应激也存在密切关系。 关键字:突触可塑性、学习和记忆、心理应激、关系密切 突触是神经细胞间信息传递的关键结构,神经细胞借助突触彼此相互联系,构成机体复杂的神经网络,实现神经系统的各种功能。突触在形态和传递效能上的改变称为突触的可塑性。突触可塑性即突触改变的能力,也就是突触数量可增加或减少和突触生理功能的改变。其主要表现形式———长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)现象已被公认为是学习记忆活动的细胞水平的生物学基础[1]。突触的修饰在很大程度上反映了整个神经系统回路的可塑性,因此也反映了行为的可塑性。 一、突触可塑性的发生机制 有关突触可塑性形成机制的学说较多,迄今仍是争论激烈、进展迅速的研究领域。下面以海马CAI区NMDA一依赖性L作为例,介绍得到多数学者认可的经典理论。该理论认为,当突触前纤维接受某种高频条件阈上刺激时,大量神经递质同时释放,作用于突触后AMPA受体,产生较大的EPSPs,致使突触后膜去极化,NMDA受体中的Mg2+ 阻隔被去除,NMDA受体激动,Ca2+ 内流,进而引发胞内Ca2+ 库释放,进一步增加胞内游离Ca2+,从而激活一系列细胞内Ca2+ 依赖的级联反应,最终使突触后膜受体等重要蛋白质磷酸化、基因表达改变、蛋白质合成增加,最终产生突触传递效率长时程增强的现象。其中心环节是NMDA受体的激活。NMDA受体是一种配体、电压双重门控的特殊通道,其激活需要谷氨酸等配体和膜电位去极化双重条件,而一定频率的条件刺激刚好能满足这一双重条件,故能启动可塑性变化程序。 在胞内Ca2+激活的级联反应中,蛋白激酶扮演了重要角色,颇受重视的有Ca2+ -依赖性Ca2+ /钙调蛋白-依赖性蛋白激酶11(CaMKll)、蛋白激酶C(PKC)、CAMP-依赖性蛋白激酶(PKA)、丝氨酸苏氨酸激酶,此外还有一种非第二信使依赖性的酪氨酸蛋白激酶。这些蛋白激酶一方面可以直接被Ca2+ 激活,在LTP的诱导中起作用;另一方面具有自身磷酸化的功能,对LTP的维持起作用。其中CaMKll、PKC与LTP,的诱导和早期维持有关,PKA与LTP的维持有关。 此外,有关LTP / LTD发生机制的“受体循环”假说近年受到重视。该假说认为,AMPA 受体实际上是处于一种不停的循环流动过程中,它们可以被以“胞吐”形式插人到突触后致密区(PSD),也可被以“胞吞”形式从PSD区移除,进人胞内储存于内涵体,进人循环通路。LTP的形成与AMPA受体的插人有关,而LTD则与AMpA受体的内陷/移除有关。有证据表明,突触前条件刺激可以改变AMPA受体在突触后膜上的分布密度,胞吐和胞吞抑制剂可分别阻断LTP 和LTD的产生。 二、突触可塑性与学习记忆 突触传递的长时程增强(LTP)一直被认为是学习记忆的神经基础之一,是突触可塑性的

在脑片水平上突触可塑性长时程增强的研究进展

在脑片水平上突触可塑性长时程增强的研究进展1 郑小波1, 田心1*,宋毅军2 1 天津医科大学 天津市神经病学研究所,天津 (300070) 2 天津医科大学总医院, 天津 (300052) E-mail:tianx@https://www.360docs.net/doc/d16410566.html, 摘要: 长时程增强(Long-term Potentiation, LTP)是突触效能的重要表现形式,是研究学习与记忆突触机制的客观指标。近年来随着脑片技术的发展,很多关于LTP的实验研究都在脑片水平上进行,本文介绍了海马脑片CA1区LTP的调节表达机制的研究,海马脑片上诱导产生的LTP的特征和脑片条件的关系,多巴胺转运蛋白阻断剂通过活化D3多巴胺受体增强海马脑片CA1区LTP,以及激活大鼠海马脑片CA1区突触β-肾上腺素能受体增强联合LTP的研究,综述了在脑片水平上研究LTP的诱导表达维持及调节等方面的研究动态进展。 关键词: 脑片;突触可塑性;突触效能;长时程增强 1.引言 突触的长时程增强(Long-term Potentiation, LTP)效应和学习、记忆机制密切相关,1973年Bliss[1]等发现家兔海马经短暂高频刺激后,神经元兴奋性突触后电位可增大并持续几小时甚至几周,他将这一现象称为长时程增强效应。其后,许多研究人员也在实验中观察到LTP 的存在。LTP的形成是一个非常复杂的过程,其形式和机制是多样的,因所在部位与接受刺激的不同而不同。 脑片是指从动物脑区制备的厚度为100~700μm能够在体外存活一定的时间的脑薄片,脑片技术起始于20世纪50年代Li和McIlwain的离体脑片电生理研究。脑片兼有在体脑实验和离体神经细胞培养的某些特点,在体外48小时内依然能保持良好的活性,离子通道性质不会发生变化,离体脑片保持有完整的神经突起和神经解剖通路,便于研究突触活性。在脑片的电生理过程中排除了活体血压、温度、电解质、血脑屏障等因素的干扰,可以按不同的实验目的直接准确地改变脑片灌流液的成份和条件,如温度、酸度和渗透压、通氧状态、以及离子通道或细胞信号转导通路的阻断剂等;还能借助显微镜准确地放置记录电极和刺激电极。因此近年来在脑片水平上研究长时程增强有了长足的发展,以下以几个例子来说明脑片水平上LTP的研究进展。 2.在海马脑片水平上研究CA1区LTP的调节表达 在海马CA1区和CA3区由短暂的NMDA受体诱导产生的LTP已得到确认,然而,由AMPA 受体介导的突触传递的增强仍是研究的热点,已有实验表明突触后的改变极有可能是突触上AMPA受体数量的增加[2]或者是它们单通道电导的增加[3 , 4];然而,也有实验表明当突触前__________________________ 1本课题得到国家自然科学基金(30770545),天津市自然科学基金(07JCYBJC17100)资助 *通讯作者:田心 Email:tianx@https://www.360docs.net/doc/d16410566.html, - 1 -

脑源性神经营养因子在长时程增强中的作用(精)

脑源性神经营养因子在长时程增强中的作用 【关键词】脑源性神经营养因子长时程增强学习记忆综 述脑源性神经营养因子(Brain??derived neurotrophic factor,BDNF)是由德国神经生物学家Barde及同事,于1982年首次从猪脑中分离纯化出的有促进神经生长活性的一种蛋白质,它对周围和中枢神经系统神经元的存活和发育均发挥重要作用。近年来研究表明,BDNF通过允许和指导方式参与长时程增强(Long??term potentiation,LTP),在学习和记忆过程中发挥重要作用。现将研究综述如下。 1 BDNF BDNF分子单体是由119个氨基酸残基组成的分泌型成熟多肽,蛋白等电点为9.99。BDNF的相对分子质量为13 500,主要由β折叠和无规则二级结构组成,含有3个二硫键。它主要存在于神经系统,广泛分布在大脑皮质、海马、基底前脑、纹状体、隔区、下丘脑、小脑、脑干及周围神经系统中,其中以海马和皮层含量最高。神经细胞表面存在两类BDNF受体,一类是低亲和力受体,为相对分子质量约为75 000的跨膜蛋白P75,它可与神经营养素家族所有的因子结合;第二类受体属于酪氨酸蛋白激酶(tyrosine??related receptor kinase,Trk),包括TrkA、TrkB和TrkC,其中TrkB与BDNF亲和力最大,是BDNF主要的功能性受体。BDNF不仅在神经系统发育过程中维持神经元的功能,而且在神经元损伤后的再生修复以及防止神经细胞退行性变等诸多方面发挥作 用。 2 LTP 2.1 LTP概述 LTP是指在条件刺激(多为较高频率的强直刺激)后,相同的测试刺激诱发突触反应长时间明显增强的现象。这种突触反应在不同实验条件下可以有不同的表现形式,如可以是场电位、群体兴奋性突触后电位、群体峰电位和兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential,EPSP)等。LTP既能长期保持,又能迅速改变,已成为突触水平上研究学习和记忆的分子模型。根据LTP发生的时间和机制不同,可以将其分为早发性LTP(early??LTP,E??LTP)和晚发性LTP (late??LTP,L??LTP)。单串的高频刺激(high??frequency stimulation,HFS)通过NMDA受体的Ca2+内流和蛋白磷酸化而引起的突触修饰[1]诱发E??LTP,持续1 2 h;重复HFS通过与长时程记忆(Long??term memory,LTM)相似的机制,合成新的蛋白质诱发L??LTP,持续6 8 h。 2.2 LTP与学习记忆关系 LTP与学习记忆有相互促进作用,LTP的诱导或阻断会改变学习记忆的能力,在学习记忆的过程中也会引起相应的LTP变化。有研究者[1]在海马突触可塑性与年龄相关的记忆下降的关系研究中发现,易化LTP的诱导可改善老年鼠的记忆能力;阻断LTP的诱导可直接影响海马依赖性学习行为的获得。通过训练动物在Y型迷宫内进行分辨回避反应的学习,记忆保持好的动物LTP效应显著增大,记忆保持差的动物LTP 效应增大不明显。也有研究发现LTP与学习记忆关系不十分密切。Saucier等[2]用NMDA受体的特异性阻断剂NPC17742完全阻断NMDA介导的LTP 之后,只要对任务要求熟悉的大鼠,即使没有经过训练其空间学习记忆能力仍不会受影响。Daniel等[3]在GluR1亚型缺陷大鼠的研究中发现,LTP的诱导受到限制,但空间学习和记忆能力表现正常。总之,LTP与学习记忆关系十分复杂,就目前研究结果,大多数学者认为LTP是学习记忆的神经基础之一。 3 BDNF在LTP中的作用 3.1 BDNF参与调节LTP实验证据在体和离体实验均证实BDNF参与调节LTP。BDNF和其受体TrkB

突触长时程增强形成机制的研究进展

突触长时程增强形成机制的研究进展()许琳张均田中国医学科学院、中国协和医科大学药物研究所 ,北京100050 摘要高等动物脑内突触传递的可塑性是近 30 年来神经科学研究的热 点。突触传递长时程增强 ) (lo ng2ter m potentiatio n , L TP是神经元可塑性的反映 ,其形成主要 与突触后机制有关。过去关于 ( ) L TP 机制的研究主要集中于 N2甲基2D 门冬氨酸 N MDA受体的特征及该受体被激活后的细胞内 ( ) α级联反应。现认为脑内存在只具有 N MDA 受体而不具有2氨基羟甲基恶唑丙酸 AM PA受体的 ( ) “静寂突触silent synap se”,这一概念的提出 ,使人们认识到 AM PA 受体在 L TP 表达的突触后机制中的重要作用。 α 关键词长时程增强 ; N2甲基2D 门冬氨酸 ; 海马 ;2氨基羟甲基恶唑丙 酸 学科分类号 Q427 ( Advancement in Mechanisms of Long2Term Potentiation XU Lin , ZHAN G J un2Tian I nst i t ute of M ateri a Medi2 )ca , Chi nese A cadem y of Medical S ciences & Peki n g U nion Medical Col lege , Beijing 100050 Abstract Synaptic plasticit y in mammalian brain is one of t he most widely st udied topics in neuroscience over t he ( ) last decade . Long2ter m potentiation L TP, mainly involving post2synaptic mechanisms , is a reflection of neural plasticit y. St udy

突触可塑性

突触可塑性:多种形式,功能和机制 (紫色代表部分重点内容) 摘要:不论是来自一堂课所学,一件很有压力的事情或者吃下精神药物,这些形成的感觉都会通过修饰神经的活性和组织特殊的神经回路来影响大脑。一次经历形成的神经活性修饰大脑功能的主要机制就是通过修饰突触的传递;也就是说:突触可塑性。这里,我们回顾最近对哺乳动物大脑兴奋性突触的突触可塑性的主要形式的产生机制。我们也提供那些突触可塑性造成的可能促进的和行为上的功能的例子以及海马区域可塑性是如何导致神经精神紊乱的。 关键词: 长时程增强效应,长时程抑制效应,NMDA受体,AMPA受体,海马,成瘾 介绍 哺乳动物大脑的一个比较重要和引人注意的特性就是可塑性:通过一次经历修饰神经回路功能形成的神经活性的容量,从而导致接下来想法,感觉和行为的改变。突触可塑性特指预先存在的突触的突触传递的强度和效能的活性依赖性的修饰,并且一个世纪以来突触可塑性都被认为是大脑将暂时性记忆转变为永久记忆的中心角色。同时突触可塑性也被认为在神经回路的形成中起到重要作用,并且有证据累积表明突触可塑性的损伤和几种著名的神经精神紊乱相关。这样子理顺几种任何脑区的突触可塑性的详细分子机制对于理解正常的和病理的脑功能的许多方面的神经基础都很有意义。 了解突触可塑性的多种功能,就会发现有许多种突触可塑性的形式和机制都被描述过了。通过活动突触传导可以被增强或者抑制,并且这些改变会有一个时间上的延续,从微秒到小时,天或者可能更长的时间。并且,基本上所有的哺乳动物脑的兴奋性突触都同时表现出一系列的不同突触可塑性的形式。这里,我们尽量提供一个全面的关于哺乳动物脑兴奋性突触的突触可塑性的著名形式的机制。简要的回顾突触可塑性的短时程形式后,我们会强调一下近来对细胞机制的理解和长时程增强(LTP)与长时程抑制(LTD)的可能的功能。 短时程突触可塑性: 大量形式的短时程的突触可塑性,持续时间从微秒到几分钟,基本上在所观察的所有简单非脊椎动物到哺乳动物的每个突触都发现了(Zucker and Regehr, 2002)。短时程突触可塑性被认为在下列现象中起主要作用: 感觉输入的短时程适应,行为状态的暂时性改变,短时的记忆形式。大多形式的短时程突触可塑性都是由短暂的活性的爆发引起,从而引起在突触前膜神经终末Ca2+的暂时性累积。这个突触前膜Ca2+的增加会反过来导致神经递质释放可能性(p)的改变——通过直接修饰突触小泡胞吐作用的生化过程。 成对刺激易化和抑制 当两个刺激在比较短的时间内产生,那么第二个刺激的应答与第一个刺激相比可以被增强或者被抑制(Katz and miledi, 1968; Zucker and Regehr, 2002). 成对刺激抑制在短刺激间隔(小于20ms)时,在所有突触都能被普遍观察到,这最有可能是因为电压依赖Na+或者Ca2+通道的失活,或者突触前终末小泡准备释放池的暂时耗竭。许多突触在较长的刺激间

神经元的突触可塑性与学习和记忆.

ReviewsandMonographs综述与专论 生物化学与生物物理进展 ProgressinBiochemistryandBiophysics2008,35(6):610 ̄619 www.pibb.ac.cn 神经元的突触可塑性与学习和记忆 陈 燕* (中国科学院生物物理研究所,脑与认知科学国家重点实验室,北京100101) 摘要大量研究表明,神经元的突触可塑性包括功能可塑性和结构可塑性,与学习和记忆密切相关.最近,在经过训练的动 物海马区,记录到了学习诱导的长时程增强(longtermpotentiation,LTP),如果用激酶抑制剂阻断晚期LTP,就会使大鼠丧失训练形成的记忆.这些结果指出,LTP可能是形成记忆的分子基础.因此,进一步研究哺乳动物脑内突触可塑性的分子机制,对揭示学习和记忆的神经基础有重要意义.此外,在精神迟滞性疾病和神经退行性疾病患者脑内记录到异常的LTP,并发现神经元的树突棘数量减少,形态上产生畸变或萎缩,同时发现,产生突变的基因大多编码调节突触可塑性的信号通路蛋白,故突触可塑性研究也将促进精神和神经疾病的预防和治疗.综述了突触可塑性研究的最新进展,并展望了其发展前景.关键词

NMDA受体相关的突触可塑性,学习,记忆,突触可塑性的机制 学科分类号Q42 在神经系统中,大量神经元通过突触相互联系形成神经回路.中枢神经系统的兴奋性突触主要以谷氨酸为递质,突触前神经元释放谷氨酸,通过突触后的谷氨酸受体(AMPA和NMDA两种亚型),将突触前神经元的信号传递到突触后神经元.谷氨酸与AMPA受体结合,使突触后神经元去极化,从而产生脉冲发放.NMDA受体与谷氨酸结合,将突触前电信号转变成突触后神经元内的Ca2+信号,启动一系列生化级联反应,导致突触的可塑性变化.在神经元树突棘上,谷氨酸受体及其偶联的信号转导通路,通过各种支架蛋白形成突触后致密区(PSD),它含有几百种蛋白质.这种复杂而精巧的棘突结构,是接收突触前信号并进行生化加工的独立单元.树突棘能对接收的大量信号进行神经计算和整合,并依据刺激的方式做出反应,使突触的结构和功能发生相应变化,即形成突触的可塑性.根据突触功能可塑性变化的性质不同,它可分为长时程增强(longtermpotentiation,LTP)和长时程抑制(longtermdepression,LTD).它们均能选择性地修饰行使功能的突触,使突触连接增强或减弱,因而能贮存大量信息,被认为是学习和记忆的神经基础.突触可塑性可分为与传递效率有关的功能可塑性和与信息贮存相关的树突棘形态变化的结构可塑性.突触不仅能通过对AMPA受体通道的修饰, 以及AMPA受体插入和迁出突触来增强或抑制突触的传递效率,而且能通过树突棘的增大和萎缩以及棘的消失和新棘的形成使传递效率发生变化.突触可塑性因神经细胞种类、发育阶段、激活方式不同而变化,其形成机制复杂而多样.由于它可能是学习和记忆的神经基础,长期以来一直都是分子和细胞神经生物学的热门研究领域之一. 虽然通常认为突触可塑性是学习和记忆的分子机制,但从未在学习和记忆的同时于记忆相关的脑区中记录到相关的LTP.因为动物的记忆形成要经过多次训练,测定LTP的指标取平均值时可能会模糊了个体之间的明显差异.另外,动物

神经网络中的突触可塑性

这是一篇科普文 ——神经网络中的突触可塑性 本文会首先会对神经元网络做简单的介绍,然后介绍下突触及其可塑性,最后讲一下因为突触的可塑性,带来的大脑的可塑性。 神经元网络 神经元这个名词是个耳熟能详的名词,中学生物课本就有讲到,一个神经元主要有三个部分:胞体、树突以及轴突。神经元的胞体跟普通细胞很像,遗传物质、细胞器都跟普通体细胞没太大区别,主要的区别就在于神经元拥有突触。突触的作用是连接不同的神经元以及传递它们之间的信号的,突触分为树突和轴突,关于突触具体的介绍将在下面展开,现在先来介绍下神经元网络。 什么是网络呢?讲个简单的例子,二维晶格网络就是个规则网络,比如,在纸上画个5×5的点阵,这些点就称为网络的节点,然后用横线和竖线将这些点连起来,点与点之间的连线就是网络的边,这就是一个简单的网络。羽毛球拍的线也可以理解为一个晶格网络,把横线跟竖线的交点当作是一个节点。再引入一个概念,每个节点的连边数(也就是跟几个其他节点相连)叫做节点的度,那就可以知道,对于(非周期)二维晶格网络,中间节点的度为4,在边上的节点度为3,而四个角上的节点度为2。 但是,神经元网络并不是一个规则的网络,更不是一个晶格网络,而是一个复杂网络。复杂网络是指具有一定特征的网络,比如,小世界性、无标度以及一些比较复杂的特征,一个复杂网络具有其中几个或全部的特

征。小世界性是指,可以通过很短的距离从任何一个节点到另一个节点,这边距离指的是需要通过连边数,比如,甲直接跟乙相连,那么距离为1,而甲不跟丙相连,但是丙跟乙相连,那么甲通过乙与丙相连距离就是2。有一个很有名的理论讲的就是这个特性——通过6个人,你可以认识世界上任何一个人。无标度指的是,大部分的节点连接的节点数很少,也就是度很小,只有少部分的节点拥有大量的连边。 上面提到的理论中,如果把人当成网络中节点,相互之间认识(这个关系)当成两个点的连边,那么人际关系也是一个复杂网络。我们一直在使用的互联网也是一个复杂网络,把一个网页当中是一个节点,该网页当中有跳转到其他网页的链接当作连边,那么个别有名的网页,如百度首页,会有大量的网页指向它,但是绝大部分的网页是没有其他网页有指向它的链接的。这体现了网络的无标度特性。 人体的神经元网络就是一个复杂网络,而且还是一个庞大的复杂网络。人体的神经元数量达到了千亿的量级,平均连接度数万,意味着平均而言,每个神经元与其他好几万的神经元相连!不过,通常在做数值模拟的时候,不会用到那么大量的神经元,目前计算机的计算能力还不足以支持这个量级的计算。 神经元网络是个可以进化的网络,这属于复杂网络的一个特征,即神经元之间的连边(突触)是会改变的。在人脑中,神经元是以神经核的形式存在的,这些神经核就是大量的神经元胞体和树突聚集在一起形成的,在解剖上,因为颜色较暗,因此这部分被称为灰质。与灰质相对应的是白质,白质颜色较浅,功能相似的神经核集合形成核团,白质就是由连接这

长时程增强效应与突触可塑性

长时程增强效应与突触可塑性 海马三突触回路中的LTP成为80年代神经生理学的热门研究课题,似乎找到了海马记忆功能的细胞生理学证据。特别是经典条件反射性LTP现象或习得性LTP现象的研究,更表明它与学习记忆过程的密切关系。以离体脑片的LTP为模型,在80年代深入研究其分子神经生物学机制,又发现LTP形成的生物化学基础:条件刺激引起突触前末梢释放谷氨酸,在突触后膜上谷氨酸与NMDA受体结合,使钙离子通道门开放,钙离子流入突触后细胞膜内。非条件刺激引起突触后膜的去极化,并清除钙离子通道口上的镁离子,使钙离子通道畅通无阻。所以,条件刺激与非条件刺激的结合,能最有效地使大量钙离子流入细胞内,发挥第二信使的作用。这种发现支持了LTP,及其生化机制不仅可作为学习过程,而且可以作为记忆过程的神经生物学基础。然而,对LTP现象广泛地比较研究,却发现许多不支持其作为学习记忆唯一基础的科学事实。 首先,LTP并不是海马三突触回路所特有的细胞生理现象,在海马以外的许多神经标本,甚至非神经的可兴奋组织标本(心肌细胞),于特定条件下均可引出LTP现象。 其次,在小脑等结构中,还发现与LTP相反的生理效应,即长时程抑制效应(LTD)。恰恰是在小脑结构中发现其为快速运动性经典条件-反射形成的基础。因此,如果把LTP看成是学习记忆的基础,那么,LTD也应同等对待。 第三,除了LTP和LTD以外,又发现了另外两种突触生理现象。在称之为输入输出转换效应(ITTO)基础上,形成的长时程增强或抑制,即ITTO-LTP或ITTO-LTD。LTP或LTD主要影响突触后电位的变化,造成长时程增强的兴奋性突触后电位(EP-SP)或抑制性突触后电位(IPSP)总和效应,出现明显的场电位,从而改变着突触的兴奋承平。与场电位幅值的长时程增强效应不同,ITTO-LTP或ITTO-LTD则影响着突触后神经元的兴奋后电位(后兴奋电位和后超级化电位)。因此,ITTO的长时程效应改变着 细胞单位发放频率。 从上述3个方面,我们可以明确地说,LTP并不是海马记忆机制的特异性细胞生理学基础。LTP仅仅是突触可塑性的一种细胞生理学表现形式。LTD,ITTO-LTP,ITTO-LTD联想性LTP或LTD也是突触可塑性的细胞生理学表现形式。 因此,突触可塑性的变化才是记忆的细胞生理学基础。突触可塑性变化可以发生在各种

突触再可塑性____秦雯

◇ 综述与讲座 ◇ 中国临床药理学与治疗学 中国药理学会主办CN 34-1206/R,ISSN 1009-2501http://www.cjcp t.com2014Nov;19(11):1 288-12932014-04-02收稿 2014-08- 19修回国家自然科学基金(31271155;31300922 )秦雯,女,硕士研究生,研究方向:神经细胞电生理学和药理学。 Tel:18297532760 E-mail:vicky_870708@126.com汪萌芽,通信作者,男,教授,博士,硕士生导师,研究方向:细胞电生理学。 Tel:0553-3932276 E-mail:wangmy @wnmc.edu.cn突触再可塑性在脊髓损伤恢复中的作用 秦雯, 张艳,汪萌芽皖南医学院细胞电生理研究室,芜湖241002, 安徽摘要 突触可塑性是用来描述突触传递效能的一种活动依赖性变化,其长时程改变可分为长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)。再可塑性是突触可塑性的一种高阶形式,即通过前呈刺激活动依赖性调节LTP或LTD的诱导或表达。关于脊髓突触可塑性及其在脊髓损伤中的作用,国内外已有较多研究报道,近年来脊髓突触再可塑性的机制研究及其对脊髓损伤恢复的影响逐渐成为热点。本文主要对突触再可塑性及其在脊髓损伤恢复中的作用研究进行综述。 关键词 脊髓损伤;突触可塑性;再可塑性中图分类号:R744文献标志码:A 文章编号:1009-2501(2014)11-1288- 061 脊髓的突触可塑性与再可塑性 脊髓具有突触可塑性(synaptic plasticity),其作用之一表现为个体学习获得并维持运动技能,再可塑性(metaplasticity)是突触可塑性的高阶形式,是对突触可塑性的调节。脊髓损伤后,其突触可塑性和再可塑性在损伤的恢复中极为重要。 1. 1 突触可塑性的概念 突触可塑性,包括长时程增强(long-term p otentiation,LTP)和长时程抑制(long-term depression,LTD),是中枢神经系统适应性调节的一种普遍现象,L TP最初由B liss等在海马的齿状回上发现[2] ,并被认为是学习记忆的神经机制之一[ 3] 。脊髓作为伤害性信息处理的初级中枢和运动控制的最后公路,其活动也具有突触可塑性现象。研究表明,脊髓背角 LTP被认为是痛觉敏化的细胞机制[4] ,Aδ和C 纤维不仅传递伤害性信息至脊髓背角浅层,α运 动神经元(motoneurons,MNs)也接受Aδ和C纤 维的多突触传入而介导伤害性屈肌反射[ 5] ,从而参与脊髓的运动调节。另外,脊髓腹角运动环路 也存在活动依赖性的突触可塑性现象[ 6],强直刺激同侧及对侧腹外侧索,均可在脊髓腹角MNs 诱导出LTP[7] 。脊髓内神经元网络对MNs活动的调控,可通过脊髓内的中枢模式发生器(centralpattern g enerator,CPG)实现,脊髓运动环路在失去感觉输入后肢体仍可产生节律性运动[ 8- 9]。另外,脊髓运动环路的可塑性还包括简单的习惯化 和敏感化、巴甫洛夫条件反射[10] 和工具性学习能力[ 11] 。以上提示脊髓腹角同样存在活动依赖性的可塑性和记忆痕迹,脊髓具有运动技能的学习 和记忆能力[ 12] 。脊髓这种内在可塑性对脊髓损伤后的运动恢复非常重要[ 13] 。1.2 突触再可塑性的概念 再可塑性是突触可 塑性的高阶形式,是突触可塑性的活动依赖性调节。它的主要特征是在某一时间点给予前呈刺激(如神经活动的电刺激、药理学激活特异性神经递质受体或者引起神经活动的行为学事件等)使神经元功能发生改变,且这种改变在前呈刺激终止后仍然存在,之后再给予可塑性诱导事件如低频刺激(LFS)、高频刺激(HF S)或者学习,这种前呈刺激对可塑性诱导或表达的调节即再可塑性[ 14] 。突触再可塑性包括由N-甲基-D-天冬氨酸受体 · 8821·

神经生物学重点总结

神经细胞:可参看(组培补充) 胶质细胞:星形胶质细胞 髓鞘:少突胶质细胞,失望细胞 system: 轴浆流,可参看组培,生理 1 slow axonal flow m 2 fast axonal flow 需要注意的:antergrade 顺方向 retrograde 返回 突触的结构:化学性突触的 兴奋性的突触多在树突棘,抑制性的多在胞体上 突触的可塑性; Synaptic plasticity 可参看生理书P281 改变 1后突触的受体 2前突触的递质数量 quantity of neurotransmitters 化学突触的传递效能发生改变称为突触可塑性,包括突触传递减弱和突触传递增强两部分。表现为,突触后膜电反应的增强和减弱。广义上讲包括突触传递可塑性,突触发育可塑性,突触形态可塑性,一般未做特殊说明指突触传递可塑性。 主要包括:短时程突触可塑性,长时程突触可塑性。 短时程突触可塑性包括:突触易化,强直后增强(PTP),突触抑制 长时程突触可塑性包括:长时程增强和长时程减弱,LTP,LTD 神经递质的条件 1)突触前神经元内含有合成该递质的原料和酶系 2)递质合成必须储存在突触囊泡以避免被其他酶系水解 3)突触前刺激能导致该递质的释放 4)该递质可作用于突触后膜上的相应受体,发挥兴奋或抑制效应;直接外加该递质于神经元或效应细胞旁可产生相同的突触后效应 5)突触部位存在该递质的快速灭活机制 6)递质拟似物或受体阻断剂能加强或阻断该递质的突触传递效应 多巴胺能神经元的功能和分布 多巴胺:Dopamine 分布在中脑的黑质中,神经纤维投射到纹状体,属于椎体外系,使运动协调,协调肌张力,非意识性的控制。此功能减弱,引起帕金森(PD)Parkinson's disease PD的影响因素: 环境因素:除草剂导致多巴胺神经元死亡的可能性大,杀虫剂;遗传因素:导致细胞内的蛋白质降解出现异常 分布在在VTA腹侧被盖区,与情绪,情感相关,调控情绪,缺乏时,导致Attention deficit disorder、精神分裂症 schizophrenia 正常情况下,VTA 奖赏行为,多巴胺神经元与奖赏行为相关,毒品成瘾 受体:促代谢性受体,D1-D5 ,两种亚型,药理学特征分类D1样受体(D1,D5),D2样受体(D2,D3,D4) D1 Gs偶联使cAMP 增加 D2 Gi 偶联降低cAMP 5-HT

作业学习记忆与突触可塑性关系

突触可塑性与学习记忆的关系 (焦文丽41008197 陕西师范大学生命科学学院生物科学专业生科四班)摘要:本文通过对突触可塑性的概念、突触可塑性的机制、突触可塑性的心理应激性及突触研究的最新进展,讨论了突触可塑性与学习记忆的关系。从而得出突触可塑性与学习和记忆有密切关系。 关键词:突触突触可塑性学习记忆 导言 突触是神经元与神经元之间结构和功能的接触点,是神经信息传递的关键部位,突触结构和功能的完整对于保证神经元获得信息并顺利进行信息传递、加工、存储是非常重要的[1].在神经系统中,大量神经元通过突触相互联系,形成神经回路。中枢神经系统的兴奋性突触主要以谷氨酸为神经递质,突触前神经元释放谷氨酸,通过突触后的谷氨酸受体(AMPA和NMDA两种亚型),将突触前神经元的信号传递到突触后神经元。谷氨酸与AMPA受体结合,使突触后神经元去极化,从而产生脉冲发放。NMDA受体与谷氨酸结合,将突触前电信号转变为突触后神经元内Ca2+信号,启动一系列生化级联反应,导致突触可塑性的变化。在神经元树突棘上,谷氨酸受体及其偶联的信号转导通路,通过各种支架蛋白形成突触后致密区,它含有几百种蛋白质。这种复杂而精巧的刺突结构,是接受突触前信号并进行生化加工的独立单元。树突棘能对接受的大量计算进行神经计算和整合,并根据刺激的方式作出反应,使突触的结构和功能发生相应的变化,即形成突触的可塑性。根据突触可塑性的功能变化性质的不同,它可分为长时程增强(LTP)和长时程(LTD)抑制,它们均能选择性的修饰行驶功能的突触,使突触连接增强或减弱,因而能储存大量信息,被认为是学习和记忆的基础[2]。 1突触可塑性与学习记忆 突触可塑性反应了行为的可塑性,与学习记忆密切相关。一氧化氮(NO)、神经生长相关蛋白、神经细胞粘附因子和生长抑素对突触可塑性具有重要意义。NO介导了兴奋性神经传导,对海马、小脑等神经元上突触可塑性和神经网络的构建产生重要影响,因而与学习记忆关系密切。GAP-43在神经发育和再生过程中呈现高表达,被作为突触生长的标志物。能促进轴突生长,对长时记忆的保持具有重要影响,同时,GAP-43对其具有调节作用。SOM在神经中枢中具有神经

突触可塑性

从神经元水平、递质水平、受体水平、信号转导水平、突触后电位的整合、突触调制水平论突触的整合作用。 答:1,神经元水平神经元的轴突-胞体、轴突-轴突、轴突-树突等之间都可以形成突触联系。神经元与神经元之间可形成串联、交互、混合型突触。串联型突触是前一个神经元与下一个神经元串联式连接,信息从第一个神经元传递到下一个神经元并进行信息整合,然后逐级传递,形成局部回路,对信息形成空间对比。交互型突触是前一个神经元的突起分别投射到其他神经元上,形成微回路,完成精确、关键性信息处理与整合。混合型突触比较复杂,神经元错综复杂的通过突触连接在一起,可形成局部回路对上一级神经元进行正反馈或负反馈对信息进行整合。 2,递质水平轴突末梢可释放兴奋性递质或抑制性递质,分别产生不同的效应。动作电位到来时,Ca2+内流→Ca2+-CaM→CaM K II→synapsin I磷酸化→actin、fodrin与synaptin I亲合力↓→解除制约,囊泡导入活性区,囊泡与突触前膜融合,将递质释放到突触间隙。如果释放的兴奋性递质,将会产生兴奋性突触后电位。如果释放的抑制性递质,将会产生抑制性突触后电位。与递质门控离子通道有关的递质有:Glu,Gly,GABA A,Ach(烟碱型)。与G蛋白偶联的神经递质:Ach(毒蕈碱型),GABA B,5-HT,DA,NE,内啡肽,大麻酚,Glu(mGluR1-7)。举个例子,如果GABA能神经元和DA能神经元之间形成突触,GABA 能神经元上存在μ型受体,当它受到相应的激动剂结合后,可以抑制GABA能神经元,进而减少GABA的释放,解除对DA能神经元的紧张

性抑制,使NAc区的DA含量升高。还有内源性大麻素eCB-LTD的形成:Glu递质的释放激活突触后膜上的代谢型谷氨酸受体而导致突触后的内源性大麻素释放量增加,释放的内源性大麻素能够作用于突触前膜上的CB1受体,进而使得Glu的释放长时间减少。这都说明了一种神经元释放的递质会影响另一神经元递质的释放。从而说明了突触在递质水平上的整合作用。 3,受体水平受体有离子通道受体、G蛋白偶联受体。递质作用于受体后,会产生相应的生物学效应,如离子通道的开放,基因的表达等等。离子通道有Na+通道、Ca2+通道、Cl-通道、K+通道等,Na+通道的激活会引起Na+内流,膜去极化,Cl-通道激活会引起Cl-内流,膜超极化。当受体存在于突触前膜上时,递质跟受体结合后,会影响递质的释放。G蛋白偶联受体分Gs和Gi受体,分别产生相反的生物学效应。例如,中枢神经系统的DA受体可分为D1样受体和D2样受体两种亚型,D1样受体包括D1、D5受体亚型,都与活化型G蛋白偶联;而D2样受体包括D2、D3、D4受体亚型,都与抑制型G蛋白偶联,还能开放K+通道。因此,在受体水平上,不同类型的受体能够介导不同的生物学效应,从而对信息进行整合。 4,信号转导水平如多巴胺受体,分为D1样和D2样受体,分别跟Gs和Gi相偶联,当DA与D1样受体结合后,G蛋白会激活效应器酶AC,使胞内cAMP升高,然后作用于PKA,磷酸化下游蛋白,调控基因的表达,如果激活的是酪氨酸羟化酶,则会产生更多的DA来作用于DA1受体。而DA与D2样受体结合后,与D1样受体产生相反的生

浅谈学习记忆中的突触可塑性

浅谈学习记忆中的突触可塑性 学习记忆是脑的基本功能,学习记忆作为脑内高级活动之一,其实质是信号转导和处理问题,而一切功能的产生都是以特定结构为基础的。人类大脑包含数千亿神经元。突触是指一个神经元与另一个神经元的连接点,它是神经元间信息传递的基础。 1突触可塑性 突触可塑性即突触传递效率在某些因素的作用下可出现不同程度的持续性上调或下调的特性。广义的突触可塑性包括突触传递可塑性、突触发育可塑性和突触形态可塑性。一般如未作特殊说明, 即指突触传递可塑性。突触可塑性是神经科学领域近年来进展最快、取得成果最大的研究领域。 2突触前可塑性的结构基础及分子机制 突触前可塑性的结构基础主要有3个:突触囊泡、囊泡内的神经递质以及突触活动区。突触前待释放的囊泡数量与释放概率有关,数量越多,释放概率增大,突触后反应也相对增强。囊泡内的递质浓度是相同的,所以囊泡体积越大其递质含量越多。突触活动区是指搭靠在突触前膜囊泡与电压依赖型钙通道蛋白紧密镶嵌而成的致密区。突触活动区的数量与面积大小并非一成不变,而是在发育后神经活动过程中受到调节而变化。 突触前末梢内蛋白质形成是突触可塑性关键因素之一。囊泡膜和突触前膜的融合是突触前神经递质释放的关键,它们之间的融合需要依赖SNARR( soluble NSF attachment protein receptor) 核心复合体的形成。因此,所有介导囊泡融合的分子和所有参与囊泡内吞的分子都有可能参与调节突触囊泡的形态发生和神经递质释放,包括钙离子感受器、各种蛋白激酶、多种突触囊泡膜蛋白。G蛋白可能通过钙离子通道的作用改变其动力学,从而影响钙离子内流。当胞内钙离子浓度增高时,激活各种蛋白激酶,调节神经递质的合成,并使大量储存囊泡内处于制动状态的突触囊泡膜蛋白被CaMKⅡ磷酸化而解聚,从而动员待释放囊泡进入释放状态。同时,作为钙离子感受器的囊泡蛋白通过磷酸化与去磷酸化来调节胞吐过程。而一些钙离子敏感的酶类如钙调神经磷酸酶等可对胞吐进行负调控。此外,突触后分子还可经过逆行信使形式参与。突触前可塑性的发生过程中, Irina 等[1]发现Ca2+和NMDA依赖性的NO从突触后释放后可作为逆行信使弥散到突触前膜,诱导出突触前线状伪足,调控突触前活动区的形成,参与突触发生和棘突形成。CO、花生四烯酸、血小板激活因子等都可能是逆行性信使。位于突触前膜的GAP-43 ( growth associated protein 43) 是位于细胞膜上的一种特异性磷蛋白,它是PKC的主要底物蛋白之一。它的磷酸化可释放与之结合的钙调素,刺激F-肌动蛋白和微管蛋白的聚合使生长锥在形态上更具活力,并抵抗其回缩,调节神经末端的出芽。在信号转导的第二信使系统中,受体介导PIP2水解产生DAG和IP3。DAG主要激活PKC,IP3则能诱发肌浆网中的Ca2 +释放,提高胞浆中Ca2 +浓度。而磷酸化的GAP-43能抑制纯化PIP-PIP2 激酶的活性,从而抑制PIP2的产生,对

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