ADVANCED NEUROSCIENCE
Examination
Assignment: review (10 maart) and research proposal (7 april)
C1: SYNAPTIC PLASTICITY (BASICS)
Geert Ramakers
The Voltage Clamp Technique
• De voltage clamp houdt de membraanpotentiaal constant op het gewenste niveau
• Je kan dan de membraanpotentiaal meten met een elektrode in de cel en het voltage vergelijken
met het voltage dat behouden moet worden en een signaal terug sturen om de potentiaal zo
gelijk te houden. Dus ook tijdens veranderingen in de membraanpermeabiliteit, wat normaal
leidt tot een veranderde membraanpotentiaal, blijft de potentiaal onveranderd.
o Hiervoor is een extra elektrode geplaatst, waarmee stroom wordt geïnjecteerd
Basic Principles
• Als je het membraanpotentiaal omhoog brengt, kunnen de ionkanalen opengaan: eerst natrium
influx en daarna kalium efllux. Naast de capacitieve stroom zien we nog andere signalen. We
zien een transient inward current (bij verlaging voltage ) en delayed outward current (bij
verhoging voltage). Deze vinden altijd plaats als je een potentiaal van 65 mV hebt. Deze 2
stromen zouden best wel eens ten grondslag kunnen liggen aan een actiepotentiaal.
• Om te bepalen welke ionkanalen ten grondslag lagen aan de stromen, wordt tetrodotoxine en
tetraethylammonium toegevoegd. Tetrodotoxine blokkeert Na+ inwaartste stroom en
tetraethylammonium blokkert K+ kanalen. Dus inwaartse stroom komt door natrium en
uitwaartse stroom door kalium.
1
,• Er zijn 2 cycles: fast positive en slow negative
• De fast positive cycle wordt veroorzaakt door Na+ die de cel binnenkomt
(concentratie buiten de cel hoger dan binnen de cel). Verder reageren
natriumkanalen heel snel en zullen dus snel opengaan en weer snel sluiten
• De slow negative cycle wordt veroorzaakt door K+ die de cel uitstroomt (concentratie
buiten de cel lager dan binnen de cel). Verder zijn kaliumkanalen trager, zowel tijdens
openen als sluiten. Ze gaan zelfs later dicht dan natriumkanalen, waardoor je
hyperpolarisatie krijgt.
• Als beide kanalen even snel zouden opengaan, ontstaat er geen verschil in lading en
zou er dus geen actiepotentiaal ontstaan
Synaptic communication
• Elk neuron in de hersenen maakt ongeveer 1000
synaptische interacties met andere neuronen
• Presynaptisch zitten vesicles gevuld met
neurotransmitters. De vesicles dicht bij het membraan,
kunnen direct hun neurotransmitters afgegeven als er
een actiepotentiaal is. De vesicles verderop zijn ready
to be used, but not be fused. Dit zijn reserve vesicles
die pas geactiveerd worden als ze dicht bij het
membraan liggen
• In de synaptic density (donker deel tussen de 2
membranen van de synapsen) zitten heel veel
receptoren en kunnen neurotransmitters en
actiepotentialen doorgeven
• Het axon terminaal bevat alleen calciumkanalen.
Calcium zorgt ervoor dat vesicles gaan fuseren en
dan komen de neurotransmitters in de
synaptische spleet vrij.
• Neurotransmitters binden aan de receptoren en zorgt ervoor dat
ionen kunnen stromen. Ionen die de cel instromen zorgen ervoor dat
de membraanpotentiaal in de prosynaptische cel verandert
Regulatie van het vrijkomen van neurotransmitters is belangrijk en is
onderzocht met de voltage clamp:
• Er is een inwaartse stroom, die redelijk traag is. Dit is geen natrium
maar een ander ion. Om dit aan te tonen is er gebruik gemaakt van
cadmium (lijkt op calcium).
• Cadmium blokkeert de calcium stroom. Dan zie je geen transmissie
naar de postsynaptische cel. Bij aanwezigheid
functionele kanalen, zie je wel transmissie.
• Het proces om van presynaptisch naar postsynaptisch te
gaan is dus calcium afhankelijk
• Als je calcium verhoogt, kan er in de postsynaptische
membraan een respons opgewerkt worden
• Calcium is op zichzelf dus een neurotransmitter, en dus
cruciaal bij neurotransmitter afgifte
• Er zijn veel eiwitten bij het fuseren van een vesicle
betrokken; eiwitten op membraan axon, maar ook
eiwitten op membraan vesicle
2
,• Deze eiwitten kunnen eiwit-eiwit interacties aangaan.
Een aantal daarvan zijn calcium gevoelig.
• Wanneer de vesicle gedockt is, ligt hij klaar. Priming
zorgt daarna ervoor dat calcium gevoelige eiwitten
dichter bij elkaar in de buurt komen. Wanneer calcium
binnendringt, maken de eiwitten nog een keer een
interactie: conformatieverandering. Hierdoor zullen
de twee membranen van de vesicle en presynaptische
membraan met elkaar gaan fuseren. Er ontstaat dan
een opening, waardoor de neurotransmitters kunnen
gaan
o Calcium zal snel de synaptische spleet ingaan
aangezien hier geen calcium is en in de vesicle een hoge concentratie
• Dit is een complex gereguleerd systeem, waar veel eiwitten met allemaal een specifieke functie
bij betrokken zijn
• Bij het postsynaptische membraan zijn twee soorten receptoren aanwezig
• Ligand-gated receptor: zijn verantwoordelijk voor een EPSP en IPSP.
Hierbij zal een ionkanaal openen en vindt er hierdoor snelle overdracht
plaats. Het gaat hier om milisecondes.
• G-eiwit gekoppelde receptor: er komt een subunit vrij die intracellulair
een cascade aanzet. Er is dus een effect op het metabolisme van de cel,
wat zorgt voor een vertraagd effect, maar long lasting
o Medicatie kan vaak aanslaan omdat het langdurig op G-eiwitten
reageert
• Per type receptor heb je ook nog allemaal subtypes
• Sommige neurotransmitters kunnen op beide receptoren binnen, maar andere op enkel een van
de twee. Zo kan dopamine alleen op metabotropic receptoren binden en glutamaat aan beide.
Het ligt dus aan welke receptor aanwezig is in de synaptische spleet, welke reactie je krijgt.
• Het hersensysteem kan zich aanpassen door de expressie van de postsynaptische receptoren te
veranderen.
• Een cel krijgt allemaal signalen binnen die bij elkaar optelt. Als
de som boven de drempelwaarde komt dan zal er een AP
gestart worden. Er moet dus genoeg EPSP zijn voor een
signaal.
• EPSP (excitory) zorgen voor depolarisatie van het membraan
en activeren dus actiepotentiaal
o Meestal glutamaat die bindt aan AMPA receptoren ->
natrium de cel in -> depolarisatie
• IPSP (inhibitory) zorgen voor hyperpolarisatie van het
membraan
o GABA bindt aan GABA receptor (is chloride kanaal) -> chloride de cel in -> hyperpolarisatie
• Een neuron kan een coincidence detector zijn als het enkel wordt geactiveerd door twee EPSPs
tegelijk
1000 synaptisch input krijgt een neuron
3
, Synaptic plasticity
• Eigenschap van brein om informatie vast te leggen ->
manier hoe synapsen aan elkaar verbonden zitten, kan
veranderen. Dit maakt leren mogelijk.
• Rat gaat rondzwemmen. Platform gevonden, erop zitten en
dan zichzelf poetsen. Als je dit een aantal keer hebt gedaan
herken je aanwijzingen en kan je in 1x naar het platform
zwemmen
• Rat met afgesneden connecties bij hippocampus: rat niet in
staat om nieuwe informatie van cues en omgeving op te
slaan om te onthouden waar dat platform is.
• Wanneer een axon van cel A cel B prikkelt en herhaaldelijk
of aanhoudend deelneemt aan het vuren ervan, vindt in
één of beide cellen een groeiproces of metabolische
verandering plaats waardoor de efficiëntie van A als één van de cellen die B vuurt,
toeneemt -> Contact tussen cel A en B verandert, als er een leerproces heeft
plaatsgevonden
• Preferente pad activeren, grootte van respons meten en uitzetten in grafiek.
Responsen zijn stabiel; elke keer even grootte respons. Bij pijltje treintje van pulsen
geven (hoog frequente stimulus) -> grotere respons. Dit is met de zwarte bolletjes
weergegeven. De witte bolletjes zijn de controle. In andere hersenhelft geef je
gewoon normale stimulatie en zag je dat de responsen gelijk blijven. Eerste
experimentele bewijs voor de hypothese van LTP.
• EPSP van cel A wordt groter wanneer input naar cel B herhaaldelijk groter wordt.
Dus synaptische contacten tussen cellen kan versterkt wordt
Je kan ook experimenten in geïsoleerde systemen (in vitro)
doen. Je hebt dan controle over de omgeving en kan
meerdere experimenten doen met één dier (door slices. Je
isoleert dan een hippocampus en maakt daar plakjes van.
Elektrofysiologische metingen kan je daarin doen. Er kunnen
metingen worden gedaan in CA1 gebied. In de
pyramidalcellen kun je synaptische responsen meten. Je ziet
dan dat de responsen stabiel zijn. Na hoge stimulatie, zie je
dat respons bijna 2x zo
groot is geworden.
Naast Long-Term Synaptic Potentiation (LTP) kan je Long-Term
Depression (LTD) stimuleren. Het kan dus twee kanten op. Dit zijn
voorbeelden van non-physiological situaties.
4
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper fleurheling. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €6,49. Je zit daarna nergens aan vast.
