HCO9, hfst 8 synaptische plasticiteit
Informatieverwerking, elke neuron in het brein heeft
eigenlijk dezelfde taak: het ontvangt heel veel input en
moet deze input omzetten in een output. Afhankelijk
van de positie en soort cel moet die op andere inputs
reageren en ook andere outputs leveren. Een
gemiddelde hersencel ontvangt 10.000 signalen die
negatief of positief kunnen zijn. Deze tellen op tot
fluctuaties in het membraanpotentiaal en elke keer dat
het membraanpotentiaal boven een bepaalde
drempelwaarde komt, zal er een actiepotentiaal
gevuurd worden. Dit is rechts schematisch
weergegeven. De inputs bepalen dus wanneer een cel gaat vuren en hierbij moeten over het
algemeen meerdere inputs geleverd worden voor 1 actiepotentiaal. Hierbij is het belangrijk waar de
input binnenkomt (dicht bij het soma of niet?) en hoe inputs elkaar opvolgen.
Invloed, neuronen kunnen hun invloed op andere cellen versterken door hun synaps te versterken.
Synaptische transmissie, er zijn meerdere manieren mogelijk om een synaptische transmissie te
versterken:
- Meer postsynaptische receptoren
- Meer vesicles
- Meer neurotransmitter (NM) per blaasje, in een eerder HCO is behandeld dat er een vaste
hoeveelheid NM in een blaasje zit, maar de vesiculaire transporters vertonen ook plasticiteit.
- Meer blaasjes releasen per actiepotentiaal, door ze dichter bij Ca2+ influx te zetten of de Ca2+
influx sterker te maken (meer kanalen).
- Verkleinen synaptische spleet, dan zal een groter deel van de NM aan de postsynaptische cel
binden.
- Afscherming verbeteren, als astrocyten de synaptische spleet afschermen vindt er minder
diffusie van NM buiten de synaptische spleet plaats.
- Heropname NM verminderen
Alle opties die hierboven staan vinden ook plaats en er zijn dus veel manier om synaptische
transmissie te versterken. Vaak is sprake van een combinatie.
Synaptische transmissie short term, wanneer een actiepotentiaal binnenkomt, zal Ca2+ naar binnen
stromen en worden NM gesecreteerd. Als meteen hierna nog een actiepotentiaal volgt, is het
afhankelijk van de tijd die ertussen zit, de snelheid dat Ca2+ opgeruimd wordt en hoeveel Ca2+ er in
eerste instantie binnenkomt, hoeveel calcium er aanwezig zal zijn. Als de [Ca2+] na het 1e
actiepotentiaal nog niet teruggebracht was naar de baseline, zal dat resulteren in een hogere [Ca2+]
bij het 2e actiepotentiaal.
Facilitatie, wanneer meerdere actiepotentialen elkaar opvolgen en daardoor sprake is van een
verhoogd calcium concentratie in de presynaptische terminal spreek je van facilitatie. Dit zorgt voor
meer release bij volgende actiepotentialen.
Depressie, wanneer meerdere actiepotentialen elkaar opvolgen en de eerdere ervoor gezorgd
hebben dat (bijna) alle vesicles al afgegeven zijn, spreek je van depressie. Dit zorgt namelijk voor een
lagere release bij volgende actiepotentialen.
De respons van een synaps hangt dus af van zijn ‘geschiedenis’, maar ook van de soort neuron. Waar
bij de ene neuron namelijk sprake kan zijn van facilitatie na 5 opeenvolgende actiepotentialen, zou
het mogelijk zijn dat dit bij een andere neuron in depressie resulteert.
Short term plasticity, faciliatie en depressie zijn voorbeelden van ‘short term plasticity’. De sterkte
hangt dus van de geschiedenis.
Eric Kandel, een groot van onze kennis over plasticiteit hebben we te danken aan Eric Kandel. Hij
heeft heel veel onderzoek gedaan om de moleculaire processen van synaptische plasticiteit te
, ontrafelen. Hiervoor heeft die als diermodel ‘Aplysia’ gebruikt. Dit is een zeeslak waarbij de kieuwen
verbonden zijn de siphon. Elke keer dat er iets tegen deze siphon aankomt, worden de kieuwen
ingetrokken. Deze zeeslak leeft echter in de branding, waardoor de kans groot is dat een plant die
mee beweegt met de golfslag elke keer zijn siphon aanraakt. Dan is het niet handig om elke keer de
kieuwen in te trekken.
Habituatie, de zeeslak trekt niet elke keer zijn kieuwen in als
een plantje constant tegen zijn siphon tikt en dat verschijnsel
noemen we habituatie. Eric Kandel heeft uitgevonden hoe dit
werkt. De siphon is middels een sensorische, inter- en
motorneuron verbonden met de kieuw. Elke keer dat de
siphon aangetikt wordt, wordt er dus een actiepotentiaal
doorgegeven aan de motorneuron van de kieuwen. Als de
sensorische neuron niet één keer actief is, maar continue aan
het afvoeren is, krijg je short term depression op de
knooppunten met de inter- en motorneuron. Er liggen dan dus
geen blaasjes meer klaar om te secreteren, waardoor geen
NM meer vrijkomen en geen actiepotentiaal opgewekt wordt in de postsynaptische cel. De zeeslak
moet echter wel weer in staat zijn iets te doen als er weldegelijk iets aan de hand is. Het blijkt dat de
kieuwen ingetrokken worden als de staart een shock krijgt (sensitisatie). De staart is namelijk ook
verbonden met de motorneuron van de kieuwen, maar dat zit wel een modulatory neuron tussen.
Dit is een serotonerge cel die ervoor zorgt dat de synaps van de siphon neuron opeens weer kan
vuren op de motorneuron. Serotonine heeft namelijk invloed op synaptische transmissie.
Definitie habituatie, synaptische depressie van de sensorische synapsen.
Sensitisatie, is synaptische augmentatie door extra
serotonine van interneuron. Rechts is te zien hoe dit werkt.
Serotonine bindt aan een G-gekoppelde receptor, waardoor
een G-eiwit geactiveerd wordt. Dit G-eiwit zorgt voor
activatie van adenylyl cyclase, waardoor de second
messenger cAMP aangemaakt wordt. cAMP zorgt
vervolgens voor activatie van PKA. PKA zorgt er dan weer
voor dat een K+ en Ca2+ kanaal gefosforileerd wordt. Het
Ca2+ kanaal wordt hierdoor meer doorlatend en bij een
volgend actiepotentiaal zal er dan dus meer calcium
binnenstromen, waardoor weer blaasjes afgegeven kunnen
worden.
Long term sensitisatie, wat hierboven besproken staat en in
A staat afgebeeld is een korte termijn sensitisatie en hierbij
wordt bv maar 1 tail shock gegeven. Het is ook mogelijk dat
er meerdere tail shocks gegeven worden en dan kan je met
lange termijn sensitisatie te maken krijgen. In dat geval zal
de neuron altijd meer reageren op de siphon aanraking. Dat
komt doordat een aanhoudend hoge concentratie van
cAMP ervoor zorgt PKA lang geactiveerd blijft, waardoor
CREB gefosforileerd kan worden. CREB zal vervolgens de
transcriptie aanpassen, waardoor de synaps blijvend
verandert.
Je hebt dus eerst short term habituatie, daarna short term
sensitisatie en uiteindelijk long term sensitisatie.
Synaptische plasticiteit, ligt ten grondslag aan
veranderingen in neuronale netwerken en uiteindelijk ook
in gedrag. Er is een grote verscheidenheid aan soorten synaptische plasticiteit en aan moleculaire
