Кіріспе

Метапластикалық - бұл W. C. Abraham және M. F. Bear тұңғыш рет синапты пластикалық пластикалыққа сілтеме жасау үшін жасаған термин. Осы уақытқа дейін синапты пластикалық жеке синапстардың пластикалық табиғатына қатысты. Алайда бұл жаңа форма пластикалық пластикалықтың өзіне қатысты, сондықтан метапластикалық термин. Бұл идеяның негізі - синапстың бұрынғы белсенділігі оның қазіргі пластиктігін анықтайды. Бұл есте сақтау мен үйренуде маңызды деп саналатын кейбір негізгі механизмдерде, мысалы ұзақ мерзімді потенциация (LTP), ұзақ мерзімді депрессия (LTD) және т.б. Бұл механизмдер қазіргі синапстық "күйге" байланысты, ол синапстық ингибицияның деңгейі, катехоламиндер сияқты модуляциялық афференттердің белсенділігі және зерттеліп жатқан синапстарға әсер ететін гормондардың жиынтығы сияқты тұрақты экстринзикалық әсерлер арқылы белгіленеді. Жақында синапстық белсенділіктің бұрынғы тарихы синапстық күйге және осылайша белгілі бір тәжірибелік протокол арқылы шығарылатын LTP немесе LTD дәрежесіне әсер ететін қосымша айнымалы екені анық болды. Бір жағынан, синапты пластикалық синапты күйдің белсенділігіне тәуелді пластикалықпен реттеледі; осындай синапты пластикалық пластикалық метапластикалық деп аталады. Метапластикалық қасиет туралы біраз нәрсе белгілі, және зерттеудің қиындығына қарамастан, ми мен танымдық ғылымда теориялық маңызы бар болғандықтан, бұл тақырып бойынша көптеген зерттеулер жүргізілуде. Мұндай зерттеулердің көбісі гиппокамп клеткалары немесе гиппокамп кесінділері арқылы жүргізіледі.

Хаббидің пластикалық қасиеттері

Ми "пластикалық" болып табылады, яғни оны пішіндеп, қалыптастыра алады. Бұл пластикалық қасиет өмір бойы білім алуға мүмкіндік береді. Синапс тәжірибеге байланысты өзгеріп отырады. Жаңа синапстар пайда болуы мүмкін, ескілері жойылуы мүмкін, немесе барлары нығаюы немесе әлсіреуі мүмкін. Пластикалық ағымның бастапқы теориясы 1949 жылы Дональд Хеббтің есімімен аталған "Хебб пластикалық ағым" деп аталады. Хевбиандық теорияның қысқаша, бірақ тиімді түйіні "бірге от алатын жасушалар бірігіп байланысады" деген сөз. Бұл жерде "бірге" деген сөздің маңызы бар, ол қысқаша түсіндіріледі. Хёбб теорияның бастапқы тұжырымдамасын сипаттады, бірақ механиканың өзін емес. Хевбидің пластикалық қасиеттері екі механизмді қамтиды: LTP және LTD, 1973 жылы Блис және Ломо ашып көрсеткен. LTP немесе ұзақ мерзімді потенциациялау - бұл пресинаптикалық және постсинаптикалық нейрондардағы ұзақ уақыт белсенділіктің арқасында синапстық сезімталдықтың артуы. Бұл ұзақ уақытқа созылған белсенділік, әдетте, 100 Гц шамасында электр импульстерінің шоғырлануы болып табылады. Бұл "қосылыс" деп аталады, өйткені ол тек синопсті нығайтады, егер синопстік және постсинаптикалық жасушаларда жеткілікті белсенділік болса. Егер постсинаптикалық жасуша жеткілікті деполяризациядан өтпесе, онда кездейсоқ анықталу болмайды және LTP/LTD пайда болмайды. LTD немесе ұзақ мерзімді депрессия да дәл осылай жұмыс істейді, бірақ ол деполяризация кездейсоқтығының жоқтығына назар аударады. LTD шамамен 5 Гц электр импульстерімен индуцирленуі мүмкін. Бұл өзгерістер синапсқа тән. Нейронның әртүрлі синапстары болуы мүмкін, олардың барлығы осы жерде сипатталған бірдей механизмдер арқылы басқарылады. Пластикалық белсенділіктің ең алғашқы ұсынылған механизмі глютамат рецепторларына және олардың саны мен күшін синапстық белсенділікке байланысты өзгертуге негізделген. Глютамат екі негізгі рецептор түріне: AMPA рецепторларына (AMPAR) және NMDA рецепторларына (NMDAR) байланады. Бұл рецепторларға байланатын дәрі-дәрмектердің есімімен аталған: альфа-амино-3 гидрокси-5 метил-4 изоксазолпропион қышқылы (AMPA) және N метил D аспартат (NMDA), бірақ екеуі де глютаматпен байланады. Глютаматергиялық синапстар глютаматты шығарғанда ол постсинаптикалық мембранадағы кез келген АМФА және НМДА рецепторларына байланады. АМФА рецепторлары - тез синапстық берілу үшін жауапты ионотроптық рецепторлар. Қысқаша айтқанда, NMDA рецепторлары жасушада тек қана жеткілікті глютамат беріліп, жасушаның деполяризациялануына және NMDA рецепторларының блоктауын жоюға жеткілікті болған кезде ғана жауап береді. Мембранадағы жеткілікті деполяризацияның әсерінен NMDA рецепторларындағы магний катион блокадасы босатылады, осылайша кальцийдің жасушаға кіруіне мүмкіндік беріледі. NMDA рецепторлары - "қосылысты анықтаушы". Олар пресинаптикалық және постсинаптикалық нейрондардың белсенділігі арқылы уақытында байланысқандығын анықтайды. Бұл кезде NMDA рецепторлары AMPA және NMDA рецепторларының қалай қайта орналасуын анықтайтын бақылау механизміне айналады. АМФА және НМДА рецепторларының қайта орналасуы қазіргі кездегі метапластикалық зерттеулердің басты назарына айналды, өйткені ол тікелей LTP және LTD шегін анықтайды. Алайда кейбір деректер G белокпен жұпталған рецепторлардың (GPCR) NMDA рецепторларының белсенділігін бақылауға жауапты екенін көрсетеді, бұл NMDAR арқылы синаптикалық күшінің өзгеруін GPCR белсенділігі реттейді дегенді білдіреді. Мембраналық АМФА рецепторларының NMDAR арқылы модуляциялануына қатысы бар нақты ферменттер мен жасушааралық жолдарды табуға бағытталған көптеген зерттеулер бар. Жақында жүргізілген биохимиялық зерттеулер тенасцин R (TNR) ақуызының жетіспеушілігі LTP индукциясының метапластикалық шегінің артуына әкеледі. ТНР - миелиндеу кезінде олигодендроциттер экспрессиялайтын клеткадан тыс матрицалық белок.

Синаптикалық күйлер

2004 жылғы зерттеулер синапстардың жылжитын масштабта нығаятын немесе әлсіремейтінін көрсетті. Синапс қозғалысының аралығында дискретті күйлер бар. Бұл күйлер белсенді, үндемейтін, жақында үндемеген, күшейтілген және күйзелген. Олар қандай күйге көшуі мүмкін, сол кездегі күйіне байланысты. Осылайша, болашақ жағдай алдыңғы іс-әрекетпен алынған жағдаймен анықталады. Мысалы, үнсіз (бірақ соңғы уақытта үнсіз емес) синапстар постсинаптикалық мембранаға AMPAR- ларды енгізу арқылы белсенділікке айналуы мүмкін. Белсенді синапстар LTP немесе LTD арқылы потенцияланған немесе депрессияға ұшырауы мүмкін. Ұзақ мерзімді төменгі жиіліктегі стимуляция (5 Гц, LTD-ді индукциялау үшін қолданылатын әдіс) белсенді синапсты басаңдап, содан кейін үндемеуге түртуі мүмкін. Алайда жаңадан белсенді басталған синапстарды тоқтатуға болмайды. Осылайша, синпседе өтпелер кезінде машинаға ұқсас күй-күй болады. Алайда, әр штаттың өзінде әртүрлі интенсивтілік болуы мүмкін. Бір белсенді синапс басқа белсенді синапстан күштірек болуы мүмкін. Теориялық тұрғыдан алғанда, мысалға мысал келтірейік. Қатты естеліктер - белсенді синапстар өте көп жиналған, ал әлсіз естеліктер әлі де белсенді, бірақ АМФАР-мен аз жиналған болуы мүмкін. Осы зерттеулер бір кездері AMPA рецепторларын басқару механизмі деп саналатын NMDA рецепторларының өздері синапстық белсенділікпен реттеле алатынын көрсетті. Осы реттейтін механизмнің өзі мидың биологиясына күрделіліктің тағы бір қабатын қосады.

Синаптикалық таңбалау

Соңғы зерттеулер синапстық таңбалау деп аталатын механизмді анықтады. Жаңа рецепторлы ақуыздар экспрессияланып, синтезделгенде, олар синапстық мембранаға жеткізілуі керек, ал бұл үшін химиялық хабарлаудың қандай да бір түрі қажет. Олардың зерттеулері LTP индукциясы үшін cAMP/PKA сигналды жолдарын белсендіру оның "белгілеу" сипатына байланысты қажет екенін көрсетті. Тіпті cAMP/PKA жолдарын фармакологиялық белсендірудің кез келген белсенділікке мүлдем тәуелсіз синапсты таңбалау үшін жеткілікті екені көрсетілді.

NMDA рецепторлары

NMDA рецепторы үш кіші бірліктен тұрады: GluN1 (бұрын NR1), өзгермелі GluN2 (бұрын NR2) кіші бірлігі және өзгермелі GluN3 (бұрын NR3) кіші бірлігі. Әсіресе GluN2 екі кіші бірлігі: GluN2A және GluN2B қатты зерттелді. GluN2B суббұтағының глютаматқа сезімталдығы жоғары және оның сезімталдықты жоғалтуы ұзаққа созылады, сонымен қатар ол ашылған кезде жасушаға көбірек кальций кіруге мүмкіндік береді. GluN2A/GluN2B-нің төмен қатынасы әдетте жарықсыз ортада жануарларды өсіруден туындаған белсенділеудің төмендеу шегімен байланысты. Бұл GluN2A/B қатынасының төмендеуі дәлелденген жарықсыздану зерттеулері арқылы эксперименттік түрде көрсетілді. Кейбір жағдайларда шекті шаманы жарыққа түсу арқылы көтеруге болады. Бұл зерттеулер мысықтарда көру жүйесінің қалыптасуының маңызды кезеңін анықтау үшін пайдаланылды. Бұл ауысу қатынасы LTD/LTP шегін өлшеу болып табылады, сондықтан метапластикалық механизм ретінде қарастырылған.

Глиотрансмиттерлер

Глиалдық жасушалар тек жүйке жасушаларына құрылымдық және тамақтану жағынан ғана емес, сонымен қатар глиотрансмиттер деп аталатын химиялық заттар арқылы өңдеуге де қолдау көрсетеді. Глиотрансмиттерге глутамат, АТФ және соңғы уақытта D серин амин қышқылы жатады. Бір кезде глицин деп саналған D серин NMDAR-дың глициндік орнында лиганд ретінде қызмет етеді. D серинді астроциттер синтездейді және ол NMDAR- мен бірге локализделеді. D серинсіз NMDA-ның әсерінен болатын нейротоксикалық әсері болмайды немесе кез келген NMDA-ның әсері болады. Осы дәлелдерге сүйенсек, D сериннің NMDA рецепторлары үшін маңызды лиганд екені анық. Бұл зерттеудің маңызды факторы - астроциттердің дененің физиологиялық процестеріне байланысты нейрондардың қаптамасын өзгертетіндігі. Окситоцин және вазопрессин нейрондарында лактация кезінде астроциттердің белсенділігіне қарағанда NMDA рецепторлары көбірек болады. Бұл зерттеу негізінен гипоталамус үсті оптикалық ядросының (ГНО) жасушаларында жүргізілді. Синаптикалық пластикалық қасиеті NMDAR өңдеуіне толықтай тәуелді болғандықтан, динамикалық астроциттік NMDAR қамтуы метапластикалық параметр болып табылады.

Синаптикалық гомеостаз

Гомеостатикалық пластикалық жүйе бүкіл жасушадағы синапты байланыстарды басқаруға болатын байланыстар деңгейінде ұстап тұру үшін басқарады. Хаббиандық әдістер желілерді максималдық күйге немесе минималды күйге жеткізуге бейім, осылайша желілердің әлеуетті белсенділігі мен өсуін шектейді. Гомеостатикалық механизмдермен бірге қазір "пайдалануды бақылау" түрі бар, ол осы Хевбиандық әдістерді олардың ақпарат өңдеу қабілеттерін сақтау үшін тексеруге мүмкіндік береді. Соңғы зерттеулер альфа және бета изоформада бар кальцийге тәуелді CaMKII ферменті белсенділікке тәуелді модуляцияда маңызды рөл атқарады деп анықтады. Алфа/бета арақатынасының төмен болуы кальций ағыны арқылы жасушалық қозудың жоғарылауына әкеледі, сондықтан LTP-ге оң әсер етеді. Жақында ұйқы мен синапстық гомеостаз деп аталатын нәрсені біріктіретін гипотеза пайда болды. Негізінде, күндіз алған энергияның мөлшері түнде ұйқыға әсер етеді. Егер күні бойы ауырып, төсекте жатсақ, күш-қуатқа ие бола алмаймыз. Әрине, қабырғалардың, перделердің, төсек жаймаларының түстері, т.б. Бірақ бұл таңқаларлық емес. Түнде болатын баяу толқын тербелісі белсенділігінің мөлшері мүлдем кең емес. Ақырын толқын белсенділігі синапстық депрессиямен байланысты: синапстық депрессия - синапстық потенциацияның екінші жағы. Егер LTP күшті деполяризациялық тітіркендіргіштерден немесе жоғары жиілікті тітіркендіргіштерден қалыптаса, онда ұзақ мерзімді депрессия, LTD, өте әлсіз тітіркендіргіштердің немесе өте төмен жиілікті тітіркендіргіштердің ұзақ мерзімдерінен қалыптасады. Гипотеза бойынша, ұзағырақ толқын белсенділігі ұяшықтардағы LTD немесе төмендеуді тудырады. Синаптикалық төмендеу ұйқының пайдалы әсерімен байланысты: бұл барлық нәрсені біріктіреді. LTD синапстық төмендеуден басталады баяу толқын белсенділігі біздің нейрондық өртеу үлгілеріне дәл қажетті мөлшерде азайтуды тудырады. Ұйқыдан ұзақ уақыт бойы ұзатылған ұйқы уақыты күні бойы өткен барлық маңызды емес ұйқы уақытын жоғалтуға мүмкіндік береді. Бұл күндіз күшейген кезде пайда болатын синапстық шудың мөлшерін азайтуға көмектеседі. Мұның бәрі нені білдіреді? Бұл идеяның мәнісі: LTP ұйқыда үнемі пайда болады. Ақпараттың ағыны мен сақталуы ақырында тым көп болады, сондықтан біз ұйықтаймыз. Ұйқының мақсаты - күн бойы қажет емес синапстық потенциалды азайтып, жою. Өткен ақпанның үшінші сейсенбісінде қандай киім кигенің маңызды емес, бірақ екінші есімді білу маңызды емес. Адамның орта есімін есте сақтау үшін үлкен LTP орнатылған, сондықтан бұл синапстық жол оңай ұмытылмайды, ал сол күні киген киімнің күші өте аз, оны бір-екі күнде ұмытып кетуге болады. Белгілі бір тақырыпқа қатысты көптеген потенциация бұл есте сақтауды жеңілдетуге көмектеседі, оны "кортекс көздерінде" "ең маңызды" етеді, сондықтан ол ұмытылмайды.

Тағы не болуы мүмкін ?

Серкодиандық ритмнің қалыптасуы шаршау сезімін тудырады. Біздің денеміз табиғи түрде күннің көкжиекке түсуіне байланысты тоқтап қалады. Бұл процесстің негізгі химиялық заты мелатонин, сондықтан мелатониннің оқу мен есте сақтау қабілетіне әсері бар ма деп ойлау дұрыс. Ұйқыға кеткен жануарлардың организмінде мелатониннің белгілі бір концентрациясы болады. Балықтарға ұйқысыраудың әсерін зерттеу барысында мелатониннің едәуір мөлшерде болуы оның оқу мен есте сақтау қабілетін "шамамен" төмендетеді. Бұл зерттеу мелатониннің табиғи мөлшерде бөлінуін тежеу үшін түнде жарық жарық астында жүргізілді және оқу мінез-құлықтары жүргізілді. Авторлар балықтарға мелатониннің әсерін тоқтатуға көмектесетін дәрі-дәрмекті берді, содан кейін олардың есте сақтау мен есте сақтау үрдісін зерттеді. Бұл зерттеулер нәтижесінде, күндіз мелатонинді қолдан қолдан қолдан қолдан қолданған кезде, балықтардың жаңа материалды үйренуге қабілеті төмендейді. Түптеп келгенде сүйек морфогенетикалық ақуыздары, BMP-тер сүйек түзілу процесінде дифференциацияны тудырады деп анықталды; алайда, олар жақында синапты реттеу үшін қажет екендігі анықталды. BMP II типті рецепторда, көбінесе тілекпен ойлау немесе қысқаша ақыл-ойы деп аталатын мутациялар болған кезде, синаптылық жарықтардың көлемі айтарлықтай азайған, сондай-ақ зерттелген түрлерде синаптылық шығыс байқалды. Итон мен Дэвис клеткалардың синаптикалық іздерін де зерттеді. Синаптикалық іздер - бұл синапстың бір кездері болғандығын, бірақ аксонның аяқталуын енді қамтымайтынын көрсетеді, сондықтан синапстық іздер дендриттердегі постсинаптық жасушада орналасқан. Мутацияланған ақыл рецепторларында синаптық іздер саны 50% - ға дейін өсті, бұл BMP рецепторы мен оның жасушалық аналогы LIMK1 ақуызының жасушаның өсуіне айтарлықтай жауапты екенін көрсетеді.

Нейрондық бейімделу механизмі

Нейронның қозу қабілетіне байланысты жаңа механизм ұсынылды. Ол K + арналарының белсенділік потенциалы кезінде қайта ашылуынан болатын гиперполяризацияның көлемімен өлшенеді. Кез келген оқу тапсырмасынан кейін, әсіресе классикалық немесе оперативті кондиционирлеу тапсырмасынан кейін, K+ гиперполяризациясының амплитудасы немесе "гиперполяризациядан кейін (AHP) " өте төмендейді. Уақыт өте келе бұл АХП қалыпты деңгейге қайта келеді. Бұл қалыпқа келтіру есте сақтау қабілетін жоғалтумен байланысты емес, оның орнына оқу қабілетін жоғалтумен байланысты.