Synaptisk plasticitet

Synaptisk plasticitet avser förändringar i synapsers effektivitet som ett svar på deras aktiviteringsmönster — en fundamental egenskap hos neurala kretsar som antas ligga till grund för inlärning och minne, sensorisk anpassning och återhämtning från hjärnskada. Donald Hebb föreslog 1949 att "när ett axon i cell A är tillräckligt nära för att excitera cell B och upprepade gånger eller konsekvent tar del i sin avfyrning, sker en tillväxt- eller metabol förändring i en eller båda cellerna som ökar As effektivitet som en av cellerna som eldar B" — en princip nu sammanfattad som "neuroner som eldar tillsammans kopplas samman."

Långtidspotentiering (LTP) — en varaktig förstärkning av synaptisk transmission som följer på hög-frekvenssstimulering — uppstod i hippocampus 1973 av Bliss och Lømo och erbjöd det första direkta in vivo beviset för Hebbsk plasticitet. LTP i den hippocampala perforantbana → dentate gyrus-synapsen visade sig vara glutamatergisk, NMDA-receptor beroende och postsynaptisk depolariserings-beroende. NMDA-receptorn fungerar som en molekulär sammanfall detektor: den kräver simultant glutamatbindning (presynaptisk aktivitet) och postsynaptisk depolarisering (som driver ut magnesiumblockaden från kanalens poren) för att öppna och låta Ca²⁺ inflöda. Ca²⁺-inflöde utlöser aktivering av kinas (CaMKII, PKC) som fosforylerar och trafikerar AMPA-receptorer till postsynaptiska tätheten — vilket ökar synaptisk styrka omedelbart (tidig LTP).

Erfarenhetsbaserad plasticitet sträcker sig bortom hippocampus till sensoriska cortex och resten av hjärnan. Hubel och Wiesels banbrytande arbete (Nobelpriset 1981) visade att monokulärt fråntagande under den känsliga perioden hos kattungar orsakade permanent redistribution av kortikal representationsytan mot det öppna ögat, bevisade att kortikal organisation inte är fast utan formad av sensorisk erfarenhet under känsliga perioder. Vuxen kortikal plasticitet, tidigare ansedd minimal, demonstrerades dramatiskt i studier av amputerade (phantom limb omorganisation) och musiker (utvidgad representation av fingerrepresentation hos fiolister). Neurogenes i hippocampus — produktion av nya neuroner — är en annan form av plasticitet, som sker under hela livet och regleras uppåt av motion och miljöberikning och neråt av stress och ålder.