Plasticità eterosinaptica: cos’è, sinaptica

La plasticità sinaptica si riferisce alla capacità di una sinapsi chimica di subire cambiamenti di forza. La plasticità sinaptica è codificata input-specifica (cioè la plasticità omosinaptica ), il che significa che l’attività in un particolare neurone altera l’efficacia di una connessione sinaptica tra quel neurone e il suo bersaglio. Tuttavia, nel caso della plasticità eterosinaptica , l’attività di un particolare neurone porta a cambiamenti non specifici nella forza delle connessioni sinaptiche da parte di altri neuroni non attivati. Un certo numero di forme distinte di plasticità eterosinaptica sono state trovate in una varietà di regioni e organismi cerebrali.Queste diverse forme di plasticità eterosinaptica contribuiscono a una varietà di processi neurali tra cui l’apprendimento associativo, lo sviluppo di circuiti neurali e l’omeostasi dell’input sinaptico.

Nella plasticità eterosinaptica, le vie sinaptiche che non sono specificamente stimolate subiscono cambiamenti (plasticità sinaptica) in aggiunta a quelle che sono specificamente stimolate.

Ruolo omeostatico

La plasticità eterosinaptica può svolgere un importante ruolo omeostatico nella plasticità neurale normalizzando o limitando il cambiamento totale dell’input sinaptico durante la plasticità hebbiana in corso. Si ritiene che la plasticità hebbiana, una forma onnipresente di plasticità omosinaptica e associativa, sia alla base dell’apprendimento e della memoria. Inoltre, la plasticità hebbiana è indotta e amplifica le correlazioni nei circuiti neurali che creano un ciclo di feedback positivo e rendono instabili i circuiti neurali. Per evitare questa instabilità la plasticità hebbiana deve essere vincolata, ad esempio dalla conservazione della quantità totale di input sinaptico.Si ritiene che questo ruolo sia svolto da una varietà di meccanismi omeostatici.

Tuttavia, per stabilizzare efficacemente la plasticità hebbiana, che può essere indotta in pochi secondi o minuti, la plasticità omeostatica deve reagire rapidamente. Questo requisito, tuttavia, non è soddisfatto dalla maggior parte delle forme di plasticità omeostatica, che schermature su scale temporali di ore, giorni o più. Questa limitazione non sembra applicarsi alla plasticità eterosinaptica.

Per ottenere un effetto omeostatico, la plasticità eterosinaptica che svolge un ruolo omeostatico deve causare cambiamenti sinaptici aspecifici nella direzione opposta rispetto alla plasticità hebbiana. In altre parole, ogni volta che viene indotto un potenziamento omosinaptico a lungo termine in una data sinapsi, le altre sinapsi non stimolate dovrebbero essere depresse. Al contrario, la depressione omosinaptica a lungo termine causerebbe il potenziamento di altre sinapsi in un modo che mantiene il peso sinaptico medio approssimativamente conservato. La portata di questi cambiamenti potrebbe essere globale o compartimentata nei dendriti.

Plasticità

Nella plasticità modulatoria dipendente dall’input, il neurone C agisce come un interneurone, rilasciando neuromodulatori, che modificano la forza sinaptica tra il neurone A e il neurone B.

Un esempio ben studiato di plasticità eterosinaptica è la plasticità modulatoria dipendente dall’input. I neuroni modulatori eseguono la neuromodulazione , che è il rilascio di neuromodulatori. I neuromodulatori differiscono dai neurotrasmettitori classici. Tipicamente, i neuromodulatori non generano direttamente risposte elettriche nei neuroni bersaglio. Piuttosto, il rilascio di neuromodulatori spesso altera l’efficacia della neurotrasmissione nelle sinapsi chimiche vicine. Inoltre, l’impatto dei neuromodulatori è spesso piuttosto duraturo rispetto ai neurotrasmettitori classici.

Numerosi neurotrasmettitori possono agire come neuromodulatori, in particolare le ammine biogeniche come la dopamina e la serotonina . Questi neuromodulatori utilizzano recettori accoppiati a proteine ​​G che mediano effetti modulatori più lenti e non iperpolarizzano né depolarizzano le cellule. A causa di queste qualità, GPCR può avviare cambiamenti duraturi nella forza eterosinaptica.

L’uso di questi neuromodulatori è un esempio di plasticità eterosinaptica. Rilasciati da un neurone chiamato interneurone , i neuromodulatori possono influenzare l’efficienza di comunicazione di un altro neurone con una cellula postsinaptica. Pertanto, poiché l’interneurone non attiva specificamente il neurone postsinaptico (la forza nella sua plasticità sinaptica è influenzata indirettamente), questo meccanismo di plasticità modulante dipendente dall’input è eterosinaptico. Per comprendere meglio questo processo e la sua vasta diversità, vengono ulteriormente illustrate le funzioni chiave del neuromodulatore serotonina nell’Aplysia californica e nella dopamina.

Aplysia californica

In Aplysia californica, gli interneuroni modulatori rilasciano serotonina, innescando la plasticità sinaptica nei motoneuroni.

L’esempio classico che dimostra la plasticità modulatoria dipendente dall’input coinvolge il mollusco marino, Aplysia californica . Gli studi alla fine degli anni ’60 hanno fornito la prima prova della plasticità nelle sinapsi chimiche di Aplysia . Questi studi hanno dimostrato che diversi tipi di interneuroni modulatori erano eccitati nel circuito dei neuroni sensoriali e motori di Aplysia . In Aplysia , la stimolazione dei terminali dei neuroni sensoriali a sifone ha portato a un EPSP potenziatonell’interneurone modulatorio. Gli interneuroni modulatori rilasciano serotonina, che innesca la plasticità sinaptica nei motoneuroni. Inoltre, quando uno stimolo nocivo veniva applicato alla testa o alla coda e abbinato a un leggero tocco al sifone, produceva una forte risposta motoria, chiamata riflesso di ritiro branchiale . La prova di cambiamenti di plasticità a lungo termine è stata osservata diversi giorni dopo, quando solo un leggero tocco al sifone ha suscitato la stessa forte risposta a causa di un fenomeno chiamato sensibilizzazione . Questi studi mostrano prove del rafforzamento eterosinaptico tra i neuroni sensoriali e motori nei circuiti motori dell’Aplysia.

Sinapsi dopaminergiche

La plasticità eterosinaptica non è limitata esclusivamente alla serotonina. È stato anche dimostrato che la dopamina agisce in modo neuro modulatorio. Proprio come i recettori della serotonina in Aplysia, i recettori della dopamina sono recettori accoppiati a proteine ​​G che attivano la produzione di cAMP. Questo processo, tuttavia, è importante per l’immagazzinamento dei ricordi nei mammiferi, mentre quello della serotonina si verifica negli invertebrati. All’interno dei terminali dopaminergici e GABAergici, il neuromodulatore dopamina viene rilasciato tramite plasticità eterosinaptica. Comunemente, questa plasticità porta a depressione a lungo termine, LTD, mediata dai recettori dopaminergici di classe D1. L’attivazione di questi recettori è necessaria per creare LTD e modulare la sua grandezza. Sono inoltre in corso ulteriori ricerche sul ruolo della dopamina nella neuromodulazione. Gli esperimenti condotti presso l’Università di Pittsburgh hanno esaminato i progetti paralleli dei terminali dopaminergici e GABAergici dall’area tegmentale ventrale al nucleo accumbenscore (NAcCo) nei ratti. All’interno di queste proiezioni parallele, gli scienziati hanno scoperto che il rilascio di dopamina innesca eterosinapticamente LTD in queste sinapsi. In conclusione, la dopamina non è solo un neuromodulatore, ma può anche innescare la plasticità sinaptica in modo indipendente nei neuroni. Pertanto, la segnalazione eterosinaptica della dopamina nei mammiferi può essere rappresentata al meglio dalle funzioni biologiche della dopamina di mediazione, nonché di attivazione indipendente, dei cambiamenti nella plasticità sinaptica.

Cambiamenti di plasticità durante lo sviluppo

All’inizio dello sviluppo, le connessioni sinaptiche non sono input-specifiche, molto probabilmente a causa dello spillover di Ca 2+ (cioè Ca 2+ non è limitato ai dendriti specificatamente attivati). Questo spillover rappresenta un altro meccanismo di cambiamento eterosinaptico nella plasticità. Le reti vengono successivamente raffinate dalla plasticità specifica dell’input, che consente l’eliminazione delle connessioni che non sono specificamente stimolate. Man mano che i circuiti neuronali maturano, è probabile che la concentrazione delle proteine ​​leganti il ​​Ca 2+ aumenti, il che impedisce al Ca 2+ di diffondersi in altri siti. Aumento del Ca 2+ localizzatoportano ad AMPAR inseriti nella membrana. Questo aumento della densità di AMPA negli aumenti della membrana postsinaptica consente agli NMDAR di essere funzionali, consentendo a più Ca 2+ di entrare nella cellula. Anche le subunità NMDAR cambiano man mano che i neuroni maturano, aumentando la proprietà di conduttanza del recettore. Questi meccanismi facilitano la restrizione della localizzazione del Ca 2+ , e quindi la specificità, man mano che un organismo progredisce attraverso lo sviluppo.

Scala sinaptica

Una rete neurale che subisce cambiamenti plastici tra le sinapsi deve avviare meccanismi di normalizzazione per combattere il potenziamento sfrenato o la depressione. Un meccanismo assicura che la velocità media di attivazione di questi neuroni sia mantenuta a una velocità ragionevole attraverso il ridimensionamento sinaptico. In questo processo, i livelli di input vengono modificati nelle celle per mantenere la frequenza di attivazione media. Ad esempio, le sinapsi inibitorie vengono rafforzate o le sinapsi eccitatorie vengono indebolite per normalizzare la rete neurale e consentire ai singoli neuroni di regolare la loro frequenza di attivazione. Un altro meccanismo è la ridistribuzione cellulare del peso sinaptico. Questo meccanismo conserva il peso sinaptico totale attraverso la cellula introducendo competizione tra le sinapsi. Quindi, normalizzando un singolo neurone dopo la plasticità. Durante lo sviluppo, le cellule possono essere raffinate quando alcune sinapsi vengono conservate e altre vengono scartate per normalizzare il peso sinaptico totale. In questo modo si conserva l’ omeostasi nelle cellule in fase di plasticità e si conserva anche il normale funzionamento delle reti di apprendimento, consentendo l’apprendimento di nuove informazioni.


https://en.wikipedia.org/wiki/Heterosynaptic_plasticity

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