Plasticità non sinaptica: cos’è, forma di neuroplasticità

La plasticità non sinaptica è una forma di neuroplasticità che coinvolge la modificazione della funzione del canale ioniconell’assone , nei dendriti e nel corpo cellulare che si traduce in cambiamenti specifici nell’integrazione dei potenziali postsinaptici eccitatori e dei potenziali postsinaptici inibitori . La plasticità non sinaptica è una modifica dell’eccitabilità intrinseca del neurone. Interagisce con la plasticità sinaptica , ma è considerata un’entità separata dalla plasticità sinaptica. La modifica intrinseca delle proprietà elettriche dei neuroni svolge un ruolo in molti aspetti della plasticità da plasticità omeostatica all’apprendimento e alla memoriastessa. La plasticità non sinaptica influenza l’integrazione sinaptica, lapropagazione sottosoglia , la generazione di picchi e altri meccanismi fondamentali dei neuroni a livello cellulare. Queste alterazioni neuronali individuali possono provocare cambiamenti nelle funzioni cerebrali superiori , in particolare l’apprendimento e la memoria. Tuttavia, come campo emergente nelle neuroscienze , gran parte della conoscenza sulla plasticità non sinaptica è incerta e richiede ancora ulteriori indagini per definire meglio il suo ruolo nella funzione e nel comportamento del cervello.

La plasticità nel cervello influisce sulla forza delle connessioni e dei percorsi neurali.

vs. plasticità sinaptica

La neuroplasticità è la capacità di una particolare parte o regione di un neurone di cambiare forza nel tempo. Esistono due categorie di plasticità ampiamente riconosciute: sinaptica e non sinaptica. La plasticità sinaptica si occupa direttamente della forza della connessione tra due neuroni, compresa la quantità di neurotrasmettitore rilasciato dal neurone presinaptico e la risposta generata nel neurone postsinaptico . La plasticità non sinaptica implica la modifica dell’eccitabilità neuronale nell’assone , nei dendriti e nel soma di un singolo neurone, lontano dalla sinapsi.

Plasticità sinaptica

La plasticità sinaptica è la capacità di una sinapsi tra due neuroni di cambiare forza nel tempo. La plasticità sinaptica è causata dai cambiamenti nell’uso della via sinaptica, vale a dire la frequenza dei potenziali sinaptici e i recettori utilizzati per trasmettere segnali chimici. La plasticità sinaptica gioca un ruolo importante nell’apprendimento e nella memoria nel cervello. La plasticità sinaptica può avvenire attraverso meccanismi intrinseci, in cui i cambiamenti nella forza della sinapsi si verificano a causa della sua stessa attività, o attraverso meccanismi estrinseci, in cui i cambiamenti nella forza della sinapsi avvengono attraverso altri percorsi neurali. La plasticità sinaptica inibitoria a breve termine si verifica spesso a causa della limitata fornitura di neurotrasmettitori alla sinapsi e l’inibizione a lungo termine può verificarsi attraverso una ridotta espressione del recettore nella cellula postsinaptica. La plasticità sinaptica complementare a breve termine si verifica spesso a causa del flusso ionico residuo o aumentato nel terminale presinaptico o postsinaptico, mentre la plasticità sinaptica a lungo termine può verificarsi attraverso l’aumentata produzione di recettori del glutammato AMPA e NMDA , tra gli altri, nella cellula postsinaptica.

Plasticità non sinaptica

In confronto, la plasticità non sinaptica è un campo di ricerca meno noto e in qualche modo nuovo e in corso nelle neuroscienze. Si manifesta attraverso cambiamenti nelle caratteristiche delle strutture non sinaptiche come il soma (biologia) , l’assone oi dendriti. La plasticità non sinaptica può avere effetti a breve oa lungo termine. Un modo in cui si verificano questi cambiamenti è attraverso la modifica dei canali voltaggio-dipendenti nei dendriti e nell’assone, che cambia l’interpretazione dei potenziali eccitatori o inibitori propagati alla cellula. Ad esempio, la plasticità assonale non sinaptica può essere osservata quando un potenziale d’azione non riesce a raggiungere il terminale presinaptico a causa della bassa conduzione o dell’accumulo di ioni.

Il soma neuronale, l’assone e i dendriti sono coinvolti nella plasticità non sinaptica e influenzano la plasticità a livello della sinapsi

Effetti sinergici

Effetti eccitatori generali

È stato dimostrato che la plasticità non sinaptica e sinaptica lavorano contemporaneamente in una varietà di modi per produrre effetti stimolanti nel neurone. Ciò include la generazione di picchi, un prodotto della regolazione non sinaptica del potassio e di altri canali ionici presinaptici, che aumentano la risposta del potenziale postsinaptico eccitatorio attraverso il rilascio di neurotrasmettitori e l’aumento del potenziale d’azione. La plasticità dendritica non sinaptica si aggiunge anche agli effetti della plasticità sinaptica attraverso l’ampliamento del potenziale d’azione. Come verrà discusso ulteriormente, il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BNDF) è prodotto dai neuroni per coordinare la plasticità non sinaptica e sinaptica. I cambiamenti non sinaptici nel corpo somale, nell’assone o nei dendriti del neurone sono indissolubilmente legati alla forza sinaptica.

Integrazione nella memoria e nell’apprendimento

Sebbene si sappia molto di più sul ruolo della plasticità sinaptica nella memoria e nell’apprendimento, sia la plasticità sinaptica che quella non sinaptica sono essenziali per la memoria e l’apprendimento nel cervello. Ci sono molte prove che i due meccanismi lavorano entrambi per ottenere gli effetti osservati in sinergia. Un esempio chiave di ciò è la formazione della memoria nella sinapsi, in cui la modifica dei meccanismi di rilascio presinaptico e dei recettori postsinaptici influisce sul potenziamento o sulla depressione a lungo termine. La depolarizzazione somale continua , d’altra parte, è stata proposta come metodo per il comportamento e la memoria appresi dalla plasticità non sinaptica. La plasticità non sinaptica aumenta anche l’efficacia della formazione della memoria sinaptica mediante la regolazione dei canali ionici voltaggio-dipendenti. La plasticità non sinaptica è il meccanismo responsabile delle modifiche di questi canali nell’assone, portando a un cambiamento nella forza del potenziale d’azione neuronale, influenzando invariabilmente la forza dei meccanismi sinaptici e quindi la profondità e la lunghezza della codifica della memoria.

Regolazione della plasticità sinaptica

La plasticità non sinaptica ha anche la capacità di regolare gli effetti della plasticità sinaptica attraverso meccanismi di feedback negativo . Il cambiamento nel numero e nelle proprietà dei canali ionici nell’assone o nei dendriti ha la capacità di diminuire gli effetti di una sinapsi iperstimolata. In caso di estrema sovraeccitazione di questi canali ionici, si verificherà un flusso all’indietro di ioni nella cellula, portando a eccitotossicità e morte cellulare per apoptosi o necrosi .

Meccanismi intrinseci

Anche le aree neuronali non sinaptiche come l’assone hanno qualità intrinseche che influenzano la sinapsi. Questi meccanismi essenziali includono il ritardo nella depolarizzazione che il potenziale d’azione subisce durante il viaggio lungo l’assone. Questa qualità intrinseca rallenta la propagazione dei potenziali d’azione ed è dovuta al movimento della corrente depolarizzante lungo il citoplasma e al posizionamento intermittente dei canali del sodio sui Nodi di Ranvier . Questi meccanismi esistono sempre, ma possono cambiare a seconda delle condizioni del soma cellulare, dell’assone e dei dendriti in quel momento. Pertanto, la latenza o il ritardo nella propagazione dei potenziali d’azione o dei potenziali eccitatori postsinaptici può essere variabile. Ogni potenziale eccitatorio postsinapticoche viene propagato a una cellula postsinaptica viene prima trasmesso attraverso il potenziale d’azione lungo l’assone nella cellula presinaptica, e quindi la plasticità non sinaptica influisce intrinsecamente sulla plasticità sinaptica.

Tipi

I neuroni interagiscono in reti complesse che influenzano la generazione di potenziali d’azione in altri neuroni.

Eccitabilità intrinseca di un neurone

L’eccitabilità di un neurone in qualsiasi punto dipende dalle condizioni interne ed esterne della cellula al momento della stimolazione. Poiché un neurone riceve tipicamente più segnali in ingresso alla volta, la propagazione di un potenziale d’azione dipende dall’integrazione di tutti i potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori in arrivo che arrivano alla collinetta dell’assone . Se la somma di tutti i segnali eccitatori e inibitori depolarizza la membrana cellulare al voltaggio di soglia, viene attivato un potenziale d’azione. Cambiare l’eccitabilità intrinseca di un neurone cambierà la funzione di quel neurone.

Generazione di punte

La plasticità non sinaptica ha un effetto eccitatorio sulla generazione di picchi . L’aumento della generazione di picchi è stato correlato con una diminuzione della soglia dei picchi , una risposta dalla plasticità non sinaptica. Questa risposta può derivare dalla modulazione di alcune correnti presinaptiche K + (ioni di potassio) (I A , I K, Ca e I Ks ), che lavorano per aumentare l’eccitabilità dei neuroni sensoriali, ampliare il potenziale d’azione e migliorare il neurotrasmettitore pubblicazione. Queste modulazioni delle conduttanze K + fungono da meccanismi comuni per regolare l’eccitabilità e la forza sinaptica .

Regolazione della plasticità sinaptica

La plasticità non sinaptica è stata collegata alla plasticità sinaptica, tramite meccanismi sia sinergici che regolatori. Il grado di modificazione sinaptica determina la polarità dei cambiamenti non sinaptici, influenzando il cambiamento nell’eccitabilità cellulare. Livelli moderati di plasticità sinaptica producono cambiamenti non sinaptici che agiranno sinergicamente con i meccanismi sinaptici per rafforzare una risposta. Al contrario, livelli più robusti di plasticità sinaptica produrranno risposte non sinaptiche che fungeranno da meccanismo di feedback negativo . I meccanismi di feedback negativo lavorano per proteggere dalla saturazione o soppressione dell’attività del circuito nel suo complesso.

Modulazione assonale

La modulazione assonale è un tipo di plasticità in cui il numero, l’attività o la posizione dei canali ionici nell’assone cambia. Ciò fa sì che il neurone si comporti diversamente quando viene stimolato. La modulazione dei canali ionici è una risposta a un cambiamento nelle frequenze di stimolazione di un neurone.

Plasticità di propagazione

Animazione di propagazione del potenziale d’azione

Poiché è la somma dei potenziali d’azione che alla fine provoca il superamento della polarizzazione della soglia, la relazione temporale dei diversi segnali di input è molto importante per determinare se e quando un neurone post-sinaptico si attiverà. Nel corso del tempo, il tempo impiegato da un potenziale d’azione per propagarsi lungo la lunghezza di un particolare assone può cambiare. In un esperimento sono stati utilizzati array multielettrodo per misurare il tempo impiegato dai potenziali d’azione per viaggiare da un elettrodo all’altro, chiamato latenza. I neuroni sono stati quindi stimolati e il valore della latenza è stato registrato nel tempo. I valori di latenza sono cambiati nel tempo, suggerendo che la plasticità assonale ha influenzato la propagazione dei potenziali d’azione.

Manovra

Lo shunt è un processo in cui i canali ionici assonali si aprono durante il flusso passivo (che non richiede una pompa ionica ) di una depolarizzazione sottosoglia lungo l’assone. Di solito si verifica nei punti di diramazione assonale, la tempistica dell’apertura di questi canali quando il segnale sottosoglia arriva nell’area provoca l’introduzione di un’iperpolarizzazione alla depolarizzazione che scorre passivamente. Pertanto, la cellula è in grado di controllare quali rami dell’assone attraversano la corrente di depolarizzazione sottosoglia, con il risultato che alcuni rami dell’assone sono più iperpolarizzati di altri. Questi diversi potenziali di membrana fanno sì che alcune aree del neurone siano più eccitabili di altre, in base alla posizione specifica e all’occorrenza dello shunt.

Stimolazione ad alta frequenza

Effetti a breve termine: la stimolazione ad alta frequenza di un neurone per un breve periodo di tempo aumenta l’eccitabilità del neurone abbassando la quantità di tensione necessaria per attivare un potenziale d’azione. La stimolazione ad alta frequenza porta ad un aumento della concentrazione intracellulare di ioni sodio e calcio a causa della ripetuta apertura dei canali del sodio e del calcio voltaggio-dipendenti nell’assone e nel terminale. All’aumentare della frequenza degli stimoli, c’è meno tempo tra ogni stimolo affinché la cellula si ripolarizzi e ritorni al normale potenziale di riposo . Pertanto, il potenziale di riposo diventa più depolarizzato, il che significa che è necessaria una corrente depolarizzante più piccola per attivare un potenziale d’azione.

Tuttavia, questa modulazione è solitamente di breve durata. Se la stimolazione cessa, il neurone tornerà al suo potenziale di riposo originale poiché i canali ionici e le pompe hanno tutto il tempo per riprendersi dall’ultimo stimolo.

Effetti a lungo termine: la stimolazione ad alta frequenza di un neurone per un lungo periodo di tempo provoca due cambiamenti neuronali risultanti. Inizialmente, il neurone risponde come farebbe durante la stimolazione a breve termine, con un aumento dell’eccitabilità. Continuando la stimolazione ad alta frequenza dopo questo punto, si ottiene un cambiamento drastico e non reversibile dell’eccitabilità. Quando le concentrazioni di sodio raggiungono un livello sufficientemente elevato nell’assone, le pompe sodio/calcio invertono la direzione del flusso, causando l’importazione di calcio nella cellula mentre il sodio viene esportato. L’aumento della concentrazione di calcio (e la successiva depolarizzazione della membrana) inattiva i canali del sodio e li bersaglia per l’ endocitosi e l’ idrolisi lisosomiale . Ciò si traduce in una notevole diminuzione dei canali del sodio assonale, che sono necessari per la propagazione del potenziale d’azione. Se la stimolazione continua, alla fine il neurone smetterà di trasmettere i potenziali d’azione e morirà. La morte neuronale dovuta a sovrastimolazione è chiamata eccitotossicità .

Stimolazione a bassa frequenza

Effetti a breve termine: tutti i neuroni viventi hanno un tasso basale di propagazione del potenziale d’azione e rilascio sinaptico. Pertanto, la stimolazione a bassa frequenza di un neurone a breve termine è simile all’attività di un neurone a riposo nel cervello. Non si verificano cambiamenti importanti nell’eccitabilità intrinseca del neurone.

Effetti a lungo termine: la stimolazione a bassa frequenza di un neurone per un lungo periodo di tempo riduce l’eccitabilità del neurone attivando le fosfatasi calcio-dipendenti che marcano i recettori AMPAper l’interiorizzazione. La stimolazione a bassa frequenza porta a bassi livelli di calcio nella cellula. Quando le concentrazioni di calcio sono basse, le fosfatasi calcio-dipendenti attive dominano sulle chinasi calcio-dipendenti. Man mano che vengono attivate più fosfatasi, etichettano più recettori AMPA per l’internalizzazione attraverso l’endocitosi. Poiché i recettori AMPA sono uno dei principali recettori eccitatori sui neuroni, la loro rimozione dalla membrana cellulare deprime efficacemente la cellula (se la cellula non può reagire ai segnali eccitatori, non può generare un proprio potenziale d’azione). In questo modo la stimolazione a bassa frequenza può effettivamente invertire gli effetti del potenziamento a lungo termine , tuttavia questi concetti sono generalmente considerati tipi di plasticità sinaptica.

Plasticità omeostatica ed hebbiana

I neuroni del sistema nervoso centrale (SNC) integrano i segnali provenienti da molti neuroni. A breve termine, è importante avere cambiamenti nell’attività del neurone perché è così che le informazioni vengono convogliate nel sistema nervoso ( plasticità hebbiana ). Tuttavia, per la sostenibilità a lungo termine, la deriva verso l’eccitabilità o l’ineccitabilità disturberà la capacità del circuito di trasmettere informazioni ( plasticità omeostatica). Il potenziamento a lungo termine (LTP) induce una frequenza di attivazione più elevata nei neuroni post sinaptici. È stato ipotizzato che le proprietà intrinseche di un neurone debbano essere predisposte per sfruttare al massimo il range dinamico, fungendo da meccanismo omeostatico. Tuttavia, è stato dimostrato che l’eccitabilità intrinseca segue una distribuzione lognormale che richiede l’apprendimento hebbiano attivo per essere mantenuto. Studi in vitro hanno scoperto che quando l’ attività spontanea delle colture neuronali viene inibita, i neuroni diventano ipereccitabili e che quando viene indotto un aumento dell’attività per lunghi periodi, i tassi di attivazione della coltura diminuiscono. Al contrario, ci sono molte prove che si verifica anche la forma opposta di regolazione, l’apprendimento hebbiano o LTP-IE/LTD-IE, e le argomentazioni teoriche mostrano che la plasticità hebbianadeve essere la forma dominante di plasticità anche per l’eccitabilità intrinseca. Poiché la plasticità omeostatica si verifica anche tra le singole sinapsi, una visione precedente che suggeriva che la plasticità omeostatica e la plasticità intrinseca fossero collegate si è dimostrata incoerente con le prove.

Meccanismo

Un meccanismo per preservare la gamma dinamica di un neurone è il ridimensionamento sinaptico , una forma omeostatica di plasticità che ripristina l’attività neuronale ai suoi normali livelli “di base” modificando la risposta postsinaptica delle sinapsi di un neurone in funzione dell’attività. La modulazione omeostatica dell’eccitabilità intrinseca di un neurone è un altro modo per mantenere la stabilità. La regolazione delle conduttanze ioniche può essere ottenuta in diversi modi, principalmente attraverso il rilascio di neuromodulatori come la dopamina , la serotonina ecc. Un altro modo è attraverso il rilascio controllato del fattore neurotrofico derivato dal cervello(BDNF). È stato anche scoperto che il BDNF influenza il ridimensionamento sinaptico, suggerendo che questo fattore neurotrofico potrebbe essere responsabile del coordinamento dei meccanismi sinaptici e non sinaptici nella plasticità omeostatica.

Eccitabilità dendritica

I dendriti sono le regioni responsabili dell’integrazione degli input provenienti da altri neuroni . Un modo in cui i neuroni manipolano le proprietà di integrazione dei dendriti è modificando il numero e le proprietà dei canali ionici voltaggio-dipendenti. L’induzione del potenziamento a lungo termine (LTP) in una particolare sinapsi si traduce in un aumento dell’eccitabilità dei rami dendritici specifici di quella sinapsi. L’eccitabilità dendritica è importante per la propagazione e l’integrazione dei segnali sinaptici. Si pensa che l’eccitabilità dendritica contribuisca al potenziamento ES, o ad un aumento della probabilità che un dato input si traduca nell’attivazione di un potenziale d’azione.

È noto che i cambiamenti nell’eccitabilità dendritica influenzano la retropropagazione del potenziale d’azione. I potenziali d’azione iniziano vicino alla collinetta dell’assone e si propagano lungo l’assone, ma si propagano anche all’indietro attraverso il soma nel pergolato dendritico. La propagazione attiva all’indietro dipende dai canali ionici e la modifica delle densità o delle proprietà di questi canali può influenzare il grado di attenuazione del segnale . La plasticità della retropropagazione nei dendriti avviene in meno di un minuto e dura più di 25 minuti. La propagazione all’indietro è un metodo per segnalare alle sinapsi che è stato attivato un potenziale d’azione. Questo è importante per la plasticità dipendente dal tempismo dei picchi. È stato osservato sperimentalmente un rapido adattamento dendritico su scale temporali di pochi secondi, indicando un potenziale meccanismo di apprendimento globale significativo

Plasticità intrinseca

La plasticità intrinseca è una forma di plasticità dipendente dall’attività distinta dalla plasticità sinaptica , che comporta cambiamenti nella sinapsi tra due neuroni piuttosto che cambiamenti nelle proprietà elettriche all’interno di un singolo neurone. Esistono alcuni fenomeni strettamente correlati che possono influenzare l’eccitabilità di un neurone, come la neuromodulazione , la plasticità strutturale, la plasticità a breve termine dovuta alla cinetica del canale e lo sviluppo neurale. Non c’è consenso sulla quantità che la plasticità intrinseca regola, ad esempio la velocità di attivazione di un neurone, il suo guadagno o la sua concentrazione interna di calcio. Funzionalmente, la plasticità intrinseca potrebbe consentire ai neuroni di apprendere l’intensità degli stimoli e rappresentare quelle statistiche di intensità nelle loro eccitabilità. La plasticità intrinseca contribuisce alla codifica della memoria e integra altre forme di plasticità dipendente dall’attività, inclusa la plasticità sinaptica .

Funzione cerebrale superiore

Memoria associativa a lungo termine

Prove sperimentali

L’esperimento di Kemenes et al . dimostrato che in un neurone modulatorio estrinseco , la plasticità non sinaptica influenza l’espressione della memoria associativa a lungo termine. La relazione tra plasticità non sinaptica e memoria è stata valutata utilizzando cellule giganti cerebrali (CGC). La depolarizzazione da stimoli condizionati ha aumentato la risposta della rete neuronale. Questa depolarizzazione è durata quanto la memoria a lungo termine . La depolarizzazione persistente e l’espressione della memoria comportamentale si sono verificate più di 24 ore dopo l’allenamento, indicando effetti a lungo termine. In questo esperimento, l’ elettrofisiologicol’espressione della traccia di memoria a lungo termine era una risposta di alimentazione indotta da uno stimolo condizionato. Le CGC erano significativamente più depolarizzate negli organismi addestrati rispetto al gruppo di controllo, indicando un’associazione con i cambiamenti di apprendimento ed eccitabilità. Quando i CGC sono stati depolarizzati, hanno mostrato una maggiore risposta agli stimoli condizionali e una risposta di alimentazione fittizia più forte. Ciò ha dimostrato che la depolarizzazione è sufficiente a produrre una significativa risposta alimentare agli stimoli condizionati. Inoltre, non è stata osservata alcuna differenza significativa nei tassi di alimentazione tra gli organismi condizionati e quelli depolarizzati artificialmente, riaffermando che la depolarizzazione è sufficiente per generare il comportamento associato alla memoria a lungo termine.

Conservazione della memoria

L’attività non sinaptica nella cellula è solitamente espressa come cambiamenti nell’eccitabilità neuronale. Ciò avviene attraverso la modulazione dei componenti della membrana, come i canali a riposo e voltaggio-dipendenti e le pompe ioniche . Si ritiene che i processi non sinaptici siano coinvolti nell’immagazzinamento della memoria. Un possibile meccanismo di questa azione comporta la marcatura di un neurone che è stato recentemente attivo con cambiamenti nell’eccitabilità. Ciò aiuterebbe a collegare stimoli separati temporalmente. Un altro potenziale meccanismo deriva da un modello computazionale che indica che la plasticità non sinaptica può innescare circuiti per la modifica nell’apprendimento perché i cambiamenti di eccitabilità possono regolare la soglia per la plasticità sinaptica.

La capacità di archiviazione dei sistemi di archiviazione della memoria basati su sinaptiche è molto ampia, il che lo rende un meccanismo interessante da studiare. Ci sono circa 10 4 sinapsi per neurone e 10 11 neuroni nel cervello umano. La plasticità non sinaptica è spesso trascurata semplicemente perché la sua capacità di immagazzinamento non è così elevata. La regolazione della densità dei canali ionici nell’assone e nel soma di un neurone cambierebbe il throughput e influenzerebbe tutte le sinapsi. Pertanto, la sua capacità di immagazzinamento sarebbe significativamente inferiore a quella della plasticità sinaptica.

Sebbene la sua capacità di immagazzinamento sia troppo bassa per renderlo l’unico meccanismo di immagazzinamento, la plasticità non sinaptica potrebbe contribuire ai metodi di immagazzinamento sinaptico. È stato dimostrato che la modulazione dei canali ionici può avvenire in regioni piccole come dendriti specifici. Questa specificità rende la capacità di immagazzinamento della plasticità non sinaptica più grande che se fosse considerata la modulazione di un intero neurone. Le memorie procedurali si adattano bene a questo tipo di sistema di archiviazione perché non richiedono l’elevata specificità richiesta dalle memorie dichiarative. La generalizzazione dei compiti motori e degli stimoli condizionati potrebbe essere un modo efficiente per immagazzinare queste informazioni.

Apprendimento

I cambiamenti nell’eccitabilità dall’apprendimento che agiscono come parte della traccia di memoria lo fanno come primer per avviare ulteriori cambiamenti nei neuroni o da un meccanismo di memorizzazione a breve termine per la memoria a breve termine. La plasticità non sinaptica può emergere durante l’apprendimento come risultato di processi cellulari, sebbene i tempi, la persistenza e la relazione tra plasticità non sinaptica e output sinaptico siano tutti poco conosciuti. Gli studi hanno dimostrato che la plasticità non sinaptica gioca un ruolo indiretto ma importante nella formazione dei ricordi. La plasticità non sinaptica indotta dall’apprendimento è associata alla depolarizzazione del soma.

Condizionamento classico

Gli esperimenti hanno rivelato che i cambiamenti non sinaptici avvengono durante l’apprendimento condizionale . Woody et al . dimostrato che il condizionamento del battito di ciglia (EBC), una forma di condizionamento classico per lo studio delle strutture neurali e dei meccanismi alla base dell’apprendimento e della memoria, in un gatto è associato a una maggiore eccitabilità e input nei neuroni nelle aree corticali sensomotorie e nel nucleo facciale . È stato osservato che l’aumento dell’eccitabilità dal condizionamento classico continuava dopo che la risposta si interrompeva. Ciò suggerisce che una maggiore eccitabilità può funzionare come meccanismo per l’immagazzinamento della memoria.

Nel condizionamento del battito di ciglia nei conigli, i cambiamenti non sinaptici si sono verificati in tutto l’ ippocampo dorsale . Ciò indica che sebbene i cambiamenti di eccitabilità da soli non siano sufficienti per spiegare i processi di immagazzinamento della memoria, la plasticità non sinaptica potrebbe essere un meccanismo di immagazzinamento per fasi di memoria limitate nel tempo. I cambiamenti non sinaptici influenzano altri tipi di plasticità coinvolti con la memoria. Ad esempio, un cambiamento non sinaptico come la depolarizzazione del potenziale di membrana a riposo derivante dall’apprendimento condizionale potrebbe causare plasticità sinaptica nell’apprendimento futuro.

Apprendimento delle regole e risparmio

La capacità di apprendere regole dipende dalla plasticità non sinaptica. Uno studio ha cercato di insegnare ai ratti a discriminare tra vari odori e ci sono voluti diversi giorni per insegnare loro a distinguere tra un primo paio di odori. Tuttavia, dopo aver appreso questo, il ratto è stato in grado di imparare a distinguere tra diversi odori molto più velocemente. I cambiamenti nell’eccitabilità dei neuroni piramidali in questi ratti sono stati osservati per tre giorni dopo l’allenamento. Questi cambiamenti alla fine svanirono, suggerendo che i neuroni erano coinvolti nell’apprendimento delle regole, non nell’immagazzinamento della memoria. Daoudal e Debanne hanno tentato di determinare se le stesse regole di apprendimento e meccanismi di induzione definiti per la plasticità sinaptica si applicassero anche alla plasticità non sinaptica che interessa i canali ionici. Hanno determinato che la plasticità non sinaptica e sinaptica condividono regole di apprendimento e percorsi di induzione comuni, ad es.Potenziamento a lungo termine dipendente dal recettore NMDA (LTP) e depressione a lungo termine (LTD). Hanno anche dimostrato che la plasticità non sinaptica e sinaptica formano sinergicamente un engram coerente per immagazzinare tracce di memoria.

Il risparmio è la capacità di riapprendere le informazioni dimenticate molto più velocemente di quanto non fossero apprese originariamente. La plasticità non sinaptica è un possibile meccanismo per questo effetto di risparmio. Durante le procedure di allenamento molti neuroni sperimentano un aumento dell’eccitabilità intrinseca. Questo aumento dell’eccitabilità persiste anche dopo che la memoria svanisce.

Dipendenza da sostanze

Le droghe d’abuso in genere influenzano il sistema mesolimbico o, più specificamente, il percorso di ricompensa del sistema nervoso. Tra le comuni droghe d’abuso, la nicotina è uno dei più forti agonisti della sinapsi colinergica nicotinica. La nicotina, in competizione con l’acetilcolina (ACh), agisce attraverso il recettore non sinaptico, preterminale, nicotinico dell’acetilcolina (nAChRs) per avviare un cambiamento del potenziale di membrana e propagare un segnale intracellulare di Ca 2+ , favorendo così il rilascio di neurotrasmettitori. Il ruolo specifico e caratteristico dell’attività nAChR mediata dalla corrente di calcio ha una dipendenza dalla tensione diversa rispetto ad altri Ca 2+canali ionici permeabili, nonché una diversa distribuzione temporale e spaziale e, di conseguenza, l’attività nAChR non sinaptica migliora l’induzione del potenziamento sinaptico, promuovendo l’apprendimento della dipendenza da sostanze.

Applicazioni alla malattia

Dopo il danno

La plasticità non sinaptica può funzionare per alleviare gli effetti del danno cerebrale . Quando uno dei nervi vestibolari è danneggiato, la disparità nella velocità di attivazione dei neuroni nei nuclei vestibolari provoca riflessi vestibolari non necessari. I sintomi di questo danno svaniscono nel tempo. Ciò è probabilmente dovuto a modificazioni dell’eccitabilità intrinseca nei neuroni del nucleo vestibolare.

Attività di sequestro

Anche la plasticità non sinaptica gioca un ruolo chiave nell’attività convulsiva . Le convulsioni febbrili, convulsioni dovute alla febbre nelle prime fasi della vita, possono portare ad un aumento dell’eccitabilità dei neuroni dell’ippocampo. Questi neuroni diventano altamente sensibilizzati agli agenti convulsivanti. È stato dimostrato che le convulsioni all’inizio della vita possono predisporre a più convulsioni attraverso meccanismi non sinaptici.

Il trauma, incluso l’ ictus che provoca lesioni corticali , spesso provoca l’epilessia . L’aumento dell’eccitabilità e delle conduttanze NMDA provocano attività epilettica, suggerendo che la plasticità non sinaptica può essere il meccanismo attraverso il quale l’epilessia viene indotta dopo il trauma.

Autismo

L’acido valproico (VPA) è un trattamento per l’ epilessia , l’ emicrania e il disturbo bipolare che è stato collegato a molte condizioni tra cui l’autismo . Esiste un modello animale di autismo in cui alle ratte gravide viene somministrato VPA. La prole ha tratti simili a quelli degli esseri umani con autismo. Poco dopo la nascita, questi animali mostrano una ridotta eccitabilità e un aumento dell’NMDAcorrenti. Questi effetti vengono corretti nelle fasi successive della vita. I cambiamenti nell’eccitabilità intrinseca in questi animali hanno contribuito a compensare gli effetti dell’aumento delle correnti NMDA sull’attività di rete, una forma di plasticità omeostatica. Si ritiene che ciò aiuti a mediare gli effetti dannosi che avrebbero le maggiori correnti NMDA.

Ricerca attuale e futura

Sono necessarie ulteriori ricerche per ottenere una comprensione più ampia della plasticità non sinaptica. Gli argomenti che dovrebbero essere ulteriormente approfonditi a partire da gennaio 2010 includono:

  • Cambiamenti di eccitabilità locale rispetto a quelli globali nelle reti neuronali e mantenimento della traccia di memoria
  • Specificità dell’induzione dei cambiamenti di eccitabilità dipendenti dall’apprendimento
  • Manipolazione dei cambiamenti di eccitabilità dipendenti dall’apprendimento da parte di prodotti farmaceutici o mutazioni genetiche e loro effetti sulla traccia di memoria
  • Somiglianze tra i meccanismi molecolari della plasticità sinaptica e non sinaptica
  • Confronto di modelli in vivo di plasticità non sinaptica con risultati in vitro
  • Alterazioni dell’espressione genica prodotte dall’attività neurale

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

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