Potenziamento a lungo termine

Il Potenziamento a lungo termine è la base per la plasticità neurale e quindi il rimodellamento delle strutture neurali o delle interconnessioni nel sistema nervoso. Senza il processo, non sarebbero possibili né la formazione di un ricordo né esperienze di apprendimento. Disturbi del potenziamento a lungo termine si verificano, ad esempio, in malattie come l'Alzheimer.

Cos'è il potenziamento a lungo termine?

I neuroni lavorano con potenziali d'azione bioelettrici e biochimici. I potenziali d'azione sono il linguaggio del sistema nervoso centrale e servono a trasmettere l'eccitazione. Questa trasmissione è anche nota come trasmissione sinaptica. Le cellule nervose reagiscono all'aumento della generazione di potenziali d'azione con un cosiddetto potenziamento a lungo termine.

La plasticità neurale è una delle conseguenze più importanti del potenziamento a lungo termine. Il termine plasticità neurale descrive un rimodellamento all'interno della struttura neurale che la adatta al suo uso corrente. Sia le singole cellule nervose che le aree cerebrali possono essere ricostruite neuronalmente. Attraverso i processi di conversione, le funzioni del sistema nervoso centrale e periferico vengono preservate, ampliate e adattate alla situazione di utilizzo attuale. Come base della ricostruzione neurale, il potenziamento a lungo termine aiuta enormemente a garantire che il sistema nervoso funzioni nel modo più efficace e fluido possibile.

Il potenziamento a lungo termine è anche associato alla formazione della memoria. Inoltre, la ricostruzione delle strutture neurali è un processo inevitabile per i processi di apprendimento.

Funzione e compito

Dal punto di vista del cervello, a un'abilità appresa viene assegnato un correlato morfologico, che corrisponde a una rete di connessioni sinaptiche. Tali reti consentono la formazione di idee nella corteccia associativa. Quando una certa parola viene pronunciata, ad esempio, deve essere attivata una rete speciale, che a sua volta si traduce in un modello speciale di potenziali d'azione.

Ogni volta che una persona apprende nuove abilità o migliora quelle vecchie, sorgono nuove interconnessioni nel cervello. Allo stesso modo vengono cancellate le interconnessioni non utilizzate. Questo rimodellamento corrisponde alla plasticità sinaptica. L'apprendimento a livello neurale è quindi una ricostruzione dipendente dall'attività dei pattern nell'interconnessione neurale e dei processi funzionali nel cervello.

Oltre al rinforzo presinaptico, al potenziamento post-tetanico e alla depressione sinaptica, anche il potenziamento a lungo termine è rilevante per i processi di apprendimento. Questo potenziamento corrisponde a un'amplificazione a lungo termine delle trasmissioni sinaptiche. Questo processo è costituito da vari sottoprocessi.

L'attivazione dei recettori AMPA è il primo passo per il potenziamento a lungo termine. Ci sono innumerevoli recettori per il glutammato nelle membrane postsinaptiche. Un sottogruppo di questi recettori del glutammato sono quelli del tipo AMPA. Non appena viene generato un potenziale d'azione, viene rilasciato glutammato. La sostanza stessa del corpo è uno dei neurotrasmettitori più importanti e, dopo essere stata rilasciata, si lega ai recettori AMPA, che si aprono legandosi. Dopo che i recettori si aprono, gli ioni di sodio fluiscono. Questo crea un potenziale postsinaptico eccitatorio. Questo potenziale sorge con ogni depolarizzazione all'interno della membrana postsinaptica. Potenziali postsinaptici eccitanti vengono sommati ed elaborati dal neurone ricevente. Quando viene superato un valore di soglia, i neuroni riceventi formano di nuovo un potenziale d'azione e lo trasmettono tramite i loro assoni.

La generazione di un potenziale postsinaptico eccitatorio è seguita dall'attivazione dei recettori NMDA nel potenziamento a lungo termine. Non appena si verificano potenziali d'azione aggiuntivi, si verifica una maggiore depolarizzazione della membrana postsinaptica. Gli ioni magnesio lasciano il recettore NMDA e il recettore può aprirsi. L'apertura dei recettori NMDA provoca l'afflusso di ioni calcio e porta a una fosforilazione dei recettori AMPA. La fosforilazione a sua volta aumenta la conduttività dei recettori e aumenta anche la sintesi proteica nella cellula.

Inoltre, durante i processi descritti vengono rilasciate sostanze messaggere retrograda. Queste sostanze messaggere corrispondono, ad esempio, a derivati ​​dell'acido arachidonico o di gas come l'ossido nitrico. Queste sostanze messaggere fanno sì che la membrana presinaptica rilasci più neurotrasmettitori.

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Malattie e disturbi

Le malattie neurologiche che influenzano il potenziamento a lungo termine sono un argomento attuale della ricerca medica. Una di queste malattie è l'Alzheimer. La malattia di Crohn ha anche un impatto sui processi sopra descritti. Che queste malattie disturbino il potenziamento a lungo termine è principalmente dovuto alla degenerazione delle cellule nervose. Non appena le sinapsi neuronali si rompono, il potenziamento a lungo termine non è più possibile. Ad esempio, questo crea anche le aree scure nella loro memoria.

Il cervello si deteriora a poco a poco nelle malattie degenerative del sistema nervoso centrale. Le misure per mantenere le strutture neurali sono diventate un obiettivo principale della ricerca in relazione a malattie come l'Alzheimer. Finora non sono stati registrati grandi successi nella conservazione delle sinapsi. Finora, sono stati registrati successi rivoluzionari solo in animali con malattie comparabili. Gli scienziati non sono ancora riusciti a trasferire questi successi agli esseri umani.

Poiché la differenziazione a lungo termine non funziona più nelle persone colpite, non può avvenire più il rimodellamento sinaptico. I processi di apprendimento sono impossibili e la funzionalità generale del cervello diminuisce progressivamente. Non si possono più formare nuove cellule nervose o connessioni tra neuroni. Le vecchie sinapsi non vengono più utilizzate e vengono smantellate nell'ambito dei processi di ristrutturazione.

Per contrastare questi processi, la medicina ora promuove il mantenimento delle sinapsi per mezzo di esercizi speciali. Più frequentemente vengono utilizzate le sinapsi, prima il cervello le riconosce come necessarie. Malattie come l'Alzheimer o il morbo di Crohn possono quindi essere ritardati nel loro decorso attraverso l'esercizio. Ma finora è impossibile fermare le malattie con gli esercizi. La maggior parte delle persone colpite necessita quindi di cure 24 ore su 24 da un certo stadio della malattia.