Neurofyziologie učení a paměti

			Článek byl označen za rozpracovaný, od jeho poslední editace však již uplynulo více než 30 dní
			Chcete-li jej upravit, pokuste se nejprve vyhledat autora v historii a kontaktovat jej. Podívejte se také do diskuse.
			Pokud vše nasvědčuje tomu, že původní autor nebude v editacích v nejbližší době pokračovat, odstraňte šablonu {{Pracuje se}} a stránku upravte.
			Stránka byla naposledy aktualizována v neděli 7. května 2023 v 11:07.

Podkladem je synapse. Elektrické a chemické synapse elektrická synapse – gap junction, rychlé, ale chybí plasticita.

řádově 10^14 synapsí (syn- spolu a haptein - obejmout, stisknout) -- Ch. S. Sherrington

typický neuron tvoří tisíce synapsí

Santiago Ramón y Cajal Hebbův zákon: when an axon of cell A is near enough to excite a cell B and repeatedly and persistently takes part in firing it, some growth process or metabolic change take place. cells that fire together wire together birds of feather flock together

Synaptická plasticita

Krátkdobá plasticita

Přechodně zvýšený (facilitace) / snížený (deprese) přenos signálu na synapsi. K facilitaci dochází na základě přechodného vtoku vápníkových iontů do presynaptických terminál, což zvyšuje pravděpodobnost vylití či množství vylévaného neurotransmiteru. Zda dojde k facilitaci, nebo depresi, závisí především na molekulární výbavě konkrétní synapse.

Mechanismy synaptické facilitace:

• paired-pulse facilitace - dva po sobě jdoucí stimuly; rychlejší (v řádu desítek až stovek milisekund)
• post-tetanická potenciace - vysokofrekvenční stimulace; pomalejší (v řádu minut)

Dochází ke zvýšení excitačního postsynaptického potenciálu (EPSP).

Mechanismy synaptické deprese:

• vyčerpání zásob neurotransmiterů
• změna aktivity vápníkových kanálů (presynapticky)
• desenzitizace postsynaptických receptorů

Dlouhodobá plasticita

Předpokladem pro vytváření paměťových stop.

Mechanismy synaptické potenciace (LTP):

Obecně lze dělit na ranou a pozdní, obě mají indukční a udržovací fázi.

Raná (E-LTP)

- indukce: aktivací AMPA receptorů dochází ke změně membránového potenciálu a aktivaci NMDA receptorů, dochází ke vtoku vápníkových iontů a aktivaci calmodulin-dependentních kináz (CaMKII, PKA, PKC).

- udržení: aktivované kinázy fosforylují další kinázy a AMPA receptory, dochází k inkorporaci dalších AMPA receptorů do synaptické štěrbiny.

Pozdní (L-LTP)

- indukce: cAMP spouští kaskádu dějů vedoucích k aktivaci MAPK/ERK a expresi immediate early genes (IEG); aktivace MAPK/ERK přetrvává.

- udržení: ERK aktivuje další transkripční faktory a dochází k proteosyntéze, udržovací fázi zásadně ovlivňuje PKM-zeta.

Pozdní L-LTP je terminální fází, kdy dochází k aktivaci proteinů podílejících se na genové transkripci, proteosyntéze a morfologickým změnám na synapsi.

Mechanismy synaptické deprese (LTD):

Antagonistický proces k LTP; vtok vápníku do buňky aktivuje fosfatázy, které defosforylují a inaktivují jiné kinázy (CaMKII) a AMPA receptory. Proces vede k potlačení genové exprese.

Větší význam zde mají presynaptické mechanismy (metabotropní glutamátové a endokanabinoidní receptory).

Metody studia

• in vitro / in vivo elektrofyziologie, nahrávání volně se pohybujících zvířat

Multiple single unit recording

• hippocampal place cells
• tetrody: Szymusiak & Nitz, Curr Prot Neurosci 6.16, 2002
• klastrování: roztřídění multijednotkového záznamu na jednotlivé neurony
• firing rate maps: Muller & Kubie, 1987 – aktivita neuronů sleduje rotaci orientačních značek. remapping: rate and global, Colgin et al., Trends Neurosci, 2008.
• time series
• neuronal ensembles

Ferbinteanu and Shapiro, Neuron, 2003: firing neuronů nejen podle místa, kde zvíře je, ale i podle toho, odkud přišlo.

• overdispersion: Fenton et al., J Neurosci, 2010: místní neurony nejsou místní, ale spíše mapují zkušenost zvířete. Nejsou stejně aktivní v různých prostředí, při změně prostředí se může aktivita změnit.

• Entorhinal grid cells: Hafting et al., Nature, 2005: hexagonální síť buněk, měřítko se mění podle toho, kde se neuron nachází (dorzální mají velmi drobné měřítko, ventrální hrubější). – triangulační hexagonální síť okolního prostředí. Jsou aktivní v jakémkoliv prostředí.

Intervenční techniky

• permanentní léze (aspirační, chirurgické, termokoagulační, excitotoxické, selektivní neurotoxiny)
• dočasné inaktivace (funkční léze): implantované kanyly pro intrakraniální injekce, tetrodotoxin, ostatní blokátory iontových kanálů, AMPA antagonista CNQX, agonisté inhibiční neurotransmise (muscinol), lokální aplikace agonistů a antagonistů specifických receptorů
• genetické manipulace: knock-out, knock-down, knock-in; Cre recombinase; cell type-specific promoters; inducible Tet-O systém.

IEG imaging

Nervová aktivita spouští expresi genů časné odpovědi (immediate-early genes - IEGs) v neuronech.

• RNA
  • in situ hybridizace: radioaktivní/FISH
  • qPCR
  • (northern blot) již méně používaná metoda, častěji PCR

• Protein
  • imunohistochemie
  • western blot

Guzowski et al., 1999, Nat Neurosci

Optogenetika

Kationtový kanál, chloridová pumpa, světločivný chimerický GPCR, kombinace různých vlnových délek, virové vektory, kombinace s dalšími transgeny (Cre rekombináza, tetracycline transactivator (tTa)) Zhang et al., 2010, Nature Prot

Creating false memories: Ramirez et al., Science 2013

Clarity vzorky

odmaštěné tkáně fixované v polymeru, odmaštění umožní prostup světla, spouštění optogenetických struktur, in situ hybridizace, lze opakovaně provádět experimenty.

Odkazy

Externí odkazy

• w:en:Protein kinase C zeta type
• w:en:Henry Molaison, w:cs:Henry Molaison
• w:en:Phineas Gage
• w:en:Tetrode (biology)