Pitkäaikainen potensointi on hermojen plastilisuuden ja siten hermojärjestelmän hermosolujen rakenteiden tai yhteyksien uudelleenmuotoilun perusta. Ilman prosessia muistin muodostuminen tai oppimiskokemukset eivät olisi mahdollisia. Pitkän aikavälin potentiaation häiriöitä esiintyy esimerkiksi sellaisissa sairauksissa kuin Alzheimerin tauti.
Mikä on pitkäaikainen potensointi?
Neuronit toimivat bioelektristen ja biokemiallisten toimintapotentiaalien kanssa. Toimintapotentiaalit ovat keskushermoston kieli ja toimivat virityksen välittämisessä. Tämä siirto tunnetaan myös nimellä synaptinen siirto. Hermosolut reagoivat lisääntyneeseen toimintapotentiaalien generointiin ns. Pitkäaikaisella potentiaalilla.
Neuraalinen plastisuus on yksi tärkeimmistä vaikutuksista pitkäaikaisella potentiaatiolla. Termi neuraalinen plastisuus kuvaa hermorakenteen uudelleenmuodostusta, joka mukauttaa sen nykyiseen käyttöön. Sekä yksittäiset hermosolut että aivoalueet voidaan rakentaa uudelleen neuronaalisesti. Muuntamisprosessien avulla keskus- ja ääreishermoston toiminnot säilytetään, laajennetaan ja mukautetaan nykyiseen käyttötilanteeseen. Neuraalisen rekonstruoinnin perustana pitkäaikainen voimistaminen auttaa valtavasti varmistamaan, että hermosto toimii mahdollisimman tehokkaasti ja sujuvasti.
Pitkäaikainen voimistaminen liittyy myös muistinmuodostukseen. Lisäksi hermorakenteiden rekonstruointi on väistämätöntä prosessia oppimisprosesseille.
Toiminto ja tehtävä
Aivojen kannalta opitulle taitolle annetaan morfologinen korrelaatio, joka vastaa synaptisten yhteyksien verkkoa. Tällaiset verkot mahdollistavat ideoiden muodostumisen yhdistyskuoreen. Esimerkiksi, kun tietty sana lausutaan, erityinen verkko on aktivoitava, mikä puolestaan johtaa erityiseen toimintapotentiaalimalliin.
Aina kun henkilö oppii uusia taitoja tai parantaa vanhoja, aivoissa syntyy uusia yhteyksiä. Yhteydet, joita ei käytetä, peruutetaan uudelleen samalla tavalla. Tämä uusinta vastaa synaptista plastisuutta. Neuraalitasolla oppiminen on siis aktiivisuudesta riippuvaa hermojen yhteenliittämisen mallien ja aivojen funktionaalisten prosessien rekonstruointia.
Presynaptisen vahvistamisen, posttetaanisen potentiaation ja synaptisen masennuksen lisäksi pitkäaikaisella potentiaatiolla on merkitystä myös oppimisprosesseissa. Tämä voimistaminen vastaa synaptisten siirtojen pitkäaikaista monistumista. Tämä prosessi koostuu useista alaprosesseista.
AMPA-reseptorien aktivointi on ensimmäinen askel pitkäaikaisessa potentiaatiossa. Postanaptisissa kalvoissa on lukemattomia glutamaatin reseptoreita. Näiden glutamaattireseptoreiden alaryhmä ovat AMPA-tyyppisiä. Heti kun toimintapotentiaali syntyy, glutamaatti vapautuu. Kehon oma aine on yksi tärkeimmistä välittäjäaineista ja vapautumisen jälkeen se sitoutuu AMPA-reseptoreihin, jotka saadaan avautumaan sitoutumalla. Kun reseptorit avautuvat, natriumionit virtaavat sisään. Tämä luo virittävän postsynaptisen potentiaalin. Tämä potentiaali syntyy jokaisesta depolarisaatiosta postsynaptisen kalvon sisällä. Jännittävät postsynaptiset potentiaalit lasketaan yhteen ja prosessoidaan vastaanottavaan neuroniin. Kun kynnysarvo ylitetään, vastaanottavat neuronit muodostavat jälleen toimintapotentiaalin ja välittävät sen aksoniensa kautta.
Virittävän postsynaptisen potentiaalin syntymistä seuraa NMDA-reseptorien aktivoituminen pitkällä aikavälillä potentiaationa. Heti kun lisää toimintapotentiaaleja esiintyy, postsynaptisen kalvon depolarisaatio lisääntyy. Magnesiumionit poistuvat NMDA-reseptorista ja reseptori voi avata. NMDA-reseptorien avaaminen johtaa kalsiumionien sisäänvirtaukseen ja johtaa AMPA-reseptorien fosforylaatioon. Fosforylaatio puolestaan lisää reseptorien johtavuutta ja lisää myös proteiinisynteesiä solussa.
Lisäksi taaksepäin kulkevat aineet vapautuvat kuvattujen prosessien aikana. Nämä lähettiaineet vastaavat esimerkiksi arakidonihapon johdannaisia tai kaasuja, kuten typpioksidia. Nämä lähettiaineet aiheuttavat presynaptisen kalvon vapauttavan enemmän välittäjäaineita.
Löydät lääkkeesi täältä
Memory Muistihäiriöitä ja unohduksia ehkäisevät lääkkeetSairaudet ja vaivat
Pitkäaikaiseen potensoitumiseen vaikuttavat neurologiset sairaudet ovat ajankohtainen lääketieteellisen tutkimuksen aihe. Yksi tällainen sairaus on Alzheimerin tauti. Crohnin tauti vaikuttaa myös edellä kuvattuihin prosesseihin. Se, että nämä sairaudet häiritsevät pitkäaikaista potentiaatiota, johtuu pääasiassa hermosolujen rappeutumisesta. Heti kun hermosolujen synapsit hajoavat, pitkäaikainen tehostaminen ei ole enää mahdollista. Esimerkiksi tämä luo myös tummat alueet heidän muistiinsa.
Aivot hajoavat vähitellen keskushermoston rappeuttavissa sairauksissa. Toimenpiteistä hermorakenteiden ylläpitämiseksi on tullut tutkimuksen pääpaino suhteessa Alzheimerin kaltaisiin sairauksiin. Toistaiseksi suuria menestyksiä synapsien säilyttämisessä ei ole todettu. Toistaiseksi uraauurtavia menestyksiä on todettu vain eläimillä, joilla on vastaavat sairaudet. Tutkijat eivät ole vielä onnistuneet siirtämään näitä onnistumisia ihmisille.
Koska pitkäaikainen erottelu ei enää toimi niillä, joita asia koskee, synaptista uudelleenmuodostusta ei voida enää suorittaa. Oppimisprosessit ovat mahdottomia ja aivojen yleinen toiminnallisuus heikkenee asteittain. Uusia hermosoluja tai yhteyksiä neuronien välillä ei voi enää muodostua. Vanhoja synapsia ei enää käytetä, ja ne puretaan osana korjausprosesseja.
Näiden prosessien torjumiseksi lääketiede edistää nyt synapsien ylläpitämistä erityisten harjoitusten avulla. Mitä useammin synapsia käytetään, sitä nopeammin aivot tunnistavat ne tarpeellisiksi. Siksi sairaudet, kuten Alzheimerin tai Crohnin tauti, voivat viivästyä niiden aikana liikunnan avulla. Mutta toistaiseksi on mahdotonta pysäyttää sairauksia harjoitusten avulla. Siksi suurin osa sairastuneista tarvitsee 24 tunnin hoitoa tietystä sairauden vaiheesta.
