Изменения в структуре и функции нейронных синапсов при обучении происходят в рамках процессов, известных как синаптическая пластичность. Эти изменения могут проявляться в виде усиления или ослабления синаптической передачи, что считается основным механизмом, лежащим в основе обучения и формирования долговременной памяти. Основные типы синаптической пластичности включают долговременную потенциацию (ДП) и долговременное угнетение (ДУ).

Долговременная потенциация (ДП)

ДП — это устойчивое усиление синаптической передачи, которое происходит после высокочастотной стимуляции синапсов. Молекулярные механизмы, лежащие в основе ДП, включают:

Кальций: Вход кальция (Ca²+) в пресинаптические нейроны активирует сигнальные пути, которые влияют на синаптическую передачу.

Киназы: Повышение уровня Ca²+ активирует кальций-зависимые киназы, такие как кальмодулин-зависимые протеинкиназы (CaMK), которые фосфорилируют белки, связанные с синаптической передачей.

Глутаматные рецепторы: Активация NMDA-рецепторов, которые позволяют ионам кальция входить в клетку, играет ключевую роль в ДП.

Постсинаптические изменения: Увеличение количества глутаматных рецепторов на постсинаптической мембране также может приводить к усиленной синаптической передаче.

Долговременное угнетение (ДУ)

ДУ — это процесс, при котором синаптическая передача ослабляется после низкочастотной стимуляции. Основные механизмы включают:

Фосфорилирование: Активация обратных киназ, которые снижают активность постсинаптических рецепторов или уменьшают их количество на мембране.

Кальций: Как и в случае с ДП, кальций также играет важную роль в процессах ДУ, однако его уровни и активирующие сигналы могут отличаться.

Долговременная память

Долговременные изменения в синаптической передаче могут сохраняться в течение длительного времени благодаря нескольким молекулярным механизмам:

Генетическая транскрипция: Длительное повышение уровня кальция может активировать транскрипцию генов, что приводит к синтезу белков, необходимых для поддержания изменений в синапсах.

Синаптические ремоделирования: Изменения в структуре синапсов, такие как образование новых синаптических контактов или изменения в спинальных отростках, способствуют хранению информации.

Эпигенетические изменения: Обучение может также вызывать эпигенетические изменения, которые влияют на экспрессию генов, связанных с памятью и обучением.

Эти молекулярные и клеточные механизмы вместе составляют основу для понимания, как формируется и сохраняется долговременная память в мозге.