Кратко: синаптическая пластичность обеспечивает кодирование и перераспределение связей при обучении; нейротрофные факторы модулируют вероятность и устойчивость этих изменений; долговечность «записей» достигается сочетанием молекулярной конвертации кратковременных сигналов в длительные изменения белкового состава, структуры синапа, эпигенетики и сетевой реорганизации.
1) Роль синаптической пластичности
- Hebbian‑тип изменения весов: усиление при коактивации (упрощённо $\Delta w=\eta xy$), и временно‑зависимая форма (STDP) с экспоненциальной зависимостью от разности спайков $\Delta w\propto \pm e^{-|\Delta t|/\tau }$, где $\Delta t=t_{\text{post}}-t_{\text{pre}}$.
- Функциональные проявления: LTP (усиление) и LTD (ослабление) — изменение амплитуды синаптического тока через перестройку числа/свойств AMPA‑рецепторов и изменение рецепторного фосфорилирования.
- Индукция требует входа Ca^{2+} через NMDAR/каналы и активации сигнальных каскадов (CaMKII, PKC, PKA, MAPK/ERK).
2) Роль нейротрофных факторов
- BDNF (через рецептор TrkB) — ключевой модуль: усиливает LTP, стимулирует локальный синтез белков, способствует вставке AMPAR и росту/стабилизации шипиков; действует как модулятор усвоения и усиления следов памяти.
- Другие факторы (NGF, NT‑3) — влияют на выживание, пластичность аксонов/дендритов, модуляцию ингибиторных/возбуждающих балансов.
- Механизмы: активация мTOR/ERK/PI3K → локальный трансляционный ответ в дендритах; ретроградные сигналы для пре‑/постсинаптической координации.
3) Молекулярные механизмы, обеспечивающие стабильность «записей»
- Перекодирование фаз: кратковременная пластичность (Ca2+, фосфорилирование) → консолидация, зависящая от транскрипции и синтеза белка: переход $\text{E-LTP}$ $\to$ $\text{L-LTP}$ требует синтеза пластичностно‑связаных белков (PRPs).
- Синаптическое «тегирование и захват» (synaptic tagging and capture): активированный синапс ставит «метку», позже приходящие PRP закрепляют изменения.
- Транскрипционные регуляторы и эпигенетика: CREB‑зависимая транскрипция, модификации гистонов и метилирование ДНК поддерживают длительное изменение экспрессии генов, необходимых для LTM.
- Локальный белковый синтез: мTOR, eIF4E, miRNA — быстрое и локальное производство белков в дендритах/шипиках.
- Структурная стабилизация: ремоделирование актинового цитоскелета (cofilin, Rho‑GTPases), усиление PSD (PSD‑95), адгезивные молекулы (cadherins, neuroligin/neurexin) — приводят к долговременной фиксации шипиков и контактов.
- ECM и периневрональные сети (PNNs): внешнематриксные структуры ограничивают пластичность и стабилизируют уже установленные синапсы.
- Устойчивые ферментные состояния / самоподдерживающиеся белки: автокинезы (например, CaMKII автотрансфосфорилирование) и прилипоподобные/prion‑like белки (CPEB/Orb2) предлагаются как механизмы долговременного поддержания синтезирующего/структурного состояния синапа (область активных исследований; часть данных спорная).
- Гомеостатические механизмы: синаптическое масштабирование (TNFα и др.) защищает сеть от «перемешивания» следов, сохраняя относительные изменения.
- Сетевые и клеточные изменения: перераспределение возбуждаемости (CREB‑зависимая аллокация engram‑клеток), формирование и укрупнение ансамблей нейронов — перенос кратковременной синаптической модификации в устойчивую сетевую конфигурацию.
4) Практические замечания и открытые вопросы
- Многие механизмы взаимосвязаны; стабильность памяти — результат мультиуровневой кооперации (молекулы → синапс → сеть).
- Некоторые кандидаты на «вечные» молекулярные механизмы (PKMζ, prion‑like белки) вызывают споры; важна избыточность и компенсаторность систем.
Вывод: синаптическая пластичность создаёт код памяти; нейротрофные факторы усиливают и направляют её; стабильность обеспечивается переходом от кратковременных сигналов к долговременным изменениям белковой машины синапа, его структуры, эпигенетики и сетевой реорганизации.