学习和记忆的突触模型:长时程突触可塑性

人类大脑是由上千亿神经元相互连接而组成一个高度复杂的神经网络,是认知、学习和意识等高级功能的重要基础。神经元之间通过特化的连接结构——"突触"而相互通讯。外界输入触发的神经元活动可特异性地持续改变突触的结构和功能,这种神经活动依赖的突触变化称之为长时程突触可塑性。大量实验证据表明突触可塑性是大脑学习和记忆的分子细胞学机制,了解突触可塑性的机制对阐明中枢神经系统性相关疾病(如老年痴呆症、药物成瘾等)的机理具有重要意义。本文简要地小结了长时程突触可塑性研究中的基本发现和新近进展。

咪唑安定对大鼠海马脑片突触长时程增强效应的影响

目的:观察咪唑安定对大鼠海马脑片突触长时程增强(LTP)效应的影响,并探讨其影响记忆的机制。方法:126只雄性SD大鼠,断头后取出海马组织,制备400μm海马脑片。取42张脑片,随机分为6组(n=7):对照组及咪唑安定0.1、0.5、1.0、2.0和5.0μmol·L-1组。各组脑片分别灌流人工脑脊液(ACSF)及咪唑安定0.1、0.5、1.0、2.0和5.0μmol·L-1。采用细胞外微电极记录技术,记录海马脑片CA1区细胞外群体峰电位(PS)的变化。另取84张脑片,随机分为12组(n=7):LTP组,咪唑安定LTP0.1、0.5、1.0、2.0和5.0μmol·L-1组,印防己毒素组,荷包牡丹碱组,CGP35348组,印防己毒素+咪唑安定组,荷包牡丹碱+咪唑安定组,CGP35348+咪唑安定组。各组脑片分别灌流ACSF及其他各组相对应药物。海马脑片记录PS30min后,施以100Hz的高频强直刺激(HFS),诱发LTP,观察各组脑片HFS后PS幅值的变化。结果:与对照组比较,咪唑安定1.0、2.0和5.0μmol·L-1组给药后PS幅值明显降低(P<0.05或P<0.01)。LTP组HFS后PS幅值增高,较刺激前增加了52%±12%(P<0.01)。与LTP组比较,咪唑安定LTP0.1μmol·L-1组HFS后其PS幅值无明显改变(P>0.05),咪唑安定LTP0.5、1.0、2.0及5.0μmol·L-1组HFS后其PS幅值均明显降低(P<0.01)。印防己毒素+咪唑安定组、荷包牡丹碱+咪唑安定组HFS后PS幅值与HFS前和咪唑安定LTP2.0μmol·L-1组比较均明显增加(P<0.01),与LTP组比较差异无显著性(P>0.05)。CGP35348+咪唑安定组HFS后PS幅值与HFS前和咪唑安定LTP2.0μmol·L-1组比较均无明显改变(P>0.05),与LTP组比较明显降低(P<0.01)。结论:咪唑安定能够抑制海马LTP的形成而影响记忆功能,其作用机制与活化海马γ-氨基丁酸(GABA)A受体有关。

氯胺酮对大鼠海马脑片突触长时程增强效应的影响

目的:观察氯胺酮对大鼠海马脑片突触长时程增强(LTP)效应的影响,并探讨其影响记忆的机制。方法:98只雄性SD大鼠,断头后取出海马组织,制备厚400μm的海马脑片。取49张脑片,随机分为7组:对照组、氯胺酮1、5、10、30、50和100μmol.L-1组。各组脑片分别灌流人工脑脊液(ACSF)、氯胺酮1、5、10、30、50和100μmol.L-1。采用细胞外微电极记录技术,记录海马脑片CA1区细胞外群体峰电位(PS)的变化。另取49张脑片,随机分为7组:LTP组、氯胺酮LTP1、5、10、30、50和100μmol.L-1组。各组脑片分别灌流ACSF、氯胺酮1、5、10、30、50和100μmol.L-1。海马脑片记录PS30min后,施以100Hz的高频强直刺激(HFS),诱发LTP,观察各组脑片HFS后PS幅值的变化。结果:与对照组比较,氯胺酮1、5和10μmol.L-1组给药后PS幅值无明显改变(P>0.05),氯胺酮30、50和100μmol.L-1组给药后PS幅值明显降低(P<0.01)。LTP组HFS后PS幅值增高,较刺激前增加了(52±12)%(P<0.01)。与LTP组比较,氯胺酮LTP1和5μmol.L-1组HFS后其PS幅值无明显改变(P>0.05),氯胺酮LTP10、30、50和100μmol.L-1组HFS后其PS幅值均明显降低(P<0.01)。结论:氯胺酮能够抑制海马LTP的形成而影响记忆功能,其机制与抑制海马N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体有关。

脊髓背角Ⅱ板层长时程增强诱导及维持过程中的突触形态计量学研究

本研究用体视学方法探讨了在C纤维诱发电位长时程增强(long-term potentiation,LTP)的诱导及维持过程中的脊髓背角Ⅱ板层的突触形态变化。结果显示:(1)在LTP形成后30min,Ⅱ板层内的突触后致密物质(postsynaptic density,PSD)增厚,突触间隙增宽;(2)在LTP形成后3h,PSD厚度、突触间隙宽度及突触界面曲率都有明显增加;(3)在LTP诱导和维持全过程中,总突触的数密度比对照组有明显增高。(4)在LTP形成后3h和5h,穿孔性突触的数密度与对照组比较有明显增高。上述结果显示:PSD增厚是LTP诱导阶段的主要形态学变化。突触界面曲率增大及穿孔突触数目增多是LTP维持阶段的主要形态学基础。

胚胎期及哺乳期全氟辛烷磺酸盐(PFOS)暴露对大鼠长时程突触可塑性影响的miRNA组学研究

为探讨PFOS胚胎期及哺乳期暴露对动物子代学习记忆能力影响的分子机理,采用微小RNA(miRNA)芯片技术检测PFOS胚胎期及哺乳期暴露对出生第1和7天大鼠脑组织miRNA表达的影响,分析突触可塑性相关miRNA表达的差异变化。结果显示,经PFOS暴露后出生第1和7天的大鼠脑组织中分别有24和17个miRNA发生显著性差异表达(p<0.05),其中与突触传递和神经递质转运等相关的miRNA的差异表达最为显著,主要包括miR-466b、miR-672、miR-297、miR-674-3p和miR-207。差异表达miRNA的路径分析显示出生后1和7d的大鼠的长时程增强效应(LTP)均受PFOS显著影响(p<0.05),这说明PFOS胚胎期及哺乳期暴露可能通过影响LTP的形成、发展和维持过程对大鼠子代大脑学习记忆能力造成威胁,并且miR-466b、miR-672、miR-297、miR-674-3p和miR-207可能参与了其中的调控过程。

高低频强直刺激诱导大鼠视皮层长持续长时程增强后突触超微结构的变化(英文)

在发育期大鼠视皮层上以2与100Hz强直刺激诱导长持续长时程增强(long-lastinglong-termpotentiation,L-LTP),然后观察突触超微结构的变化。在L-LTP形成后,运用电子显微镜及图像分析技术分析突触形态的变化。实验中观察到,突触界面曲率、突触数密度以及突触后致密物厚度在2与100Hz组较对照组均显著增加,而突触间隙宽度减小。在100Hz强直刺激诱导L-LTP组中,单位体积的活性区面积显著增加。100Hz强直刺激诱导L-LTP组较2Hz强直刺激诱导L-LTP组中单个突触活性区的面积大。以上结果表明:100Hz强直刺激诱导L-LTP组中新形成的突触较2Hz强直刺激诱导L-LTP组中的突触大,提示100Hz强直刺激引起的L-LTP可能伴随有突触后细胞骨架蛋白重组或合成的增加。

海马突触传递长时程增强效应中的逆行信使

海马突触传递长时程增强现象的突触机制研究取得了许多重要进展，其中特别是发展了突触前膜与突触后膜功能双向调控的概念，即观察了逆行信使的存在和作用，这对于理解和阐明学习、记忆的机制具有重要的理论意义。本文结合笔者的工作，重点介绍一氧化氮等所谓的逆行信使在突触传递长时程增强中的功能。

异氟醚对老年大鼠海马突触长时程增强效应的影响

目的:观察异氟醚对老年大鼠海马突触长时程增强(LTP)效应的影响,并探讨其影响老年大鼠认知功能的机制。方法:70只雄性老年SD大鼠,断头后取出海马组织,制备厚400μm的海马脑片。取35张脑片,随机分为5组(n=7):对照组、异氟醚0.0625、0.1250、0.2500和0.5000mmol·L-1组。各组脑片分别灌流人工脑脊液(ACSF)、异氟醚0.0625、0.1250、0.2500、0.5000mmol·L-1。采用细胞外微电极记录技术,记录海马脑片CA1区细胞外群体峰电位(PS)的变化。另取35张脑片,随机分为5组(n=7):LTP组、异氟醚LTP0.0625、0.1250、0.2500和0.5000mmol·L-1组。各组脑片分别灌流ACSF、异氟醚0.0625、0.1250、0.2500和0.5000mmol·L-1。海马脑片记录PS30min后,施以100Hz的高频强直刺激(HFS),诱发LTP,观察各组脑片HFS后PS幅值的变化。结果:与对照组比较,异氟醚0.0625mmol·L-1组给药后PS幅值无明显改变(P>0.05),异氟醚0.1250、0.2500和0.5000mmol·L-1组给药后PS幅值明显降低(P<0.01)。LTP组HFS后PS幅值增高,较刺激前增加了(34±11)%(P<0.01)。与LTP组比较,异氟醚LTP0.0625、0.1250、0.2500和0.5000mmol·L-1组HFS后其PS幅值均明显降低(P<0.01)。结论:异氟醚能够抑制海马LTP的形成而影响老年大鼠的认知功能。

突触长时程增强形成机制的研究进展

高等动物脑内突触传递的可塑性是近 30年来神经科学研究的热点。突触传递长时程增强(long termpotentiation ,LTP)是神经元可塑性的反映 ,其形成主要与突触后机制有关。过去关于LTP机制的研究主要集中于N 甲基 D门冬氨酸 (NMDA)受体的特征及该受体被激活后的细胞内级联反应。现认为脑内存在只具有NMDA受体而不具有α 氨基羟甲基恶唑丙酸 (AMPA)受体的“静寂突触 (silentsynapse)” ,这一概念的提出 。

电针对大鼠海马兴奋性突触后电位长时程增强的作用

目的 观察电针对麻醉状态下正常和东莨菪碱引起的学习记忆减退模型大鼠海马突触EPSP长时程增强 (LTP)的作用。方法 引导大鼠海马齿状回颗粒细胞层突触后兴奋性电位群 (EPSPs) ,强直刺激 (HFS)大脑皮层前穿质区引起海马突触LTP反应 ;用东莨菪碱制备学习记忆障碍模型 ;观察电针大椎和肾俞穴对正常和模型大鼠海马LTP的影响。结果 电针对HFS诱发的海马突触LTP效应 ,其作用强于未电针组 ,部分参数和时段有统计学意义 (P <0 .0 5 ) ,且维持时间长于后者 ;东莨菪碱i.p可显著抑制HFS诱发的海马突触LTP(P <0 .0 1) ,电针能显著对抗这一抑制作用 (P <0 .0 1;P <0 .0 5 )。结论 电针对HFS引起的海马突触LTP有一定的易化作用 。

大黄酚对大鼠海马齿状回突触传递长时程增强的影响

目的:研究大黄酚对麻醉大鼠海马齿状回突触传递活动的影响。方法:采用在体细胞外记录长时程增强(LTP)的电生理学方法,观察侧脑室注射大黄酚(20,10,5ng/μL)对海马齿状回基础突触传递活动和高频刺激诱导LTP的影响,以及给予东莨菪碱后,大黄酚对大鼠海马齿状回高频刺激诱导LTP的影响。结果:大黄酚可剂量依赖性增强大鼠海马齿状回基础突触传递活动;对于高频刺激诱导LTP现象有增强作用;对抗东莨菪碱对高频刺激诱导LTP的抑制作用。结论:脑内静脉注射大黄酚可剂量依赖性增强海马齿状回基础突触传递活动和高频刺激所诱导的LTP,其作用机制可能与大黄酚改善胆碱能系统的功能有关。

电针对大鼠海马兴奋性突触后电位长时程增强的作用(英文)

背景:海马长时程增强(long-termpotentiation,LTP)与行为学研究相结合,已被广泛用于包括中医药在内的改善学习记忆功能和治疗老年性痴呆的研究。目的:观察电针对麻醉状态下正常和东莨菪碱引起的学习记忆减退模型大鼠海马兴奋性突触后电位(excitatorypostsynapticpotential,EPSP)LTP的作用。设计:随机对照研究。地点和材料:SD大鼠40只,体质量270～310g,单纯随机分成为:对照组、电针组、模型组和模型+电针治疗组,每组10只。干预:引导大鼠海马齿状回颗粒细胞层突触后兴奋性电位群(EPSPs),强直刺激大脑皮质前穿质区引起海马突触LTP反应;用东莨菪碱制备学习记忆障碍模型;电针(疏密波3～5mA,30min)大椎和双侧肾俞穴;观察电针对正常和模型大鼠海马LTP的影响。主要观察指标:强直刺激前和强直刺激诱发后0,60,120minLTP群发电位信号(PS),PS的EPSP潜伏期,PS锋值潜伏期,EPSP的斜率,PS锋值和PS锋面积(PSa)。结果:①电针对强直刺激诱发的海马突触LTP效应的作用强于对照组。与对照组比,EPSP潜伏期明显缩短犤相对于强直刺激前的变化率对照组与电针组分别为(-7.8±2.6)%比(-14.4±7.7)%,差异有显著性意义(t=2.5681,P<0.05)犦;EPSP的斜率增加(t=2.4364,P<0.05);PS锋面积增大(t=2.7508～2.9909,P<0.05),且维持时间长于对照?

突触传递长时程抑制的研究进展

长时程抑制（ＬＴＤ）是突触可塑性的重要形式之一。根据诱导条件及部位的不同，ＬＴＤ至少可分为四种类型。本文就ＬＴＤ的诱导和调制机理及其与学习、记忆的关系作一介绍。

低频刺激诱发海马突触传递去长时程增强的特性研究

目的和方法 :以频率为 1、3或 5Hz,脉冲数为 30 0或 90 0 ,与高频刺激 (HFS)时间间隔是 2 0min或 10 0min的低频刺激 (LFS)作用于大鼠海马脑片 ,分别观察其对CA1区突触传递去长时程增强 (DP)形成的影响。结果 :HFS(10 0Hz,10 0脉冲的串刺激两串 ,串间隔 30s)可诱发突触传递效率的长时程增强 (LTP)。HFS后 2 0min给予 3Hz90 0脉冲的LFS可翻转LTP ,产生DP ,该作用可为NMDA受体阻断剂AP5 (5 0 μmol/L)所阻断 ,1Hz、5Hz、低脉冲数或与HFS时间间隔长的LFS ,其诱发DP的效率减弱。结论 :诱发海马CA1区DP的产生 ,对LFS的参数有较强的依从性。

长时程突触可塑性中的突触标识

神经元长时程突触可塑性是学习和记忆的基础,神经元长时程突触可塑性的维持依赖于基因的转录和蛋白质合成。然而,这些转录产物和新合成的蛋白质是如何从胞体运输到突触点,还不甚清楚。近年来的研究显示,当长时程突触可塑性发生时,被激活的突触能通过建立突触标记(synaptic tag)来识别、捕捉和利用其所需要的基因产物,以维持突触可塑性的长时程变化。这一过程或现象被称为突触标识(synaptic tagging)。本文就近年来突触标识的研究进展作一概述。

突触可塑性与长时程增强现象的研究进展

长时程增强(LTP)是突触传递功能可塑性的重要表现形式,是研究学习与记忆的细胞模型。长持续LTP(LL-LTP)是进行长时记忆研究的细胞模型。近年来的研究资料表明,静寂突触转化为功能性突触可能是LTP维持的重要机制。LTP形成后,可以因生理性刺激或外源性刺激而出现反转。由于LTP具有可反转性和反转输入通路的特异性,采用特异电刺激干预成瘾记忆,以创建不损伤正常脑功能的特异的“成瘾记忆丧失疗法”是我们追寻的目标。

去除感觉神经细胞体对突触长时程易化效应的影响

目的去除感觉神经细胞的体部,研究离体培养突触长时程易化效应的变化。方法体外培养多组由无脊椎海生动物海兔(Ap lysia)的感觉神经元(SN)和运动神经元(L7,MN)互相接触而形成的突触模型,培养到第4 d时,将部分感觉神经细胞体去除(SN/L7,-CB),其余仍保留细胞体部(SN/L7,+CB),应用5-HT处理上述突触模型,之后将处理后的模型继续培养,在此后24 h和48 h,分别检测去除和保留感觉神经细胞体突触模型的长时程易化(LTF)效应。结果在应用5-HT后24 h,去除胞体组突触的LTF明显高于保留胞体组;而在应用5-HT后48 h,去除细胞体组突触的LTF呈明显下降,与保留细胞体组无明显差异;应用5-HT后24 h和48 h保留感觉神经细胞体组突触的LTF水平无明显变化。结论去除感觉神经细胞体在较短的时程内(24 h)可以提高突触LTF表达水平,而这种高水平的LTF无法长时间维持(48 h),保留感觉神经细胞体突触的LTF在一定时程内(48 h)可以在一定水平上稳定表达。

酒精对大鼠背侧纹状体长时程突触抑制的影响

目的:建立大鼠背侧纹状体长时程突触抑制(LTD)的诱导方法,并观察60 mmol/L酒精对大鼠背侧纹状体LTD诱导的影响,初步探讨酒精的作用机制。方法:制备纹状体冠状切面脑片,双极钨丝电极刺激皮层-纹状体传入通路,在大鼠背侧纹状体部位记录诱发的群峰电位(population spike,PS)。预先灌流60 mmol/L酒精及N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体阻断剂MK-801,再给予强直刺激。结果:对照组给予强直刺激后诱导出明显的LTD,PS幅值减小到原先的20％左右,并持续60 min以上;灌流酒精10 min再给予强直刺激,PS幅值出现先减小而后增加的变化,60 min时已经恢复到强直刺激前的80％;灌流MK-801后给予强直刺激阻断LTD的诱导。结论:强直刺激皮层-纹状体兴奋性传入通路可在背侧纹状体诱导明显的LTD,灌流酒精不影响LTD的产生,然而会影响LTD的保持,NMDA受体参与纹状体LTD的诱导。

一氧化氮对一叶萩碱诱导的突触传递长时程增强的作用

目的 研究一叶碱对麻醉大鼠突触可塑性形成中一氧化氮 (nitricoxide ,NO)的作用。方法 以在体记录突触传递长时程增强 (long termpotentiation ,LTP)的电生理学方法 ,记录大鼠海马齿状回颗粒细胞层群峰电位(populationspike,PS) ;以硝酸还原酶法测定NO含量。结果 在侧脑室给予 0 2nmol·L- 1 一叶碱 (securinine ,5 μL)前给予 1μmol·L- 1 7 硝基吲唑可抑制LTP的诱导。给药前ipL 精氨酸 2 5 0mg·kg- 1 可逆转这种抑制作用。取脑进行NO含量测定 ,与一叶碱对照组相比 ,7 硝基吲唑 +一叶碱给药组的NO含量明显下降。结论 选择性一氧化氮合酶 (nNOS)抑制剂 7 硝基吲唑抑制一叶碱对LTP的诱导 ;由nNOS催化产生的NO参与了一叶碱诱导LTP的过程。