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VL 23.6. und 7.7.06 Erinnerungssysteme des Säugergehirns (Memory systems) Synaptische Plastizität und Erinnerung Mechanismen - Kausalität? Stephan Sigrist.

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Präsentation zum Thema: "VL 23.6. und 7.7.06 Erinnerungssysteme des Säugergehirns (Memory systems) Synaptische Plastizität und Erinnerung Mechanismen - Kausalität? Stephan Sigrist."—  Präsentation transkript:

1 VL und Erinnerungssysteme des Säugergehirns (Memory systems) Synaptische Plastizität und Erinnerung Mechanismen - Kausalität? Stephan Sigrist Bio-Imaging Center/Rudolf Virchow Zentrum Inst. f.klinische Neurobiologie Universität Würzburg

2 Was bedeutet synaptische Plastizität (SP)? Wo im Gehirn wird SP beobachtet? Welche Eigenschaften machen SP zu einem plausiblen Substrat für Lernen/Gedächtnis? Welche Hinweise liegen für eine kausale Beziehung zwischen SP und Lernen/Gedächtnis vor?

3 n = m n > m n > m brain neuron synapse adapted from Jürgen Klingauf

4 adapted from Andreas Prokop

5

6 Hippokampus

7

8 LTP (Gyrus dentate) LTD (CA1 Hippokampus) Löschen von LTP (Gyrus dentate) Phänomene synaptischer Plastizität

9 Klassische Eigenschaften von LTP: relevant für mögliche Rolle in Lernen/Gedächtnis Persistenz - Lernen/Gedächtnis dauern länger als Induktionsphase Input-Spezifität - genügend Speicherkapazität Assoziativität, Kooperativität - Verknüpfung von Informationen

10 LTP ist persistent

11 Klassische Eigenschaften von LTP: relevant für mögliche Rolle in Lernen/Gedächtnis Persistenz - Lernen/Gedächtnis dauern länger als Induktionsphase Input-Spezifität - genügend Speicherkapazität Assoziativität, Kooperativität - Verknüpfung von Informationen

12 Or simpler: cells that fire together wire together

13 LTP: Input-Spezifität und Assoziativität

14 Plastizitätsmechanismen sind divers (Eigenschaften nicht immer klassisch

15 Molekulare Mechanismen synaptischer Plastizität

16 LTP: Input-Spezifität und Assoziativität

17 Assoziativität und der NMDA Rezeptor Molekularer Konizidenz-Detektor

18 LTP Induktion kann sein: NMDA-Rezeptor abhängig (CA1-CA3 Synapse) oder unabhängig (perforant path - DG): Spannungsgesteuerte Ca 2+ -Kanäle (VGCC)

19 Induktion von LTP: Anstieg von Ca 2+ VGCC: voltage gated Ca 2+ -channels mGluR: metabotroper glutamate receptor

20 presynapse postsynapse Ca 2+ -channels Neurotransmitter-receptors Transmitter vesicles adapted from Andreas Prokop

21 Zelluläre Prozesse zur Veränderung der Synapsenstärke

22 Aufrechterhaltung der LTP: Frühe LTP: Phosphorylierung existenter synaptischer Proteine (PKC, CamKII) Spätere LTP: dann Proteinsynthese (abhängig Translation + später auch Transkription) Induktion spätere LTP: auch PKA

23 Engert und Bonhöffer, 1997

24 Kriterien zur Beurteilung des Verhältnisses zwischen synaptischer Plastizität und Lernen/Gedächtnis: Manipulierbarkeit Nachweisbarkeit Mimikrierbarkeit

25

26 Kriterien zur Beurteilung des Verhältnisses zwischen synaptischer Plastizität und Lernen/Gedächtnis: Manipulierbarkeit: ja! Nachweisbarkeit Mimikrierbarkeit

27 Aber..... Verschiedene Formen von LTP (NMDA Rezeptor abhängig, unabhängig etc.) und Verschiedene Formen von Lernen/Gedächtnis in verschiedenen Hirnarealen

28

29 Nachweisbarkeit Anlegen von Gedächtnis -> Änderungen synaptischer Übertragung (Gedächtnisspur - memory trace? wo im Gehirn? wie groß ist Veränderung? sättigbar?

30 Erhöhung evozierter synaptischer Antworten nach motorischem Lernen im Motorkortex Rioult-Pedotti et al., Nat. Neurosci. 1998

31 Motorisches Lernen schliesst weitere LTP weitgehend aus und begünstigt LTD (Rioult-Pedotti et al., Science 2000)

32 Verhaltensinduzierte LTP: Angst-Konditionierung (fear conditioning) (Rogan et al., 97)

33

34 Kriterien zur Beurteilung des Verhältnisses zwischen synaptischer Plastizität und Lernen/Gedächtnis: Manipulierbarkeit: ja! Nachweisbarkeit: ja! Mimikrierbarkeit

35 Mimikry von Erinnerung: Induktion eines zeitlich-räumlichen Muster von Veränderungen synaptischer Übertragung sollte scheinbare Erinnerung produzieren zur Zeit noch Gedankenexperiment

36 Reflex-Netzwerk Distributives assoziatives Netzwerk

37 Autokorrelation Nach Lernen: spezifische Verstärkung des Eingangsmusters

38 System speichert Erinnerung an Eingangsmuster Erinnerung delokalisiert Eigenschaften autoassoziativer Netzwerke: Mustererkennung und Musterergänzung z.B > > (Ergänzung des gelernten Musters)

39 d.h. synaptische Plastizität (LTP) sicher notwendig für Lernen und Gedächtnis aber auch hinreichend ??


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