De Potentiëring op lange termijn is de basis voor neurale plasticiteit en daarmee de hervorming van neurale structuren of verbindingen in het zenuwstelsel. Zonder het proces zou noch de vorming van een herinnering noch leerervaringen mogelijk zijn. Stoornissen van langdurige potentiëring komen bijvoorbeeld voor bij ziekten zoals de ziekte van Alzheimer.
Wat is potentiëring op de lange termijn?
Neuronen werken met bio-elektrische en biochemische actiepotentialen. De actiepotentialen zijn de taal van het centrale zenuwstelsel en dienen om excitatie over te brengen. Deze transmissie wordt ook wel synaptische transmissie genoemd. Zenuwcellen reageren op de verhoogde generatie actiepotentialen met een zogenaamde langdurige potentiëring.
Neurale plasticiteit is een van de belangrijkste gevolgen van potentiëring op de lange termijn. De term neurale plasticiteit beschrijft een hermodellering binnen de neurale structuur die deze aanpast aan het huidige gebruik. Zowel individuele zenuwcellen als hersengebieden kunnen neuronaal worden herbouwd. Door de conversieprocessen worden de functies van het centrale en perifere zenuwstelsel behouden, uitgebreid en aangepast aan de huidige gebruikssituatie. Als basis van de neurale reconstructie helpt langdurige potentiëring enorm om ervoor te zorgen dat het zenuwstelsel zo effectief en soepel mogelijk functioneert.
Potentiëring op de lange termijn wordt ook in verband gebracht met geheugenvorming. Bovendien is de reconstructie van de neurale structuren een onvermijdelijk proces voor leerprocessen.
Functie en taak
Vanuit het oogpunt van de hersenen krijgt een aangeleerde vaardigheid een morfologisch verband toegewezen, dat overeenkomt met een netwerk van synaptische verbindingen. Dergelijke netwerken maken de vorming van ideeën in de associatiecortex mogelijk. Wanneer bijvoorbeeld een bepaald woord wordt uitgesproken, moet een speciaal netwerk worden geactiveerd, wat weer resulteert in een bijzonder patroon van actiepotentialen.
Telkens wanneer iemand nieuwe vaardigheden leert of oude verbetert, ontstaan er nieuwe onderlinge verbindingen in de hersenen. Interconnecties die niet worden gebruikt, worden op dezelfde manier weer opgeheven. Deze hermodellering komt overeen met synaptische plasticiteit. Leren op neuraal niveau is dus een activiteitsafhankelijke reconstructie van patronen in de neurale verbinding en van functionele processen in de hersenen.
Naast presynaptische bekrachtiging, posttetanische potentiëring en synaptische depressie, is potentiatie op de lange termijn ook relevant voor leerprocessen. Deze versterking komt overeen met een langdurige versterking van synaptische transmissies. Dit proces bestaat uit verschillende deelprocessen.
De activering van AMPA-receptoren is de eerste stap in langdurige potentiëring. Er zijn talloze receptoren voor glutamaat in de postsynaptische membranen. Een subgroep van deze glutamaatreceptoren zijn die van het AMPA-type. Zodra een actiepotentiaal wordt gegenereerd, wordt glutamaat vrijgegeven. De lichaamseigen stof is een van de belangrijkste neurotransmitters en bindt zich na afgifte aan AMPA-receptoren, die door binding opengaan. Nadat de receptoren zijn geopend, stromen natriumionen naar binnen. Dit creëert een prikkelend postsynaptisch potentieel. Dit potentieel ontstaat bij elke depolarisatie binnen het postsynaptische membraan. Opwindende postsynaptische potentialen worden opgeteld en verwerkt door het ontvangende neuron. Bij overschrijding van een drempelwaarde vormen de ontvangende neuronen weer een actiepotentiaal en geven deze via hun axonen door.
Het genereren van een prikkelende postsynaptische potentiaal wordt gevolgd door activering van de NMDA-receptoren bij langdurige potentiëring. Zodra er extra actiepotentialen optreden, is er een verhoogde depolarisatie van het postsynaptische membraan. Magnesiumionen verlaten de NMDA-receptor en de receptor kan openen. Het openen van de NMDA-receptoren resulteert in de instroom van calciumionen en leidt tot een fosforylering van de AMPA-receptoren. De fosforylering verhoogt op zijn beurt de geleidbaarheid van de receptoren en verhoogt ook de eiwitsynthese in de cel.
Bovendien komen bij de beschreven processen retrograde boodschappersubstanties vrij. Deze boodschappersubstanties komen bijvoorbeeld overeen met derivaten van arachidonzuur of gassen zoals stikstofmonoxide. Deze boodschappersubstanties zorgen ervoor dat het presynaptische membraan meer neurotransmitters afgeeft.
Uw medicatie vindt u hier
➔ Geneesmiddelen tegen geheugenstoornissen en vergeetachtigheidZiekten en aandoeningen
Neurologische ziekten die de potentiëring op de lange termijn beïnvloeden, zijn momenteel een onderwerp van medisch onderzoek. Een van die ziekten is de ziekte van Alzheimer. De ziekte van Crohn heeft ook invloed op de hierboven beschreven processen. Dat deze ziekten de potentiëring op lange termijn verstoren, is voornamelijk te wijten aan de degeneratie van de zenuwcellen. Zodra de neuronale synapsen kapot gaan, is langdurige potentiëring niet meer mogelijk. Dit creëert bijvoorbeeld ook de donkere gebieden in hun geheugen.
De hersenen breken beetje bij beetje af bij degeneratieve ziekten van het centrale zenuwstelsel. Maatregelen om de neurale structuren in stand te houden, zijn een belangrijk aandachtspunt geworden in het onderzoek met betrekking tot ziekten zoals de ziekte van Alzheimer. Tot dusver zijn er geen grote successen geboekt bij het behoud van de synapsen. Tot dusverre zijn baanbrekende successen alleen geboekt bij dieren met vergelijkbare ziekten. Wetenschappers zijn er nog niet in geslaagd deze successen op de mens over te dragen.
Omdat de differentiatie op de lange termijn niet meer werkt bij de getroffenen, kan er geen synaptische hermodellering meer plaatsvinden. Leerprocessen zijn onmogelijk en de algemene functionaliteit van de hersenen neemt geleidelijk af. Nieuwe zenuwcellen of verbindingen tussen neuronen kunnen zich niet meer vormen. Oude synapsen worden niet meer gebruikt en worden ontmanteld als onderdeel van renovatieprocessen.
Om deze processen tegen te gaan, bevordert de geneeskunde nu het onderhoud van de synapsen door middel van speciale oefeningen. Hoe vaker synapsen worden gebruikt, hoe eerder de hersenen ze als noodzakelijk herkennen. Ziekten zoals de ziekte van Alzheimer of de ziekte van Crohn kunnen daarom door inspanning worden vertraagd. Maar tot nu toe is het onmogelijk om de ziekten te stoppen door middel van oefeningen. De meeste getroffenen hebben daarom vanaf een bepaald stadium van de ziekte 24 uur per dag zorg nodig.
