Le dinamiche del Calcio prevedono la direzione della plasticità sinaptica nei neuroni striatali spinosi di proiezione

Joanna Jędrzejewska-Szmek,
Sriraman Damodaran,
Daniel B. Dorman and
Kim T. Blackwell*

Abstract here

Lo striato è un luogo importante di formazione dell'apprendimento e della memoria per l'associazione sensomotoria e cognitiva. Uno dei meccanismi utilizzati dal cervello per la memoria è la plasticità sinaptica - la lunga durata, attività dipendente da cambiamento nella forza sinaptica.

Tutte le forme di plasticità sinaptica richiedono un aumento di calcio intracellulare, e un'ipotesi comune è che l'ampiezza e la durata dei transienti di calcio siano in grado di determinare la direzione della plasticità sinaptica. L'utilità di questa ipotesi nello striato è chiara, in parte perché è necessaria la dopamina per la plasticità striatale e in parte a causa della diversità di protocolli di stimolazione.

Per verificare se il calcio può prevedere la direzione della plasticità, abbiamo sviluppato una regola per la plasticità a base di calcio con una proiezione sul modello di neurone spinoso con le dinamiche del calcio sofisticate tra cui la diffusione del calcio, il buffering, e l'estrusione della pompa. Utilizziamo tre protocolli di induzione della plasticità (STDP) spike-timing-dipendente, in cui i potenziali post-sinaptici sono accoppiati con potenziali d'azione con precisione a tempo e la tempistica di tale abbinamento determina se sarà possibile verificarne il potenziamento o la depressione.I risultati mostrano che, nonostante la variazione dinamica del calcio, una singola regola per la plasticità basata sul calcio, che considera esplicitamente la durata dell'aumento del calcio, può spiegare la direzione del cambiamento del peso sinaptico per tutti e tre i protocolli STDP. Simulazioni aggiuntive dimostrano che la regola della plasticità prevede correttamente la dipendenza del recettore NMDA di potenziamento a lungo termine e la dipendenza del canale L-tipo di depressione a lungo termine. Utilizzando le dinamiche del calcio realistico, il modello rivela meccanismi che controllano la direzione della plasticità sinaptica, e dimostra che le dinamiche del calcio, non solo l'ampiezza di calcio, sono cruciali per la plasticità sinaptica.