An Integrated Approach to Synaptic Plasticity in the Hippocampus

海马突触可塑性的综合方法

基本信息

项目摘要

Synaptic plasticity is believed to be an important mechanism contributing to of learning, memory, and many aspects of development. There is significant evidence that in cortex synaptic plasticity contributes significantly to receptive field development. For example, in the hippocampus there is abundant cellular and molecular information about long term potentiation (LTP) and long term depression (LTD), the cellular manifestation of long lasting synaptic plasticity. LTP and LTD can be induced by different induction paradigms that depend on presynaptic rate, on pairing presynaptic spikes with postsynaptic depolarization, and on the precise time difference between pre and postsynaptic spikes. We have recently hypothesized that a single model, which depends on calcium influx through NMDA receptors can account for these different induction paradigms. Here we propose a more detailed study of the molecular dynamics, including improved but simple models of CaMKII and Calcinurin that underlie synaptic plasticity. Based on this detailed study as well as new experimental results and measured parameters, we will develop an updated version of the unified plasticity model (UPM) that can be quantitatively tested. We hypothesize that fluctuations in molecular dynamics can play a significant role in the resulting synaptic plasticity. We propose to analyze these fluctuations and calculate their effect on the different induction paradigms of synaptic plasticity. We also propose to test experimentally the validity of a key assumption of the UPM, that the back propagating action potential has a long tail, and to measure key physiological parameters in hippocampal cells. We will use measured physiological parameters in hippocampal cells in simulating the UPM in order to create a quantitative theory appropriate for the hippocampus. The UPM will be further developed to account for the maintenance phase of synaptic plasticity. We will also test the hypothesis that homeostatic metaplasticity is crucial in attaining stable, selective and robust fixed points.
突触可塑性被认为是促进学习、记忆和发育的许多方面的重要机制。有重要证据表明,皮层突触可塑性对感受野的发育有显着贡献。例如,海马体中存在丰富的关于长期增强(LTP)和长期抑制(LTD)的细胞和分子信息,这是持久突触可塑性的细胞表现。 LTP 和 LTD 可以通过不同的诱导范式来诱导,这些范式取决于突触前速率、突触前尖峰与突触后去极化的配对以及突触前尖峰和突触后尖峰之间的精确时间差。我们最近假设,依赖于通过 NMDA 受体的钙流入的单一模型可以解释这些不同的诱导范例。在这里,我们提出了对分子动力学进行更详细的研究,包括作为突触可塑性基础的 CaMKII 和钙调蛋白的改进但简单的模型。基于这项详细的研究以及新的实验结果和测量参数,我们将开发可定量测试的统一塑性模型(UPM)的更新版本。我们假设分子动力学的波动可以在由此产生的突触可塑性中发挥重要作用。我们建议分析这些波动并计算它们对突触可塑性的不同诱导范式的影响。我们还建议通过实验来测试 UPM 的一个关键假设(即反向传播动作电位具有长尾)的有效性,并测量海马细胞中的关键生理参数。我们将使用测量的海马细胞生理参数来模拟 UPM,以创建适合海马的定量理论。 UPM 将进一步发展以解释突触可塑性的维持阶段。我们还将检验稳态化塑性对于获得稳定、选择性和稳健的固定点至关重要的假设。

项目成果

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