Spinal dorsal horn nociceptive neurons have been shown to undergo long-term synaptic plasticity, including long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). Here, we focused on the spinothalamic tract (STT) neurons that are the main nociceptive neurons projecting from the spinal cord to the thalamus. Optical technique using fluorescent dye has made it possible to identify the STT neurons in the spinal cord. Evoked fast mono-synaptic, excitatory postsynaptic currents (eEPSCs) were measured in the STT neurons. Time-based tetanic stimulation (TBS) was employed to induce long-term potentiation (LTP) in the STT neurons. Coincident stimulation of both pre- and postsynaptic neurons using TBS showed immediate and persistent increase in AMPA receptor-mediated EPSCs. LTP can also be induced by postsynaptic spiking together with pharmacological stimulation using chemical NMDA. TBS-induced LTP observed in STT neurons was blocked by internal BAPTA, or $Ni^{2+}$, a T-type VOCC blocker. However, LTP was intact in the presence of L-type VOCC blocker. These results suggest that long-term plastic change of STT neurons requires NMDA receptor activation and postsynaptic calcium but is differentially sensitive to T-type VOCCs.
At central synapses, activity-dependent synaptic plasticity has a crucial role in information processing, storage, learning, and memory under both physiological and pathological conditions. One widely accepted model of learning mechanism and information processing in the brain is Hebbian Plasticity: long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). LTP and LTD are respectively activity-dependent enhancement and reduction in the efficacy of the synapses, which are rapid and synapse-specific processes. A number of recent studies have a strong focal point on the critical importance of another distinct form of synaptic plasticity, non-Hebbian plasticity. Non-Hebbian plasticity dynamically adjusts synaptic strength to maintain stability. This process may be very slow and occur cell-widely. By putting them all together, this mini review defines an important conceptual difference between Hebbian and non-Hebbian plasticity.
Investigation of molecular and cellular mechanisms of synaptic plasticity is the major focus of many neuroscientists. There are two major reasons for searching new genes and molecules contributing to central plasticity: first, it provides basic neural mechanism for learning and memory, a key function of the brain; second, it provides new targets for treating brain-related disease. Long-term potentiation (LTP), mostly intensely studies in the hippocampus and amygdala, is proposed to be a cellular model for learning and memory. Although it remains difficult to understand the roles of LTP in hippocampus-related memory, a role of LTP in fear, a simplified form of memory, has been established. Here, I will review recent cellular studies of LTP in the anterior cingulate cortex (ACC) and then compare studies in vivo and in vitro LTP by genetic/pharmacological approaches. I propose that ACC LTP may serve as a cellular model for studying central sensitization that related to chronic pain, as well as pain-related cognitive emotional disorders. Understanding signaling pathways related to ACC LTP may help us to identify novel drug target for various mental disorders.
Vestibular compensation is a recovery process from vestibular symptoms over time after unilateral loss of peripheral vestibular end organs. The aim of the present study was to observe time-dependent changes in long-term potentiation (LTP) at Schaffer collateral-CA1 synapses in the CA1 area of the hippocampus during vestibular compensation. The input-output (I/O) relationships of fEPSP amplitudes and LTP induced by theta burst stimulation to Schaffer's collateral commissural fibers were evaluated from the CA1 area of hippocampal slices at 1 day, 1 week, and 1 month after unilateral labyrinthectomy (UL). The I/O relationships of fEPSPs in the CA1 area was significantly reduced within 1 week post-op and then showed a non-significant reduction at 1 month after UL. Compared with sham-operated animals, there was a significant reduction of LTP induction in the hippocampus at 1 day and 1 week after UL. However, LTP induction levels in the CA1 area of the hippocampus also returned to those of sham-operated animals 1 month following UL. These data suggest that unilateral injury of the peripheral vestibular end organs results in a transient deficit in synaptic plasticity in the CA1 hippocampal area at acute stages of vestibular compensation.
To investigate the neurobiological bases of learning and memory is one of the ambitious goals of modern neuroscience. The progress in this field of recent years has not only brought us closer to understanding the molecular mechanism underlying long-lasting changes in synaptic strength, but it has also provided further evidence that these mechanisms are required for memory formation. Since twenty years ago, several studies for the tests of the hypothesis that NMDA-dependent hippocampal long-term potentiation(LTP) underlies learning have been reported. Also, in the recent year, data from mutant mice showed that a potential role for NMDA-dependent LTP in hippocampal CA1 and spatial learning. Although the current evidence for the role of NMDA receptor in learning and memory is not still obvious, NMDA receptor seems to act as a critical switch for activation of a cascade of events that underlie synaptic plasticity.
Kim, T.S.;Lee, J.J.;Hwang, S.J.;Lee, Y.K.;Park, J.H.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.28
no.1
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pp.17-23
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2007
Long-term potentiation (LTP) of synaptic transmission is the most widely studied model for learning and memory. However its mechanisms are not clearly elucidated and are a subject for intense investigation. Previous attempts to decipher cellular mechanisms and network properties involved a current-source density analysis (CSDA) of the LTP from small animal hippocampus measured with a limited number of microelectrodes (typically <3), only revealing limited nature of spatiotemporal dynamics. Recent advancement in multi-electrode array (MEA) technology allows continuous and simultaneous recordings of LTP with more than 60 electrodes. However CSDA via the standard Laplacian transform is still limited due to its relatively high sensitivity toward noise, inability of resolving overlapped current sources and sinks, and its requirement for tissue conductivity values. In this study, we propose a new methodology for improved CSDA. Independent component analysis and its joint use (i.e., Joint-ICA) are applied to extract spatiotemporal components of LTP. The results show that ICA and Joint-ICA are capable of extracting independent spatiotemporal components of LTP generators. The ICs of LTP indicate the reversing roles of current sources and sinks which are associated with LTP.
Kim, Eung Chang;Lee, Myeong Jong;Shin, Sang Yep;Seol, Geun Hee;Han, Seung Ho;Yee, Jaeyong;Kim, Chan;Min, Sun Seek
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.1
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pp.51-56
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2013
Many intracellular proteins and signaling cascades contribute to the sensitivity of N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs). One such putative contributor is the serine/threonine kinase, protein kinase C (PKC). Activation of PKC by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) causes activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) and promotes the formation of new spines in cultured hippocampal neurons. The purpose of this study was to examine which PKC isoforms are responsible for the PMA-induced augmentation of long-term potentiation (LTP) in the CA1 stratum radiatum of the hippocampus in vitro and verify that this facilitation requires NMDAR activation. We found that PMA enhanced the induction of LTP by a single episode of theta-burst stimulation in a concentration-dependent manner without affecting to magnitude of baseline field excitatory postsynaptic potentials. Facilitation of LTP by PMA (200 nM) was blocked by the nonspecific PKC inhibitor, Ro 31-8220 ($10{\mu}M$); the selective $PKC{\delta}$ inhibitor, rottlerin ($1{\mu}M$); and the $PKC{\varepsilon}$ inhibitor, TAT-${\varepsilon}V1$-2 peptide (500 nM). Moreover, the NMDAR blocker DL-APV ($50{\mu}M$) prevented enhancement of LTP by PMA. Our results suggest that PMA contributes to synaptic plasticity in the nervous system via activation of $PKC{\delta}$ and/or $PKC{\varepsilon}$, and confirm that NMDAR activity is required for this effect.
Kim, Hwang-Soo;Kim, Hyun-Sok;Hahn, Sang-June;Kim, Myung-Jun;Yoon, Shin Hee;Jo, Yang-Hyeok;Kim, Myung-Suk;Rhie, Duck-Joo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.8
no.6
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pp.295-300
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2004
Serotonin (5-hydroxytroptamine, 5-HT) has been shown to affect the induction of long-term potentiation (LTP) in the cortex such as the hippocampus, the visual cortex and the prefrontal cortex. Fluoxetine, as a selective serotonin reuptake inhibitor, is used in the management of a wide variety of psychological diseases. To study the effect of fluoxetine on the induction of LTP, we recorded the field potential in layer II/III of the frontal cortex from 3-wk-old. LTP was induced in horizontal input by theta burst stimulation (TBS). TBS with two-folds intensity of the test stimulation induced LTP, which was blocked by application of D-AP5 $(50 {\mu}M)$, an NMDA receptor antagonist. Whereas bath application of 5-HT $(10 {\mu}M)$ inhibited the induction of LTP, treatment with the 5-HT depleting agent, para-chloroamphetamine $(PCA,\;10{\mu}M)$, for 2hr did not affect the induction of LTP. Bath application of fluoxetine (1, 3, and $10 {\mu}M)$ suppressed the induction of LTP in concentration-dependent manner, however, fluoxetine did not inhibit the induction of LTP in 5-HT-depleted slices. These results indicate that fluoxetine may inhibit the induction of LTP by modulating serotonergic mechanism in the rat frontal cortex.
Ghaeminia, Mehdy;Rajkumar, Ramamoorthy;Koh, Hwee-Ling;Dawe, Gavin S.;Tan, Chay Hoon
Journal of Ginseng Research
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v.42
no.3
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pp.298-303
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2018
Background: Panax ginseng is one of the most commonly used medicinal herbs worldwide for a variety of therapeutic properties including neurocognitive effects. Ginsenoside Rg1 is one of the most abundant active chemical constituents of this herb with known neuroprotective, anxiolytic, and cognition improving effects. Methods: We investigated the effects of Rg1 on the medial prefrontal cortex (mPFC), a key brain region involved in cognition, information processing, working memory, and decision making. In this study, the effects of systemic administration of Rg1 (1 mg/kg, 3 mg/kg, or 10 mg/kg) on (1) spontaneous firing of the medial prefrontal cortical neurons and (2) long-term potentiation (LTP) in the hippocampal-medial prefrontal cortical (HP-mPFC) pathway were investigated in male Sprague-Dawley rats. Results: The spontaneous neuronal activity of approximately 50% the recorded pyramidal cells in the mPFC was suppressed by Rg1. In addition, Rg1 attenuated LTP in the HP-mPFC pathway. These effects were not dose-dependent. Conclusion: This report suggests that acute treatment of Rg1 impairs LTP in the HP-mPFC pathway, perhaps by suppressing the firing of a subset of mPFC neurons that may contribute to the neurocognitive effects of Rg1.
Clinical interest has lately been roused by evidence that comprehension of synaptic plasticity may be based on the theoretical opinion. This paper describes perception of synaptic plasticity. Especially processes of long term potentiation(LTP) and long term depression(LTD) are discussed. Recently, it is assessed to genetical parts from development of molecular biology. Therefore this review also represents aspect of molecular events of synaptic plasticity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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