La potenciación a largo plazo, o LTP, es una de las formas en que la plasticidad sináptica (cambios en la fuerza de las sinapsis químicas) puede ocurrir en el cerebro. LTP es el proceso de fortalecimiento sináptico que ocurre con el tiempo entre las conexiones neuronales pre y postsinápticas. El fortalecimiento sináptico de LTP trabaja en oposición al debilitamiento sináptico de la depresión a largo plazo (LTD) y juntos son los principales mecanismos que subyacen al aprendizaje y la memoria.

Hebbian LTP

LTP puede ocurrir cuando las neuronas presinápticas repetidamente disparan y estimulan la neurona postsináptica. Esto se llama LTP hebbian ya que se deriva del postulado de Donald Hebb de 1949 que "las neuronas que disparan juntas se unen". La estimulación repetida de las neuronas presinápticas induce cambios en el tipo y el número de canales iónicos en la membrana postsináptica.

Dos tipos de receptores postsinápticos del neurotransmisor excitatorio glutamato están involucrados en LTP: 1) N-metil-D-aspartato o receptores NMDA y 2) -amino-3-hidroxi-5-metil-4-ácido isoxazolepropionónico o receptores AMPA. Aunque los receptores NMDA se abren sobre la unión de glutamato, su poro es generalmente bloqueado por iones de magnesio que impiden que otros iones cargados positivamente entren en la neurona. Sin embargo, el glutamato liberado de las neuronas presinápticas puede unirse a los receptores AMPA postsinápticos, causando una afluencia de iones de sodio que resulta en la despolarización de la membrana. Cuando la membrana postsináptica es despolarizada por múltiples entradas presinápticas frecuentes, el ion de magnesio que bloquea el poro del receptor NMDA se desplaza, permitiendo que los iones de sodio y calcio fluyan hacia la neurona.

El aumento de la afluencia de iones de calcio inicia entonces una cascada de señalización que culmina en más receptores AMPA que se insertan en la membrana plasmática. Alternativamente, la cascada de señalización puede fosforilar los receptores de glutamato, lo que les permite permanecer abiertos durante más tiempo y mejorar la conductancia de los iones cargados positivamente en la célula. Como resultado, la misma estimulación presináptica ahora evocará una respuesta postsináptica más fuerte dado que se activarán más receptores de glutamato y los iones cargados más positivamente entrarán en la neurona postsináptica. La amplificación que se produce se conoce como fortalecimiento o potenciación sináptica.

El adagio "la práctica hace perfecto" puede ser explicado en parte por LTP. Cuando se aprende una tarea novedosa, se refuerzan los nuevos circuitos neuronales mediante LTP. Después de cada iteración de la práctica, la fuerza sináptica en los circuitos neuronales se vuelve más fuerte, y pronto la tarea se puede realizar correctamente y eficientemente. Las conexiones recién reforzadas pueden durar de minutos a semanas o más si la estimulación presináptica persiste, lo que significa que cada vez que se realiza la tarea se mantiene el LTP.

LTP y Enfermedades

Cuando el LTP funciona normalmente, podemos aprender y formar recuerdos con facilidad. Sin embargo, las anomalías en el LTP se han implicado en muchos trastornos neurológicos y cognitivos como la enfermedad de Alzheimer, autismo, adicción, esquizofrenia y esclerosis múltiple. Una mejor comprensión de los mecanismos detrás de LTP podría eventualmente conducir a terapias.