18.9 : Potentialisation à long terme

La potentialisation à long terme, ou PLT, est l’un des moyens par lesquels la plasticité synaptique — les changements dans la force des synapses chimiques — peut se produire dans le cerveau. La PLT est le processus de renforcement synaptique qui se produit au fil du temps entre les connexions neuronales pré- et postsynaptiques. Le renforcement synaptique de la PLT fonctionne en opposition à l’affaiblissement synaptique de la dépression à long terme (DLT) et sont ensemble les principaux mécanismes qui sous-tendent l’apprentissage et la mémoire.

La PLT de Hebb

La PLT peut se produire lorsque les neurones présynaptiques déclenchent et stimulent à plusieurs reprises le neurone postsynaptique. C’est ce qu’on appelle la PLT hebbienne puisqu’elle découle du postulat de Donald Hebb en 1949 selon lequel “ les neurones qui se déclenchent ensemble se raccordent ensemble ”. La stimulation répétée des neurones présynaptiques induit des changements dans le type et le nombre de canaux ioniques dans la membrane postsynaptique.

Deux types de récepteurs postsynaptiques du neurotransmetteur excitateur glutamate sont impliqués dans la PLT : 1) les récepteurs N-méthyl-D-aspartate ou NMDA et 2) les récepteurs à l’acide α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique ou récepteurs AMPA. Bien que les récepteurs NMDA s’ouvrent lors de la liaison du glutamate, leur pore est habituellement bloqué par des ions magnésium qui empêchent d’autres ions chargés positivement d’entrer dans le neurone. Cependant, le glutamate libéré par les neurones présynaptiques peut se lier aux récepteurs AMPA postsynaptiques, provoquant un influx d’ions sodium qui entraîne la dépolarisation de la membrane. Lorsque la membrane postsynaptique est dépolarisée par de multiples entrées présynaptiques fréquentes, l’ion magnésium bloquant le pore du récepteur NMDA est déplacé, ce qui permet aux ions sodium et calcium d’affluer dans le neurone.

L’influx accru d’ions calcium déclenche alors une cascade de signalisation qui aboutit à l'insertion d'un plus grand nombre de récepteurs AMPA dans la membrane plasmique. Alternativement, la cascade de signalisation peut phosphoryler les récepteurs de glutamate, leur permettant de rester ouvert pendant une plus longue durée et d'augmenter la conductivité des ions chargés positivement dans la cellule. En conséquence, la même stimulation présynaptique évoquera maintenant une réponse postsynaptique plus forte, étant donné que plus de récepteurs de glutamate seront activés et plus d’ions chargés positivement entreront dans le neurone postsynaptique. L’amplification qui se produit est connue sous le nom de renforcement synaptique ou potentialisation.

L’adage “ c’est en forgeant qu’on devient forgeron ” peut être expliqué en partie par la PLT. Lorsqu’une nouvelle tâche est apprise, de nouveaux circuits neuronaux sont renforcés à l’aide de la PLT. Après chaque itération de l’exercice, la force synaptique dans les circuits neuronaux devient plus grande, et bientôt la tâche peut être exécutée correctement et efficacement. Les connexions nouvellement renforcées peuvent durer de quelques minutes à des semaines ou plus si la stimulation présynaptique persiste, ce qui signifie qu’à chaque fois ultérieure que la tâche est exécutée, la PLT est maintenue.

La PLT et la maladie

Lorsque la PLT fonctionne normalement, nous pouvons apprendre et former des souvenirs avec facilité. Cependant, des anomalies dans la PLT ont été impliquées dans beaucoup de troubles neurologiques et cognitifs tels que la maladie d’Alzheimer, l’autisme, la dépendance, la schizophrénie et la sclérose en plaques. Une meilleure compréhension des mécanismes soutenant la PLT pourrait éventuellement mener à des thérapies.