انعطاف‌پذیری سیناپسی
سازوکارهای زیست‌شیمیایی

دو سازوکار مولکولی پلاستیسته سیناپسی، گیرنده‌های گلوتامات (NMDA,AMPA) را درگیر می‌کنند. بازشدن کانال‌های NMDA(کانال وابسته به ولتاژ هست) منجر به ورود کلسیم به داخل نورون پس سیناپسی و تولید LTP (و همچنین فعال شدن پروتئین کیناز) می‌شود. دپولاریزاسیون قوی نورون پس سیناپسی کاملاً یون منیزیمی که کانال NMDA را مسدود کرده‌است، را جابه‌جا می‌کند و اجازه ورود کلسیم به داخل سلول را می‌دهد که باعث LTP می‌شود. درحالی که دپلاریزیشن ضعیف تنها به صورت جزئی یون mg2+ را جابه‌جا می‌کند و منجر به ورود کمتر Ca2+ به نورون پس سیناپسی و کم بودن غلظت یون کلسیم درون سلولی می‌شود (که پروتئین فسفاتاز را فعال می‌کند و باعث رکود طولانی مدت می‌شود. (LTD)
این پروتئین کیناز فعال شده برای فسفوریلاسیون گیرنده‌های تحریکی پس سیناپسی (به عنوان مثال گیرنده هایAMPA) و بهبود هدایت کاتیون، به کار می‌روند و به این ترتیب سیناپس را تقویت می‌کند. همچنین این سیگنال‌ها گیرنده‌های اضافی در غشاء نورون پس سیناپسی به کار می‌گیرند، محصول یک نوع گیرنده اصلاح شده را تحریک می‌کنند و در نتیجه نفوذ کلسیم را تسهیل می‌کنند. این به نوبه خود باعث افزایش تحریک نورون پس سیناپسی توسط یک تحریک پیش سیناپسی داده شده، می‌شود. این فرایند می‌تواند معکوس شود، از طریق فعالیت پروتئین فسفاتازها، که برای دی فسفوریلاسیون این کانال‌های کاتیونی عمل می‌کنند.
سازوکار دوم بستگی به رونویسی ژن تنظیم شده باcascade second messenger (پیام رسان دوم پشت هم) و تغییرات در سطوح پروتئین‌های کلیدی در سیناپس‌های پیمانه ای (مانند CaMKII و PKAII)دارد. فعال شدن مسیر پیام رسان دوم منجر به افزایش سطح CaMKII و PKAII در اسپاینِ دندریت می‌شود. این پروتئین کیناز به رشد در حجم اسپاینِ دندریت و فرایندLTP مرتبط است، فرایندLTP از جمله افزودن گیرنده‌های AMPA به غشای پلاسما و فسفوریلاسیون کانال‌های یونی برای افزایش نفوذ پذیری است. موضع‌گیری یا جداسازی پروتئین‌های فعال در حضور تحریک‌های داده شده خود، که باعث ایجاد اثرات موضعی در اسپاینِ دندریت می‌شود، اتفاق می‌افتد. نفوذ کلسیم از گیرنده‌های NMDA برای فعالسازی CaMKII ضروری است. این فعال سازی با تحریک کانونی در اسپاین جمع می‌شود و قبل از گسترش به اسپاین‌های مجاور غیرفعال می‌شود. این یک سازوکار مهم LTP را نشان می‌دهد که در آن تغییرات خاص در فعال سازی پروتئین می‌تواند به منظور افزایش حساسیت تک اسپاین دندریت موضع‌گیری یا جداسازی شود. هر اسپاین قادر به تشکیل پاسخ‌های منحصر به فرد به نورون پیش سیناپسی است. این مکانیسم دوم می‌تواند توسط فسفوریلاسیون پروتئین تولید شود، اما طول می‌کشد و طولانی‌تر باقی می‌ماند، سازوکار را برای ذخیره‌سازی حافظه طولانی مدت فراهم می‌کند. مدت زمان LTP را می‌توان با تجزیه second messengerها تنظیم کرد. به عنوان مثال فسفر دی استرآز، cAMP را (که در افزایش سنتز گیرنده‌های AMPA در نورون پس سیناپسی دخالت دارد) تجزیه می‌کند.
تغییرات طولانی مدت در کارایی اتصالات سیناپسی (پتانسیل بلقوه طولانی مدت یا LTP) بین دو نورون می‌تواند باعث ایجاد ویا شکستن اتصالات سیناپسی شود. ژنهایی مانند ß-A فعال، که یک زیر واحد فعال A را رمزگذاری می‌کنند، در طول مراحل اولیه LTP رو به بالا(up_regulation) تنظیم می‌شوند. مولکول فعال دینامیک‌های اکتین در اسپاین را از طریق مسیر AMP_kinase اصلاح می‌کنند. با تغییر ساختار سیتو اسکلتی F-actin در اسپاین‌های دندریت، اسپاین‌ها طولانی‌تر می‌شوند و احتمال ایجاد اتصال سیناپسی با پایانه‌های آکسون سلول پیش سیناپسی افزایش می‌یابد. نتیجه نهایی ابقاء طولانی مدت LTP است.
تعداد کانال‌های یونی در غشاء نورون پس سیناپسی برقدرت سیناپس اثر می‌گذارد. تحقیقات نشان می‌دهد تغییرات در تراکم گیرنده‌های روی غشاء نورون پس سیناپسی بر تحریک پذیری نورون در پاسخ به تحریک تأثیر می‌گذارد. در یک فرایند پویا که در تعادل نگهداری می‌شود، گیرنده NMDA و گیرنده‌های AMPA توسط اگزوسیتوز به غشاء اضافه می‌شوند و توسط اندوسیتوز حذف می‌شوند. با افزایش تعداد گیرنده‌های موجود در غشاء و با فعالیت سیناپسی، این فرایندها می‌توانند تغییر کنند. آزمایشات نشان داده‌است که گیرنده‌های AMPA از طریق ترکیب غشاء وزیکولی با غشاء پس سیناپسی توسط پروتئین کیناز CaMKII (که با ورود کلسیم از طریق گیرنده هایNMDA فعال می‌شود) به سیناپس تحویل داده می‌شوند. CaMKII همچنین از طریق فسفوریلاسیون هدایت یونیAMPA را بهبود می‌بخشد. هنگامی که گیرنده NMDA با فرکانس بالا فعال می‌شود، بیان پروتئین PSD_95افزایش می‌یابد که ظرفیت سیناپسی برای گیرنده‌های AMPA را افزایش می‌دهد. این چیزی است که منجر به افزایش طولانی مدت گیرنده‌های AMPA و به همین ترتیب قدرت سیناپسی و پلاستیسیته می‌شود. اگر قدرت یک سیناپس فقط با تحریک تقویت شده یا با کمبود آن تضعیف شود، یک حلقه فیدبک مثبت رشد خواهد کرد و برخی از سلول‌ها هرگز آتش نخواهند کرد و برخی نیز بسیار آتش می‌کنند. اما دو شکل تنظیمی از انعطاف‌پذیری (که scaling و metaplasticity نامیده می‌شود) وجود دارد که فیدبک منفی ایجاد می‌کند. scaling یک مکانیزم اولیه است که توسط آن نورون قادر به تثبیت نرخ آتش به بالا یا پایین است.
Scaling برای حفظ قدرت سیناپس‌های مربوط به هم بکار می‌روند، که دامنه‌های کوچک پتانسیل‌های پس سیناپسی تحریکی در پاسخ به تحریک‌های مداوم کاهش می‌دهد و پس از انسداد طولانی مدت یا مهار آن‌ها را افزایش می‌دهد. این اثر به تدریج با تغییر تعداد گیرنده‌های NMDA در سیناپس، طی چند ساعت یا چند روز اتفاق می‌افتد.
(Pérez-Otaño and Ehlers, 2005)
Metaplasticity سطح آستانه ای که در آن انعطاف‌پذیری رخ می‌دهد را تغییر می‌دهد، باعث واکنش‌های یکپارچه به فعالیت سیناپسی در فاصله زمانی و جلوگیری از اشباع حالت LTP و LTD می‌شود. از آنجایی که LTP و LTD(رکود طولانی مدت) به نفوذ Ca2 + از طریق کانال NMDA وابسته است، متاپلاستیسیتی ممکن است به دلیل تغییرات در گیرنده‌های NMDA، تغییر بافر کلسیم، حالت‌های تغییر یافته کیناز یا فسفاتازها و پر شدن دستگاه‌های سنتز پروتئین باشد. scalingیک مکانیزم اولیه است که توسط آن نورون ورودی‌های متغیر خود را انتخاب می‌کند. مدار نورونی که توسط LTP / LTD تحت تأثیر قرار گرفته و با scalingو متاپلاستیسیته اصلاح شده‌است منجر به توسعه و تنظیم مدار عصبی می‌شود که به روش «هِبیان» در حافظه ظاهر می‌شود، در حقیقت تغییرات در مدارهای عصبی، که در سطح سیناپس شروع می‌شوند، بخشی جدایی ناپذیر از توانایی یک ارگانیزم برای یادگیری است.
همچنین یک ویژگی خاص از تعاملات بیوشیمیایی برای ایجاد انعطاف‌پذیری سیناپسی، بنام اهمیت محل وجود دارد. فرایندها در دامنه میکرو رخ می‌دهد، همانند اگزوسیتوز گیرنده‌های AMPA که توسط t-SNARE STX4 تنظیم می‌شود. specificity همچنین یک جنبه مهمی از سیگنال دهی CAMKII شامل کلسیم در حد نانو است. گرادیان فضایی PKA بین اسپاین‌های دندیریت نیز برای قدرت و تنظیم پلاستیسیته سیناپسی مهم است. مهم است که به یاد داشته باشیم که سازوکارهای زیست‌شیمیایی که انعطاف‌پذیری سیناپسی را تغییر می‌دهند در سطح هر سیناپس یک نورون می‌دهد. از آنجایی که سازوکارهای زیست‌شیمیایی در حد میکرو محدود هستند، انعطاف‌پذیری سیناپسی حاصل تنها بر روی سیناپس خاصی که در آن رخ داده‌است تأثیر می‌گذارد.