Учебная программа Дисциплины р1 «Синаптическая передача и пласти

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Радиофизический факультет

Кафедра общей физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета

____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.

Учебная программа

Дисциплины М2.Р1 «Синаптическая передача и пластичность»

по направлению 011800 «Радиофизика»

магистерская программа «Радиофизические методы в нейробиологии»

Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Целью изучения спецкурса является краткое ознакомление магистров с современными представлениями о механизмах синаптической передачи информации в мозге и ее модуляции, овладение студентами знаний об основных понятиях и методах современной нейробиологии; формирование у студентов теоретических представлений о структуре и функции различных типов синапсов, пластичности как основного свойства нервной системы; изучение механизмов регуляции передачи сигналов через синаптические контакты, лежащих в основе передачи информации в ЦНС.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

— дать представление о методологических подходах и понятийном аппарате биологии синаптической передачи сигналов в ЦНС;

— изучить современные теоретические положения о физиологических свойствах различных типов синапсов, методах их исследования;

— дать представление о многообразии механизмов регуляции передачи информации в живых системах на клеточном и тканевом уровнях;

— дать информацию о влиянии факторов среды на синаптическую пластичность, механизмах поддержания гомеостаза при изменении межклеточных взаимодействий;

— познакомить с основными направлениями развития и перспективами нейробиологии в области изучения синаптической пластичности;

— познакомиться с особенностями онтогенетического развития синапсов.

2. Место дисциплины в структуре магистерской программы

Дисциплина «Синаптическая передача и пластичность» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:

способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);

способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1);

способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);

способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);

способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать основные понятия и термины науки о мозге;

знать физико-химические основы межклеточных взаимодействий;

уметь ориентироваться в методах изучения структуры и функции синапсов;

демонстрировать знание основных нейробиологических методов исследования (имиджинговых, электрофизиологических) структуры и функционирования межнейронных контактов на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях;

иметь представление о факторах среды, регулирующих работу синапсов и их пластичность в норме и при патологии.

В результате изучения курса студенты должны приобрести следующие общенаучные и предметно-специализированные компетенции:

способность глубоко осмысливать современные задачи нейробиологии и обосновывать использование нейробиотехнологий для их решения путем интеграции биологических представлений и специализированных знаний в сфере профессиональной деятельности;

знать и использовать основные теории, концепции и принципы в области нейробиоинформационных исследований;

способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения;

способность к системному мышлению.

Программа дисциплины «Синаптическая передача и пластичность» позволит также сформулировать у студентов общие и профессиональные компетенции, необходимые для различных сфер деятельности, связанных с исследовательской и научной работой.

4.Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

Виды учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

108

9

Аудиторные занятия

32

32

Лекции

32

32

Практические занятия (ПЗ)

0

0

Семинары (С)

0

0

Лабораторные работы (ЛР)

0

0

Другие виды аудиторных занятий

0

0

Самостоятельная работа

40

40

Курсовой проект (работа)

0

0

Расчетно-графическая работа

0

0

Реферат

0

0

Другие виды самостоятельной работы

0

0

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

экзамен (36)

экзамен (36)

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Понятие синаптической передачи в ЦНС. Различные виды синапсов. Нейротрансмиттеры

6

2.

Понятие синаптической пластичности. Кратковременная и долговременная пластичность.

6

3.

Механизмы индукции синаптической пластичности

4

4.

Структурная пластичность и морфологические сдвиги, сопровождающие изменения эффективности синаптической передачи

4

5.

Нейрональная пластичность на разных этапах развития организма

4

6.

Роль синаптопластических изменений в процессах обучения и формирования памяти

4

7.

Участие внеклеточного матрикса и молекул клеточной адгезии в модуляции синаптической пластичности

4

5.2. Содержание разделов дисциплины

1. Понятие синаптической передачи в ЦНС. Различные виды синапсов. Нейротрансмиттеры

Понятие синапса как межклеточного контакта. Химические и электрические синапсы. Механизмы синаптической передачи в химических синапсах. Различные виды нейротрансмиттеров и нейромодуляторов

2. Понятие синаптической пластичности. Кратковременная и долговременная пластичность

Кратковременнная и долговременная пластичность, депрессия и потенциация синаптической передачи. Молекулярно-клеточные механизмы кратковременой пластичности. Роль пре- и постсинаптичекого Са2+. Принцип Хебба, свойства долговременной потенциации.

НМДА рецепторы и роль постсинаптического Са2+ в индукции пластических изменений в синапсе. Каинатные рецепторы и долговременная потенциация в поле СА3 гиппокампа. Участие метаботропных рецепторов глютамата в индукции различных форм синаптической пластичности. Вклад пре- и постсинаптических механизмов в поддержании синаптической пластичности: модуляция выброса нейромедиатора, трафик рецепторов (латеральный транспорт, кластеризация, транспорт посредством эндо- и экзоцитоза), изменение свойств рецепторных каналов. Спиловер глютамата и роль механизмов обратного захвата нейромедиатра. Зависимость поздних фаз долговременной синаптической пластичности от синтеза белков. Глия — активный участник синаптической передачи. Роль глии в модуляции нейротрансмиссии и пластичности. Гомеостатическая пластичность, механизм и функциональное значение.

3. Механизмы индукции синаптической пластичности

Разнообразие протоколов индукции синаптической пластичности. Пластичность в гиппокампе, коре и других областях головного мозга

4. Структурная пластичность и морфологические сдвиги, сопровождающие изменения эффективности синаптической передачи

Рассматривается структура синаптических контактов и разнообразие форм дендритических шипиков. Морфологические корреляты долговременной потенциации. Изменения количества синапсов, формы синаптических контактов, появление перфорированных синапсов, разделение шипиков. Роль шипиков в компартментализации нейронов. Методы в электронной микроскопии и современные методы имиджинга. Дендритные филоподии. Роль глютамата, выделяемого в синапсах, в фомировании дендритических шипиков. Молекулярные механизмы структурных изменений.

5. Нейрональная пластичность на разных этапах развития организма

Сходства и различия механизмов синаптической пластичности на стадии перинатального развития и во взрослом состоянии. Долговременная потенциация и депрессия как механизм формирования и настройки нейронных сетей в период развития. Теория «молчащих» синапсов. Нейрогенез в зрелом мозге. Изменения в синаптической пластичности, связанные со старением и нейродегенеративными заболеваними. Патологические состояния и сдвиги в ультраструктуре и функционировании нейронов.

6. Роль синаптопластических изменений в процессах обучения и формирования памяти

Обсуждаются теоретические аспекты роли синаптопластических изменений в процессах обучения и формирования памяти. Современные представления о механизме хранения информации в мозге. Модельные организмы, использование трансгенных животных. Поведенческие эксперименты в исследованиях синапической пластичности. Проблемы интерпретации результатов, достоинства и недостатки различных экспериментальных походов к изучению связи синаптической пластичности и обучения.

7. Участие внеклеточного матрикса и молекул клеточной адгезии в модуляции синаптической пластичности

Функциональная роль молекул клеточной адгезии в синапсе. Классификация молекул клеточной адгезии. Внеклеточный матрикс: динамическая среда, посредством которой осуществляется модуляция нейрональной активности. Состав и функции внеклеточного матрикса в ЦНС. Взаимодействие матрикса и нейронов. Передача сигналов внутрь клетки. Внеклеточная диффузия. Участие внеклеточного матрикса и молекул клеточной адгезии в изменениях ультраструктуры нейронов.

6. Лабораторный практикум.

Лабораторные работы не предусмотрены.

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

Николлс Дж. Г., Мартин О.В., Валлас Б. Дж., Фукс П.А. От нейрона к мозгу. 2003. С 522-540

Synapses. Eds. W. Maxwell Cowan, The Johns Hopkins University Press, 2000, p. 656. (chapters 3, 6, 9, 10, 11).

Neuronal Mechanisms of Memory Formation (Concepts of long-term potentiation and beyond). Ed. Christian Holscher, Cambridge University Press, 2001, p. 494

б) дополнительная литература

1. Мухина И.В., Казанцев В.Б., Хаспеков Л.Г., Захаров Ю.Н., Ведунова М.В., Митрошина Е.В., Коротченко С.А., Корягина Е.А. Мультиэлектродные матрицы – новые возможности в исследовании пластичности нейрональной сети // Современные технологии в медицине. №1. 2009. С. 8–15.

2. Семьянов А.В. Диффузная внесинаптическая нейропередача посредством глутамата и ГАМК //Высшая нервная деятельность. 2004. С. 68-84.

3. Leybaert L., Cabooter L., Braet K. Calcium signal communication between glial and vascular brain cells. // Acta Neurol. Belg, 2004. С. 51–56.

4. Tomita S.,Byrd R., Rouach N., Bellone C., Venegas A., O’Brien J., Kim K., Olsen O., Nicoll R., Bredt D. AMPA receptors and stargazin-like transmembrane AMPA receptor-regulatory proteins mediate hippocampal kainate neurotoxicity // Neuroscience, 2007. С. 3-18.

8. Вопросы для контроля

Понятие о механизме передачи импульса через химический синапс. Основные принципы синаптической передачи и способы ее регуляции.

Понятие и типы синаптической пластичности. Кратковременная и долговременная потенциация и депрессия.

Роль пре- и постсинаптичекого Са2+ в механизмах кратковременной и долговременной пластичности.

Молекулярные механизмы структурных изменений синаптических контактов при стимуляции синаптической пластичности.

Роль глютамата, выделяемого в синапсах, в фомировании дендритических шипиков

Современные представления о механизме хранения информации в мозге.

Вклад пре- и постсинаптических механизмов в поддержании синаптической пластичности

Роль синаптопластических изменений в процессах обучения и формирования памяти.

Роль глии в модуляции нейротрансмиссии и пластичности.

Гомеостатическая пластичность, механизм и функциональное значение.

Долговременная потенциация и депрессия как механизм формирования и настройки нейронных сетей в период развития.

Теория «молчащих» синапсов. Нейрогенез в зрелом мозге.

Изменения в синаптической пластичности, связанные со старением и нейродегенеративными заболеваниями.

Морфологические корреляты долговременной потенциации.

Молекулярные механизмы структурных изменений

Функциональная роль молекул клеточной адгезии в синапсе. Классификация молекул клеточной адгезии.

Взаимодействие молекул матрикса и нейронов. Передача сигналов внутрь клетки.

Внеклеточная диффузия. Участие внеклеточного матрикса и молекул клеточной адгезии в изменениях ультраструктуры нейронов.

9. Критерии оценок

Превосходно

Оценку заслуживает студент, обнаруживший правильное понимание принципов синаптической передачи в мозгеа, основных законов и теорий и проявивший творческие способности в понимании и изложении программного материала. Студент должен освоить основную и быть знакомым с дополнительной литературой, уметь приводить конкретные примеры.

Отлично

Оценку заслуживает студент, обнаруживший полное знание учебно-программного материала, усвоивший основную литературу и показавший способность к самостоятельному пополнению и обновлению знаний в ходе дальнейшей учебы.

Очень хорошо

Оценку заслуживает студент, обнаруживший знание основных принципов, правильное понимание биофизических явлений, знакомый с основной литературой, рекомендованной программой.

Хорошо

Оценку заслуживает студент, обнаруживший знание основных принципов, допустивший непринципиальные ошибки в трактовке изученного материала.

Удовлетворительно

Оценка выставляется студенту, обнаружившему пробелы в понимании основ синаптической передачи информации в мозге, знании биофизических закономерностей.

Неудовлетворительно

Оценка выставляется студенту, обнаружившему большие пробелы в знании учебно-программного материала.

Плохо

Оценка выставляется студенту, обнаружившему полное незнание и непонимание учебно-программного материала.

10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Курсовые работы не предусмотрены.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика».

Автор программы _________________ Мухина И.В.

Программа рассмотрена на заседании кафедры 29 марта 2011 года

протокол № 04-10/11

Заведующий кафедрой ___________________ Бакунов М.И.

Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10

Председатель методической комиссии _________________ Мануилов В.Н.

PAGE

PAGE 7