Plasticita mozku ovlivňuje pevnost nervových spojení a drah.
Nesynaptická plasticita je forma neuroplasticity, která zahrnuje modifikaci funkce iontových kanálů v axonu, dendritech a buněčném těle, což vede ke specifickým změnám v integraci excitačních postsynaptických potenciálů (EPSP) a inhibičních postsynaptických potenciálů (IPSP). Nesynaptická plasticita je modifikace vnitřní excitability neuronu. Interaguje se synaptickou plasticitou, ale je považována za samostatnou entitu od synaptické plasticity. Vnitřní modifikace elektrických vlastností neuronů hraje roli v mnoha aspektech plasticity od homeostatické plasticity až po samotné učení a paměť. Nesynaptická plasticita ovlivňuje synaptickou integraci, podprahové šíření, generování hrotů a další základní mechanismy neuronů na buněčné úrovni. Tyto individuální změny neuronů mohou vést ke změnám vyšších mozkových funkcí, zejména učení a paměti. Jelikož se však jedná o nově se rozvíjející oblast neurověd, je mnoho poznatků o nesynaptické plasticitě nejistých a stále vyžadují další zkoumání, aby bylo možné lépe definovat její roli v mozkových funkcích a chování.
Nesynaptická vs. synaptická plasticita
Neuroplasticita je schopnost určité části nebo oblasti neuronu měnit svou sílu v průběhu času. Existují dvě převážně uznávané kategorie plasticity: synaptická a nesynaptická. Synaptická plasticita se zabývá přímo silou spojení mezi dvěma neurony, včetně množství neurotransmiteru uvolněného z presynaptického neuronu a reakce vyvolané v postsynaptickém neuronu. Nesynaptická plasticita zahrnuje modifikaci vzrušivosti neuronů v axonu, dendritech a sómu jednotlivých neuronů, vzdálených od synapse.
Synaptická plasticita je schopnost synapse mezi dvěma neurony měnit svou sílu v průběhu času. Synaptická plasticita je způsobena změnami ve využívání synaptické dráhy, konkrétně frekvencí synaptických potenciálů a receptorů používaných k přenosu chemických signálů. Synaptická plasticita hraje velkou roli v učení a paměti v mozku. Synaptická plasticita může probíhat prostřednictvím vnitřních mechanismů, kdy ke změnám síly synapse dochází v důsledku vlastní aktivity, nebo prostřednictvím vnějších mechanismů, kdy ke změnám síly synapse dochází prostřednictvím jiných nervových drah. Ke krátkodobé inhibiční synaptické plasticitě často dochází v důsledku omezené nabídky neurotransmiterů v synapsích a k dlouhodobé inhibici může dojít v důsledku snížené exprese receptorů v postsynaptické buňce. Ke krátkodobé komplementární synaptické plasticitě často dochází kvůli zbytkovému nebo zvýšenému průtoku iontů buď v presynaptickém, nebo postsynaptickém terminálu, zatímco k dlouhodobé synaptické plasticitě může dojít mimo jiné díky zvýšené produkci AMPA a NMDA glutamátových receptorů v postsynaptické buňce.
Oproti tomu nesynaptická plasticita je méně známou a poněkud novou a stále probíhající oblastí výzkumu v neurovědách. Projevuje se změnami vlastností nesynaptických struktur, jako jsou soma, axon nebo dendrity. Nesynaptická plasticita může mít krátkodobé nebo dlouhodobé účinky. Jedním ze způsobů, jak k těmto změnám dochází, je modifikace napěťově řízených kanálů v dendritech a axonu, což mění interpretaci excitačních nebo inhibičních potenciálů šířených do buňky. Například axonální nesynaptickou plasticitu lze pozorovat, když akční potenciál nedosáhne presynaptického terminálu v důsledku nízkého vedení nebo nahromadění iontů.
Soma neuronu, axon a dendrity se podílejí na nesynaptické plasticitě a ovlivňují plasticitu na synapsích.
Obecné excitační účinky
Bylo prokázáno, že nesynaptická a synaptická plasticita působí souběžně různými způsoby, aby vyvolaly stimulační účinky v neuronu. Patří sem generování hrotů, které je produktem nesynaptické regulace draslíkových a jiných presynaptických iontových kanálů, jež zvyšují odezvu excitačního postsynaptického potenciálu prostřednictvím uvolňování neurotransmiterů a zesílení akčního potenciálu. Nesynaptická dendritická plasticita se rovněž přidává k účinkům synaptické plasticity rozšířením akčního potenciálu. Jak bude dále uvedeno, neurotrofický faktor odvozený od mozku (BNDF) je produkován neurony za účelem koordinace nesynaptické a synaptické plasticity. Nesynaptické změny v somálním tělese, axonu nebo dendritech neuronu jsou neoddělitelně spojeny se synaptickou silou.
Integrace v paměti a učení
Ačkoli je o úloze synaptické plasticity v paměti a učení známo mnohem více, synaptická i nesynaptická plasticita jsou pro paměť a učení v mozku zásadní. Existuje mnoho důkazů, že oba mechanismy působí na dosažení pozorovaných účinků synergicky. Klíčovým příkladem je tvorba paměti v synapsích, kdy modifikace presynaptických mechanismů uvolňování a postsynaptických receptorů ovlivňuje buď dlouhodobou potenciaci, nebo depresi. Na druhou stranu byla navržena kontinuální somální depolarizace jako metoda naučeného chování a paměti pomocí nesynaptické plasticity. Nesynaptická plasticita také zvyšuje účinnost tvorby synaptické paměti regulací napěťově řízených iontových kanálů. Nesynaptická plasticita je mechanismus zodpovědný za modifikace těchto kanálů v axonu, což vede ke změně síly neuronálního akčního potenciálu, která vždy ovlivňuje sílu synaptických mechanismů, a tím i hloubku a délku kódování paměti.
Regulace synaptické plasticity
Nesynaptická plasticita má také schopnost regulovat účinky synaptické plasticity prostřednictvím mechanismů negativní zpětné vazby. Změna počtu a vlastností iontových kanálů v axonu nebo dendritech má schopnost snížit účinky hyperstimulované synapse. V případě extrémní nadměrné excitace těchto iontových kanálů dojde ke zpětnému toku iontů do buňky, což vede k excitotoxicitě a smrti buňky apoptózou nebo nekrózou.
Nesynaptické oblasti neuronů, jako je axon, mají také své vlastní vlastnosti, které ovlivňují synapsi. Mezi tyto zásadní mechanismy patří zpoždění depolarizace, které akční potenciál podstupuje při cestě axonem. Tato vnitřní vlastnost zpomaluje šíření akčních potenciálů a je způsobena pohybem depolarizačního proudu po cytoplazmě a přerušovaným umístěním sodíkových kanálů na Ranvierových uzlech. Tyto mechanismy existují vždy, ale mohou se měnit v závislosti na aktuálních podmínkách buněčného somatu, axonu a dendritů. Proto může být latence neboli zpoždění šíření akčních potenciálů nebo EPSP proměnlivá. Každý excitační postsynaptický potenciál, který se šíří do postsynaptické buňky, se nejprve přenáší prostřednictvím akčního potenciálu po axonu v presynaptické buňce, a tak nesynaptická plasticita neodmyslitelně ovlivňuje synaptickou plasticitu.
Typy nesynaptické plasticity
Neurony se vzájemně ovlivňují ve složitých sítích, které ovlivňují generování akčních potenciálů v jiných neuronech.
Vnitřní excitabilita neuronu
Vzrušivost neuronu v kterémkoli bodě závisí na vnitřních a vnějších podmínkách buňky v okamžiku stimulace. Protože neuron obvykle přijímá více příchozích signálů najednou, závisí šíření akčního potenciálu na integraci všech příchozích EPSPs a IPSPs, které dorazí do axonového hilu. Pokud součet všech excitačních a inhibičních signálů depolarizuje buněčnou membránu na prahové napětí, dojde k výstřelu akčního potenciálu. Změna vnitřní excitability neuronu změní jeho funkci.
Nesynaptická plasticita má excitační účinek na tvorbu hrotů. Zvýšení generace hrotů souvisí se snížením prahu hrotů, což je reakce na nesynaptickou plasticitu. Tato odpověď může být výsledkem modulace určitých presynaptických proudů K+ (draselných iontů) (IA,IK,Ca a IKs), které působí na zvýšení excitability senzorických neuronů, rozšiřují akční potenciál a zvyšují uvolňování neurotransmiterů. Tyto modulace K+ vedení slouží jako společné mechanismy regulace excitability a synaptické síly.
Regulace synaptické plasticity
Nesynaptická plasticita je spojena se synaptickou plasticitou, a to jak prostřednictvím synergických, tak regulačních mechanismů. Stupeň synaptické modifikace určuje polaritu nesynaptických změn, což ovlivňuje změnu buněčné excitability. Mírná míra synaptické plasticity vyvolává nesynaptické změny, které budou synergicky působit se synaptickými mechanismy a posilovat odpověď. Naopak silnější úrovně synaptické plasticity budou produkovat nesynaptické odpovědi, které budou působit jako mechanismus negativní zpětné vazby. Mechanismy negativní zpětné vazby fungují jako ochrana proti saturaci nebo potlačení aktivity obvodu jako celku.
Axonální modulace je typ plasticity, při níž se mění počet, aktivita nebo umístění iontových kanálů v axonu. To způsobuje, že se neuron při stimulaci chová jinak. Modulace iontových kanálů je reakcí na změnu stimulačních frekvencí neuronu.
Animace šíření akčního potenciálu
Protože je to právě sumace akčních potenciálů, která nakonec vede k překročení prahové polarizace, je časový vztah různých vstupních signálů velmi důležitý pro určení, zda a kdy postsynaptický neuron zažehne. V průběhu času se doba, za kterou se akční potenciál rozšíří po délce určitého axonu, může měnit. V jednom experimentu byly použity multielektrodové soustavy k měření doby, za kterou se akční potenciály šíří od jedné elektrody k druhé, tzv. latence. Neurony byly poté stimulovány a hodnota latence byla zaznamenávána v průběhu času. Hodnoty latence se v průběhu času měnily, což naznačuje, že axonální plasticita ovlivňuje šíření akčních potenciálů.
Shunting je proces, při kterém se iontové kanály axonu otevírají během pasivního toku (nevyžadujícího iontovou pumpu) podprahové depolarizace dolů axonem. K otevření těchto kanálů dochází obvykle v místech větvení axonů a načasování otevření těchto kanálů v okamžiku, kdy do oblasti dorazí podprahový signál, způsobí, že se do pasivně proudící depolarizace vnese hyperpolarizace. Buňka je proto schopna řídit, kterými větvemi axonu podprahový depolarizační proud protéká, což vede k tomu, že některé větve axonu jsou hyperpolarizovány více než jiné. Tyto rozdílné membránové potenciály způsobují, že určité oblasti neuronu jsou vzrušivější než jiné, a to na základě specifického umístění a výskytu šuntů.
Vysokofrekvenční stimulace
Krátkodobé účinky:
Krátkodobá vysokofrekvenční stimulace neuronu zvyšuje jeho excitabilitu tím, že snižuje napětí potřebné k vyvolání akčního potenciálu.
Vysokofrekvenční stimulace vede ke zvýšení intracelulární koncentrace sodíkových a vápenatých iontů v důsledku opakovaného otevírání napěťově řízených sodíkových a vápenatých kanálů v axonu a terminálu. Se zvyšující se frekvencí podnětů je mezi jednotlivými podněty méně času na repolarizaci buňky a její návrat k normálnímu klidovému potenciálu. Klidový potenciál se proto stává více depolarizovaným, což znamená, že k vyvolání akčního potenciálu je zapotřebí menší depolarizační proud.
Tato modulace je však obvykle velmi krátkodobá. Pokud stimulace ustane, neuron se vrátí k původnímu klidovému potenciálu, protože iontové kanály a pumpy mají dostatek času na zotavení z posledního podnětu.
Dlouhodobé účinky:
Dlouhodobá vysokofrekvenční stimulace neuronu způsobuje dvě výsledné neuronální změny. Zpočátku reaguje neuron stejně jako při krátkodobé stimulaci, tedy zvýšením excitability. Pokračování vysokofrekvenční stimulace po tomto okamžiku vede k drastické, nevratné změně excitability. Když koncentrace sodíku v axonu dosáhne dostatečně vysoké úrovně, sodíkové/vápníkové pumpy obrátí směr toku, což způsobí, že se do buňky importuje vápník, zatímco sodík je exportován ven. Zvýšená koncentrace vápníku (a následná depolarizace membrány) inaktivuje sodíkové kanály a zaměřuje je na endocytózu a lysozomální hydrolýzu.
To má za následek výrazný úbytek axonálních sodíkových kanálů, které jsou nezbytné pro šíření akčního potenciálu. Pokud stimulace pokračuje, neuron nakonec přestane přenášet akční potenciály a odumře. Smrt neuronu v důsledku nadměrné stimulace se nazývá excitotoxicita.
Krátkodobé účinky:
Všechny živé neurony mají základní rychlost šíření akčního potenciálu a synaptického uvolňování. Nízkofrekvenční stimulace neuronu v krátkodobém horizontu je tedy podobná aktivitě neuronu v klidovém stavu v mozku. Nedochází k žádným významným změnám vnitřní excitability neuronu.
Dlouhodobé účinky:
Nízkofrekvenční stimulace neuronu po dlouhou dobu snižuje excitabilitu neuronu aktivací fosfatáz závislých na vápníku, které označují AMPA receptory k internalizaci. Nízkofrekvenční stimulace vede k nízkým hladinám vápníku v buňce. Při nízkých koncentracích vápníku převažují aktivní fosfatázy závislé na vápníku nad kinázami závislými na vápníku. Když se aktivuje více fosfatáz, označí více AMPA receptorů k internalizaci prostřednictvím endocytózy. Protože AMPA receptory jsou jedněmi z hlavních excitačních receptorů na neuronech, jejich odstranění z buněčné membrány účinně utlumí buňku (pokud buňka nemůže reagovat na excitační signály, nemůže vytvářet vlastní akční potenciál). Tímto způsobem může nízkofrekvenční stimulace vlastně zvrátit účinky dlouhodobé potenciace, nicméně tyto koncepty jsou obecně považovány za typy synaptické plasticity.
Neurony centrálního nervového systému (CNS) integrují signály z mnoha neuronů. Z krátkodobého hlediska jsou důležité změny aktivity neuronů, protože tak dochází k přenosu informací v nervovém systému. Pro dlouhodobou udržitelnost však drift směrem k excitabilitě nebo inexcitabilitě naruší schopnost obvodu předávat informace. Dlouhodobá potenciace (LTP) vyvolává vyšší frekvenci vypalování v postsynaptických neuronech. Bez homeostatického mechanismu by to vedlo k následné saturaci a veškerá informace by byla ztracena. Pokud by neuron mohl dosáhnout libovolné rychlosti vypalování, saturace by nebyla problémem, ale rychlost vypalování je omezena na nulu a maximální rychlost vypalování. K zakódování informace by měl být využit celý dynamický rozsah (0-maximum) rychlosti vypalování neuronu. V ideálním případě by měly být vnitřní vlastnosti neuronu uspořádány tak, aby co nejvíce využívaly dynamický rozsah a působily jako homeostatický mechanismus. Studie in vitro zjistily, že při inhibici spontánní aktivity neuronálních kultur se neurony stávají hypervzrušivými a že při dlouhodobém navození zvýšené aktivity rychlost výpalu kultury klesá.
Jedním z mechanismů pro zachování dynamického rozsahu neuronu je synaptické škálování, homeostatická forma plasticity, která obnovuje neuronální aktivitu na její normální „základní“ úroveň změnou postsynaptické odpovědi všech synapsí neuronu v závislosti na aktivitě. To znamená, že stejným způsobem se škáluje každá synapse, aby se buď posílila, nebo oslabila všechna spojení neuronu. Škálování může být multiplikativní (násobení nebo dělení síly každé synapse konstantním číslem) nebo aditivní (přičítání nebo odečítání stejné hodnoty od synaptické váhy). Homeostatické mechanismy přesahují rámec synapse. Modulace vnitřní excitability neuronu je způsob, jak udržet stabilitu navzdory měnícímu se počtu a síle synapsí. Kultivované korové pyramidové neurony udržují stabilitu pomocí regulace iontových vodivostí. Regulace iontového vedení se dosahuje řízeným uvolňováním neurotrofického faktoru odvozeného od mozku (BDNF). Bylo také zjištěno, že BDNF ovlivňuje synaptické škálování, což naznačuje, že tento neurotrofní faktor může být zodpovědný za koordinaci synaptických a nesynaptických mechanismů v homeostatické plasticitě.
V raném vývoji pomáhá spontánní aktivita v mozku vytvářet spojení, která mohou pomoci při fungování v reálném světě. Během vývoje dochází k časté přestavbě spojení v mozku. To platí i pro velmi mladý mozek. Mozek na počátku života prořezává svá spojení, ponechává si ta, která jsou užitečná, a odstraňuje jiná. Všechny tyto změny v propojení způsobují kolísání neuronální aktivity. Jak mozek vytváří a odstraňuje spojení, jsou důležité homeostatické mechanismy, které pomáhají udržovat stabilitu.
Dendrity jsou oblasti zodpovědné za integraci vstupů z jiných neuronů. Jedním ze způsobů, jak neurony manipulují s integračními vlastnostmi dendritů, je změna počtu a vlastností napěťově řízených iontových kanálů. Vyvolání dlouhodobé potenciace (LTP) v určité synapsích vede ke zvýšení excitability dendritických větví specifických pro danou synapsi. Dendritická excitabilita je důležitá pro šíření a integraci synaptických signálů. Předpokládá se, že dendritická excitabilita přispívá k E-S potenciaci neboli zvýšení pravděpodobnosti, že daný vstup povede k vypálení akčního potenciálu.
Je známo, že změny v dendritické excitabilitě ovlivňují zpětné šíření akčního potenciálu. Akční potenciály začínají v blízkosti axonového hillu a šíří se po délce axonu, ale šíří se také zpět přes somu do dendritického trsu. Zpětné šíření aktivního potenciálu je závislé na iontových kanálech a změna hustoty nebo vlastností těchto kanálů může ovlivnit míru zeslabení signálu. Plasticita zpětného šíření v dendritech nastává za méně než jednu minutu a trvá déle než 25 minut. Zpětné šíření je způsob signalizace synapsím, že došlo k výstřelu akčního potenciálu. To je důležité pro plasticitu závislou na čase hrotu.
Dlouhodobá asociativní paměť
Experiment Kemenese a spol. prokázal, že v extrinzickém modulačním neuronu ovlivňuje nesynaptická plasticita expresi dlouhodobé asociativní paměti. Vztah mezi nesynaptickou plasticitou a pamětí byl hodnocen pomocí mozkových obřích buněk (CGC). Depolarizace z podmíněných podnětů zvýšila odezvu neuronální sítě. Tato depolarizace trvala stejně dlouho jako dlouhodobá paměť. K přetrvávající depolarizaci a behaviorálnímu vyjádření paměti došlo více než 24 hodin po tréninku, což svědčí o dlouhodobých účincích. V tomto experimentu byla elektrofyziologická exprese stopy dlouhodobé paměti reakcí na krmení vyvolanou podmíněným podnětem. CGC byly významně více depolarizovány u trénovaných organismů než u kontrolní skupiny, což naznačuje souvislost s učením a změnami excitability. Když byly CGC depolarizovány, vykazovaly zvýšenou odpověď na podmíněné podněty a silnější fiktivní reakci na krmení. To prokázalo, že depolarizace stačí k vyvolání výrazné potravní reakce na podmíněné podněty. Kromě toho nebyl pozorován žádný významný rozdíl v rychlosti krmení mezi podmíněnými organismy a organismy, které byly uměle depolarizovány, což znovu potvrdilo, že depolarizace je dostatečná k vytvoření chování spojeného s dlouhodobou pamětí.
Nesynaptická aktivita v buňce se obvykle projevuje jako změny v excitabilitě neuronu. K tomu dochází prostřednictvím modulace membránových komponent, jako jsou klidové a napěťově řízené kanály a iontové pumpy. Předpokládá se, že nesynaptické procesy se podílejí na ukládání paměti. Jeden z možných mechanismů tohoto působení zahrnuje označení neuronu, který byl nedávno aktivní, změnami excitability. To by pomohlo propojit časově oddělené podněty. Další možný mechanismus vychází z výpočetního modelu, který naznačuje, že nesynaptická plasticita může připravit obvody pro modifikaci při učení, protože změny excitability mohou regulovat práh synaptické plasticity.
Paměťová kapacita synaptických paměťových systémů je velmi velká, což z nich činí atraktivní mechanismus pro studium. Na jeden neuron připadá přibližně 104 synapsí a v lidském mozku je 1011 neuronů. Nesynaptická plasticita je často přehlížena jednoduše proto, že její paměťová kapacita není tak vysoká. Regulace hustoty iontových kanálů v axonu a sómu neuronu by změnila propustnost a ovlivnila všechny synapse. Proto by její paměťová kapacita byla podstatně menší než kapacita synaptické plasticity.
I když je její kapacita příliš malá na to, aby byla jediným mechanismem ukládání, nesynaptická plasticita by mohla přispívat k synaptickým metodám ukládání. Bylo prokázáno, že k modulaci iontových kanálů může docházet v tak malých oblastech, jako jsou specifické dendrity. Díky této specifičnosti je kapacita ukládání nesynaptické plasticity větší, než kdyby se uvažovalo o modulaci celého neuronu. Procedurální vzpomínky se pro tento typ paměťového systému hodí, protože nevyžadují tak vysokou specifičnost jako deklarativní vzpomínky. Efektivním způsobem ukládání těchto informací by mohla být generalizace motorických úkolů a podmíněných podnětů.
Změny vzrušivosti v důsledku učení, které působí jako součást paměťové stopy, se dějí jako primery, které iniciují další změny v neuronech, nebo jako mechanismus krátkodobého ukládání krátkodobé paměti. Nesynaptická plasticita se může objevit během učení jako výsledek buněčných procesů, ačkoli načasování, přetrvávání a vztah mezi nesynaptickou plasticitou a synaptickým výstupem nejsou dostatečně známy. Studie ukázaly, že nesynaptická plasticita hraje nepřímou, ale důležitou roli při vytváření vzpomínek. Nesynaptická plasticita vyvolaná učením je spojena s depolarizací sómu.
Experimenty odhalily, že během podmíněného učení dochází k nesynaptickým změnám.Woody a kol. prokázali, že podmiňování pomocí očního laloku (EBC), což je forma klasického podmiňování pro studium nervových struktur a mechanismů, které jsou základem učení a paměti, je u kočky spojeno se zvýšenou excitabilitou a vstupem do neuronů v senzorimotorických korových oblastech a v jádru obličeje. Bylo pozorováno, že zvyšující se excitabilita z klasického podmiňování pokračuje i po ukončení reakce. To naznačuje, že zvýšená excitabilita může fungovat jako mechanismus pro ukládání paměti.
Při podmiňování eyeblinku u králíků došlo k nesynaptickým změnám v celém dorzálním hipokampu. To naznačuje, že ačkoli samotné změny excitability nestačí k vysvětlení procesů ukládání paměti, nesynaptická plasticita může být mechanismem ukládání pro časově omezené fáze paměti. Nesynaptické změny ovlivňují další typy plasticity spojené s pamětí. Například nesynaptická změna, jako je depolarizace klidového membránového potenciálu v důsledku podmíněného učení, by mohla způsobit synaptickou plasticitu při budoucím učení.
Učení se pravidlům a úspory
Schopnost učit se pravidla je závislá na nesynaptické plasticitě. Jedna studie se snažila naučit potkany rozlišovat mezi různými pachy a trvalo několik dní, než se naučili rozlišovat mezi první dvojicí pachů. Poté, co se to potkan naučil, byl však schopen naučit se rozlišovat mezi různými pachy mnohem rychleji. Změny v excitabilitě pyramidových neuronů u těchto potkanů byly pozorovány po dobu tří dnů po tréninku. Tyto změny nakonec vymizely, což naznačuje, že neurony se podílely na učení pravidel, nikoliv na ukládání paměti. Daoudal a Debanne se pokusili zjistit, zda stejná pravidla učení a mechanismy indukce definované pro synaptickou plasticitu platí také pro nesynaptickou plasticitu ovlivňující iontové kanály. Zjistili, že nesynaptická a synaptická plasticita mají společná pravidla učení a indukční mechanismy, např. dlouhodobou potenciaci (LTP) a dlouhodobou depresi (LTD) závislou na NMDA receptorech. Ukázali také, že nesynaptická a synaptická plasticita synergicky vytvářejí koherentní engram pro ukládání paměťových stop.
Úspora je schopnost znovu se naučit zapomenuté informace mnohem rychleji, než se je člověk naučil původně. Možným mechanismem tohoto efektu úspory je nesynaptická plasticita. Během tréninkových procedur dochází u mnoha neuronů ke zvýšení vnitřní excitability. Toto zvýšení excitability přetrvává i po odeznění vzpomínky.
Drogy zneužívání obvykle ovlivňují mezolimbický systém, přesněji řečeno dráhu odměny nervového systému. Z běžných drog zneužívání je nikotin jedním z nejsilnějších agonistů na nikotinové cholinergní synapsy. Nikotin, konkurující acetylcholinu (ACh), působí prostřednictvím nesynaptického, preterminálního, nikotinového acetylcholinového receptoru (nAChRs), který iniciuje změnu membránového potenciálu a šíří intracelulární Ca2+ signál, čímž podporuje uvolňování neurotransmiterů. Specifická a charakteristická úloha aktivity nAChR zprostředkované vápníkovým proudem má jinou napěťovou závislost než jiné iontové kanály propouštějící Ca2+ a také jinou časovou a prostorovou distribuci, v důsledku čehož aktivita nesynaptických nAChR zvyšuje indukci synaptické potenciace a podporuje učení se závislosti na látkách.
Nesynaptická plasticita může zmírnit následky poškození mozku. Při poškození jednoho z vestibulárních nervů způsobuje disproporce v rychlosti střelby neuronů ve vestibulárních jádrech zbytečné vestibulární reflexy. Příznaky tohoto poškození časem odezní. To je pravděpodobně způsobeno modifikací vnitřní excitability neuronů vestibulárního jádra.
Klíčovou roli v záchvatové aktivitě hraje také nesynaptická plasticita. Febrilní záchvaty, tedy záchvaty způsobené horečkou v raném věku, mohou vést ke zvýšené excitabilitě hipokampálních neuronů. Tyto neurony se stávají vysoce senzibilizovanými na křečové látky. Bylo prokázáno, že záchvaty v raném věku mohou predisponovat k dalším záchvatům prostřednictvím nesynaptických mechanismů.
Úrazy, včetně mozkové mrtvice, které vedou k poškození mozkové kůry, často vedou k epilepsii. Zvýšená excitabilita a vedení NMDA vedou k epileptické aktivitě, což naznačuje, že nesynaptická plasticita může být mechanismem, kterým je epilepsie po traumatu vyvolána.
Kyselina valproová (VPA) je lék na epilepsii, migrény a bipolární poruchu, který je spojován s mnoha stavy včetně autismu. Existuje zvířecí model autismu, při kterém se březím potkanům podává VPA. Potomci mají podobné rysy jako lidé s autismem. Krátce po narození vykazují tato zvířata sníženou excitabilitu a zvýšené NMDA proudy. Tyto účinky se v pozdějších fázích života upraví. Změny vnitřní excitability u těchto zvířat pomohly vyrovnat účinky zvýšených NMDA proudů na aktivitu sítě, což je forma homeostatické plasticity. Předpokládá se, že to pomáhá zprostředkovat škodlivé účinky, které by zvýšené NMDA proudy měly.