人類大腦如何將外部信息轉(zhuǎn)化為自己的記憶？作為“人類大腦計(jì)劃”的一部分 ， 來(lái)自德國(guó)、瑞典和瑞士的科研小組研究了大腦紋狀體中的神經(jīng)元回路 。 研究結(jié)果發(fā)表在近期的《計(jì)算生物學(xué)》雜志上 ， 對(duì)理解神經(jīng)系統(tǒng)的基本功能具有重要意義 。
大腦信息處理發(fā)生在通過(guò)突觸連接的神經(jīng)回路內(nèi) ， 突觸的任何變化都會(huì)影響我們記憶事物 ， 或?qū)δ承┐碳ぷ龀龇磻?yīng)的方式 。 利用突觸可塑性可以操縱這些神經(jīng)回路 ， 該過(guò)程中某些突觸會(huì)隨著時(shí)間的流逝而增強(qiáng)或減弱 ， 具體取決于神經(jīng)元的活動(dòng) 。
研究小組分析了這些突觸變化的生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) ， 進(jìn)一步破譯了可塑性機(jī)制 。 研究負(fù)責(zé)人之一、斯德哥爾摩皇家技術(shù)學(xué)院的杰內(nèi)特·可塔爾斯基解釋說(shuō)：“模擬可塑性機(jī)制對(duì)于理解某些由分子計(jì)算產(chǎn)生的高級(jí)現(xiàn)象 ， 例如學(xué)習(xí)和記憶形成至關(guān)重要 。 ”
在神經(jīng)元中 ， 外部和內(nèi)部信息處理通過(guò)突觸可塑性 ， 將突觸信號(hào)在腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中傳輸 。 腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)分子也可以執(zhí)行這些生化反應(yīng) ， 通常是一種稱為AC酶 。 例如 ， 哺乳動(dòng)物中的腺苷酸環(huán)化酶家族 ， 可將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子（cAMP） ， 這是細(xì)胞最重要的次級(jí)信使之一 。
【大腦如何將外部信息轉(zhuǎn)化為記憶？】德國(guó)尤利希研究中心的保羅·卡羅尼稱：“某些輔助蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)靶向AC酶來(lái)啟動(dòng)的 ， 而其他酶則會(huì)阻止它們 。 我們的工作向更好地理解這些AC蛋白的“分子識(shí)別”邁出了重要一步 ， 神經(jīng)元可以極高的精確度和準(zhǔn)確性控制AC酶催化反應(yīng)的速率 。 這反過(guò)來(lái)又激活了神經(jīng)元功能所必需的后續(xù)過(guò)程 。 ”
大腦表達(dá)由9種膜結(jié)合的AC變體 ， 其中AC5代表紋狀體中的主要形式 。 在基于反應(yīng)的學(xué)習(xí)中 ， cAMP的產(chǎn)生對(duì)于加強(qiáng)從皮質(zhì)神經(jīng)元到紋狀體主要神經(jīng)元的突觸至關(guān)重要 ， 并且產(chǎn)生取決于多種神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 例如多巴胺和乙酰膽堿 。 首席研究員麗貝卡·旺德總結(jié)說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中 ， 我們匯集了來(lái)自4個(gè)不同研究所科學(xué)家的專業(yè)知識(shí) ， 共同開發(fā)一種多尺度仿真方法 ， 并使用它來(lái)創(chuàng)建依賴AC5的信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 。 ”
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