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新研究揭示了记忆是如何形成的

导读大脑如何将来自外界的信息转化为我们记得的东西?一个由国际人脑项目研究人员组成的国际研究小组放大了纹状体中的神经元回路,纹状体是涉及

大脑如何将来自外界的信息转化为我们记得的东西?一个由国际人脑项目研究人员组成的国际研究小组放大了纹状体中的神经元回路,纹状体是涉及记忆,行为和奖励学习的大脑结构。这项发现发表在《PLOS计算生物学杂志》上,增加了我们对神经系统基本功能及其学习和适应不断变化的条件的能力的了解。

我们都知道这种经历:我们听到一种乐曲,并且它以某种方式留下了自己的印记,因此,即使几十年后,当我们再次听到它时,我们也会意识到它。我们只看过梵高的一幅画,这幅画一直给我们留下深刻的印象。但是,如此短暂的旋律如何成为大脑的一部分,并导致形成影响我们行为的记忆呢?

大脑中的信息处理发生在通过突触相互连接的神经元回路中。这些突触的每次修改都会影响我们记忆事物或对某些刺激做出反应的方式。调节神经元回路的一种方法是通过突触可塑性过程,其中某些突触随着时间的推移会随着神经活动的增强或减弱。通过分析突触修饰基础的生化反应网络,海德堡,洛桑,朱利希和斯德哥尔摩的科学家已经获得了有关可塑性机制的新见解。

如果我们想加深对分子水平计算中诸如学习和记忆形成等高级现象的认识,那么可塑性机制的仿真至关重要。”

在神经元中,外部和内部信息处理通过确定突触可塑性的突触信号转导网络进行。有时,甚至单个分子(通常是酶,蛋白质,可大大加速或催化特定的化学反应)也能够在这些网络中实现计算能力。一种这样的情况是哺乳动物腺苷酸环化酶(AC)家族,其可以将细胞外信号翻译成细胞内分子cAMP,这是主要的细胞第二信使信号分子之一。Forschungszentrum Juelich的Paolo Carloni说:“这些酶让我着迷了很长时间,因为真正重要的不是催化反应有多快,而是大自然如何严格控制这些化学机器:具体辅助蛋白通过精确地靶向AC酶,启动化学反应,其他酶则阻止它们。我们的工作为理解这些AC蛋白的“分子识别”迈出了重要的一步,在此基础上,神经元可以以惊人的精确度和保真度控制AC催化反应的速度。这继而激活了神经功能所必需的后续下游过程。”

本文提供的结果包括海德堡理论研究所(HITS)的丽贝卡·韦德(Rebecca Wade)研究小组,洛桑联邦理工学院的Ursula Roethlisberger,洛桑大学(Forschungszentrum Juelich)的Paolo Carloni和皇家学院的Jeanette Hellgren Kotaleski斯德哥尔摩技术学院。该项目已从人脑项目获得资助。大脑表达9种膜结合AC变体,而AC5是纹状体中的主要形式。在奖励学习过程中,cAMP产生对于加强从皮质神经元到纹状体主要神经元的突触至关重要,其形成依赖于多种神经调节系统,如多巴胺和乙酰胆碱。“在这项研究中,有必要将四个实验室的科学家的不同计算专业知识集中在一起,以多尺度模拟方法来构建依赖AC5的信号系统的动力学模型,” Rebecca Wade领导了这项研究。海德堡理论研究所(HITS)。“通过这种模式,

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