人类大脑如何将外部信息转化为自己的记忆？作为“人类大脑计划”的一部分 ， 来自德国、瑞典和瑞士的科研小组研究了大脑纹状体中的神经元回路 。 研究结果发表在近期的《计算生物学》杂志上 ， 对理解神经系统的基本功能具有重要意义 。
大脑信息处理发生在通过突触连接的神经回路内 ， 突触的任何变化都会影响我们记忆事物 ， 或对某些刺激做出反应的方式 。 利用突触可塑性可以操纵这些神经回路 ， 该过程中某些突触会随着时间的流逝而增强或减弱 ， 具体取决于神经元的活动 。
研究小组分析了这些突触变化的生化反应网络 ， 进一步破译了可塑性机制 。 研究负责人之一、斯德哥尔摩皇家技术学院的杰内特·可塔尔斯基解释说：“模拟可塑性机制对于理解某些由分子计算产生的高级现象 ， 例如学习和记忆形成至关重要 。 ”
在神经元中 ， 外部和内部信息处理通过突触可塑性 ， 将突触信号在脑神经网络中传输 。 脑神经网络中的单个分子也可以执行这些生化反应 ， 通常是一种称为AC酶 。 例如 ， 哺乳动物中的腺苷酸环化酶家族 ， 可将细胞外信号转换为细胞内信号分子（cAMP） ， 这是细胞最重要的次级信使之一 。
【大脑如何将外部信息转化为记忆？】德国尤利希研究中心的保罗·卡罗尼称：“某些辅助蛋白质化学反应是通过靶向AC酶来启动的 ， 而其他酶则会阻止它们 。 我们的工作向更好地理解这些AC蛋白的“分子识别”迈出了重要一步 ， 神经元可以极高的精确度和准确性控制AC酶催化反应的速率 。 这反过来又激活了神经元功能所必需的后续过程 。 ”
大脑表达由9种膜结合的AC变体 ， 其中AC5代表纹状体中的主要形式 。 在基于反应的学习中 ， cAMP的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 ， 并且产生取决于多种神经调节系统 ， 例如多巴胺和乙酰胆碱 。 首席研究员丽贝卡·旺德总结说：“在这项研究中 ， 我们汇集了来自4个不同研究所科学家的专业知识 ， 共同开发一种多尺度仿真方法 ， 并使用它来创建依赖AC5的信号系统的动力学模型 。 ”
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