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Cell Reports:科学家揭示“学习”的机理!

来源:本站原创 2018-03-18 23:41

2018年3月19日讯 /生物谷BIOON /——我们称为学习的过程实际上数千个分子反应的大合唱,但是这些反应之间的相互作用大部分都还不清楚。现在来自冲神理工大学研究生院(OIST)的科学家们对小脑中学习的分子基础进行了模拟,而小脑是大脑中接受感觉信息输入并协调自主动作的部分。


图片来源:OIST Computational Neuroscience Unit

“据我们所知,这是目前对这个系统最复杂的模拟。” OIST计算神经科学小组组长Erik De Schutter说道,他是最近这篇发表在《Cell Reports》上的文章的通讯作者。过去的模拟都聚焦于到达神经元接收末端的信号,他说道,“而我们现在观察的是两个末端之间的交流情况。”

学习被认为是两个过程的平衡:长时程增强(LTP)——两个神经元之间的联系被增强,或者长时程抑制(LTD)——两个神经元之间的联系减弱。这两个过程都同时在突触发生。文章第一作者、OIST博士后研究员Andrew Gallimore博士模拟了它们如何在两种细胞之间发挥作用:平行纤维细胞和浦肯野细胞,这两种细胞在运动学习中发挥重要作用。

通过使用计算机创造这个复杂系统的模型,Gallimore将数百个这种神经元激活实验中获得的方程联合在一起。在韩国的同事从小鼠小脑中记录神经元的信息后,他们将这些记录加入到模型中。

他们发现突触两端的的分子网络对控制学习都很重要:必须在突触两个方向同时发生交流才能控制神经活动过程中是发生LTD还是LTP。

这个模型还显示平衡LTP和LTD的分子转盘有自动关闭的能力,一旦被激活,可以使系统返回到静息状态,这也是科学家们首次揭示一组复杂的蛋白和受体网络背后的机制。这个巨大、复杂的模型允许科学家们检测复杂的信号系统如和一起工作,而这在实验研究中很缺乏。

研究人员的工作将使科学家们更准确地预测控制学习行为的混沌、复杂的分子系统的行为。

“大脑的整体功能依赖于这些突触连接的强度。” Gallimore说道。“我们越了解这些过程,我们就更有可能干预这些过程以治疗严重的疾病。”(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Andrew R. Gallimore et al. Switching On Depression and Potentiation in the Cerebellum, Cell Reports (2018). DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.084

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