Cell Reports：科學家揭示「學習」的機理！

本文系生物谷原創編譯，歡迎分享，轉載須授權！

我們稱為學習的過程實際上數千個分子反應的大合唱，但是這些反應之間的相互作用大部分都還不清楚。現在來自沖神理工大學研究生院（OIST）的科學家們對小腦中學習的分子基礎進行了模擬，而小腦是大腦中接受感覺信息輸入並協調自主動作的部分。

圖片來源：OIST Computational Neuroscience Unit

「據我們所知，這是目前對這個系統最複雜的模擬。」 OIST計算神經科學小組組長Erik De Schutter說道，他是最近這篇發表在《Cell Reports》上的文章的通訊作者。過去的模擬都聚焦於到達神經元接收末端的信號，他說道，「而我們現在觀察的是兩個末端之間的交流情況。」

學習被認為是兩個過程的平衡：長時程增強（LTP）——兩個神經元之間的聯繫被增強，或者長時程抑制（LTD）——兩個神經元之間的聯繫減弱。這兩個過程都同時在突觸發生。文章第一作者、OIST博士後研究員Andrew Gallimore博士模擬了它們如何在兩種細胞之間發揮作用：平行纖維細胞和浦肯野細胞，這兩種細胞在運動學習中發揮重要作用。

通過使用計算機創造這個複雜系統的模型，Gallimore將數百個這種神經元激活實驗中獲得的方程聯合在一起。在韓國的同事從小鼠小腦中記錄神經元的信息後，他們將這些記錄加入到模型中。

他們發現突觸兩端的的分子網路對控制學習都很重要：必須在突觸兩個方向同時發生交流才能控制神經活動過程中是發生LTD還是LTP。

這個模型還顯示平衡LTP和LTD的分子轉盤有自動關閉的能力，一旦被激活，可以使系統返回到靜息狀態，這也是科學家們首次揭示一組複雜的蛋白和受體網路背後的機制。這個巨大、複雜的模型允許科學家們檢測複雜的信號系統如和一起工作，而這在實驗研究中很缺乏。

研究人員的工作將使科學家們更準確地預測控制學習行為的混沌、複雜的分子系統的行為。

「大腦的整體功能依賴於這些突觸連接的強度。」 Gallimore說道。「我們越了解這些過程，我們就更有可能干預這些過程以治療嚴重的疾病。」

原始出處：

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

相關會議推薦

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！