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化学世界未解之谜——大脑如何思考,并形成记忆?

来源:未知作者:赵宝 点击:所属专题: 化学研究热点
大脑就像是一台化学计算机。神经元之间相互作用所构成的“环路”是通过分子介导的。具体来说,就是神经递质(neurotransmitter)在突触(synapse)间的传递,突触指的就是两个神经细胞相连接的地方。而在这种大脑的化学反应中,最令人印象深刻的,当数记忆的运作。对记

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化学世界未解之谜——大脑如何思考,并形成记忆?

大脑就像是一台化学计算机。神经元之间相互作用所构成的“环路”是通过分子介导的。具体来说,就是神经递质(neurotransmitter)在突触 (synapse)间的传递,突触指的就是两个神经细胞相连接的地方。而在这种大脑的化学反应中,最令人印象深刻的,当数记忆的运作。对记忆而言,抽象的 原理与概念——比如一串电话号码,或者是一段情感体验——都会“印刻”在大脑里,持续不断的化学信号形成了神经网络的各种特定状态,从而实现了这种“印 刻”。那么,化学物质是如何创造出一段既持续又动态,还能够被回忆、修改以及遗忘的记忆的呢?

我们现在已经知道了部分答案。一连串生物化学过程,改变了突触神经递质分子的数量,从而触发对习惯性反射的学习。但是,即便是这么简单的学习,也有短期和长期之分。与此同时,一种复杂的“陈述性记忆”(declarative memory,即对人、地点等内容的记忆)拥有另外一种工作机制,在大脑中的定位也不一样。陈述性记忆与一种叫做NMDA受体的蛋白质的活化有关,它分布在特定的大脑神经元里。如果用药物阻断这种受体,好几种不同类型的陈述性记忆都会受到影响。

我们日常的陈述性记忆往往是通过一种叫做“长时程增强”(long-term potentiation,缩写为LTP)的过程来编码的,LTP与NMDA受体有关,并伴随着神经元突触形成部位的增大。随着突触的生长,它与相邻神经 元的连接也逐渐增强,具体表现就是到达突触间隙的神经脉冲所引起的电压升高。这一过程的生物化学机制在过去数年内业已阐明。其中涉及了神经细胞内的肌动蛋 白纤维的形成,肌动蛋白作为细胞的一种基础骨架成分,是决定细胞大小形状的材料。如果用生化药物阻碍新形成的纤维进一步稳固,在突触发生的改变还没有得到 巩固之前,这些纤维会在很短的时间内再次解散。

无论是上述简单的还是复杂的学习过程,长时记忆一旦形成,特定基因就会开始表达,合成特定蛋白,极力维持长时记忆。关于这个机制,现在发现与一类叫做prion的分子有关。

 Prion蛋白有两种不同构象,一种可溶,另一种不可溶,可以互相转换。当它是以不可溶的构象存在时,可以作为催化剂促使其他一些和它一样的分子转变为不 可溶的状态,从而聚集起来。人们最初发现prion蛋白是在神经退行性疾病中,比如疯牛病。但现在人们找到了prion蛋白的作用机制,发现它也有有益的 功能:突触被prion蛋白聚集物打上特定的标记用来储存一段记忆。

关于记忆是如何工作的,目前还存在着大片空白,需要很多化学方面的细节来填补。比方说,如何提取以前储存的记忆?美国哥伦比亚大学的神经科学家、诺贝尔生理学或医学奖得主埃里克·坎德尔(Eric Kandel)表示:“这是个深奥的问题,目前的分析刚刚起步。”

回答记忆领域的化学问题为记忆增强药提供了既迷人又充满争议的前景。目前已知的一些可以增强记忆的物质有:性激素和分别作用于尼古丁、谷氨酸、5-羟色胺等神经递质的受体的合成化合物。实际上,按加利福尼亚大学欧文分校的神经生物学家加里·林奇(Gary Lynch)的说法,由于长时程学习和记忆有一连串复杂的步骤,也就意味着为这类记忆增强药的产生提供了很多潜在的靶点。

(责任编辑:化学自习室)
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