迈克尔·霍帕(Michael hoppa)的实验室识别音量控制在大脑中

不管你是拥有过目不忘的记忆，还是大象的记忆，抑或只是普通的糟糕记忆，你的大脑都依赖于电信号和神经递质的复杂功能来重现过去。

新的研究增加了对记忆如何形成和学习如何发生的理解。

来自生物科学系Hoppa实验室的一个研究小组发现了一种“分子体积旋钮”，它可以调节电信号，控制在大脑突触间流动的电信号的宽度。

这种控制机制的发现，以及调节这种机制的分子的识别，可以帮助研究人员寻找治疗神经系统疾病的方法，包括阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫。

“我们大脑中的突触是高度动态的，会在一系列的低语和呼喊中说话，”领导这个研究小组的生物科学助理教授迈克尔·霍帕说。“这一发现让我们在治愈顽固性神经紊乱的道路上走得更直了。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上，描述了首次关于电信号形状如何影响突触功能的研究。

突触是微小的接触点，让大脑中的神经元以不同的频率交流。大脑将来自神经元的电子输入转换成化学神经递质，通过这些突触空间传递。释放的神经递质的数量会改变大脑回路中被激活的神经元的数量和模式。突触连接强度的重塑是学习发生和记忆形成的方式。

记忆和学习的过程有两种功能。一种被称为易化作用，它是一系列越来越快的尖峰，放大改变突触形状的信号。另一种是抑郁，它会降低信号。这两种可塑性共同使大脑保持平衡，防止癫痫等神经紊乱。

“随着年龄的增长，能够保持强化的突触至关重要。我们需要大脑的可塑性有一个很好的平衡，但也需要突触连接的稳定，”霍帕说。

这项研究集中在海马体上，海马体是大脑中负责学习和记忆的中心。

在这项研究中，研究小组发现电尖峰以模拟信号的形式传递，模拟信号的形状会影响神经突触中释放的化学神经递质的大小。这种机制的作用就像一个可变设置的调光器。以前的研究认为尖峰信号是一种数字信号，更类似于只在“开”和“关”位置工作的电灯开关。

这项研究的第一作者、博士后研究员In Ha Cho说:“这些电刺类似于模拟的发现开启了我们对大脑如何形成记忆和学习的理解。”“使用模拟信号提供了一个更容易的途径来调节大脑回路的强度。”

达特茅斯大学的研究除了发现在大脑海马区突触间流动的电信号是模拟的之外，还发现了控制电信号的分子。

据研究小组称，Kvβ1分子先前被证明能调节钾电流，但不知道在突触控制电信号形状方面有任何作用。这些发现有助于解释为什么先前研究表明Kvβ1分子的丢失会对小鼠和果蝇的学习、记忆和睡眠产生负面影响。

该研究还揭示了大脑在低能量下拥有高计算能力的过程。一个单一的模拟电脉冲可以携带多比特信息，允许对低频信号进行更大的控制。

“这有助于我们理解，我们的大脑是如何在低得多的电脉冲率和相当于冰箱灯泡能量的超级计算机水平下工作的。我们对这些控制水平了解得越多，就能帮助我们了解大脑是如何如此高效的，”霍帕说。

据研究小组称，分子系统存在于大脑的某个区域，该区域很容易被药物靶向，并有助于药物治疗的发展。

这项研究的资金由国家科学事业奖和克林根斯坦-西蒙斯奖学金提供。

可以通过[email protected]与大卫·赫希联系。