生物科學(xué)的主要未解之謎之一是關(guān)于大腦中信息存儲(chǔ)在何處以及以何種形式存儲(chǔ)的問題。

英國科特大學(xué)官網(wǎng)2月25日消息

英國肯特大學(xué)（University of Kent）的研究導(dǎo)致了網(wǎng)格編碼（MeshCODE）理論的發(fā)展，這是一種理解大腦和記憶功能的革命性新理論。這一發(fā)現(xiàn)可能是對(duì)大腦功能和治療阿爾茨海默病等腦部疾病的新認(rèn)識(shí)的開始。

在《分子神經(jīng)科學(xué)前沿》（Frontiers in Molecular Neuroscience）雜志上發(fā)表的一篇論文中，肯特大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院的Ben Goult博士描述了他的新理論是如何將大腦視為一臺(tái)運(yùn)行復(fù)雜二進(jìn)制代碼的有機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)（organic supercomputer），而神經(jīng)元細(xì)胞則像一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)一樣工作。他解釋了一個(gè)巨大的信息存儲(chǔ)記憶分子網(wǎng)絡(luò)是如何像開關(guān)一樣運(yùn)行在大腦的每一個(gè)突觸上的，它代表了一個(gè)復(fù)雜的二進(jìn)制代碼。這就確定了大腦中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的物理位置，并表明記憶是以突觸支架中分子的形式寫入的。

研究于2021年2月25日發(fā)表在《Frontiers in Molecular Neuroscience》（最新影響因子：4．057）雜志上

這一理論是基于一種被稱為踝蛋白（talin）的蛋白質(zhì)分子的發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)分子含有“類似開關(guān)”的結(jié)構(gòu)域，這種結(jié)構(gòu)域會(huì)隨著細(xì)胞機(jī)械力的壓力變化而改變形狀。這些開關(guān)有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，0和1，這種存儲(chǔ)在每個(gè)分子中的二進(jìn)制信息模式依賴于之前的輸入，類似于計(jì)算機(jī)中的”保存歷史記錄”功能。以這種二進(jìn)制格式存儲(chǔ)的信息可以通過細(xì)胞骨架產(chǎn)生的微小變化來更新。

神經(jīng)元的卡通圖，顯示了由每個(gè)突觸內(nèi)的數(shù)百個(gè)機(jī)械開關(guān)產(chǎn)生的二進(jìn)制編碼。細(xì)胞骨架被描述為一個(gè)機(jī)械機(jī)器，它根據(jù)神經(jīng)元的活動(dòng)操作這些開關(guān)，從而改變和更新編碼。右下插圖：機(jī)械二進(jìn)制開關(guān)的例子。這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域可以在兩種不同的狀態(tài)之間可逆切換，折疊的“0”和展開的“1”

在大腦中，數(shù)萬億個(gè)神經(jīng)元之間的電化學(xué)信號(hào)發(fā)生在突觸之間，每個(gè)突觸都含有一個(gè)踝蛋白分子的支架。一旦被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)性的，這項(xiàng)研究表明踝蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)際上代表了一個(gè)二進(jìn)制開關(guān)陣列，具有存儲(chǔ)信息和編碼記憶的潛力。

這種機(jī)械編碼將在每個(gè)神經(jīng)元中連續(xù)運(yùn)行，并延伸到所有細(xì)胞中，最終形成一種協(xié)調(diào)整個(gè)有機(jī)體的機(jī)器編碼。從出生起，動(dòng)物的生活經(jīng)歷和環(huán)境條件就可以被寫入這一代碼，創(chuàng)造出一種不斷更新的、表現(xiàn)其獨(dú)特生命的數(shù)學(xué)表達(dá)。

Goult博士說：“這項(xiàng)研究表明，大腦在很多方面類似于早期的Charles Babbage的機(jī)械計(jì)算機(jī)和他的分析引擎。在這里，細(xì)胞骨架充當(dāng)杠桿和齒輪，協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)的計(jì)算，以響應(yīng)化學(xué)和電信號(hào)。就像那些早期的計(jì)算模型一樣，這一發(fā)現(xiàn)可能是對(duì)大腦功能和治療腦部疾病的新理解的開始�！�

參考文獻(xiàn)

Source：University of Kent

A new theory for how memories are stored in the brain

Reference：

Benjamin T． Goult． The Mechanical Basis of Memory – the MeshCODE Theory． Frontiers in Molecular Neuroscience， 2021； 14 DOI： 10．3389／fnmol．2021．592951