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

英國科特大學官網(wǎng)2月25日消息

英國肯特大學（University of Kent）的研究導致了網(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)可能是對大腦功能和治療阿爾茨海默病等腦部疾病的新認識的開始。

在《分子神經(jīng)科學前沿》（Frontiers in Molecular Neuroscience）雜志上發(fā)表的一篇論文中，肯特大學生物科學學院的Ben Goult博士描述了他的新理論是如何將大腦視為一臺運行復雜二進制代碼的有機超級計算機（organic supercomputer），而神經(jīng)元細胞則像一臺機械計算機一樣工作。他解釋了一個巨大的信息存儲記憶分子網(wǎng)絡(luò)是如何像開關(guān)一樣運行在大腦的每一個突觸上的，它代表了一個復雜的二進制代碼。這就確定了大腦中存儲數(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)域會隨著細胞機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，這種存儲在每個分子中的二進制信息模式依賴于之前的輸入，類似于計算機中的”保存歷史記錄”功能。以這種二進制格式存儲的信息可以通過細胞骨架產(chǎn)生的微小變化來更新。

神經(jīng)元的卡通圖，顯示了由每個突觸內(nèi)的數(shù)百個機械開關(guān)產(chǎn)生的二進制編碼。細胞骨架被描述為一個機械機器，它根據(jù)神經(jīng)元的活動操作這些開關(guān)，從而改變和更新編碼。右下插圖：機械二進制開關(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)萬億個神經(jīng)元之間的電化學信號發(fā)生在突觸之間，每個突觸都含有一個踝蛋白分子的支架。一旦被認為是結(jié)構(gòu)性的，這項研究表明踝蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實際上代表了一個二進制開關(guān)陣列，具有存儲信息和編碼記憶的潛力。

這種機械編碼將在每個神經(jīng)元中連續(xù)運行，并延伸到所有細胞中，最終形成一種協(xié)調(diào)整個有機體的機器編碼。從出生起，動物的生活經(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)其獨特生命的數(shù)學表達。

Goult博士說：“這項研究表明，大腦在很多方面類似于早期的Charles Babbage的機械計算機和他的分析引擎。在這里，細胞骨架充當杠桿和齒輪，協(xié)調(diào)細胞內(nèi)的計算，以響應化學和電信號。就像那些早期的計算模型一樣，這一發(fā)現(xiàn)可能是對大腦功能和治療腦部疾病的新理解的開始。”

參考文獻

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