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研究數(shù)學模型助海兔記憶力恢復訓練
點擊次數(shù)：984 發(fā)布時間：2013-4-22
日前，美國德州大學休斯敦衛(wèi)生科學中心（UT Health）的研究人員利用一種數(shù)學模型，預測了海兔的腦神經細胞會在何時投入學習，并通過一套方案重新訓練這些細胞，使模擬記憶功能減退的海蝸牛神經元的連接恢復到近乎正常水平。相關論文4月17日發(fā)表在《神經科學雜志（The Journal of Neuroscience）》上。
海兔，又稱海蝸牛。它們的神經系統(tǒng)比較簡單，但神經細胞的性質卻和人類等物種非常類似。新實驗以研究小組去年的一項研究為基礎，當時他們開發(fā)出一套記憶提高方案，能使健康海蝸牛的長期記憶有明顯改善。
研究人員發(fā)現(xiàn)，CREB結合蛋白（CBP）的編碼基因突變，可導致長期的可塑性、學習能力和記憶力的減弱。因此，把在細胞培養(yǎng)中的海兔（Aplysia）的感覺運動神經突觸的長期突觸促進（long-term synaptic facilitation, LTF）作為一個模型系統(tǒng)，來研究克服CBP基因缺失而造成的LTF減弱。注射CBP-siRNA到單個感覺神經元，可降低CBP的水平并減損在20分鐘刺激間隔的5個5分鐘血清素（5-羥色胺，5-HT）神經沖動產生的LTF。
同時，研究人員開發(fā)出一個模擬LTF減弱的分子過程的計算模型，能預測海蝸牛的大腦在準備學習時，腦細胞在什么時間發(fā)生了生化反應。這一模型以5個訓練階段為基礎，這5個階段可排列在不同時間，間隔5到50分鐘，由此可形成1萬種不同的訓練課程表，并能找出zui協(xié)調的課程表以達到*學習效果。計算模型，預測在非均一刺激間隔下的五個5 –HT神經沖動，克服了CBP降低的影響并恢復了LTF的補救方案。他們按照數(shù)學模型的預測，每隔一段時間就給細胞使用一種化學物質，以模擬5個訓練階段，結果這些受損細胞的連接強度恢復到了近乎正常水平。
這些結果表明，補充實驗的和計算研究可以發(fā)現(xiàn)分子病變導致的學習能力的減弱的改善方法。研究人員表示，雖然還有很多工作有待完成，但這項研究已經證明了新方案在幫助克服記憶缺失方面的可行性。研究結果表明，這是治療認知功能障礙的一種新方案。數(shù)學模型有助于設計治療方法，把訓練計劃和傳統(tǒng)的藥物治療協(xié)調組合以達到*效果。這兩種方法結合能提高藥物治療的效果，至少能彌補部分藥效或避免副作用，在治療個體學習與記憶缺陷方面更具普適性。如果能識別出人腦中類似的生化反應，就可能把這套方法用于人類，這一成果在治療與腦功能紊亂（如老年癡呆癥等）有關的記憶減退方面邁出了重要一步。