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研究數(shù)學(xué)模型助海兔記憶力恢復(fù)訓(xùn)練
點(diǎn)擊次數(shù)：982 發(fā)布時(shí)間：2013-4-22
日前，美國德州大學(xué)休斯敦衛(wèi)生科學(xué)中心（UT Health）的研究人員利用一種數(shù)學(xué)模型，預(yù)測了海兔的腦神經(jīng)細(xì)胞會(huì)在何時(shí)投入學(xué)習(xí)，并通過一套方案重新訓(xùn)練這些細(xì)胞，使模擬記憶功能減退的海蝸牛神經(jīng)元的連接恢復(fù)到近乎正常水平。相關(guān)論文4月17日發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志（The Journal of Neuroscience）》上。
海兔，又稱海蝸牛。它們的神經(jīng)系統(tǒng)比較簡單，但神經(jīng)細(xì)胞的性質(zhì)卻和人類等物種非常類似。新實(shí)驗(yàn)以研究小組去年的一項(xiàng)研究為基礎(chǔ)，當(dāng)時(shí)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(jié)合蛋白（CBP）的編碼基因突變，可導(dǎo)致長期的可塑性、學(xué)習(xí)能力和記憶力的減弱。因此，把在細(xì)胞培養(yǎng)中的海兔（Aplysia）的感覺運(yùn)動(dòng)神經(jīng)突觸的長期突觸促進(jìn)（long-term synaptic facilitation, LTF）作為一個(gè)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(gè)感覺神經(jīng)元，可降低CBP的水平并減損在20分鐘刺激間隔的5個(gè)5分鐘血清素（5-羥色胺，5-HT）神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生的LTF。
同時(shí)，研究人員開發(fā)出一個(gè)模擬LTF減弱的分子過程的計(jì)算模型，能預(yù)測海蝸牛的大腦在準(zhǔn)備學(xué)習(xí)時(shí)，腦細(xì)胞在什么時(shí)間發(fā)生了生化反應(yīng)。這一模型以5個(gè)訓(xùn)練階段為基礎(chǔ)，這5個(gè)階段可排列在不同時(shí)間，間隔5到50分鐘，由此可形成1萬種不同的訓(xùn)練課程表，并能找出zui協(xié)調(diào)的課程表以達(dá)到*學(xué)習(xí)效果。計(jì)算模型，預(yù)測在非均一刺激間隔下的五個(gè)5 –HT神經(jīng)沖動(dòng)，克服了CBP降低的影響并恢復(fù)了LTF的補(bǔ)救方案。他們按照數(shù)學(xué)模型的預(yù)測，每隔一段時(shí)間就給細(xì)胞使用一種化學(xué)物質(zhì)，以模擬5個(gè)訓(xùn)練階段，結(jié)果這些受損細(xì)胞的連接強(qiáng)度恢復(fù)到了近乎正常水平。
這些結(jié)果表明，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)的和計(jì)算研究可以發(fā)現(xiàn)分子病變導(dǎo)致的學(xué)習(xí)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(xiàng)研究已經(jīng)證明了新方案在幫助克服記憶缺失方面的可行性。研究結(jié)果表明，這是治療認(rèn)知功能障礙的一種新方案。數(shù)學(xué)模型有助于設(shè)計(jì)治療方法，把訓(xùn)練計(jì)劃和傳統(tǒng)的藥物治療協(xié)調(diào)組合以達(dá)到*效果。這兩種方法結(jié)合能提高藥物治療的效果，至少能彌補(bǔ)部分藥效或避免副作用，在治療個(gè)體學(xué)習(xí)與記憶缺陷方面更具普適性。如果能識(shí)別出人腦中類似的生化反應(yīng)，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(guān)的記憶減退方面邁出了重要一步。