团队检查大脑可塑性的分子基础和神经元的学习的方式

加州大学圣芭芭拉分校的神经科学家Kenneth s . Kosik几十年来一直在研究大脑。他的加州大学圣芭芭拉分校神经生物学实验室专注于神经元突触连接的进化和阿尔茨海默病的基因。特别是Kosik的团队感兴趣的潜在分子基础可塑性和突触蛋白的翻译是如何影响学习。

在《华尔街日报》最新发表的一篇论文神经元Kosik探索大脑可塑性的性质,提出了一种理论如何神经元学习。

“这是相当完善的科学的学习单位在大脑突触”,UCSB Kosik说,哈里曼教授的神经科学和神经科学研究所的副主任校园。“许多神经科学家认为突触学习需要新的蛋白质局部在突触,充当自己的控制中心”。

神经元是大型细胞包含一个胞体和树突,分支扩展以及冲动来自其他细胞的胞体突触传递。从理论上讲,学习发生在突触连接。但大量的synapses-multiple thousands-makes它不可能都能使RNA负责创建新的蛋白质。

所以Kosik做数学。使用可用的技术,他计算实际复制RNA在细胞的数量,这是来自两个副本在染色体的DNA。

“树突没有很多rna,但是他们显然有足够的因为他们完成工作,”Kosik解释道。“什么是令人吃惊的是,他们相对缺乏的rna。也就是说,有许多突触的任何RNA,因此无法访问这些突触可塑性。如果你有一个大的一部分大脑不能参与学习,那这是怎么回事?”

Kosik指出,有相对较少的rna允许突触利用增加动态范围。最好的类比是音频系统,功能与声音保真度在低和高卷。树突时需要与富达函数输入很少或很多。有少量的rna定量空间提供了一个动态放大池当交通到树突很高。

“动态范围甚至允许树突两倍或三倍或四倍他们学习能力按照数量的信息,”Kosik解释道。“它还允许稀疏编码。"

另一个概念在神经生物学,稀疏编码有助于神经元如何处理传入的信息通过使用我们的记忆和感知的代表性的强烈激活一组相对较小的神经元。对于每一个刺激,这是一个不同的子集激活利用所有可用的大量的神经元。

Kosik解释了概念的辨别气味。太多的气味存在每一个神经元的一种独特形式。相反,大脑产生小地图。一个气味可能有10个神经元编码,其中7还编码不同的气味,创建一个重叠。

“同样的,这个想法的树突拥有一个相对较少数量的rna允许他们接受更少数量的输入,”Kosik说。“有很多输入通过树突树,但只有少数人能够学习。我们称之为学习的类型在神经元可塑性。因此,树突只能够得到一项学习的冲动,蛋白质合成稀疏编码的例子。

“突触告知附近的rna突触经历了可塑性,但喜欢学习本身,rna不是静态的,”Kosik补充道。“rna像他们在哪里。他们做一份好工作,但他们最终降解并重塑,并在这样做,他们可能不一定回到原始位置。这些微小的变化可能损害我们的访问内存,但是现在另一个附近的突触是开放的新奇和有机会学习新事物。”