科学家阐明了在学习中起作用的机制

我们称之为学习的过程实际上是数千个分子反应精心编排的交响乐，但这些反应之间的确切相互作用在很大程度上仍然未知。现在，冲绳科技研究生院(OIST)的研究人员已经在小脑中建立了学习的分子基础模型，小脑是大脑中接受感官输入并协调自主运动的一部分。

“据我们所知，这是最复杂的模型OIST计算神经科学部门负责人Erik De Schutter说，他是最近发表在《科学》杂志上的这篇论文的资深作者细胞的报道．他说，以前的模型关注的是到达神经元接收端的信号，“而现在我们关注的是两端之间正在进行的通信。”

学习被认为是两个过程之间的平衡，这两个过程就像一种分子表盘:长期增强(LTP)，两个神经元之间的联系被加强，长期抑郁(LTD)，两个神经元之间的联系被削弱。这两个过程都发生在突触——两个神经元之间的连接处。这篇论文的第一作者、OIST的博士后研究员Andrew Gallimore模拟了它们在两种类型的细胞中如何工作:平行纤维和浦肯野细胞，这两种细胞在运动学习中起着关键作用。

Gallimore使用计算机程序创建了这个复杂系统的模型，结合了几百个从这些神经元被激活的实验中得到的方程。韩国的同事对该模型进行了测试神经元在老鼠的小脑里。OIST的研究人员随后将这些记录纳入模型。

他们的发现表明，突触两侧的分子网络对控制学习很重要:为了控制神经活动中是产生LTD还是LTP，必须在突触的两个方向上进行交流。

该模型还表明，平衡LTP和LTD的分子刻度盘具有自动关闭开关，当被触发时，允许系统返回其静息状态。虽然之前的研究暗示了这种开关的存在，但这是第一次证明了它背后的机制——一个由蛋白质和受体组成的复杂网络。德舒特说，这样一个庞大而全面的模型使科学家能够研究复杂的信号系统是如何协同工作的，这是实验文献中经常缺乏的。

研究人员的工作使科学家能够更准确地预测控制学习的混乱、复杂的分子系统的行为。它还暗示了当这些开关断裂时，在分子水平上可能会发生什么——当大脑受伤或影响学习的神经退行性疾病时，可能会发生这种情况。

加里莫尔说:“大脑的整个功能都是基于这些突触连接的强度。”“我们对这些过程了解得越多，干预缓解严重问题的可能性就越大。”