記憶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

1、記憶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)梁日曦 2014110337機電與控制工程學院 機械2班1 宇宙宇宙是由什么組成的？是由什么組成的？一個脫口而出的答案是：由那些亮晶晶的星星組成的。但在最近幾十年中，科學家越來越發(fā)現(xiàn)這個答案是不正確的。天文學家認為，組成恒星、行星、星系當然還有我們的物質(zhì)，或者叫普通物質(zhì)，只占宇宙總質(zhì)量的不到5。他們估計，另外25，可能是由尚未發(fā)現(xiàn)的粒子組成的暗物質(zhì)。剩下的70呢？天文學家認為那可能是暗能量讓宇宙加速膨脹的力量。暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)是什么？2 意識意識的生物學基礎(chǔ)是什么？的生物學基礎(chǔ)是什么？17世紀的法國哲學家有一句名言：“我思故我在”?？梢钥闯?，意識在很長時間里都是哲學討論的

2、話題?，F(xiàn)代科學認為，意識是從大腦中數(shù)以億計的神經(jīng)元的協(xié)作中涌現(xiàn)出來的。但是這仍然太籠統(tǒng)了，具體來說，神經(jīng)元是如何產(chǎn)生意識的？近年來，科學家已經(jīng)找到了一些可以對這個最主觀和最個人的事物進行客觀研究的方法和工具，并且借助大腦損傷的病人，科學家得以一窺意識的奧秘。除了要弄清意識的具體運作方式，科學家還想知道一個更深層次問題的答案：它為什么存在，它是如何起源的？記憶是如何存取的？美好的記憶、悲傷的記憶，關(guān)記憶是如何存取的？美好的記憶、悲傷的記憶，關(guān)于解方程技巧的記憶，英語單詞的記憶，毫無疑問于解方程技巧的記憶，英語單詞的記憶，毫無疑問它們都儲存在我們的大腦中。但是它們具體在什么它們都儲存在我們的大腦中

3、。但是它們具體在什么部位？部位？上個世紀50年代，科學家發(fā)現(xiàn)大腦中的“海馬區(qū)”在存儲信息的過程中扮演著至關(guān)重要的角色如果切除掉海馬區(qū)，那么以前的記憶就會一同消失。但是海馬區(qū)的神經(jīng)細胞如何把信息固定下來？科學家發(fā)現(xiàn)一些分子參與到了記憶的形成。此外，神經(jīng)細胞突觸地形成也與記憶相關(guān)聯(lián)。上述3個問題，是在2005年7月1日，為了紀念美國科學雜志創(chuàng)刊125年，科學家列出的125個迄今為止仍無法破解的科學之謎，同時還列出了25個最難破解的謎，而“人腦的記憶”就屬于最難破解的科學之謎之一。頭腦特工隊封面上的5個角色代表著五種不同的情緒：小女生樂樂，保持莉莉的好心情小番薯怕怕，保障莉莉的安全小火山怒怒，為莉莉

4、爭取公平待遇綠蔥頭厭厭，保護莉莉不受毒害藍胖子憂憂，讓莉莉傷心就大哭一場海報上還有些其他的東西不知道同學們有沒有發(fā)現(xiàn)呢？沒有錯 就是那些小圓圈，那些小圓圈代表的就是我們在記憶。 記憶物質(zhì) 過去，人們只知道大腦中記憶的關(guān)鍵部位是海馬體，它是大腦中的一個重要區(qū)域，在學習記憶、情緒、情感等腦功能活動中發(fā)揮重要作用。但是，人們一直不知道記憶形成的過程和分子基礎(chǔ)。 美國阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學院的帕克（Park HY）等人通過先進的成像技術(shù)拍攝神經(jīng)細胞中的分子視頻，初步了解了記憶形成過程中的記憶物質(zhì)的作用。在對小鼠腦部海馬體的神經(jīng)細胞中的“記憶物質(zhì)”肌動蛋白信使核糖核酸（mRNA）分子，即一種神經(jīng)分子標注了

5、熒光標簽后，研究人員拍攝到了它們的蹤跡，發(fā)現(xiàn)它們形成于神經(jīng)細胞核，并在整個樹突中穿行。研究人員認為，這可能就是小鼠大腦記憶形成的分子基礎(chǔ)。更為重要的是，這項研究并未使用基因工程的方法或者可能破壞神經(jīng)細胞的其他介入措施。目前，觀察大腦細胞有多種方法，一種是為神經(jīng)分子標注熒光標簽，使其能釋放光線穿過大腦組織，從而讓成像技術(shù)拍攝到大腦細胞中的分子軌跡。另一種是將光纖設(shè)備植入大腦組織，以觀察產(chǎn)生和制造記憶的海馬體神經(jīng)細胞。帕克等人就是利用前一種技術(shù)。 不過，記憶物質(zhì)或分子還有很多。例如，過去的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有兩種分子（絲裂原活化蛋白激酶MAPK和激酶PKA）與多種記憶形式以及突觸（神經(jīng)細胞之間的接觸點

6、）形狀改變有關(guān)，也就是說它們不僅僅是記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)，也參與了神經(jīng)元（神經(jīng)細胞）的相互作用。但是，這兩種物質(zhì)和神經(jīng)元相互發(fā)生關(guān)系后是如何形成記憶的，卻一直不太清楚。 現(xiàn)在，美國紐約大學的神經(jīng)科學中心教授托馬斯卡魯（Thomas Carew）和加利福尼亞大學歐文分校神經(jīng)學家組成的研究小組利用加利福尼亞海兔進行研究初步揭開了其中的奧秘。加利福尼亞海兔是一種海洋軟體動物，也叫海蛞蝓，它們的神經(jīng)元比高等生物，如脊椎動物還要大10倍到50倍，而且其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相對較小。這些特性讓研究人員很容易檢查記憶形成過程中的分子信號。此外，它們的記憶編碼機制在進化過程中高度保守，幾乎沒什么改變，這也和哺乳動物的記憶編碼機

7、制很相似。所以，研究它們的記憶有助于揭開高等動物和人類的記憶之謎。 研究人員對海兔的尾部施加溫和程度的電擊，誘導它們形成更強的條件反射行為，即激活其尾部神經(jīng)結(jié)構(gòu)，然后對MAPK和PKA的分子活性進行檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在形成中期記憶(幾個小時)和長期記憶(幾天)時，MAPK和PKA的活性都被激發(fā)，而且MAPK刺激了PKA的活動。而在不到30分鐘的短期記憶中，只有PKA的活性被激發(fā)，MAPK并未參與。 這一研究表明，MAPK和PKA不僅是記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且它們的分子活性是形成中短期記憶的關(guān)鍵因素。 簡單點就是說科學家們推測出人的記憶是儲存來“記憶蛋白”中，并且科學家們已經(jīng)通過實驗發(fā)現(xiàn)了“記憶蛋白”

8、。 那么同學們會問了，為什么記憶的載體一定是蛋白質(zhì)而不是其他的物質(zhì)呢？因為蛋白質(zhì)是一種相對穩(wěn)定并且具有確定結(jié)構(gòu)的生物大分子，這樣可以確保人腦中的信息可以被保存下來，而且蛋白質(zhì)的體積小，易于提取和傳遞，耗能又小，所以用蛋白質(zhì)儲存記憶是一種又有效又簡約的記憶方式。 那么有些聽講的同學會問了，大腦又會通過什么方式從“記憶蛋白”中提取記憶的呢？大腦首先會拆解“記憶蛋白”中的信息，還原記憶時刻大腦受到的刺激，情景再現(xiàn)，使得你的大腦會回想起當時你收到的刺激，也就是記憶。 那么有些樂于思考的同學們又會問了，人體會新陳代謝，會有新的蛋白出來也會有老的蛋白被排出體外，但是我們有些記憶卻會記住很久，這又是為什么呢？原因就是當你的大腦受到刺激，腦內(nèi)的記憶蛋白會一代又一代的接替，記憶信息也會一代又一代的傳遞下去。