研究数学模型助海兔记忆力恢复训练

日前，美国德州大学休斯敦卫生科学中心（UT Health）的研究人员利用一种数学模型，预测了海兔的脑神经细胞会在何时投入学习，并通过一套方案重新训练这些细胞，使模拟记忆功能减退的海蜗牛神经元的连接恢复到近乎正常水平。相关论文4月17日发表在《神经科学杂志（The Journal of Neuroscience）》上。

海兔，又称海蜗牛。它们的神经系统比较简单，但神经细胞的性质却和人类等物种非常类似。新实验以研究小组去年的一项研究为基础，当时他们开发出一套记忆提高方案，能使健康海蜗牛的长期记忆有明显改善。

研究人员发现，CREB结合蛋白（CBP）的编码基因突变，可导致长期的可塑性、学习能力和记忆力的减弱。因此，把在细胞培养中的海兔（Aplysia）的感觉运动神经突触的长期突触促进（long-term synaptic facilitation, LTF）作为一个模型系统，来研究克服CBP基因缺失而造成的LTF减弱。注射CBP-siRNA到单个感觉神经元，可降低CBP的水平并减损在20分钟刺激间隔的5个5分钟血清素（5-羟色胺，5-HT）神经冲动产生的LTF。

同时，研究人员开发出一个模拟LTF减弱的分子过程的计算模型，能预测海蜗牛的大脑在准备学习时，脑细胞在什么时间发生了生化反应。这一模型以5个训练阶段为基础，这5个阶段可排列在不同时间，间隔5到50分钟，由此可形成1万种不同的训练课程表，并能找出zui协调的课程表以达到*学习效果。计算模型，预测在非均一刺激间隔下的五个5 –HT神经冲动，克服了CBP降低的影响并恢复了LTF的补救方案。他们按照数学模型的预测，每隔一段时间就给细胞使用一种化学物质，以模拟5个训练阶段，结果这些受损细胞的连接强度恢复到了近乎正常水平。

这些结果表明，补充实验的和计算研究可以发现分子病变导致的学习能力的减弱的改善方法。研究人员表示，虽然还有很多工作有待完成，但这项研究已经证明了新方案在帮助克服记忆缺失方面的可行性。研究结果表明，这是治疗认知功能障碍的一种新方案。数学模型有助于设计治疗方法，把训练计划和传统的药物治疗协调组合以达到*效果。这两种方法结合能提高药物治疗的效果，至少能弥补部分药效或避免副作用，在治疗个体学习与记忆缺陷方面更具普适性。如果能识别出人脑中类似的生化反应，就可能把这套方法用于人类，这一成果在治疗与脑功能紊乱（如老年痴呆症等）有关的记忆减退方面迈出了重要一步。