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研究數學模型助海兔記憶力恢復訓練
點擊次數：969 發布時間：2013-4-22
日前，美國德州大學休斯敦衛生科學中心（UT Health）的研究人員利用一種數學模型，預測了海兔的腦神經細胞會在何時投入學習，并通過一套方案重新訓練這些細胞，使模擬記憶功能減退的海蝸牛神經元的連接恢復到近乎正常水平。相關論文4月17日發表在《神經科學雜志（The Journal of Neuroscience）》上。
海兔，又稱海蝸牛。它們的神經系統比較簡單，但神經細胞的性質卻和人類等物種非常類似。新實驗以研究小組去年的一項研究為基礎，當時他們開發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。
研究人員發現，CREB結合蛋白（CBP）的編碼基因突變，可導致長期的可塑性、學習能力和記憶力的減弱。因此，把在細胞培養中的海兔（Aplysia）的感覺運動神經突觸的長期突觸促進（long-term synaptic facilitation, LTF）作為一個模型系統，來研究克服CBP基因缺失而造成的LTF減弱。注射CBP-siRNA到單個感覺神經元，可降低CBP的水平并減損在20分鐘刺激間隔的5個5分鐘血清素（5-羥色胺，5-HT）神經沖動產生的LTF。
同時，研究人員開發出一個模擬LTF減弱的分子過程的計算模型，能預測海蝸牛的大腦在準備學習時，腦細胞在什么時間發生了生化反應。這一模型以5個訓練階段為基礎，這5個階段可排列在不同時間，間隔5到50分鐘，由此可形成1萬種不同的訓練課程表，并能找出zui協調的課程表以達到*學習效果。計算模型，預測在非均一刺激間隔下的五個5 –HT神經沖動，克服了CBP降低的影響并恢復了LTF的補救方案。他們按照數學模型的預測，每隔一段時間就給細胞使用一種化學物質，以模擬5個訓練階段，結果這些受損細胞的連接強度恢復到了近乎正常水平。
這些結果表明，補充實驗的和計算研究可以發現分子病變導致的學習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，但這項研究已經證明了新方案在幫助克服記憶缺失方面的可行性。研究結果表明，這是治療認知功能障礙的一種新方案。數學模型有助于設計治療方法，把訓練計劃和傳統的藥物治療協調組合以達到*效果。這兩種方法結合能提高藥物治療的效果，至少能彌補部分藥效或避免副作用，在治療個體學習與記憶缺陷方面更具普適性。如果能識別出人腦中類似的生化反應，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）有關的記憶減退方面邁出了重要一步。