记忆如何储存在大脑中的新理论

生物科学的主要未解之谜之一是关于大脑中信息存储在何处以及以何种形式存储的问题。

英国科特大学官网2月25日消息

英国肯特大学（University of Kent）的研究导致了网格编码（MeshCODE）理论的发展，这是一种理解大脑和记忆功能的革命性新理论。这一发现可能是对大脑功能和治疗阿尔茨海默病等脑部疾病的新认识的开始。

在《分子神经科学前沿》（Frontiers in Molecular Neuroscience）杂志上发表的一篇论文中，肯特大学生物科学学院的Ben Goult博士描述了他的新理论是如何将大脑视为一台运行复杂二进制代码的有机超级计算机（organic supercomputer），而神经元细胞则像一台机械计算机一样工作。他解释了一个巨大的信息存储记忆分子网络是如何像开关一样运行在大脑的每一个突触上的，它代表了一个复杂的二进制代码。这就确定了大脑中存储数据的物理位置，并表明记忆是以突触支架中分子的形式写入的。

研究于2021年2月25日发表在《Frontiers in Molecular Neuroscience》（最新影响因子：4.057）杂志上

这一理论是基于一种被称为踝蛋白（talin）的蛋白质分子的发现，这种蛋白质分子含有“类似开关”的结构域，这种结构域会随着细胞机械力的压力变化而改变形状。这些开关有两种稳定状态，0和1，这种存储在每个分子中的二进制信息模式依赖于之前的输入，类似于计算机中的”保存历史记录”功能。以这种二进制格式存储的信息可以通过细胞骨架产生的微小变化来更新。

神经元的卡通图，显示了由每个突触内的数百个机械开关产生的二进制编码。细胞骨架被描述为一个机械机器，它根据神经元的活动操作这些开关，从而改变和更新编码。右下插图：机械二进制开关的例子。这些蛋白质结构域可以在两种不同的状态之间可逆切换，折叠的“0”和展开的“1”

在大脑中，数万亿个神经元之间的电化学信号发生在突触之间，每个突触都含有一个踝蛋白分子的支架。一旦被认为是结构性的，这项研究表明踝蛋白的网状结构实际上代表了一个二进制开关阵列，具有存储信息和编码记忆的潜力。

这种机械编码将在每个神经元中连续运行，并延伸到所有细胞中，最终形成一种协调整个有机体的机器编码。从出生起，动物的生活经历和环境条件就可以被写入这一代码，创造出一种不断更新的、表现其独特生命的数学表达。

Goult博士说：“这项研究表明，大脑在很多方面类似于早期的Charles Babbage的机械计算机和他的分析引擎。在这里，细胞骨架充当杠杆和齿轮，协调细胞内的计算，以响应化学和电信号。就像那些早期的计算模型一样，这一发现可能是对大脑功能和治疗脑部疾病的新理解的开始。”

肯特大学

Charles Babbage，1791年12月26日－1871年10月18日，英国数学家、发明家兼机械工程师。由于提出了差分机与分析机的设计概念（并有部分实做机器），被视为计算机先驱

参考文献

Source：University of Kent

A new theory for how memories are stored in the brain

Reference：

Benjamin T. Goult. The Mechanical Basis of Memory – the MeshCODE Theory. Frontiers in Molecular Neuroscience, 2021; 14 DOI: 10.3389/fnmol.2021.592951