清華醫學(xué)院將計算機技術(shù)應用到神經(jīng)科學(xué)研究

【新聞中心訊 記者周襄楠】在2007年12月的Journal of Neuroscience雜志上，刊登了清華大學(xué)醫學(xué)院學(xué)習與記憶中心劉國松教授的最新研究成果（Synaptic Reorganization in Scaled Networks of Controlled Size. J. Neurosci. 27:13581-13589, 2007）。在這項研究中，劉國松教授聯(lián)合哈佛醫學(xué)院和麻省理工大學(xué)Picower學(xué)習與記憶中心利用印刷線(xiàn)路板的工程學(xué)方法研究了大腦中海馬神經(jīng)元突觸強度的自穩態(tài)現象。而本文的成果也受到了Science雜志的關(guān)注，作為Editors’ Choice（編輯推薦）被12月22日的Science雜志報道。

　　這篇文章開(kāi)創(chuàng )性的將計算機技術(shù)應用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )特性的研究中，計算機長(cháng)于長(cháng)期穩定的記憶，快速而高復雜度的運算，而人腦長(cháng)于聯(lián)想，模式識別。倘若能把二者聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行研究，是否就可以建立一個(gè)綜合二者長(cháng)處的人機結合體？本文即對這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探索性的研究。

　　本文的研究是在一塊印刷電路板上進(jìn)行，利用光刻的方法劃定培養基，再在這些培養基上培養神經(jīng)元，這樣，一塊區域就成了一個(gè)小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（如圖1）。此方法第一次將計算機科學(xué)技術(shù)和神經(jīng)科學(xué)結合在了一起，為今后的進(jìn)一步研究提供了基礎。

　　實(shí)驗的結果揭示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的自穩態(tài)調節，這是人腦的一個(gè)重要特性，也是人腦優(yōu)于計算機的一個(gè)基礎。簡(jiǎn)言之，在人腦這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )中，隨著(zhù)原件數量的增多，系統的動(dòng)態(tài)調節范圍越大，可塑性越強，腦處理信號的能力越強。

　　該研究成果也具有重要的應用價(jià)值。大腦在衰老和病變（如阿爾茨海默氏癥）時(shí)，一個(gè)重要的特征是神經(jīng)突觸（元件）數量減少。本文的研究結果揭示了潛在的逆轉方法，如果可以通過(guò)藥物增加神經(jīng)元的突觸數量，則可以提高系統的可塑性，從而達到治療的目的。所以，在這些工作的基礎上，劉國松教授實(shí)驗室已經(jīng)找到能增加突觸數量的小分子，并發(fā)現這些分子具有增強動(dòng)物學(xué)習與記憶能力的功能，在老年癡呆的模型動(dòng)物上，也發(fā)現這些分子具有治療作用。