清華醫(yī)學(xué)院將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)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(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)與記憶中心劉國(guó)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(xiàng)研究中，劉國(guó)松教授聯(lián)合哈佛醫(yī)學(xué)院和麻省理工大學(xué)Picower學(xué)習(xí)與記憶中心利用印刷線路板的工程學(xué)方法研究了大腦中海馬神經(jīng)元突觸強(qiáng)度的自穩(wěn)態(tài)現(xiàn)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(bào)道。

　　這篇文章開創(chuàng)性的將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特性的研究中，計(jì)算機(jī)長(zhǎng)于長(zhǎng)期穩(wěn)定的記憶，快速而高復(fù)雜度的運(yùn)算，而人腦長(zhǎng)于聯(lián)想，模式識(shí)別。倘若能把二者聯(lián)系起來進(jìn)行研究，是否就可以建立一個(gè)綜合二者長(zhǎng)處的人機(jī)結(jié)合體？本文即對(duì)這個(gè)問題進(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(yǎng)基，再在這些培養(yǎng)基上培養(yǎng)神經(jīng)元，這樣，一塊區(qū)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(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和神經(jīng)科學(xué)結(jié)合在了一起，為今后的進(jìn)一步研究提供了基礎(chǔ)。

　　實(shí)驗(yàn)的結(jié)果揭示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，這是人腦的一個(gè)重要特性，也是人腦優(yōu)于計(jì)算機(jī)的一個(gè)基礎(chǔ)。簡(jiǎn)言之，在人腦這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，隨著原件數(shù)量的增多，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍越大，可塑性越強(qiáng)，腦處理信號(hào)的能力越強(qiáng)。

　　該研究成果也具有重要的應(yīng)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(shù)量減少。本文的研究結(jié)果揭示了潛在的逆轉(zhuǎn)方法，如果可以通過藥物增加神經(jīng)元的突觸數(shù)量，則可以提高系統(tǒng)的可塑性，從而達(dá)到治療的目的。所以，在這些工作的基礎(chǔ)上，劉國(guó)松教授實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)找到能增加突觸數(shù)量的小分子，并發(fā)現(xiàn)這些分子具有增強(qiáng)動(dòng)物學(xué)習(xí)與記憶能力的功能，在老年癡呆的模型動(dòng)物上，也發(fā)現(xiàn)這些分子具有治療作用。