制造回忆的方式
大脑是如何将外界的信息转化为我们记忆中的东西的?一个从事人类大脑计划的国际研究团队已经放大了纹状体中的神经元回路，纹状体是一种涉及记忆、行为和奖励学习的大脑结构。该研究结果发表在《科学》杂志上PLOS计算生物学期刊，增加我们对神经系统的基本功能及其学习和适应不断变化的条件的能力的认识。
我们都有这样的经历:我们听到一支曲子，它会以某种方式留下印记，以至于当我们再次听到它时，即使是几十年后，我们也能认出它。我们看一次梵高的画，它会在我们的记忆中留下深刻的印象。但是，像旋律这样转瞬即逝的东西是如何成为大脑的一部分，并导致塑造我们行为的记忆的形成的呢?
大脑中的信息处理发生在由突触连接的神经元回路中。这些突触的每一次修改都会对我们记忆事物或对特定刺激的反应产生影响。一种方法神经元电路改变是通过突触可塑性的过程，其中某些突触会随着时间的推移而增强或减弱，以响应神经活动。通过分析突触修饰下的生化反应网络，海德堡、洛桑、尤利希和斯德哥尔摩的科学家们已经能够对可塑性机制有新的认识。
“如果我们想要增强我们对高级现象(如学习和记忆形成)如何从大脑的计算中产生的理解，可塑性机制的模拟是至关重要的分子水平上来自斯德哥尔摩皇家理工学院的Jeanette Hellgren Kotaleski说，她是这项研究的联合领导者之一。
在神经元中，外部和内部的信息处理通过突触信号转导网络发生，这决定了突触的可塑性。有时甚至是单个分子——通常是酶、蛋白质，它们能极大地加速或催化特定的化学反应-能够在这些网络中实现计算能力。哺乳动物腺苷酸环化酶(ACs)家族就是这样一个例子，它可以将细胞外信号转化为细胞内分子cAMP, cAMP是细胞主要的第二信使信号分子之一。“我对这些酶已经着迷了很长一段时间了，”Forschungszentrum Juelich的Paolo Carloni说，“这里真正重要的不是催化反应有多快，而是大自然如何对这些化学机器施加严格的控制:特定的辅助蛋白质，通过精确地瞄准AC酶，启动化学反应，其他人则阻止它们。我们的工作为理解这些AC蛋白质的“分子识别”提供了重要的一步，在此基础上，神经元可以以惊人的精度和保真度控制AC催化反应的速度。这反过来又激活了神经元功能所必需的后续下游过程。”
大脑表达9种膜结合的AC变体，而AC5是纹状体中的主要形式。在奖励学习过程中，cAMP的产生对突触的增强至关重要大脑皮层神经元在纹状体主神经元上，其形成依赖于几种神经调节系统，如多巴胺和乙酰胆碱。海德堡理论研究所(HITS)领导这项研究的丽贝卡·韦德(Rebecca Wade)说:“对于这项研究，有必要将四个实验室的科学家的不同计算专业知识结合在一起，研究多尺度模拟方法，以构建依赖ac5的信号系统的动力学模型。”“从这个模型中，我们可以发现AC5如何检测神经调节信号同时变化的特定组合，从而导致协同cAMP的产生。”
