人类大脑如何将外部信息转化为自己的记忆？这是一个引人入胜的问题，也是“人类大脑计划”的重要内容之一。来自德国、瑞典和瑞士的科研小组最近对此进行了深入研究，并发表了他们的成果在《计算生物学》杂志上。这项研究对于理解神经系统的基本功能有着重要意义。
我们的大脑通过神经回路处理外部信息，这些神经回路是由突触连接的。突触的任何变化都会对我们的记忆和反应产生影响。这些突触通过所谓的突触可塑性进行变化，这意味着某些突触会随着时间流逝而增强或减弱，这完全取决于神经元的活动。
研究团队深入了突触变化的生化反应网络，并进一步破译了可塑性机制。斯德哥尔摩皇家技术学院的杰内特·可塔尔斯基博士，作为研究负责人之一，解释道：“模拟可塑性机制对于理解像学习和记忆形成这样的高级现象至关重要，这些现象是由分子计算产生的。”
在脑神经元的微观世界里，外部和内部信息处理是通过突触可塑性完成的，将突触信号在脑神经网络中传输。而脑神经网络中的单个分子，如AC酶，也能执行这些生化反应。例如，哺乳动物中的腺苷酸环化酶家族能够将细胞外信号转换为细胞内信号分子cAMP，这是细胞最重要的次级信使之一。
德国尤利希研究中心的保罗·卡罗尼表示：“神经元通过精确控制AC酶的化学反应速率来控制AC蛋白的‘分子识别’，某些辅助蛋白质化学反应是通过靶向AC酶来启动的，而其他酶则会阻止它们。”这一过程反过来又激活了神经元功能所必需的后续过程。
在大脑中，有九种膜结合的AC变体，其中AC5是纹状体的主要形式。在学习反应中，cAMP的产生对于加强从皮质神经元到纹状体主要神经元的突触至关重要，其产生受到多种神经调节系统的影响，如多巴胺和乙酰胆碱。首席研究员丽贝卡·旺德领导的研究团队汇集了来自四个不同研究所的科学家专业知识，共同开发了一种多尺度仿真方法，并使用它来创建依赖AC5的信号系统的动力学模型。这对于我们理解大脑如何处理信息、形成记忆等复杂功能有着极其重要的意义。
