更新时间:2021-01-29 05:27
NR2B基因是就大脑内“NMDA神经末梢”的一部分,科学家通过利用基因工程孕育出“聪明基因”,从而有助于记忆功能,从而为人类神秘而黑暗的大脑基因活动写下了新篇章。
脑科学是21世纪国际上最具挑战性和最活跃的前沿基础学科之一,了解脑的奥秘,揭开学习、记忆和高级认知功能的机制,对哺乳动物尤其是人类的生存极为重要。于是研究小组通过检测大脑编码单元的活动状态来解读大脑在学习过程中记忆的形成。
因为人类大脑是一个由约140亿个神经元组成的繁复的神经网络。因为“海马”是一个与记忆密切相关的大脑结构,因其形似海马而得名,它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。
1999年美国普林斯顿大学的钱卓博士带领的科研小组突破基因技术限制,成功创建出NR2B亚基前脑特异过量表达的转基因小鼠。正是通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因,制造了著名的“聪明鼠”,从而揭示了学习与记忆过程中的重要分子机制。
因为小鼠海马脑区只有半粒米大小,为了尽可能多地观测到单个神经元的活动情况,研究小组研制了世界上最轻巧的精细微电极推进器,把96根比头发还细得多的微电极插入小鼠的海马区域,成功地记录到了多达几百个神经元的活动情况——传统的方法在小鼠上只能记录到几个至二十几个神经元。
然后在特定环境中给小鼠背部突然吹上一阵冷风因为小鼠对这样的刺激会感到惊恐。另一种有趣的模式是,把小鼠放在特制的小电梯中做自由落体下降,如同人们在乘坐的电梯突然失控坠落的过程中所获得的记忆会刻骨铭心一样,小鼠对这种极其刺激的经验也会印象深刻。“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆,观察发现,小鼠的海马区对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应,根据它们的反应特征,发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元,通过它们的激活状态可以把任何一种惊吓经历转化成一串二进制数字,这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。
大鼠是生物医学研究比较理想的动物模型。因为有关大鼠生理、药理和行为学方面已积累了大量的研究历史资料;而且大鼠的身体大、脑体积也大,更适于进行高密度群体神经元在体记录,有利于从神经元网络水平研究脑功能的机制。与此同时,人类的NR2B基因与大鼠、小鼠的NR2B基因非常相似。因此,对改善人脑的学习记忆功能的研究提供了理论指导依据。
许多研究已经表明N-甲基-D-天门冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体在突触可塑性和学习记忆过程中起着重要的作用。特别是NMDA受体的NR2B亚基。1999年钱卓博士创建了NR2B亚基在前脑特异性过量表达的转基因小鼠,并发现转基因小鼠海马脑区的NMDA受体通道开放时间延长,活性增加,其海马CA1区突触可塑性增强(表现为突触对高频刺激反应增强)。此外,NR2B转基因小鼠在多种行为学测试中(水迷宫,声音和场景恐惧条件化测试等)表现出更好的学习和记忆能力。这些结果表明NR2B亚基对于海马脑区的突触可塑性和相关的学习记忆是很重要的。
又利用T-迷宫的非匹配延缓任务(The delayed non match-to-sample,DNMS)和水迷宫任务,分别检测NR2B转基因模式大鼠的空间工作记忆和空间参考记忆能力。所获得的研究结果是,NR2B转基因模式大鼠的空间工作记忆和空间参考记忆能力得到显著改善,结果表明了NR2B亚基在前脑的过量表达也能够提高大鼠的学习和记忆功能。
科学家们认为,这将对脑科学的进一步发展起到重要作用,也对改善人脑的学习记忆功能提供了理论依据。