星狀細胞：揭開大腦記憶儲存秘密的關鍵鑰匙？

一項突破性的機器學習模型顯示，我們大腦中那些不起眼的星狀細胞，可能正是人類驚人記憶容量的幕後推手。這項發現不僅可能改寫神經科學教科書，更將為人工智慧發展與阿茲海默症研究開闢全新道路。

長期以來，科學界普遍認為神經元是大腦思考與記憶的唯一建構者。然而最新發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究卻顛覆這個觀點，指出星狀膠質細胞(astrocytes)可能在大腦記憶功能中扮演著比想像更核心的角色。

這些形狀如同海星的細胞，原本被視為大腦的「清道夫」──負責清除細胞廢物、為神經元提供養分、調節血流等「家務事」。但研究團隊發現，它們細緻的分支結構會包覆在神經元傳遞訊息的接觸點，形成所謂的「三方突觸」。

「你可以把星狀細胞想像成擁有數百萬觸手的章魚，」主要作者Leo Kozachkov生動地比喻：「章魚頭部是細胞本體，那些纏繞在突觸周圍的觸手就是它的分支結構。」這位曾任MIT博士研究員、現任IBM研究員的科學家透過電子郵件向《Live Science》解釋道。

與神經元不同，星狀細胞不靠電脈衝傳遞訊息，而是透過細胞內外的鈣離子波動進行溝通。研究顯示，當突觸活動時，星狀細胞會感知並調整內部鈣離子濃度，進而釋放化學訊息分子到突觸中。

為深入理解這個機制，研究團隊採用能模擬多單元複雜互動的機器學習架構。資深作者Dmitry Krotov指出，傳統僅連結成對神經元的網路模型訊息容量有限，而單個星狀細胞可連結上千個突觸的特性，或許正是大腦擁有驚人儲存能力的關鍵。

研究團隊提出革命性假設：星狀細胞可能透過內部鈣離子模式的漸變來儲存記憶，再將這些模式轉譯成化學訊號傳回神經元。更重要的是，每個分支結構都能獨立運作，形成高效能、低耗能的記憶儲存系統。

未參與研究的加拿大多倫多Krembil研究所助理教授Maurizio de Pittà肯定這項研究提供了「具生物學基礎的解釋」，但他也提醒現有技術尚無法即時觀測人腦動態，需要更多實證研究驗證該假設。

研究團隊特別指出，這項發現可能為神經退化性疾病開創新療法。Kozachkov表示：「星狀細胞已知與阿茲海默症等記憶障礙有關，我們的模型提供了可能的病理機制解釋。未來或許能透過精確調控星狀細胞的連結或訊號傳遞，來恢復受損的記憶功能。」

這項研究更可能影響人工智慧發展。de Pittà認為，這種仿效大腦的高密度記憶架構，可應用於語音辨識、機器人系統、AI助理乃至腦機介面等領域，創造出如同人腦般高效節能的智慧系統。