大腦如肌肉？科學新發現揭開學習與記憶之謎

你是否曾聽過「大腦就像肌肉」這樣的說法？最近，一項由霍華德休斯醫學研究所珍妮莉亞研究園區的Lippincott-Schwartz實驗室主導的研究，似乎為這個比喻提供了科學依據。研究發現，支撐學習與記憶的重要大腦訊號傳遞機制，竟與促使肌肉收縮的訊號機制有相似之處。

科學家Lorena Benedetti在研究與內質網（ER）相關的分子時，注意到這些分子在樹突（神經細胞的樹枝狀延伸）中形成了一種特殊的重複梯狀結構。內質網是人類細胞中負責蛋白質合成的重要結構，被稱為「蛋白質穩態的品質控制器官」。與此同時，她的同事Stephan Saalfeld在果蠅大腦的高解析度顯微鏡影像中，也發現了類似的排列方式。

這些不尋常的結構引起了資深研究員Jennifer Lippincott-Schwartz的注意。她表示：「在科學中，結構就是功能。我們在整個樹突中看到了這種不尋常且美麗的結構，因此我們直覺認為它一定具有重要的功能。」研究團隊發現，這種結構在肌肉細胞中也曾出現過，於是他們將研究重點轉向這方面。

在肌肉細胞中，內質網透過一組名為junctophilins的蛋白質與細胞膜形成規律的接觸點，這些接觸點正是鈣離子釋放以驅動肌肉收縮的地方。透過高解析度成像技術，研究團隊發現junctophilins也存在於樹突中，並在內質網與外膜之間促成規律的接觸點。他們推測，這些接觸點可能有助於將訊息沿著樹突傳遞回細胞本體，距離有時可達數百微米。

Benedetti解釋道：「這些訊息如何長距離傳遞，以及鈣訊號如何被特異性放大，過去並不清楚。我們認為內質網可能扮演了這樣的角色，這些規律分佈的接觸點在空間和時間上都是區域性的放大器：它們可以接收鈣訊號，區域性放大，並將訊號傳遞到遠處。」

神經訊號觸發內質網釋放鈣離子，進而吸引並啟用一種名為CaMKIII的蛋白質，這種蛋白質已知與記憶有關。CaMKIII與細胞膜相互作用，改變沿著細胞膜傳遞的訊號強度。這個過程從一個接觸點到另一個接觸點，沿著細胞膜持續進行，就像長距離水下電話電纜中的放大器一樣。

Lippincott-Schwartz表示：「這是一個很好的例子，說明在科學研究中，當你看到一個美麗的結構時，它可能會帶你進入一個全新的世界。」這項研究增進了我們對學習與記憶中涉及的大腦通訊機制的理解，不僅有助於失智症等疾病的研究，也讓我們更深入地瞭解大腦的基本運作方式。

這項研究也提醒我們，有時古老的說法中確實蘊含著真理。正如Lippincott-Schwartz所指出的：「愛因斯坦曾說，當他使用大腦時，就像在使用肌肉一樣。從這個角度來看，這裡確實存在著某種相似之處。」這項研究已發表於《細胞》期刊。