2023 Pengarang: Bailey Leapman | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-05-20 22:57
Neuron bercakap dengan Dr. Joe Z. Tsien semasa dia pelajar kolej kedua yang mencari beberapa aktiviti ekstrakurikuler yang bermakna.
Dia telah singgah ke makmal penyelidik otak di Universiti Normal China Timur Shanghai. Bilik itu gelap kecuali ada cahaya yang menyinari otak. "Anda boleh mendengar pop, pop, pop, pop ini," kata Dr. Tsien, saintis otak yang baru-baru ini datang ke Kolej Perubatan Georgia dari Universiti Boston. “Pada masa itu, saya mula berminat dengan otak.
“Kami mengkaji soalan yang ramai orang selalu ingin tahu – cara otak berfungsi, cara ingatan berfungsi – kemudian bawa ke peringkat yang berbeza. Apakah asas molekul untuk proses ingatan? Ini bermakna gen apa yang terlibat dalam meletakkan ingatan pada tahap yang sangat asas?" kata Cendekiawan Terkemuka Perikatan Penyelidikan Georgia dalam Neurobiologi Kognitif dan Sistem dan pengarah bersama Institut Penemuan Otak Sekolah Perubatan MCG yang baharu. “Kami telah dapat mengenal pasti gen memori yang sangat kritikal dan memanipulasinya dengan cara yang sama ada boleh mematikannya, jadi ingatan tikus terjejas atau meningkatkannya.”
Dia bercakap tentang Doogie, seekor tetikus yang terlalu mengekspresikan gen "pintar" dalam hippocampus, bahagian otak yang kritikal untuk ingatan dan diserang oleh Alzheimer. Reseptor NMDA pada dasarnya adalah liang kecil pada membran sel yang membenarkan ion masuk dan meningkatkan aktiviti dan komunikasi neuron. Golongan muda mempunyai jumlah subunit NMDA yang lebih tinggi, NR2B, yang memastikan saluran komunikasi dibuka lebih lama supaya lebih banyak maklumat dikongsi. Apabila orang semakin tua, mereka beralih kepada subunit NR2A, mungkin kerana evolusi telah mengetahui pada masa itu kita sepatutnya menghantar gen kita kepada keturunan, katanya. Dr. Tsien dan rakan-rakannya membuat Doogie dengan mengekspresikan gen NR2B secara berlebihan dan kalah mati bersyarat dengan menghapuskan subunit reseptor NMDA yang lain.
Doogie lebih baik dalam mengingat dan meletakkan sesuatu dalam konteks, dapat dengan cepat mengenali sesuatu yang pernah dilihatnya sebelum ini dan meneruskan untuk meneroka sesuatu yang baharu. Dia membuat muka depan majalah Time pada tahun 1999 dan merupakan salah satu daripada 10 penemuan saintifik teratas majalah Sains pada tahun itu. Tikus yang "bodoh" itu, sebaliknya, tidak dapat mencari jalan keluar dari labirin.
Dr. Tsien juga mendapati bahawa kecerdasan memerlukan kerja berpasukan, bahawa neuron bekerja dalam kumpulan bukan sahaja untuk mengingati perkara khusus tetapi juga untuk menyamaratakan pengetahuan, yang pada asasnya mentakrifkan kecerdasan.
Untuk mendapatkan pengendalian yang baik tentang tahap aktiviti neuron serentak, dia dan bekas rakan pasca doktoralnya, Dr. Longnian Lin, mula-mula membangunkan teknik untuk merekodkan aktiviti sehingga 200 neuron tetikus, dan bukannya 20 hingga 30 sebelum ini mungkin. Mereka kemudiannya mengenal pasti sebilangan kecil neuron dalam hippocampus tikus yang secara konsisten bertindak balas terhadap konsep katil atau sarang. Jadikan sarang itu tidak boleh diakses dengan menutupnya dengan kaca, sebagai contoh, dan sel dan tetikus menjadi tidak berminat, mereka menunjukkan dalam penyelidikan yang diterbitkan pada Mac 2007 dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan.
“Kecerdasan benar-benar dibina atas ingatan, pengalaman anda dari masa lalu, menterjemahkannya ke dalam garis panduan supaya apabila anda melihat situasi baharu, anda tahu apa yang perlu anda lakukan,” kata Dr. Tsien, yang menyumbang secara kolektif kepada pembelajaran dan ingatan telah dipaparkan pada kulit Julai 2007 Scientific American. "Itu membantu kita bukan sahaja mengenali katil kita, sebagai contoh, tetapi secara amnya memahami apa itu katil dan mengetahuinya apabila kita melihatnya. Anda mendaftar masuk ke hotel, anda tahu di mana hendak tidur. Apabila anda datang ke pejabat saya, anda tahu di mana hendak duduk. Awak jangan duduk di atas lantai atau di atas meja saya. Awak duduk atas kerusi. Kerusi itu mungkin tidak sama seperti yang pernah anda lihat sebelum ini, tetapi anda tahu ia adalah kerusi. Itu adalah bentuk asas kecerdasan.”
Projek beliau yang seterusnya, projek penyahkod otak, adalah mengenai meletakkan perkara dalam konteks juga, dan merupakan sebab utama beliau datang ke MCG. "Ia benar-benar cuba memahami peraturan penting bagaimana otak beroperasi, " kata Dr. Tsien, yang membawa pasukan penyelidik 10 bersamanya dari Boston dan akan merekrut kira-kira lapan saintis dalam tempoh dua tahun akan datang. "Ia mungkin bukan analogi yang sempurna, tetapi ia serupa dengan projek genom manusia, di mana anda cuba menilai kod itu. Dengan memahaminya, anda membentuk asas untuk bukan sahaja memahami cara biologi berfungsi, tetapi juga bagaimana strategi terapeutik harus dibangunkan. Ia adalah usaha yang sangat sistematik dan berskala besar untuk memahami otak.”
Satu matlamat ialah memahami biologi yang salah, seperti yang berlaku dalam Alzheimer. Makmalnya telah menghasilkan model haiwan bagi permulaan awal penyakit itu dan sedang berusaha untuk mencari cara untuk melambatkannya. "Jika otak anda tidak menyerang penyakit Alzheimer sehingga umur 90 tahun, itu adalah seperti penawar," katanya. Pilihan lain, di mana Doogie mungkin boleh membantu, adalah menggunakan lebih baik baki neuron yang sihat dalam seseorang yang sudah mempunyai penyakit dengan meningkatkan ekspresi gen pintar. “Ia mungkin menjadikan neuron tersebut berfungsi dengan lebih cekap, lebih baik dalam memproses maklumat,” kata Dr. Tsien.
“Apabila anda memahami peraturan, anda boleh bayangkan bahawa prinsip reka bentuk tersebut boleh digunakan untuk pembangunan komputer dan robot generasi baharu,” katanya. "Sebaik sahaja anda memahami gen, kod genetik, anda boleh mula mengenal pasti hubungan antara mutasi dalam gen dan penyakit tersebut. Ia memberi anda pegangan yang lebih baik tentang cara merawatnya. Pada masa ini, sebagai contoh, terdapat kesukaran yang besar dalam membangunkan ubat untuk merawat skizofrenia." Satu masalah ialah kekurangan model haiwan yang baik; sukar untuk mengetahui apabila haiwan berhalusinasi atau tertekan. Langkah yang lebih objektif, seperti neurofisiologi atau penanda biologi lain, boleh membolehkan kajian sedemikian, kata Dr. Tsien.
Dr. Tsien menamatkan sekolah siswazah di Universiti Minnesota dan persekutuan Institut Perubatan Howard Hughes di Universiti Columbia dan Institut Teknologi Massachusetts sebelum menyertai fakulti Universiti Princeton pada tahun 1997. Beliau berpindah ke Universiti Boston pada tahun 2004. Beliau adalah ahli Neurobiologi Pembelajaran dan Bahagian Kajian Memori Institut Kesihatan Kebangsaan dan ahli majlis Persatuan Kognisi Molekul dan Selular. Penyelidikannya dibiayai oleh NIH.
