北京時間12月20日，浙江大學醫學院馬歡教授團隊開展的關于大腦生物能量神經可塑性調控與認知衰老的研究成果，發表在國際學術期刊《科學》。
研究表明，機體衰老、發生神經退行性疾病時，大腦的認知能力隨之變差。馬歡團隊發現，在這種情況下，神經活動-線粒體基因偶聯也相應變弱。
“我們推測，是否可以通過提升神經活動-線粒體基因轉錄的效能來改善腦功能和認知衰老？”論文共同第一作者、浙江大學副研究員李雯雯說，在小鼠大腦進行的轉基因操控支持這種可能性。當小鼠大腦的神經活動-線粒體基因偶聯被抑制后，許多與衰老相關的神經病理性改變，如能量短缺和認知受損都會出現。
在此基礎上，馬歡團隊設計了多種新型的靶向分子工具，對神經活動-線粒體基因轉錄進行精準改造和增強。實驗發現，抑制小鼠的神經活動-線粒體基因偶聯會導致其學習記憶失能。不過，在2個月時間內持續增強這一偶聯機制，能夠增強學習記憶過程中線粒體基因表達水平，提升大腦的生物能量，并在個體水平上顯著改善小鼠大腦的認知功能。
“這為‘多思考’抗大腦‘衰老’提供了一定的理論依據。”李雯雯說。
對人體而言，大腦無疑是最核心的“信息處理系統”，主導著思維與意識，起到維持記憶和情感等關鍵作用。生命體通過一系列精細復雜的神經活動，“指揮”大腦高效地利用寶貴的生物能量，并以低能耗實現海量信息的并行處理與存儲。這種能量調控機制是超級計算機和人工智能技術爭相模仿的目標，也是當前人類科技尚未企及的巔峰。
生物腦的低能耗信息處理，能為制約人工智能發展的能源問題提供哪些啟示？馬歡團隊還發現，不同于傳統計算機的整體供能方式，哺乳類動物大腦采用了一種獨特的“按需供能”策略，即在每個突觸（數據節點）附近布置可被神經活動（信息處理）調控的線粒體“能量包”。信息處理過程中，線粒體通過突觸活動驅動其基因轉錄和蛋白合成，實現神經元在信息交互的突觸附近“局部”能量供給的可塑性調控。
“揭示生命體這種基本的信號偶聯機制，可能是理解大腦可以高效低耗、并行處理復雜信息的關鍵，為當前高速發展的人工智能在增強信息處理能力的同時減少能耗，提供了全新的啟示和發展方向。”馬歡說。
北京時間12月20日，浙江大學醫學院馬歡教授團隊開展的關于大腦生物能量神經可塑性調控與認知衰老的研究成果，發表在國際學術期刊《科學》。
研究表明，機體衰老、發生神經退行性疾病時，大腦的認知能力隨之變差。馬歡團隊發現，在這種情況下，神經活動-線粒體基因偶聯也相應變弱。
“我們推測，是否可以通過提升神經活動-線粒體基因轉錄的效能來改善腦功能和認知衰老？”論文共同第一作者、浙江大學副研究員李雯雯說，在小鼠大腦進行的轉基因操控支持這種可能性。當小鼠大腦的神經活動-線粒體基因偶聯被抑制后，許多與衰老相關的神經病理性改變，如能量短缺和認知受損都會出現。
在此基礎上，馬歡團隊設計了多種新型的靶向分子工具，對神經活動-線粒體基因轉錄進行精準改造和增強。實驗發現，抑制小鼠的神經活動-線粒體基因偶聯會導致其學習記憶失能。不過，在2個月時間內持續增強這一偶聯機制，能夠增強學習記憶過程中線粒體基因表達水平，提升大腦的生物能量，并在個體水平上顯著改善小鼠大腦的認知功能。
“這為‘多思考’抗大腦‘衰老’提供了一定的理論依據。”李雯雯說。
對人體而言，大腦無疑是最核心的“信息處理系統”，主導著思維與意識，起到維持記憶和情感等關鍵作用。生命體通過一系列精細復雜的神經活動，“指揮”大腦高效地利用寶貴的生物能量，并以低能耗實現海量信息的并行處理與存儲。這種能量調控機制是超級計算機和人工智能技術爭相模仿的目標，也是當前人類科技尚未企及的巔峰。
生物腦的低能耗信息處理，能為制約人工智能發展的能源問題提供哪些啟示？馬歡團隊還發現，不同于傳統計算機的整體供能方式，哺乳類動物大腦采用了一種獨特的“按需供能”策略，即在每個突觸（數據節點）附近布置可被神經活動（信息處理）調控的線粒體“能量包”。信息處理過程中，線粒體通過突觸活動驅動其基因轉錄和蛋白合成，實現神經元在信息交互的突觸附近“局部”能量供給的可塑性調控。
“揭示生命體這種基本的信號偶聯機制，可能是理解大腦可以高效低耗、并行處理復雜信息的關鍵，為當前高速發展的人工智能在增強信息處理能力的同時減少能耗，提供了全新的啟示和發展方向。”馬歡說。
本文鏈接：“多思考抗衰老”？浙大團隊解析大腦調控機制http://www.sq15.cn/show-2-9814-0.html
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