讓我們想一想思想——特別是大腦中神經(jīng)元的物理學。
這個話題一直是德克薩斯大學西南醫(yī)學中心生物物理學教授 Jose Rizo-Rey 的終生興趣。
我們的大腦有數(shù)十億個神經(jīng)細胞或神經(jīng)元，每個神經(jīng)元都與其他神經(jīng)元有數(shù)千個連接。這些神經(jīng)元的校準相互作用是思想的組成部分，無論是明確的類型——一種遙遠的記憶浮出水面——還是被認為是理所當然的類型——我們在穿越世界時對周圍環(huán)境的外圍意識。
“大腦是一個驚人的交流網(wǎng)絡，”Rizo-Rey 說。“當細胞被電信號激發(fā)時，會發(fā)生非常快的突觸囊泡融合。神經(jīng)遞質從細胞中出來并與突觸側的受體結合。這就是信號，這個過程非?？?。”
這些信號究竟是如何發(fā)生得如此之快——不到 60 微秒或百萬分之一秒——是深入研究的重點。神經(jīng)元中這一過程的失調也是如此，它會導致許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病，從阿爾茨海默氏癥到帕金森氏癥。
數(shù)十年的研究已經(jīng)導致對主要蛋白質參與者和膜融合突觸傳遞的廣泛影響有了透徹的了解。伯納德·卡茨 (Bernard Katz) 獲得 1970 年諾貝爾醫(yī)學獎的部分原因是，它證明了化學突觸傳遞是由充滿神經(jīng)遞質的突觸小泡與神經(jīng)末梢的質膜融合并將其內容物釋放到對立的突觸后細胞中的。Rizo-Rey 的長期合作者 Thomas Südhof 因對介導神經(jīng)遞質釋放機制的研究(其中許多與 Rizo-Rey 共同作者)獲得了 2013 年諾貝爾醫(yī)學獎。
但 Rizo-Rey 表示，他的目標是更詳細地了解思想激活過程如何發(fā)生的具體物理學。“如果我能理解這一點，獲得諾貝爾獎將只是一個小小的獎勵，”他說。
最近，使用世界上最強大的系統(tǒng)之一德克薩斯高級計算中心 (TACC) 的 Frontera 超級計算機，Rizo-Rey 一直在探索這一過程，創(chuàng)建了蛋白質、膜和他們的環(huán)境，并讓他們虛擬地運動，看看會發(fā)生什么，這個過程被稱為分子動力學。
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