細胞生物學家正在研究大腦靈活性和穩定性的平衡

人類大腦最引人注目的事情之一就是它的變化。很多。這種重塑自我、變形、加強某些聯繫而讓另一些聯繫消失的能力讓安德里亞·戈麥斯著迷。

戈麥斯是加州大學伯克利分校的分子和細胞生物學家，她花時間試圖弄清楚大腦是如何保持狀態的(SN：2012 年 7 月 27 日）。

戈麥斯說，人類的大腦在刀刃上運作，是靈活性和剛性結構之間纖細而恰到好處的折衷。太多的可塑性會演變成混亂。 “我們永遠不會有記憶形式。我們永遠不會學到任何東西，”她說。但過於僵化同樣會帶來災難性的後果。 “我發現，一些最有趣的問題是什麼機制、什么生物學特徵讓我們生活在這種邊緣。”

戈麥斯的研究範圍從微小的——例如，在神經細胞之間萌芽的稱為突觸的微小管道——到行為的巨大轉變。瑞士巴塞爾大學神經生物學家、她的前博士後導師彼得·謝菲爾 (Peter Scheiffele) 表示，這種廣泛的好奇心是她作為科學家的標誌之一。

他記得當戈麥斯一直在研究大腦時，他開始對腸道著迷。她開始嘗試分子指令可以像塑造大腦一樣幫助塑造腸道的想法，但這項工作因 COVID-19 而停止。

“我不認為這是一個缺乏成功的故事，”謝菲爾說。 “我認為它恰恰相反——一個充滿真正熱情、動力的故事，在某些時候，還有一定的隨機性，但又是創造性的隨機性。”這是一個故事，“嘿，這很酷。我真的很想看看這個，看看是否有什麼令人興奮的事情發生，”謝菲爾說。 “對我來說，這象徵著她經常從事科學工作。”

謝菲爾說，一些科學家是線性思考者，堅持嚴格的計劃。戈麥斯更喜歡“藍天，出去挑戰自己，挑戰問題”，他補充道。她樂觀地說道：“讓我們看看。”

這種“讓我們看看”的能量讓戈麥斯的研究方向發生了許多重大變化。作為柯林斯堡科羅拉多州立大學的一名本科生，她研究了甲殼類動物的蛻皮等。然後，作為紐約大學的研究生，她最終轉向大腦，研究神經細胞連接的可塑性。

在謝菲爾團隊擔任博士後期間，她和她的同事對某些突觸的構建方式有了驚人的發現。

這一發現取決於一個被稱為“剪接”的過程。細胞機器不僅僅從 DNA 中連續、忠實地複制信息。這些信息可以被剪切、重組或拼接，形成新版本的蛋白質。戈麥斯說，這些拼接的信息是“改變事物的機會”。

事實證明，至少在小鼠的大腦中，剪接事件產生的一種蛋白質會顯著影響某些神經細胞的突觸。當該版本的蛋白質缺失時，這些突觸就不會像應有的那樣做出反應，並且老鼠從對新物體好奇轉變為迴避它們，研究人員於 2016 年報告科學。

該研究的合著者謝菲爾說，這些結果“讓我們和該領域的許多人開始對神經系統剪接的作用產生非常不同的思考”。 “這不是某種微調。這可能是一個根本性的轉變。”

這些天，戈麥斯有了新的焦點。她沒有研究內部蛋白質如何實現變化，而是開始了一個項目，研究一種有趣的外部方式來改變大腦——迷幻藥物。

迷幻藥被認為可以以科學家尚未完全理解的方式打開大腦的可塑性之窗。戈麥斯懷疑，這種靈活性可能出現的一種方式是通過拼接。戈麥斯和她的同事在初步研究中發現，單劑量的裸蓋菇素會導緻小鼠大腦中發生數千次剪接事件，而如果沒有這種藥物，這種情況就不會發生。 “對我來說，這是發現新的可塑性機制的豐富手段，”她說，“這確實是我的目標。”

哈佛醫學院和博德研究所的發育神經生物學家戈登·菲舍爾說，總的來說，迷幻藥物對大腦的影響仍然是一個謎。 “任何深刻影響你的自我意識、存在、身份、意識的事物都是我們如何看待大腦功能的基礎，”他說。

迷幻後的其他變化比比皆是：基因活性發生變化，神經細胞周圍的剛性結構減少，這些與記憶存儲有關，稱為(序列號：10/20/15）。一些最大的變化發生在大腦處理感知的部分的神經細胞活動中。

戈麥斯來自新墨西哥州拉斯克魯塞斯，是拉古納普韋布洛部落的成員。 “在我開始研究致幻劑之前，我就從原住民的角度聽說過致幻劑，一直追溯到高中。”到達伯克利並開始建立新實驗室後不久，一位新同事提出了合作研究迷幻藥如何使大腦變得更加靈活的想法——這是戈麥斯對改變持開放態度的另一個例子，並說：“讓我們看看。”