神经生化学

尾藤晴彦

东京大学医学院研究生院教授

2019.7.4

前言：神经生化学目前最大的挑战是什么

怎样理解神经元的和突触的机理？

每个人都有1000亿个神经元和一万亿个突触

大脑的信息存储：每时每刻都在同时处理以下三点

（1） 过去的记忆：收集过去的信息

（2） 对今天的准备：通过以前的信息对今天都要做的事情做判断和选择

（3） 为未来做准备：通过对以前信息进行模拟，来去做出一个目标，从很简单的目标到比较难实现的目标

富兰克林说时间就是金钱

甘地说要像明天就去世一样去生活，要像能永生一样去学习

1. 神经科学

（1） 一些影响

大脑能够理解外部世界么？

很多时候我们看同一个东西，但是在不同的对比情况下，看起来可能是不同的东西，当然不同的东西看起来是一样的也是同样存在的。我们的大脑很多时候是在不同的信息的基础条件之上，选择最想看的结果，或者选择出一个它能做出的解释。不仅仅是人，动物也是会发生同样的情况。

一个大脑有1000亿个神经细胞和10万亿以上的突触，海马体的突触是0.004-0.56立方微米，但是我们却不知道在细胞之前的分子是怎么扩散的，因为如果能扩散，我们经典牛顿力学和热力学第二定律就不符合了，熵竟然增大了，很不可思议。我们对突触还是不够深入理解工作机理。

20世纪的重要的发现：虽然我们对于单个突触的化学分子的动向是不知道的，但是我们可以从工学的角度来理解信息的传导。这种新的学问，叫做脑信息动态学。

我们在大鼠脑中插入光信号神经，我们向向左转的神经上发射光信号，大鼠就会向左转。我们在人上也做了靶向的神经信息辅助设备，比如你的脊髓损伤了，腿部不能行走了，我们用一些神经辅助工具可以帮他进行行走，通过几年的康复治疗，大脑的信息不需要通过脊髓传递而通过外在的器件来实现。除了走之外，还有三轮小车等等都是可以做到的。在脑部添加电极来获取信号信息，然后通过正常的人获取这个电极的信号控制哪些肌肉，然后把信号传递过去。

这种工作叫做大脑计算机交互，但是这样的方法还是只能让人在平路上行走，有一点台阶都不行，所以其实大脑还是非常复杂的。我们现在正在通过AI的方法来去获取行走的时候和大脑交互的其他信息，来完善行走。

关于脑死亡的定义：到底什么时候才算是脑死亡，如果脑不能控制机体，但是对周围的环境有感知其实不能判断为脑死亡。我们如何才能知道大脑是不是对周围环境有反应是不好判断的

我们现在也咋研究一些AI经验分析设备，比如你早上吃了什么，中午该吃什么才能更健康等。

（2） 大脑是如何理解大脑的

到底是怎样的一个信号进入大脑并且传递下去呢？

这实际上是一个工程问题，大脑影响你的行为

大脑和计算机体系结构其实是可比的，如果大脑的一部分发生了损害或者病变。Henry Molaison是一个很有名的癫痫病人，当时他住在蒙特利尔，一个脑外科比较发达的城市。癫痫是海马神经出现了异常，于是特别容易出现兴奋，所以如果神经得到了抑制的话，就可以进入社会。

通过分析，医生对于他的海马神经进行了切除手术，癫痫好了，但是出现了新的问题，他对于一切的认知都是新的，只能记得当天的事情，过了一天就忘了前一天的事情。这一现象让我们知道，如果海马损伤，新的记忆可能会无法产生。

但是我们需要用科学的方法来证明，大鼠不喜欢水，把它扔在水里，它会找到水里有个地方有个台子，站在这里就沉不下去了。老鼠10次就能精准的找到台子，但是切除海马之后，新的记忆就不能形成了，每次都要找很久。

如果人所出现的情况，没法实现新的记忆，在动物上也可以重现的话就可以实现理论证明。但是其实也有可能在动物上能看到的现象，未必会在人上也会出现。

我们做了一个实验，通过一次的注射，就能提升小鼠的一生的记忆力，但是我们并不知道的是不是记忆力的增量，老鼠的生活就更幸福了，因为好的记忆和不好的记忆都会被加强。也有人用这个方向来尝试老年痴呆的治疗。

在海马体上注射蛋白质的话，记忆力确实提升了，但是这个蛋白质对于情感上也有影响。所以目前还不能在身体上进行尝试。

2. 从神经科学到脑医科学

（1） 大脑的病理

AADC缺陷症：多巴胺的分泌不足，导致遗传性的四肢麻痹，和脊髓的传导其实是没有什么原因的。给孩子一个好玩的东西，他也很开心，但是他没有力气去伸手。我们治疗了这些孩子之后，打了一次针，就让孩子四肢可以动了。我们花了七八年的时间让所有人心服口服，治疗了AADC。但是遗传基因的治疗，需要大量的病例才能进行，有一个日本的教授在研究帕金森症的治疗有大量的资料，但是因为日本的应用法规，很难很快的推进下去。很多药物只需要三四周就能在动物实验上就能开发出来，但是在人上推进下去并上市，就非常的困难。

认知之后为什么会引发行为，所以你的认知后在大脑中产生了什么反应，这些反应为什么会引发行为也很值得研究。有一些神经病是环境引发的，也可能是原生性的，比如自闭症或者神经失调都是

（2） 疾病治疗

精神性的疾病，不能让医生和患者交流好了就去治疗。我们可以从现有数据上预测接下来孩子的健康情况，虽然并不是100%的准确，但是我们可以通过预测和数据来判断是不是应该采用某种治疗方案。

在出现疾病的时候，通过插入电极来控制大脑的兴奋程度来去判断，但是也不是所有人都使用。

拜耳公司做了一个关于老年痴呆的研究（2018），这个研究stock jumps提升了23%。

（3） 神经科学的未来

学习和情绪的感知都是怎么回事，生物沟通的方式和规则等。

脑机界面的研究，通过在头上插图电极来完成机械臂的控制（美国），但是十个人做试验，但是只有一两个才成功。日本只能允许在前额叶体外完成的试验，通过控制血流和光来控制神经元。

3. 脑医科学和社会

从脑科学来看社会的发展和运营，是我很感兴趣的话题，从来没有人在这个方向上想问题。

总结：脑的工作原理会不断被发现，情绪的产生也会有更好的解释，从生物学的角度动物的沟通也会有更好的解释；根据大脑的原理，对焦虑症等精神疾病的治疗也会逐渐清晰起来。