摘要：生命科学领域迎来颠覆性发现。纽约大学研究团队通过精密的实验室研究证实，人体内的普通细胞具备类似神经元的学习和记忆能力，这一发表在《自然通讯》杂志上的突破性成果彻底改写了我们对记忆存储机制的认知。研究发现，当给予间隔性化学信号刺激时，非神经细胞能够产生比连续刺激
信息来源：https://www.earth.com/news/memory-is-stored-by-spacing-signals-in-other-body-parts-not-just-brain-neurons/
生命科学领域迎来颠覆性发现。纽约大学研究团队通过精密的实验室研究证实，人体内的普通细胞具备类似神经元的学习和记忆能力，这一发表在《自然通讯》杂志上的突破性成果彻底改写了我们对记忆存储机制的认知。研究发现，当给予间隔性化学信号刺激时，非神经细胞能够产生比连续刺激更强烈、更持久的基因表达反应，这种现象完全符合教育心理学中著名的"间隔效应"原理。这意味着从分子层面到认知层面，生物体都遵循着相同的学习规律，为药物递送、细胞治疗和记忆研究开辟了全新的理论基础。
该研究的核心发现在于证明了细胞信号传导中时间模式的重要性。研究团队使用工程化的人类细胞系，通过荧光素酶报告系统实时监测细胞对不同刺激模式的反应。结果显示，四次短促的间隔性化学脉冲比单次长时间刺激能够引发更强烈、更持久的CREB蛋白激活，而CREB正是调控长期记忆形成的关键分子开关。这种现象不仅存在于神经细胞中，在肾脏细胞、肝脏细胞等多种普通人体细胞中都能观察到，表明细胞学习能力是一种普遍的生物学特性。
分子机制揭示细胞智能的本质
纽约大学神经科学中心研究员尼古拉·库库什金领导的研究团队深入探索了这种细胞学习现象的分子机制。他们发现，间隔效应的产生依赖于ERK和CREB这两个关键信号分子的协同作用。ERK是一种蛋白激酶，能够对外界刺激产生脉冲式反应，而CREB则是下游的转录因子，负责调控基因的表达活性。
实验结果表明，间隔性刺激能够产生更强烈、更持久的ERK激活，进而增强CREB的转录活性。更重要的是，当研究人员使用药物阻断ERK或干扰CREB功能时，间隔效应完全消失，这直接证明了这两个分子在细胞学习过程中的关键作用。这一发现将细胞层面的学习现象与神经科学中已知的记忆分子机制联系起来，揭示了从单细胞到复杂神经网络的学习规律具有共同的分子基础。
研究团队使用了两种经典的细胞刺激工具来模拟学习过程：毛喉素和TPA。毛喉素能够激活蛋白激酶A信号通路，而TPA则激活蛋白激酶C通路，这两条通路都与记忆形成密切相关。通过精确控制这些化学信号的剂量和时间间隔，研究人员能够重现类似于神经元突触可塑性的现象。
库库什金解释说："这反映了间隔效应的作用，这表明从间隔重复中学习的能力并不是脑细胞所独有的，事实上，它可能是所有细胞的基本特性。"这一观点挑战了传统观念中学习和记忆只属于神经系统的认知框架，提出了"细胞认知"这一全新的生物学概念。
重新定义学习的生物学边界
这项研究的深远意义在于它从根本上重新定义了学习和记忆的概念。传统观念认为，学习是高等生物神经系统的专有能力，需要复杂的神经网络和突触连接才能实现。然而，纽约大学的发现表明，即使是单个细胞也具备处理时间信息、形成"记忆"并做出适应性反应的能力。
细胞学习的机制与神经学习存在惊人的相似性。在神经元中，重复的电信号刺激能够增强突触连接的强度，这种现象被称为长期增强，是学习和记忆的细胞基础。而在普通细胞中，间隔性的化学信号同样能够产生更强烈、更持久的分子反应，实现类似的"记忆"效果。
这种相似性提示了生命进化过程中学习能力的起源。很可能在最原始的单细胞生物中就已经存在了处理时间信息和形成记忆的基本机制，而复杂的神经系统只是在此基础上的进一步精化和扩展。这种观点为理解生命智能的演化历程提供了全新的视角。
研究还发现，细胞对信号模式的敏感性远超我们的想象。细胞不仅能够感知化学信号的总量，更能够精确识别信号的时间模式。四次间隔数分钟的短脉冲与一次持续时间相等的长脉冲相比，前者能够产生更强烈的基因表达反应。这表明细胞具备了某种形式的"时间感知"和"模式识别"能力。
临床应用的广阔前景
细胞学习能力的发现为医学治疗开辟了全新的可能性。在传统的药物治疗中，医生主要关注药物的剂量和浓度，而对给药时间模式的重视程度相对较低。这项研究表明，药物的给药方式可能与药物本身同样重要。
间隔性给药策略可能在多个医学领域产生重要应用。在癌症治疗中，间隔性的化疗药物给药可能比连续给药产生更好的治疗效果，同时减少副作用。在免疫治疗中，间隔性的免疫刺激可能增强免疫系统的记忆反应，提高疫苗的效力。在再生医学中，间隔性的生长因子刺激可能更有效地诱导细胞分化和组织再生。
这种时间依赖性的治疗策略还可能在神经退行性疾病的治疗中发挥重要作用。阿尔茨海默病和帕金森病等疾病涉及神经元的功能退化和死亡，而间隔性的神经保护因子给药可能更有效地激活细胞的自我修复机制。
研究团队指出，这一发现还可能改变我们对药物筛选和开发的方法。传统的药物筛选主要测试不同浓度药物的效果，而未来可能需要同时考虑不同的给药时间模式。这种多维度的药物评价体系可能发现许多被忽视的治疗机会。
未来研究的挑战与机遇
尽管这项研究取得了重要突破，但仍然面临着许多挑战和未解之谜。首先，实验室培养的细胞系与体内真实环境存在显著差异。在活体组织中，细胞面临着来自邻近细胞、免疫系统和血液循环的多重信号干扰，这种复杂的信号环境如何影响细胞学习能力仍需进一步研究。
其次，不同类型细胞的学习能力可能存在显著差异。研究团队主要使用了永生化的细胞系进行实验，而原代细胞和不同组织来源的细胞可能表现出不同的时间敏感性和记忆特征。系统性地比较不同细胞类型的学习能力将是未来研究的重要方向。
第三，细胞学习的时间尺度仍需深入探索。目前的研究主要关注分钟到小时级别的短期效应，而细胞是否能够形成更长期的"记忆"，以及这种记忆如何在细胞分裂过程中传递，都是亟待解答的问题。
此外，细胞学习能力与疾病发生发展的关系也需要深入研究。某些疾病可能涉及细胞学习能力的异常，而理解这种异常的机制可能为疾病治疗提供新的靶点。癌细胞是否具备异常的学习能力，从而能够适应治疗压力并产生抗药性？自身免疫性疾病是否涉及免疫细胞的错误学习？这些问题的答案可能彻底改变我们对疾病机制的理解。
库库什金总结说："学习和记忆通常仅与大脑和脑细胞有关，但我们的研究表明，体内的其他细胞也可以学习和形成记忆。"这一发现不仅扩展了我们对生命智能的认知边界，更为生物医学研究开辟了全新的领域。随着研究的深入，细胞学习理论可能成为21世纪生命科学的重要组成部分，为人类健康和疾病治疗带来革命性的变化。
来源：人工智能学家