一个研究小组建立了一个数学模型，该模型描述了与人脑学习和记忆形成的开始阶段有关的分子事件。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，为从分子和细胞水平理解认知功能和神经退行性疾病铺平了道路。

该研究集中在树突棘的动力学上，树突棘是使神经元相互交流的棘手结构。当脊柱接收到来自另一个神经元的信号时，它会通过迅速扩大体积来做出响应，这一事件称为瞬时脊柱扩张。

短暂的脊柱扩张是导致学习和记忆形成的早期事件之一。它由一系列跨越四到五分钟的分子过程组成，从一个神经元向另一个神经元发送信号开始。

导致短暂脊柱扩张的许多分子过程已通过实验得到鉴定，并在文献中进行了报道。在这里，作者将许多这些已知过程的映射图构建到计算框架中。

“脊柱是动态结构，在发育和衰老期间会改变大小，形状和数量。脊柱动力学与记忆，学习以及各种神经退行性疾病和神经发育障碍(包括阿尔茨海默氏症，帕金森氏症和自闭症)有关。了解不同分子如何影响脊柱动力学最终可以帮助我们揭开大脑中这些过程的神秘面纱，”加利福尼亚大学圣地亚哥分校的机械工程教授，该研究的第一作者Padmini Rangamani说。

Shahid Khan说：“这项工作表明，树突棘是单个神经元内的亚微米间隔，是短暂的，毫秒级突触活动的初始标记的最终候选者，这些突触活动最终会编排大脑中持续数十年的记忆痕迹。”劳伦斯·伯克利国家实验室分子生物学协会的资深科学家，论文的合著者。

在这项研究中，研究人员基于常微分方程构建了一个数学模型，将与脊柱扩张相关的不同分子过程联系在一起。他们确定了调节脊柱扩张的关键成分(分子和酶)和化学反应。