使用超级计算机了解突触传递

让我们想一想思想——特别是大脑中神经元的物理学。

这个话题一直是德克萨斯大学西南医学中心生物物理学教授 Jose Rizo-Rey 的终生兴趣。

我们的大脑有数十亿个神经细胞或神经元，每个神经元都与其他神经元有数千个连接。这些神经元的校准相互作用是思想的组成部分，无论是明确的类型——一种遥远的记忆浮出水面——还是被认为是理所当然的类型——我们在穿越世界时对周围环境的外围意识。

“大脑是一个惊人的交流网络，”Rizo-Rey 说。“当细胞被电信号激发时，会发生非常快的突触囊泡融合。神经递质从细胞中出来并与突触侧的受体结合。这就是信号，这个过程非常快。”

这些信号究竟是如何发生得如此之快——不到 60 微秒或百万分之一秒——是深入研究的重点。神经元中这一过程的失调也是如此，它会导致许多神经系统疾病，从阿尔茨海默氏症到帕金森氏症。

数十年的研究已经导致对主要蛋白质参与者和膜融合突触传递的广泛影响有了透彻的了解。伯纳德·卡茨 (Bernard Katz) 获得 1970 年诺贝尔医学奖的部分原因是，它证明了化学突触传递是由充满神经递质的突触小泡与神经末梢的质膜融合并将其内容物释放到对立的突触后细胞中的。Rizo-Rey 的长期合作者 Thomas Südhof 因对介导神经递质释放机制的研究(其中许多与 Rizo-Rey 共同作者)获得了 2013 年诺贝尔医学奖。

但 Rizo-Rey 表示，他的目标是更详细地了解思想激活过程如何发生的具体物理学。“如果我能理解这一点，获得诺贝尔奖将只是一个小小的奖励，”他说。

最近，使用世界上最强大的系统之一德克萨斯高级计算中心 (TACC) 的 Frontera 超级计算机，Rizo-Rey 一直在探索这一过程，创建了蛋白质、膜和他们的环境，并让他们虚拟地运动，看看会发生什么，这个过程被称为分子动力学。

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