医学故事.健康 中华医学会理事 神经外科教授
《Formation of memory assemblies through the DNA-sensing TLR9 pathway——学习与大脑成长的深度解析》
学习与大脑成长的“烧脑”现象
在当今社会，教育和学习是人们生活中至关重要的组成部分。然而，对于许多学生和家长来说，学习过程常常伴随着各种困扰，其中之一就是孩子们常抱怨的“一学习就脑银子疼”。这种现象背后是否有着更深层次的科学原因呢？最新的研究为我们揭示了学习与大脑之间令人惊讶的联系，涉及到 DNA 损伤和脑部炎症在长期记忆形成中的关键作用。
一、《自然》杂志的重大发现
发表在世界知名科学杂志《自然》上的一项研究——“Formation of memory assemblies through the DNA-sensing TLR9 pathway”，由美国阿尔伯特爱因斯坦医学院的研究团队完成。这项研究以小鼠为对象，通过给予小鼠短暂、温和的电击，使得神经元细胞核 DNA 受到损伤，而最终小鼠形成了对电击事件的记忆。
当确定小鼠形成长期记忆后，研究人员对其海马体的神经元进行深入分析。他们发现 Toll 样受体 9（TLR9）通路相关基因被激活。TLR9 通路是一个重要的炎症信号通路，但并非所有神经元细胞都被激活，只有那些 DNA 损伤的海马体神经细胞中才会出现这种激活现象。
海马体一直以来都被视为大脑的记忆中心。海马神经元能够对不同类型的信息做出反应，并且通常会经历能量密集型的分子适应过程。在生理性的脑活动中，偶尔会导致短暂的 DNA 损伤和断裂，但这些损伤并不严重，且在几分钟内就会修复。然而，在受刺激的小鼠中，海马体神经元中的 DNA 损伤似乎更严重、更持久，并且属于海马体中的特定神经元，从而形成了稳定的记忆组合。
这些损伤刺激 DNA 修复在中心体形成。中心体存在于动物细胞的细胞质中，正常情况下协调细胞分裂。但在不会分裂的神经元中，受刺激的中心体将单个神经元组织成记忆组件，进而形成长期记忆。长期记忆可分为程序记忆和陈述记忆，而陈述记忆又可进一步分为语义记忆和情境记忆，小鼠形成的就是对刺激的情境记忆，即对经历过的各种事件的记忆。
学习与大脑成长的“烧脑”现象
二、大脑神经元发炎的两面性
（一）神经退行性疾病角度
大脑神经元 DNA 损伤确实可能导致认知衰老和神经退行性疾病，如帕金森症、老年痴呆或中风等。衰老被认为是这些疾病的主要危险因素，衰老导致的 DNA 损伤与神经退行性疾病之间存在着公认的联系。
DNA 损伤可以通过两种不同的机制引起神经元功能障碍。首先，病变的位置对正常细胞功能所需的转录机制有重大影响。其次，病变检测的下游信号通路可以引发细胞凋亡或炎症信号传导，导致神经毒性。对于衰老导致的这种炎症和细胞因子，应该坚决地减少和预防。
（二）特定神经元发炎角度
然而，学习带来的神经元 DNA 损伤所引发的炎症却有着不同的作用。研究人员发现，阻断海马体神经元中的 TLR9 炎症通路，不仅会影响小鼠形成长期记忆，还会导致基因组严重不稳定。如果敲除 TLR9 炎症信号，即使是轻微的刺激，如自发或与记忆相关的神经元活动，也会引发严重的基因组不稳定性。
所以，基于 TLR9 进行抗炎治疗虽然有利于减少炎症因子，但会损害神经元 TLR9 通路的功能，对神经元健康造成更大的损害。而且，基因组不稳定性是公认的加速衰老、癌症以及神经退行性疾病的因素，而这个特异性的 TLR9 通路反而可能保护神经健康。
学习与大脑成长的“烧脑”现象
三、脑子越用越好的科学依据
受刺激的海马体神经元将单个神经元组织成记忆组件，这不仅对于单个记忆至关重要，而且有助于记忆的稳定性和持久性。
（一）预防老年痴呆
研究团队认为，这是在进化过程中，海马体的神经元形成的特定记忆机制。将免疫反应的 TLR9 通路与中心体的功能相结合，从而在不进行细胞分裂的情况下形成记忆。因此，不仅不能阻止这种特异性的炎症 TLR9 通路，还得不断制造类似的刺激，让它持续保持活性。
持续性地学习，不断制造神经元的 DNA 损伤，是保持 TLR9 通路活性的最好方式。研究还发现，因为编码记忆的神经元需要保存已经获得的信息，所以信息量过大且分散，反而不利于记忆的形成，要避免被信息淹没。另外，虽然这些神经元是记忆形成所必需的，但前提是它们的 TLR9 介导的炎症反应通路机制是完整的，这个通路完整还能预防神经系统疾病。
学习与大脑成长的“烧脑”现象
（二）生活中的实例对比
在生活中，我们常常看到一些上了年纪的老人，记性不好，说话也不清晰，更别提读书思考了。但也有相当一批人，年纪越大反而越成熟智慧，年龄给他们带来的仿佛只有阅历、经验和认知。这可能和他们一直保持思考有关。有句老话说脑子长期不用就生锈了，从生理学的角度讲也许是神经元受损了。
四、与身体其他适应性机制的相似之处
学习刺激大脑形成记忆的机制有点类似锻炼。通过器械锻炼撕裂肌肉，刺激细胞进行修复，最终长出来新的肌肉组织。可见我们身体很多机制是类似的，承受一定的外部压力，能够让身体适应性更强，还能强化很多组织的能力，这也包括受冷、桑拿、断食等等。
五、对生活的启示
对于家长来说，如果家里的小朋友学习叫苦，说脑子疼，也许他们是真的感到不适。家长尽量不要责怪他们，但该用功还得用功。要让孩子们明白，多用脑子才能长脑子。对于成年人来说，不能因为毕业了不用读书写作业就放弃学习。多思考、多用脑，我们的大脑神经元才能多修复，脑子才会越来越好使。
总之，学习虽然会给大脑带来一定的压力，引发 DNA 损伤和脑部炎症，但这一过程却有助于长期记忆的形成，并且在一定程度上能够预防神经系统疾病。我们应该正确看待学习带来的“烧脑”现象，积极主动地保持学习和思考，让我们的大脑在不断的挑战中变得更加健康和强大。正如古人云：“学如逆水行舟，不进则退。”在大脑的成长与发展中，亦是如此。只有不断地学习和挑战自我，才能让我们的大脑保持活跃，为我们的生活带来更多的智慧和创造力。
