脱水在学习与记忆中的作用

# 脱水在学习与记忆中的作用 | 冷泉港实验室 来源：https://www.cshl.edu/dehydrations-role-in-learning-and-memory/ 分子结构图，红色、绿色和紫色球体由黑色线条连接，置于线框笼中。 这张图展示了NMDAR通道内两个疑似阻断位点之一，从Asn cage侧面观察。黄色球体是阻断NMDAR通道的镁离子。粉色球体代表可能与镁离子直接相互作用的水分子。虚线表示极性相互作用。 打印友好版、PDF及电子邮件 (https://www.cshl.edu/dehydrations-role-in-learning-and-memory/#) 我们如何学会记忆？在最根本的层面，这一切都关乎化学与电。除了在饮食和营养中的作用，钙和镁在大脑中还以离子（带电粒子）形式存在。镁可以阻断大脑受体（即NMDAR (https://www.cshl.edu/videos/first-structural-views-nmda-receptor-action-will-aid-drug-development/)）中的通道。当阻断解除时，钙就能通过通道。这些过程使大脑能够执行学习和记忆等关键功能。 科学家们对此早有了解。但他们一直无法弄清的是，NMDAR如何区分钙和镁。如今，冷泉港实验室（CSHL）教授Hiro Furukawa (https://www.cshl.edu/research/faculty-staff/hiro-furukawa/)、博士后Rubin Steigerwald (https://www.cshl.edu/research/postdoctoral-research/postdocs/ruben-steigerwald/) 及同事找到了答案，这一发现可能对大脑发育和疾病具有重要意义。答案涉及水、脱水，以及通过5万张“电影”捕捉到的一个分子笼。 回想化学课，你可能记得钙和镁在元素周期表上位置相邻，且带有相同的电荷。这使得它们难以区分。一个关键区别在于，“镁比钙更强烈地吸引水分子，”Furukawa说，“将镁周围的水分子移除比钙更难。” 自20世纪80年代以来，科学家们一直认为这或许能解释为什么钙更容易通过NMDAR通道。这个解释合情合理。然而，它一直无法被直接观察。成像技术和计算能力花了数十年才赶上这一理论。现在，利用一种名为单颗粒冷冻电镜（single-particle cryo-EM）的方法，Steigerwald及其同事演示了脱水如何使钙通过NMDAR通道。 观看钙如何通过Asn cage“选择性过滤器”，Hiro Furukawa将其比作“一个筛子”。这段视频展示了钙（青色）在Asn cage内从顶部到底部五个不同位置的情况，由单颗粒冷冻电镜捕捉。 Steigerwald重点关注通道中一个名为Asn cage的部分。这个分子笼充当过滤器，只允许足够小的分子通过。在过滤器外侧，研究团队看到被水包裹的镁离子阻断了通道。如果你想象一个堵塞的漏勺，那就对了。“它就是一个筛子，”Furukawa解释道。 这样就涵盖了水、脱水以及分子笼。但5万张“电影”又是如何融入其中的呢？“关键在于分辨率，”Furukawa说。 想想水的流体性质：它一直在运动。追踪少数水分子的运动需要高分辨率。单颗粒冷冻电镜图像能让你接近目标。但要真正看清发生了什么，你需要从不同角度拍摄数百万张图像。这正是CSHL的冷冻电镜 (https://www.cshl.edu/research/core-facilities/cryo-em-facility/) 和高性能计算 (https://www.cshl.edu/research/information-technology-research-computing/) 核心设施的优势所在。此外，Furukawa团队还通过电生理学方法确认了他们的观察结果。 为什么费这么大劲？记住，我们讨论的不仅仅是化学物质。我们正在观察学习和记忆的一个关键分子特征。更重要的是，Asn cage容易发生自发突变，这些突变与GRIN疾病 (https://curegrin.org/about-gri-disorders/)（导致严重发育障碍）相关。许多携带这些突变的患者无法说话，也无法行走，且经常遭受严重癫痫发作。要理解这些突变的影响，你必须知道自己在看什么。这项研究为科学家提供了迄今为止最清晰的图像。 **撰稿**：Samuel Diamond (https://www.cshl.edu/author/diamond/)，*高级传播策略师* | [\[email protected\]](https://www.cshl.edu/cdn-cgi/l/email-protection#37535e565a5859537754445f5b19525342) | 516-367-5055 --- **资助** 打印友好版、PDF及电子邮件 (https://www.cshl.edu/dehydrations-role-in-learning-and-memory/#) 国家神经疾病与中风研究所、国家心理健康研究所、Austin's Purpose、Robertson研究基金、Doug Fox阿尔茨海默病基金、Heartfelt Wings基金会、Gertrude and Louis Feil家族信托、德国研究基金会 **引用** 打印友好版、PDF及电子邮件 (https://www.cshl.edu/dehydrations-role-in-learning-and-memory/#) Steigerwald, R., *等*，“NMDA受体中钙通透性与镁阻断的分子机制”，*Nature Neuroscience*，2026年5月5日。DOI:10.1038/s41593-026-02283-3 (https://doi.org/10.1038/s41593-026-02283-3) #### 核心设施 #### 及时掌握信息 订阅我们的新闻通讯，每月将最新发现、即将举办的活动、视频、播客和新闻摘要直接发送到您的邮箱。 订阅新闻通讯 (https://www.cshl.edu/news/newsletter/) ### 首席研究员 Hiro Furukawa #### Hiro Furukawa (https://www.cshl.edu/research/faculty-staff/hiro-furukawa/) 教授 癌症中心成员 博士，东京大学，2001年 ### 标签