神经元寿司带

一个多世纪以来，从身体的一端到另一端传递信息的神经或神经元一直吸引着解剖学家。一个突出的问题是，这些长达几米的细胞是如何为细胞的所有偏远部分提供能量和原材料的，而这些通常只在细胞的一个中心区域产生。一种流行的观点是，神经元包含一个微观的传送带系统，它将物质运送到细胞内需要到达的地方。但是，通过建立一个数学模型来解释这是如何发生的，克里斯·史密斯遇到了一位科学家，他发现任何等待这样一个系统送餐的人最终都会非常饥饿，所以一定有别的事情在发生……

Timothy -我是Timothy O'Leary博士，来自剑桥大学，我是信息工程和神经科学的讲师。今天我们在剑桥的一家寿司店，这是一家拥有时髦的寿司带机制的寿司店，当顾客坐在寿司带周围时，所有的菜都可以送到顾客手中。

克里斯-这和细胞生物学有什么关系?

蒂莫西:我感兴趣的细胞是神经元，神经元基本上是让你的大脑工作的细胞。一个典型的人有大约860亿个神经元，一个神经元可以潜在地连接成千上万个其他神经元，正是这种连接赋予了你的大脑力量。

那么，神经元是如何相互连接的呢?嗯，为了伸出手和它们的邻居联系，它们有这些又长又细的树枝状突起，叫做树突。所以如果我们在显微镜下观察一个神经元，它看起来就像一棵树，一棵枝繁叶茂的树，有很多树枝，有些还很长。如果我们放大这个神经元，观察其中一个分支的内部，我们会看到有很多东西在分支上上下移动。这是因为神经元是由许多蛋白质和小成分组成的，这些都需要在细胞内制造和移动。

所以有时候物质需要在细胞的一部分制造出来然后在细胞的另一部分穿梭。我们用寿司带来类比因为细胞内确实有一些东西以类似寿司带的方式移动这些货物。

Chris -实际上你可以把细胞核比作一本食谱厨师站在那里烹饪食物，把食物放在盘子里然后放在寿司带上，然后在牢房里被运送顾客(牢房里需要它们的部分)会在不同的地方把盘子从寿司带上拿下来使用。

蒂莫西-这只是我们目前的情况。

克里斯-有什么问题吗?

蒂莫西-生活不是那样的。在分子水平上，这些粒子的运动是随机的，这意味着其中有一个偶然因素。为了解释这在寿司店的比喻中意味着什么，让我们想象一下，我们正在等待一个金枪鱼卷，它在几英尺远的地方，但是传送带随机地改变了方向，开始向另一个方向移动。那会非常令人沮丧。但更令人沮丧的是，如果我们旁边的人，甚至不想要金枪鱼卷，只是拿了金枪鱼卷，在桌子上坐了一会儿，然后可能决定把它放回腰带上。这些都是在分子水平上偶然发生的事情，正是因为这个原因，我们可以预期，在神经元内部的运输机制中，有时会有很长的延迟。

Chris -细胞能忍受长时间得不到金枪鱼卷吗?或者，实际上，你是说这是一个如此重要的限制一定有其他的东西在起作用因为细胞无法忍受?

蒂莫西-这实际上是这项研究的动机。我们所做的就是收集实验数据，科学家们测量了这些微观粒子的运动。然后我们简单地进行了测量，我们做了数学计算，我们计算出平均需要多长时间，一组粒子穿过一个典型大小的神经元，结果这个数字大得令人失望。在一个典型的神经元中分配货物可能需要数小时或数天的时间。这让我们很惊讶，因为我们中的许多人认为货物可以在最坏的情况下在几分钟或几小时内分发出去。

Chris -是不是细胞做了别的事情，它可能会说我可以容忍寿司带的一些限制，但同时，我也会有自己的局部解决方案?所以我会在当地自己做一些东西，这样我就不会被耽搁了，所以如果现在寿司带上没有寿司，我就自己做吧?

蒂莫西:这是绝对正确的，事实上，近年来，人们观察到神经元确实有能力在局部制造它们需要的东西。然而，他们在当地生产的原料，以及生产这些原料的机器，仍然需要运送到这些地方，我们的说法是，目前认为这可能需要更长的时间。

Chris -我想你所做的是强调其中的一些不一致，但你现在也用这个模型产生了一堆可测试的假设?

蒂莫西-那绝对是真的。因此，现在窥视活神经元内部并观察这些组成部分的活动已经成为可能。人们现在可以做的各种实验可以开始解决模型的一些预测。我们可能会发现，实际上神经元比我们想象的要聪明得多，它们能够比我们的计算表明的更有效地分配组件，这就是为什么我们的模型做出了尽可能少的假设。现在，如果进一步的观察与这些预测相矛盾，那么我们知道我们对这个分子寿司带的理解实际上还有一些缺失。