摘要
一项新研究表明，单个细胞可能展现出类似学习的行为，这种行为曾被认为仅限于具有神经系统的生物。研究人员通过计算模型展示了细胞内的生化电路如何适应重复刺激，模拟了习惯化（一种简单的学习形式）。研究确定了两种分子电路——负反馈环路和非相干前馈环路——作为关键机制。

这一发现弥合了神经科学和认知科学在习惯化问题上的争论，同时为癌细胞对化疗的耐药性等现象提供了新的见解。研究结果强调了单细胞作为研究学习和记忆最基本层次的潜力，并为未来的实验工作奠定了基础。

关键发现

1. 细胞通过分子电路模拟习惯化展现“学习”行为。

2. 分子反应的时间尺度分离使细胞能够适应并“记住”刺激。

3. 这些发现可以解释细胞在抗生素或化疗耐药性等情况下如何适应。

研究背景

由巴塞罗那基因组调控中心（CRG）和哈佛医学院的研究人员领导的一项新研究发现，单个细胞似乎能够学习，这种行为曾被认为仅限于具有大脑和复杂神经系统的动物。这项研究发表在《Current Biology》杂志上，可能代表了我们对生命基本单位认知的重要转变。

研究方法

研究团队通过计算机模拟和数学模型，追踪细胞内的生化反应，解码细胞的“语言”。他们重点研究了两种常见的分子电路：负反馈环路和非相干前馈环路。负反馈环路类似于恒温器在达到设定温度后关闭加热器，而非相干前馈环路则类似于带有定时器的运动感应灯，在检测到运动后自动关闭。

研究结果

1. 分子电路的时间尺度分离：研究发现，分子电路的行为需要时间尺度分离，即某些反应比其他反应快得多。这种机制可能是细胞“记忆”的基础，使细胞能够立即反应并影响未来的响应。

2. 习惯化的双重表现：研究模型的行为与神经科学家和认知科学家的观点一致。在习惯化过程中，响应会随着刺激频率的增加或强度的降低而减弱；但在习惯化后，对常见刺激的响应在这些情况下也会更强。

研究意义

1. 基础科学的突破：这项研究加深了我们对学习和记忆在生命最基本层次上运作方式的理解。如果单细胞能够“记忆”，这可能有助于解释癌细胞如何对化疗产生耐药性，或细菌如何对抗生素产生耐药性。

2. 跨学科桥梁：研究结果弥合了神经科学家和认知科学家在习惯化问题上的分歧，表明单细胞可能成为研究学习基础的有力工具。

3. 未来实验的基础：尽管研究基于数学模型，但它为实验科学家设计实验室实验和验证这些预测奠定了基础。

未来展望

研究人员计划进一步通过实验验证这些计算预测。巴塞罗那协作实验室的Rosa Martinez博士表示：“我们的方法可以帮助我们优先考虑哪些实验最有可能产生有价值的结果，从而节省时间和资源，并推动新的突破。”

关于这项研究

• 作者：Omar Jamshed

• 来源：基因组调控中心（CRG）

• 研究论文：开放获取。“Biochemically plausible models of habituation for single-cell learning” by Jeremy Gunawardena et al. Current Biology

这项研究不仅挑战了我们对细胞能力的传统认知，还为未来在生物学、医学和人工智能领域的交叉研究开辟了新的道路。