美國時間11月19日，西班牙基因體調控中心(CRG)與美國哈佛醫學院合作，利用數學模型證明單細胞生物，如纖毛蟲和變形蟲，甚至人體細胞，也能表現出類似大腦動物的習慣行為。研究者認為單細胞生物的分子結構相對簡單，有助於科學家從生物分子層次理解習慣行為。該研究刊登於《Current Biology》。
 
習慣被認為最基本的學習形式，屬「非關聯性」學習。重複呈現單一刺激，導致反應減弱並趨於穩定。在無脊椎動物和脊椎動物的研究中，習慣具有10個特徵標誌，其中7個標誌涉及單一刺激。不過，習慣這類的學習行為是否存在於細胞尺度上仍是一個充滿爭議的問題。
 
本篇論文作者之一、CRG研究員的Rosa Martinez-Corral指出，單細胞生物的學習有別於具有大腦的動物，需通過分子網絡執行類似神經元的功能，才能達成。
 
因此研究團隊使用基於數學方程式的電腦模擬，監測反應並解碼細胞「語言」，以追蹤細胞如何透過生化反應處理訊息。
 
該研究聚焦於兩種分子電路，負回饋(NF)環和非一致前饋(incoherent feedforward, IFF)環。負回饋類似於恆溫器，即溫度到達設定目標時即停止加熱，而非一致前饋就像物體感應燈，偵測到物體移動時，燈會在打開一段時間後自動關閉。
 
研究發現，單細胞生物使用至少兩種分子電路的組合來調整對刺激的反應，並再現更複雜生物的習慣特徵。其中關鍵的發現在於「時間尺度分離(time scale separation)」，即某些反應速度需明顯快於其他反應。Martinez指出，這可能是細胞層面的「記憶」，使其能快速應對並影響未來反應。
 
此發現也說明了神經科學與認知科學的長期爭論。多年來，神經科學家認為，生物容易對頻繁或輕微的刺激產生習慣，使反應逐漸減弱，而認知科學家則強調，習慣後生物對不頻繁或強烈刺激的習慣性反應更明顯。
 
本研究顯示，模型行為同時支持這兩種觀點。在習慣過程中，對頻繁或輕微刺激的反應會減弱許多，但在習慣行程後，這些刺激引發的反應會更強。
 
研究團隊表示，這些結果需實際生物數據驗證，但該研究為設計實驗以測試相關預測提供了基礎。
 
參考資料: https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/are-single-cells-capable-of-a-simple-form-of-learning/
論文: https://reurl.cc/M6bWxm
 
(編譯/黃佳啟)