抗昏迷記憶之神經網路與分子機制

本校生物醫學研究所吳嘉霖助理教授團隊，利用果蠅模式生物研究大腦神經網絡與分子機制如何控制記憶固化與儲存的過程。 此項研究成果於2016年5月19日刊登於國際期刊《PLOS Genetics》。

   記憶的資訊如何在大腦內整合與儲存是神經科學領域最重要的問題之一。 大腦記憶形成過程可以區分成三個階段：經驗的獲得(acquisition)、記憶固化(consolidation)及擷取(retrieval)。 透過古典制約(classical conditioning)的行為學概念，果蠅可以把兩個獨立事件產生關連性學習(例如氣味與電擊)，並將此學習經驗轉變成嗅覺記憶儲存於大腦內。 蕈狀體(mushroom body)是果蠅大腦的學習與記憶中樞，此結構由五千顆左右的神經細胞所組成，可根據其神經軸突(axon)的分布將其分類為 αβ、α´β´ 及γ 三種神經元。 果蠅嗅覺學習經驗的獲得，首先發生於蕈狀體γ 神經元，之後會轉換為較不穩定且只會短暫存在的昏迷敏感型記憶(labile anesthesia-sensitive memory, ASM)以及較為穩固且可長期存在的抗昏迷記憶(consolidated anesthesia-resistant memory, ARM)。 然而在過去的研究文獻中，對於ARM的神經分子機制琢磨並不深。

   研究團隊透過抑制不同類型的蕈狀體神經元(αβ、α´β´或γ)，觀察果蠅在記憶形成過程中，這些神經元與其基因表現在各個記憶形成階段所扮演的角色。 團隊發現，果蠅大腦內有兩套獨立的神經網絡系統—αβ及α´β´，分別透過不同的分子機制處理並儲存抗昏迷記憶(ARM)。 當抑制蕈狀體αβ神經元及radish基因的表現時，一部分的ARM消失了；而抑制蕈狀體α´β´神經元及octβ2R基因時，也觀察到類似的現象。 更有趣的地方在於，當兩套神經網絡同時被抑制時，ARM則完全消失了。 研究團隊更進一步發現兩種不同的蕈狀體輸出神經元過透神經傳導物質麩胺酸(glutamate)的釋放，來讀取儲存於蕈狀體αβ及α´β´神經元的ARM 。 由於ARM是屬於較為穩固且可長期存在的記憶，推測可能用來儲存與果蠅生存有關的學習經驗，因此大腦中利用兩套不同系統共同執行ARM的固化，讓重要的學習經驗得以在短時間內在腦中形成記憶並分散儲存於不同腦區。 此研究成果提供一個全新的視野，解釋生物體如何將重要的學習經驗在短時間內轉化為穩固的記憶並儲存。

   此篇論文第一作者楊主淮為本校生物醫學研究所碩士班學生。 主淮大學就讀於本校生物醫學系，在大三下學期以大學部專題生身分加入吳嘉霖老師的研究團隊，積極從事果蠅遺傳學、大腦神經影像學及動物行為學等研究工作。 歷時三年的努力，終於完成這個重要的研究成果，並順利發表於國際著名期刊PLOS Genetics。

參考網址：http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006061