果蠅水獎勵式記憶之神經網路探討(I)

大腦内記憶形成的秘密已經迷惑了世人好幾世紀。在此，我們發現利用水搭配氣味訓練口渴的果 蠅可使其產生學習與記憶。只需兩分鐘的水搭配氣味的訓練方式便可使果蠅產生水獎勵學習與記 憶且該記憶可以維持到24小時以上。在果蠅學習階段，利用遺傳學方式抑制果蠅大腦内水接受器 PPK28的神經元活性會抑制果蠅水獎勵學習。另外，我們發現表現水接受器PPK28的神經元其軸 突與表現tyrosine decarboxylase (dTDC2)神經元彼此間有連接，意味著dTDC2神經元是PPK28的下 游神經元。在水獎勵學習過程中，抑制dTDC2的神經活性同樣也造成水獎勵學習的缺陷。由於過 去文獻已證實dTDC2神經元的下游為一群會釋放多巴胺的protocerebral anterior medial (PAM)神經 元，而PAM神經元的軸突會延伸進入果蠅學習與記憶中樞蕈狀體(mushroom body)區域。另外，我 們的初步成果也發現果蠅24小時水獎勵記憶的形成需要新的蛋白質合成、長期記憶相關基因 (radish, crammer,的表現以及蕈狀體内的CREB活性，意味著24小時水獎勵記憶是屬於長期記憶。有趣的是，我們也進一步發現水獎勵的短期記憶與長期記憶分別透過不同的PAM神經元來 調控產生。水獎勵短期記憶由PAM-y4 and -丫5神經元負責，而水獎勵長期記憶由PAM-P'1神經元所 調控。最後，我們也證實了水獎勵短期記憶取出階段需要蕈狀體丫神經元的活性，然而水獎勵長期 記憶取出階段需要蕈狀體Y及ap神經元的活性，推測果蠅水獎勵短期及長期記憶的形成與儲存是獨 立且平行的。下列的幾項目標是我們預計要完成的：（1)找出水獎勵學習（0-hour)、短期記憶 (3-hour)、長期記憶(24-hour)的調控PAM神經元。（2)找出多巴胺接受器於不同的蕈狀體神經細胞 内是否分別參與調控水獎勵短期與長期記憶的形成。（3)分析不同種類蕈狀體神經元的活性與水 獎勵短期與長期記憶的關係。（4)分析CREB的活性在哪些蕈狀體神經細胞内參與水獎勵長期記 憶。（5)分析新蛋白質合成於哪些蕈狀體神經細胞内參與水將勵長期記憶的形成以及比較蕈狀體内 水獎勵與糖獎勵長期記憶所需的神經元差異。（6)尋找水獎勵短期與長期記憶的蕈狀體的輸出神 經元。（7)建構水獎勵短期與長期記憶的大腦迴路與細胞内分子機制模型。透過我們系統性分析 目前的研究工作可以讓我們更清楚地了解果蠅大腦内水獎勵短期與長期記憶的分子神經網路，進 而讓我們更加了解記憶形成的機制。

系統編號:PC10408-1817
原計畫編號:MOST104-2321-B182-008