視丘神經元上由電位及神經傳遞物質麩胺酸開啟之離子通道與視丘皮質間電波震盪之互動:與睡眠及癲癇之可能相關

人及多數哺乳動物，隨著覺醒-睡眠周期循環有著不同的腦電波節律，反映著大腦活動及行為模式的變化。這些腦電波節律，在本質上，是一大群神經元(構成神經網路)所產生的群體電活動。在睡眠及特定病態情況（例如癲癇）下，此放電群體會以一種極為同步的方式來放電。視丘-皮質迴路是大腦皮質與皮質下各腦區綿密互連網路中極重要的一環，負責許多重要的腦功能，例如感覺訊息處理、認知及記憶固化等。此外，醒睡周期循環、注意力及警醒等生理現象或其病態變化的神經生物學機制，也與視丘-皮質迴路上的電波震盪直接相關。另一方面，被特定病態條件所凌駕修改的視丘-皮質迴路，可能也負責產生部分癲癇症的不正常電波。在視丘-皮質雙向迴路中，視丘不僅送出(藉由麩胺酸所傳送的)興奮性突觸訊息至皮質，也接收來自皮質興奮性麩胺酸突觸訊息。來自其他腦區之上行及下行訊息也在視丘整合。視丘藉著這些特殊的神經網路連結方式，具有能協調廣泛腦區神經訊息的能力。然而，視丘神經活動如何關連至腦電波節律變化的詳細細胞及神經網路機制仍不全然清楚。特別值得注意的是，視丘神經元能產生叢集式動作電位，而此叢集式放電行為的增加，與醒至睡乃至於正常至病態癲癇電波的轉換有關。因此，在本計畫中我們擬研究視丘叢集式動作電位與視丘-皮質迴路電波震盪之相互影響，並著眼於其離子通道、細胞及神經網路機制。基於最新文獻結果和我們實驗室的初步創新發現，加上對此系統相關學理及運作邏輯之掌握，我們提出可信假說，將深入研究來自皮質的興奮性麩胺酸突觸訊息與視丘神經元上慢速活化型電位控制離子通道，如何分別貢獻並交互影響視丘叢集式動作電位與視丘-皮質迴路生理與病態電波震盪。我們將合併運用電生理、光遺傳學及藥理等多項研究方法，在離體神經元、腦薄片及正常醒睡週期或癲癇模式活體動物(鼠)等多層次研究系統中，深入探查：(1)視丘-皮質迴路電波震盪對視丘放電模式(特別是叢集式放電)之影響。將特別著重來自皮質的興奮性麩胺酸突觸訊息輸入，在空間上及時間上的多面向加成、計算及整合，以及其如何形塑決定視丘神經元之電訊息輸出；(2) 視丘叢集式放電對視丘-皮質迴路電波震盪之影響。將特別著重在視丘神經元細胞體或樹突處由電位及神經傳遞物質麩胺酸開啟之離子通道，如何合作影響視丘叢集式放電型式，從而討論其在相關迴路中生理與病生理訊息處理上的可能角色。最後，由於視丘-皮質迴路運作受到與約日周期或恆定機制相關之多種腦中神經調節物質所修飾。而我們基於最近的研究結果，也提出視丘訊息處理受到上述神經調節物質合併作用精密調節的創新觀念。因此，我們也將探討藉由各種神經調節物質所塑造之神經網路環境，對上述神經活動及機制的影響。藉由本計畫之執行，可望對以視丘-皮質雙向迴路為中心的覺醒-睡眠、警覺-注意缺失、甚至正常至病態癲癇電波等腦功能轉換之離子、細胞及網路基礎及其調節，有全新及更深層的了解。並因而可能對於相關腦部疾病之診治，做出貢獻。

系統編號:PA10607-1268
原計畫編號:MOST106-2311-B182-002