探討果蠅長期記憶固化與讀取的機轉

『記憶』讓我們擁有自我意識。各種因老化、神經退化性疾病造成的失憶症嚴重影響著病人與家庭的生活品質。因此了解記憶如何形成與儲存在人類的腦中是神經科學領域最重要的方向之一。過往的研究已經定義出許多種不同形式的人類記憶。其中長期記憶的最大特點是可以長時間儲存外界所獲得的資訊。然而長期記憶如何被大腦處理、固化、儲存及讀取一直是神經科學領域的一個重要但懸而未解的議題。然而人類的大腦太過於複雜其包含上千億顆神經細胞以及上兆個神經連結。因此我利用大腦結構相對簡單的果蠅作為模式生物來研究長期記憶相關的基因與神經網路。果蠅大腦由大約十三萬顆神經細胞所組成。許多精巧且強而有力的遺傳操控工具應用在果蠅上，讓科學家可以在活體果蠅控制特定大腦神經細胞的活性與功能，進而研究該神經元在長期記憶所扮演的角色。在我們最近的研究成果，我們發現口渴果蠅可以將喝水與特定氣味搭配的連性學習來產生水獎勵記憶，且該記憶可以穩定維持超過二十四小時以上。遺傳學與藥理學的實驗進一步證實二十四小時以上的水獎勵式記憶屬於長期記憶。然而記憶的形成階段可以被細分成記憶的獲得、固化及讀取等不同階段。長期記憶『獲得』階段，透過多巴胺神經元PAM-β´1傳遞水的獎勵訊號至果蠅腦內嗅覺學習與記憶中心『蕈狀體』，而嗅覺資訊透過嗅覺投射神經元傳遞至蕈狀體。此外，我們也進一步發現長期記憶的『固化』階段需要蕈狀體α´β´神經元活性的參與而『讀取』階段則需要蕈狀體γ及αβ神經元活性的參與。然而參與在長期記憶固化與讀取過程的詳細分子機制以及細部的大腦神經傳遞迴路目前仍然未知。本計劃將透過更全面性的解析來全盤了解長期記憶在固化與讀取過程大腦神經迴路與分子機轉。透過我們果蠅腦的研究工作，未來可以提供線索與資訊讓我們了解人類長期記憶的形成機制。本計劃有幾項預計完成的目標：(1)測繪長期記憶『固化』的神經迴路及研究其分子機轉。(2)測繪長期記憶『讀取』的神經迴路及研究其分子機轉。(3)觀察活體果蠅腦內長期記憶固化的神經活性變化。(4)觀察活體果蠅長期記憶讀取的大腦記憶軌跡。(5)提出完整長期記憶的大腦分子機轉與神經迴路模型。

系統編號:PA10907-1272
原計畫編號:MOST109-2326-B182-001-MY3