正常與異常腦神經元叢集式放電之外源性驅動及其功能表現

腦節律性放電的發生與許多生理（如睡眠）及病生理（如癲癇）過程相關。其本質上是一群神經元同步產生叢集式放電，促成群體性的電活動震盪，但相關機制仍未明。節律性放電細胞，常可產生傳遞放電模式及叢集放電模式。前者能傳遞其他細胞經突觸傳來之訊息，而後者則被認為是阻滯神經訊息傳遞。傳統上認為叢集放電具自發性，並靠自身細胞膜特性來控制，並不仰賴突觸輸入，因此也不能傳遞突觸訊息。我們由學理推論，神經傳遞物質麩胺酸所開啟的突觸後離子通道，應也可提供產生叢集放電所需的膜電位去極化。但麩胺酸突觸輸入訊息，是否貢獻於哺乳動物神經元在生理及病生理情況下所產生的叢集放電，仍是未知。在本計畫中，我們擬探索腦節律性放電的全新共通原則。即作為腦神經網路主要節點的麩胺酸突觸，可能提供促使細胞產生叢集放電之外部驅動力，進而推動神經網路的群體電活動震盪。我們將在離體鼠腦薄片及正常或疾病模式活體鼠上，合併運用電生理、光遺傳學及藥理等多項研究方法，來驗證上述重要假說。我們將著重研究腦中兩個關鍵節律性放電網路：皮質視丘迴路及底側杏仁核迴路，以探討：(1)麩胺酸突觸輸入對生理及病生理情況下的叢集放電，是否具有重要貢獻；(2)正常與病態節律性叢集放電，如何受到突觸前麩胺酸神經元活動在時間及空間多面向上的整合影響；(3)上述新機制對活體動物腦部電生理變化(例如：電訊號震盪形式)及行為(例如：睡眠或癲癇)之影響。由於人類癲癇常發生於杏仁核迴路，我們將研究底側杏仁核迴路之麩胺酸神經元是否驅使抑制性神經元產生叢集放電，並推動兩群神經元彼此震盪，終致癲癇的發生。我們將以化學及電學雙重方式來建立癲癇模式動物，以探索兩群神經元如何合作貢獻於癲癇電波之產生或傳遞及對應的行為變化。我們也將探討外源皮質麩胺酸神經元活動所驅動之視丘叢集放電是否為皮質視丘迴路同步電活動震盪所需，及是否導致深層睡眠時之腦慢波節律。學理上，皮質視丘迴路電活動震盪可擴及皮質-皮質下互連網路而更廣泛地收編及傳播癲癇電波。我們因此將深入探查來自皮質之麩胺酸突觸輸入如何整合影響視丘叢集放電，而導致與睡眠及癲癇行為相關之正常及異常腦節律放電。藉由統合這些研究結果，應能發現與確立神經元叢集性放電發生與相關神經傳訊機制上重要新原則。期待藉證明定義出前所未知腦運作新原則，擴展我們對腦節律性放電發生機制及疾病下異常之基礎了解。由之或能進一步開啟發展相關臨床疾病創新療法之新局。

系統編號:PC10907-1571
原計畫編號:MOST109-2320-B182-006