視丘及視丘下核活動受大腦皮質影響之神經調節

哺乳動物包括人之大腦活動及行為模式，隨著不同覺醒週期而變化。視丘-大腦皮質迴路之電活動模式一直被認為與覺醒週期之轉換有關。來自遠端腦幹上行活化系統之覺醒促進神經調節物質(例如：單胺類神經調節物質及乙醯膽鹼)，以及局部產生之促進睡眠化學因子，例如腺苷酸(adenosine)，因應著不同警覺狀態，在視丘-大腦皮質迴路有不同之釋放情形，雖然恆定調控理論指出，大腦整體突觸之重整係伴隨著醒睡週期發生，然而神經調節物質是否以及如何藉調整突觸功能來影響醒睡週期，並不清楚。尤其重要的是，在生理上調節醒睡之不同神經調節物質是否(以及如何)交互作用來影響突觸傳遞，幾乎未被探討。近來我們在視網膜至視丘之突觸(視網膜-側膝核突觸)上的研究，首次發現因應不同警覺狀態而活化的神經調節物質，會彼此交互作用而達到強烈明顯之突觸修飾結果，且此結果無法由單一神經調節物質(即使在極高濃度下)來達成，且這些合併修飾後之突觸電生理行為，恰符合其在各個醒睡時期所被預期之資訊傳送角色。位於視丘之傳遞神經元，除接收來自週邊感覺路徑傳入之興奮性訊息外，也接收來自大腦皮質之回饋性大量興奮訊息輸入，以側膝核傳遞神經元為例，其不僅接收來自視網膜訊息，也接收來自視覺皮質之回饋訊息。因此此二興奮性突觸輸入能整合影響傳遞神經元之放電頻率及模式。很重要地，來自皮質之訊息，可藉皮質-視丘突觸提供一回饋性調節至視丘，以重塑由週邊進入中樞之感覺訊息，此為皮質-皮質下互連神經網路之重要計算及整合機制之一。上述因應不同警覺狀態而活化的神經調節物質來到視丘後，應不僅只合作來修飾感覺(視網膜)--視丘突觸，也應對皮質-視丘突觸造成影響，然而相關主題尚未被研究。另一方面，視丘-大腦皮質迴路可進一步延伸至包含基底核之皮質-皮質下互連神經網路。有趣的是，不論解剖上或電生理特性上，皮質-下視丘(連結基底核)迴路與皮質-視丘迴路十分相似。因此，在了解皮質-視丘迴路之運作特性及修飾原則後，也亟需探討此些原則能否應用於皮質-下視丘迴路。在本計畫中，我們將研究在兼具解剖及電生理相似性之皮質-視丘路徑及皮質-下視丘路徑中，單胺類、乙醯膽鹼及腺苷酸等單一神經調節物質在突觸傳遞、短期突觸可塑性以及視丘或下視丘神經活動所扮演的角色。除天然神經調節物質外，我們也將研究其特定受體致效劑及拮抗劑之單一以及模擬生理(例如醒睡)及病理(例如巴金森氏症病理)狀態下之合併作用。最後，藉由這些不同的神經調節物質對不同特性突觸之修飾作用之異同，應能幫助我們推演相關之分子機制，尤其將特別著眼於決定神經傳遞物質釋放之突觸前鈣離子之可能角色。藉由本計畫之執行，將可望對皮質-視丘及皮質-下視丘神經迴路中，由不同神經調節物質合作定義之突觸環境所決定之突觸修飾作用，有更深層與更廣泛的了解，而進一步揭櫫皮質-皮質下互連神經網路運作之基本生理原則。

系統編號:PA10207-0701
原計畫編號:NSC102-2311-B182-003