視丘神經突觸傳遞之調節---輸出訊號變化與相關細胞機制

哺乳動物藉各種特化之感覺受器來接收外界環境資訊，除嗅覺外，這些外界資訊一經感覺受器接收後，在進入大腦皮質辨認前，其神經路徑會先來到大腦皮質下視丘區，資訊先在此處理後再傳入皮質區。故視丘扮演著感覺資訊處理與管控之關鍵角色。例如，在個體警醒或熟睡之狀態下，訊息在視丘處理和最終傳遞至皮質之內容即非常不同，反映出視丘可瞬息萬變之動態訊息處理。下至分子上至整個神經網路層次的各種因素均可影響此視丘之訊息處理動態。這些因素可分為視丘神經迴路之內在及外在因素。其中外在因素之大宗即是包括來自遠端神經輸入以及局部區域所產生之神經調節物質。過去的研究證據雖顯示，部分神經調節物質具有影響視丘之傳遞神經元之細胞膜電特性之能力，進而影響連結於視丘傳遞神經元上之突觸傳遞與其動作電位放電形式，但其修飾觸連結訊息傳遞之分子及細胞機制與其導致之生理意義還有很多晦暗不明處。在本計畫中我們提出一個假說:生理情況下神經突觸應有很多機會實際上是接受非單一種(及兩種以上)之神經調節物質所調節，合併兩種以上之神經調節物質可能對視丘之感覺訊息處理別具意義。但過去科學家們卻甚少了解及此。我們初步合併兩種神經調節物質的實驗結果有了意想不到的驚奇發現。在視丘負責視覺訊息傳遞之視網膜神經與視丘側膝核傳遞神經元間之突觸(以下簡稱視網膜-側膝核突觸)之實驗數據指出合併兩種生理上可能共存之神經調節物質，在對突觸傳遞、突觸可塑性以及神經放電形式的影響上，均有著與單一神經調節物質非常不同之作用。尤其在反轉短期突觸可塑性上，是前所未有之發現。因此深入研究探索此一假說，將可望為突觸生理與神經調節物質之角色帶來嶄新的觀念。視網膜-側膝核突觸不僅具備多數其他視丘突觸傳遞之共通特性且是少數適合研究神經突觸生理及其相關神經活動之實驗系統。我們計畫以電生理合併解剖及光學技術，模擬研究視網膜-側膝核突觸生理上受兩種以上共存之各種神經調節物質修飾時，對其突觸前神經傳導物質之釋放、突觸可塑性以及神經網路活動之影響。我們將測試接受連續突觸前視網膜神經刺激後之突觸反應，同時並將以模擬生理上光刺激之神經放電形式來刺激視網膜神經病觀察突觸反應。突觸前神經釋放反應與突觸後傳遞神經元之活動均將被監測。各種藥理試劑、生物毒素及光學方法也將被運用以考察神經調節物質修改突觸可塑性之分子機制。並將深入探索修改突觸可塑性所導致之神經網路放電活動之變化。視丘之神經放電形式與哺乳動物醒睡週期之調控息息相關，另一方面，神經調節物質對視網膜-側膝核突觸突觸可塑性之修改亦將決定視丘對視覺訊息之篩選方式(例如決定使視丘成為一高頻通過式過濾器或一低頻通過式過濾器)。故本計畫之研究成果不僅將增添對中樞神經系統資訊處理之突觸機制與其中神經調節物質之貢獻的了解，也可望對哺乳動物醒睡週期及中樞視覺處理之調節提供新的視野。

系統編號:PA9712-0681
原計畫編號:NSC97-2311-B182-005-MY2