長庚大學發現大腦記憶形成機制 失智新見解登國際期刊

記者陳華興/桃園報導 2017-08-10 22:00

長庚大學吳嘉霖副教授團隊發現大腦記憶形成機制 老年失智的新見解

長庚大學吳嘉霖副教授團隊利用果蠅研究長期記憶形成的機制時,發現短、長期記憶的形成是由兩套截然不同的大腦神經迴路與分子機制所控制,也就是說,長期記憶並非由短期記憶轉化而來。這項重要研究成果顛覆以往科學界對於記憶形成的認知,卻也合理解釋老年失智的臨床病徵,研究成果獲得肯定,登上國際頂尖期刊「自然通訊」(Nature Communications),引起關注。


果蠅作為模式生物進行生物醫學的研究工作已超過百年歷史,利用果蠅研究學習與記憶的分子機制有許多優點,包括果蠅具有豐富的遺傳學操控工具,可研究目標基因在特定神經元的功能;以及果蠅頭部有完整的大腦器官,且腦中神經迴路負責控制各種與哺乳類動物相似的生物行為。此外,果蠅與人類的基因相似度高達60%,生命週期又短,成蟲果蠅壽命約60至70天,可觀察老化所伴隨的生理與行為變化。


長庚大學吳嘉霖副教授團隊利用果蠅研究長期記憶形成的機制時,發現短、長期記憶的形成是由兩套截然不同的大腦神經迴路與分子機制所控制,也就是說,長期記憶並非由短期記憶轉化而來


長庚大學醫學院生化科暨生物醫學研究所吳嘉霖副教授表示,人類如何將學習的經驗轉為記憶儲存一直都是科學界最想解開的謎題。過去的研究認為,大腦學習新的經驗後,會先以短期記憶的形式存在於大腦內,隨著時間的推進,短期記憶會慢慢轉變為長期記憶並儲存。


但是,吳副教授團隊以創新實驗方式,利用口渴果蠅積極尋找水的生物本能,在牠們喝水的同時給予特定氣味,使其將水源與特定氣味關連在一起,並且偵測這種獎勵型記憶形成與消退的時間曲線,竟獲得非常不同於過去研究的結果。


吳副教授團隊研究顯示,此類記憶可以維持超過一天以上且不易消退,屬於一種長期記憶。此外,團隊更發現大腦內一群特定的神經元,會透過釋放多巴胺傳遞喝水的獎勵訊號,到口渴果蠅腦中學習與記憶的中樞─蕈狀體(mushroom body),並轉為長期記憶儲存。


吳副教授解釋,研究發現在果蠅學習新的經驗時,抑制短期記憶的神經迴路雖會導致果蠅喪失短期記憶,但卻仍然可以新增正常的長期記憶;反之,抑制了長期記憶的神經迴路將導致果蠅長期記憶無法形成時,果蠅卻能持續擁有新的短期記憶。若分別活化調控短期或長期記憶形成的多巴胺神經迴路時,果蠅則只能專一的產生短期記憶或長期記憶。簡而言之,大腦在處理記憶資訊時,短、長期記憶是同時且獨立地被寫入不同腦區,根據時間長短的不同,提取不同腦區的記憶資訊。


吳嘉霖副教授表示,這與過去研究有很重大的不同,在他們的研究中,短期記憶與長期記憶的形成,其實是由兩套截然不同的大腦神經迴路與分子機制所控制,也就是說,長期記憶並非由短期記憶轉化而來。


林口長庚醫院腦神經內科主任吳禹利醫師是此研究團隊另一重要成員,他表示,這項研究成果雖然與現在主流觀點迥異,可是卻能合理解釋老年失智的臨床病徵,例如病患往往只有短期記憶喪失,但是長期記憶卻絲毫不受影響,這很有可能是因為大腦一開始在處理兩種記憶資訊時,就是完全獨立且彼此不相互影響的結果。


在科技部與長庚醫院的研究經費支持下,吳嘉霖副教授及其研究團隊在長庚大學完成了這項重要研究,今年五月登上國際知名期刊「自然通訊」。台灣團隊的研究表現獲國際肯定,吳嘉霖副教授表示,未來也會持續致力於探索記憶形成的機制,期盼不久的將來能對老年失智的預防與治療提供新的方向。


 

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