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果蠅形成長期記憶的新發現

2012年2月10日出刊的Science雜誌刊登了國立清華大學生命科學系教授江安世領導的團隊在果蠅長期記憶形成的研究[1],是台灣第一次登上Science的完整論文。其實江教授的團隊也是台灣第一個在Cell發表論文的團隊[2],其主持的清大腦科研究中心,利用分子生物及光學技術,能將果蠅腦中的神經一條一條描繪出來,在與國家高速網路與計算中心的合作之下,建立了果蠅腦神經的3D地圖,讓科學家可以如同 Google Earth 般地在電腦上直接觀察果蠅腦中的每一條神經的位置及形態。

這次江教授的團隊,打破了傳統上認為嗅覺長期記憶的形成是發生在蕈狀體(Mushroom Bodies)中,發現其實在DAL這個部位的兩條神經已可控制長期記憶的形成。由於這個研究結果實在是太驚人,所以全篇論文需要用非常多的證據來支持其結論。

長期記憶的形成往往需要某些神經細胞結構上的改變,或是神經細胞內部有特定蛋白質的合成。江教授的團隊利用分子生物學的技術,可以觀察到特定神經細胞內蛋白質的合成,並可利用溫度來控制某一條神經內蛋白質的合成與否,再加上既有的螢光顥微鏡的技術,可以追蹤特定神經細胞的位置。在給予果蠅嗅覺刺激時,觀察那些神經在長期記憶的過程中,有特定蛋白質的合成。再進一步分析這些蛋白質與長期記憶是否有直接相關。經過大量的篩選之後,確定是DAL這個部位的兩個神經細胞中, CaMKII 與 per 這兩個蛋白質直接影響長期記憶的形成,而不是傳統上認定的蕈狀體部位。通過果蠅腦神經地圖,亦觀察到DAL的神經與蕈狀體有相連結。因此整個長期記憶的形成,從學習(register)、儲存(consolidation)到能讀取過去記憶(retrieval),是需要蕈狀體及DAL這個迴路來達成的。

這個研究成果不單是在其結論上有重要的發現,在實驗技術上亦花了相當的工夫去建立數個關鍵技術。有這些技術的成功發展,才能成就這項研究成果。江教授的團隊掌握了這些關鍵技術,在可預期的將來,一定可以在腦神經科學上有更多更驚人的發現。

[1] Chun-Chao Chen, Jie-Kai Wu, Hsuan-Wen Lin, Tsung-Pin Pai, Tsai-Feng Fu, Chia-Lin Wu, Tim Tully, Chiang AS* (2012) Visualizing long-term memory formation in two neurons of the Drosophila brain. Science. 335. 678-85.

[2] Lin HH, Jason Lai SY, Chin AL, Chen YC, Chiang AS (2007) A Map of Olfactory Representation in the DrosophilaMushroom Body. Cell 128,1205-17.

 

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