破解果蠅記憶奧秘 長庚大學躍登國際

長庚大學醫學院教授吳嘉霖暨研究團隊發現,果蠅的水記憶與濕氣記憶由腦中不同神經迴路負責,兩者並相干擾。圖左螢幕中綠色影像為果蠅腦內的PAM-γ4神經細胞,有助水記憶形成且會抑制濕氣記憶。研究破解果蠅大腦管理記憶策略,成果登於美國國家科學院院刊,讓台灣研究再次躍登國際頂尖期刊。圖 / 長庚大學提供

人們每天經歷無數新資訊,產生各種記憶,但大腦究竟如何決定哪些記憶要保留,哪些可以被遺忘?

長庚大學昨(6)日公布醫學院教授吳嘉霖研究團隊,透過果蠅的尋水記憶取捨策略,發現大腦會根據資訊重要性決定留下或刪除哪一部分的記憶。從果蠅大腦管理記憶策略,有助理解人類大腦記憶運作,提供研究新視角。

這項研究以「口渴的果蠅」為實驗對象,設計一個創新的學習方式。先讓果蠅學習將特定氣味與98%濕空氣聯結起來,以形成「濕氣記憶」;接著再讓牠們學習,將氣味與喝水聯結,形成「水記憶」。

研究發現,這兩種記憶分別由果蠅腦中的不同神經迴路負責,兩者並相干擾。結果,當果蠅建立起水記憶後,原先的濕氣記憶就會快速被大腦遺忘。

果蠅口渴的時候會積極尋水,研究團隊訓練並觀察口渴果蠅的學習記憶行為。圖為研究團隊成員正用高解析顯微螢光設備,即時觀察活體果蠅神經元的活性變化。圖 / 長庚大學提供

這個現象讓研究團隊感到非常驚訝,進一步研究分析發現,當果蠅喝到水時,牠們大腦中的PAM-γ4多巴胺神經元會被活化,不僅會促進水記憶的形成,還會主動抑制濕氣記憶,造成濕氣記憶的遺忘。

這項創新有趣的重要研究成果,近日刊登於國際頂尖期刊美國國家科學院院刊(PNAS),讓台灣的研究再次躍登國際。

吳嘉霖指出,這種記憶管理機制可能是果蠅的一種生存策略。在野外,高濕氣通常是水源的線索,但如果口渴果蠅循著濕氣的記憶尋找水,最終卻無法找到水源並解渴,那麼這段記憶對牠的生存來說就毫無意義,甚至,有可能危害生命。

為節省大腦的「記憶空間」,大腦選擇性刪除這段無效的濕氣記憶,只保留真正有助生存的水記憶。更有趣的是,研究進一步發現,如果抑制PAM-γ4神經元的活性,濕氣記憶就不會快速遺忘,這表明,大腦是有能力主動管理記憶的保留與刪除。

長庚大學醫學院教授吳嘉霖 (左四起)與工學院副教授趙一平跨域合作,研究果蠅記憶管理有成。圖為兩人與研究團隊合影。圖 / 長庚大學提供

為更直觀理解果蠅大腦的運作,研究團隊還與長庚大學資工系副教授趙一平合作,應用高解析顯微螢光設備、可即時觀察活體果蠅神經元等技術,記錄果蠅大腦學習、記憶與遺忘時的神經活動。

趙一平將這些動態數據轉成可視化頻譜圖。藉由這些圖像,不僅可以展示記憶形成與消失的過程,還有助研究人員更精確比較不同實驗條件下的結果。

由於研究的創新與突破,獲得PNAS編輯極高評價,吳嘉霖感謝「長庚大學創新先導計畫」支持,讓團隊能大膽嘗試這項原創研究,並能將成果推向國際。同時,揭開果蠅大腦如何有效管理記憶的策略,有助為理解人類大腦記憶運作提供新視角。

 

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