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https://www.med.cuhk.edu.hk/press-releases/cuhk-discovers-a-neural-architecture-that-facilitates-the-formation-of-associative-memory-providing-the-basis-for-a-deeper-understanding-of-memory-and-its-impairment-in-brain-disorders
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中大发现促进关联记忆形成的神经结构 有助更深入了解脑部疾病如何损害记忆

香港中文大学(中大)医学院生物医学学院的神经科学家在果蝇的脑中,发现一种可以促进关联记忆形成的崭新神经结构。有关发现将有助医学界更深入了解脑部疾病如何损害记忆,对未来研发脑部疾病的治疗具重要影响。研究结果最近已在著名科学杂志《当代生物学》发表。

 

大脑结构复杂 增加研究记忆形成的难度

 

记忆来自经验,几乎所有我们所知道和所做的事情都与记忆有关。脑部疾病如阿兹海默症会夺去患者的记忆,令他们失去身分认同,甚至是生命的意义。过去数十年已有研究证实,哺乳类动物大脑中的海马体对记忆形成至关重要。阿兹海默症和其他脑部疾病患者的海马体因发生病理变化,导致无法形成新的记忆。众所周知,哺乳类动物的大脑相当复杂,因此要研究人类和其他哺乳类动物海马体形成记忆的机制十分困难。

 

果蝇脑中有一种称为「蘑菇体」的结构,与哺乳类动物大脑中的海马体具有相似功能,但在细胞组成和组织方面则相对简单。因此,果蝇是神经科学家研究记忆的一种常用模型。是次由中大医学院生物医学学院团队进行的研究,便在果蝇蘑菇体内发现一种崭新的神经结构,可以有效驱动记忆形成。

 

(左起) 容永豪教授及柯亚教授

左起:容永豪教授及柯亚教授

利用果蝇的微细脑部 拆解一种崭新的记忆形成神经结构

 

果蝇很容易学会将一种中性气味的出现与电击的经验联系,随后会出现回避该气味的行为。在果蝇极微小的脑部中,研究团队利用极高难度的神经记录与神经成像技术,在其蘑菇体神经元的输入部分发现了一种崭新的「神经可塑性」,即是透过经验学习而出现的神经结构改变,而该「神经可塑性」取决於气味和电击的确切顺序和出现时间。

 

透过不同基因的果蝇模型,研究团队证明了这种「神经可塑性」由特定的神经元群体表现出来,并且对於厌恶嗅觉记忆的形成十分重要。果蝇蘑菇体神经元输入位置的高可塑性,以及其输出位置的连接性,反映出这种新发现的神经结构是记忆形成的关键。

 

多巴胺及其受体对於关联记忆的形成至关重要

 

是次研究的另一个发现是多巴胺及其受体所起的作用。研究团队发现,关联记忆形成所必需的神经可塑性,是由一组神经元透过释放多巴胺,以激活果蝇蘑菇体内特定多巴胺受体亚型而成。这个机制会对脑部造成明显的刺激,并将记忆编码过程紧密结合以驱动关联记忆,令动物为某种感官刺激赋予「意义」,继而影响它们的行为。由於多巴胺缺乏是许多神经退化疾病的特徵,上述研究结果为理解这些疾病如何引致记忆问题提供了良好的基础。

 

中大医学院生物医学学院副教授柯亚教授表示:「关联学习是更复杂学习形式的基础。这个神经结构或其运作原理很大可能会在高等动物的大脑中保存和被运用。因此,我们的研究结果有助更深入了解动物大脑如何形成记忆,亦有助启发人工智能领域的研究人员设计学习能力更快及更佳的人工神经网络。」

 

中大医学院生物医学学院教授容永豪教授指出:「通过了解记忆在正常情况下的形成过程,我们可以探究脑部疾病患者的记忆为何出现问题。这次研究发现记忆形成过程的调节机制,对未来研发阿兹海默症等脑部疾病的有效治疗策略具重要作用。」

 

是次研究由柯亚教授及容永豪教授领导,研究团队成员亦包括乔景达先生、杨圣玺先生及耿红岩博士。

 

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