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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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中大發現促進關聯記憶形成的神經結構 有助更深入了解腦部疾病如何損害記憶

香港中文大學(中大)醫學院生物醫學學院的神經科學家在果蠅的腦中,發現一種可以促進關聯記憶形成的嶄新神經結構。有關發現將有助醫學界更深入了解腦部疾病如何損害記憶,對未來研發腦部疾病的治療具重要影響。研究結果最近已在著名科學雜誌《當代生物學》發表。

 

大腦結構複雜 增加研究記憶形成的難度

 

記憶來自經驗,幾乎所有我們所知道和所做的事情都與記憶有關。腦部疾病如阿茲海默症會奪去患者的記憶,令他們失去身分認同,甚至是生命的意義。過去數十年已有研究證實,哺乳類動物大腦中的海馬體對記憶形成至關重要。阿茲海默症和其他腦部疾病患者的海馬體因發生病理變化,導致無法形成新的記憶。眾所周知,哺乳類動物的大腦相當複雜,因此要研究人類和其他哺乳類動物海馬體形成記憶的機制十分困難。

 

果蠅腦中有一種稱為「蘑菇體」的結構,與哺乳類動物大腦中的海馬體具有相似功能,但在細胞組成和組織方面則相對簡單。因此,果蠅是神經科學家研究記憶的一種常用模型。是次由中大醫學院生物醫學學院團隊進行的研究,便在果蠅蘑菇體內發現一種嶄新的神經結構,可以有效驅動記憶形成。

 

(左起) 容永豪教授及柯亞教授

左起:容永豪教授及柯亞教授

利用果蠅的微細腦部 拆解一種嶄新的記憶形成神經結構

 

果蠅很容易學會將一種中性氣味的出現與電擊的經驗聯繫,隨後會出現迴避該氣味的行為。在果蠅極微小的腦部中,研究團隊利用極高難度的神經記錄與神經成像技術,在其蘑菇體神經元的輸入部分發現了一種嶄新的「神經可塑性」,即是透過經驗學習而出現的神經結構改變,而該「神經可塑性」取決於氣味和電擊的確切順序和出現時間。

 

透過不同基因的果蠅模型,研究團隊證明了這種「神經可塑性」由特定的神經元群體表現出來,並且對於厭惡嗅覺記憶的形成十分重要。果蠅蘑菇體神經元輸入位置的高可塑性,以及其輸出位置的連接性,反映出這種新發現的神經結構是記憶形成的關鍵。

 

多巴胺及其受體對於關聯記憶的形成至關重要

 

是次研究的另一個發現是多巴胺及其受體所起的作用。研究團隊發現,關聯記憶形成所必需的神經可塑性,是由一組神經元透過釋放多巴胺,以激活果蠅蘑菇體內特定多巴胺受體亞型而成。這個機制會對腦部造成明顯的刺激,並將記憶編碼過程緊密結合以驅動關聯記憶,令動物為某種感官刺激賦予「意義」,繼而影響牠們的行為。由於多巴胺缺乏是許多神經退化疾病的特徵,上述研究結果為理解這些疾病如何引致記憶問題提供了良好的基礎。

 

中大醫學院生物醫學學院副教授柯亞教授表示:「關聯學習是更複雜學習形式的基礎。這個神經結構或其運作原理很大可能會在高等動物的大腦中保存和被運用。因此,我們的研究結果有助更深入了解動物大腦如何形成記憶,亦有助啟發人工智能領域的研究人員設計學習能力更快及更佳的人工神經網絡。」

 

中大醫學院生物醫學學院教授容永豪教授指出:「通過了解記憶在正常情況下的形成過程,我們可以探究腦部疾病患者的記憶為何出現問題。這次研究發現記憶形成過程的調節機制,對未來研發阿茲海默症等腦部疾病的有效治療策略具重要作用。」

 

是次研究由柯亞教授及容永豪教授領導,研究團隊成員亦包括喬景達先生、楊聖璽先生及耿紅岩博士。

 

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