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https://www.med.cuhk.edu.hk/press-releases/cuhks-gerald-choa-neuroscience-centre-unveils-mystery-of-how-brain-learns-motor-skills
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中大「蔡永業腦神經科學中心」破解大腦學習動作技能原理

香港中文大學(中大)醫學院新成立的「蔡永業腦神經科學中心」,成功透過尖端神經生理學技術,記錄由實驗大鼠神經細胞發出的信息,以拆解動作記憶於大腦內形成的複雜過程,從而解釋高等動物如何學習新的動作技能。研究結果有助加深認識可造成肢體動作障礙的腦科疾病,例如柏金遜症及中風等,以開發更有效的治療。結果已刊載於國際頂尖科學期刊《Nature Communications》。

 

克服技術障礙 成功記錄及分析由多個神經細胞同時發出的海量信息

動作技能是一種刻意運用肌肉執行某種特定行為的功能,例如寫字、步行、踏單車等,在日常生活中不可或缺。眾所周知,每學習一種新的動作技能皆需要透過重覆練習來掌握,但生物醫學界一直未能了解重覆地練習一個動作,到底如何影響大腦的運動神經系統。

 

中大醫學院蔡永業腦神經科學中心與生物醫學學院教授容永豪教授和副教授柯亞教授共同率領的研究,應用了尖端神經生理學技術,記錄實驗大鼠在學習新動作技能時,牠們大腦運動皮質內神經細胞所發出的活動信息。柯亞教授表示:「今次研究最具挑戰性之處,是要在實驗大鼠學習動作技能的過程中,準確記錄由多個神經細胞同時發出每分鐘數以千計的神經信號,而記錄的時間為期逾一周。」

 

此外,在負責研究報告的第一作者李茜博士努力下,團隊成功透過尖端的統計學及機器學習技術,處理及分析收集到的海量信息,呈現出記憶於大腦形成的脈絡。李茜博士於中大醫學院生物醫學學院取得博士學位,現正在美國冷泉港實驗室從事博士後工作。

 

蔡永業腦神經科學中心主要研究員之一、同為研究報告第一作者的中大醫學院內科及藥物治療學系臨床講師高浩醫生補充:「研究另發現,當大腦運動皮質缺乏神經傳導物質『多巴胺』,運動技能的記憶便難以形成。這情況可見於部分柏金遜症患者,相關的研究發現有助解釋為何此症患者病發後會失去學習動作技能的能力。」

 

研究團隊期望,透過今次研究結果,協助醫學界了解大腦學習動作技能的機理,以幫助運動神經系統失去功能的患者,發展更有效的治療。

 

新成立中大蔡永業腦神經科學中心 勢在研究領域中發揮主導作用

今次研究為中大蔡永業腦神經科學中心的代表項目之一。中心於今年年初成立,並以中大醫學院創院院長蔡永業教授命名,希望透過聯合校內各個對腦神經科學感興趣的學術單位,促進這領域的研究發展。中心的使命是通過重要且達國際一流水平的研究,在腦神經科學研究中發揮主導作用,造福社會。多名積極參與基礎、轉化及臨床神經科學研究的中大學者,均為中心成員。在容永豪教授及中大醫學院內科及藥物治療學系腦神經科主任莫仲棠教授的共同領導下,中心會在大腦行為機制、腦疾病遺傳基礎,以及神經血管生物學和疾病這三大研究範疇繼續發展。

 

容永豪教授表示:「我們對蔡永業腦神經科學中心的成立感到相當鼓舞。目前,中心正進行一系列的研究項目,預計這所新研究中心將在未來幾年,就神經科學基礎及轉化研究有新穎且重要的發現。」

 

對於得到慷慨捐款以成立蔡永業腦神經科學中心,莫仲棠教授亦表示:「 我們相信此中心能加強對神經系統疾病的研究,以研發更有效的預防及治療方法,緩解患者的病情,並減輕社會的負擔。」

 

中大蔡永業腦神經科學中心一項最新研究,成功拆解動作記憶於大腦內形成的複雜過程。(左起) 中大醫學院生物醫學學院副教授柯亞、教授容永豪,及內科及藥物治療學系臨床講師高浩醫生。

中大蔡永業腦神經科學中心一項最新研究,成功拆解動作記憶於大腦內形成的複雜過程。(左起) 中大醫學院生物醫學學院副教授柯亞、教授容永豪,及內科及藥物治療學系臨床講師高浩醫生。

研究報告第一作者李茜博士透過尖端的統計學及機器學習技術,成功克服技術障礙。

研究報告第一作者李茜博士透過尖端的統計學及機器學習技術,成功克服技術障礙。

研究團隊記錄來自實驗大鼠大量由神經細胞發出的活動信息,並利用尖端的數據處理方法,呈現動作記憶在大腦內形成的脈絡。

研究團隊記錄來自實驗大鼠大量由神經細胞發出的活動信息,並利用尖端的數據處理方法,呈現動作記憶在大腦內形成的脈絡。

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