分子醫(yī)學(xué)研究所潘俊良教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)記憶與學(xué)習(xí)的相關(guān)機(jī)制

生物體的認(rèn)知與行為功能隨著生理?xiàng)l件不同而改變，此種由內(nèi)在狀態(tài)（internal state）所誘發(fā)的行為可塑性廣泛存在自然界中，這是行為與認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)最基礎(chǔ)的現(xiàn)象之一。當(dāng)組織器官的功能受損，產(chǎn)生細(xì)胞壓力時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致生物行為的改變，藉此在不利的環(huán)境下趨吉避兇，提升存活的機(jī)會(huì)。本校分子醫(yī)學(xué)研究所潘俊良教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，當(dāng)線蟲面臨細(xì)胞壓力時(shí)，會(huì)透過血清素（serotonin）的神經(jīng)迴路誘發(fā)記憶與學(xué)習(xí)行為，相關(guān)論文已刊登於知名期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》PNAS。

線蟲的神經(jīng)元數(shù)量?jī)H有302個(gè)，但由於分子生物學(xué)工具的先進(jìn)，以及對(duì)其神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)造的解析已達(dá)電子顯微鏡的層次，加上其多樣化的行為，是現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究最重要的模式系統(tǒng)之一。潘俊良教授實(shí)驗(yàn)室透過抑制粒線體的呼吸作用產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)部壓力誘導(dǎo)線蟲，將同時(shí)出現(xiàn)的「無(wú)害細(xì)菌氣味」與「細(xì)胞壓力」連結(jié)而進(jìn)行制約學(xué)習(xí)，使線蟲對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生躲避行為，與古典制約學(xué)習(xí)的模式有近似之處。此種學(xué)習(xí)近似「一朝被蛇咬，十年怕井繩」：被蛇咬讓受害者連帶對(duì)外觀與蛇相似的物品都產(chǎn)生恐懼記憶，這種負(fù)向?qū)W習(xí)與記憶的功能對(duì)生物體在自然界存活非常重要。潘教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，線蟲的NSM神經(jīng)元在壓力的早期即增加血清素的合成與分泌，並與記憶的形成有關(guān)。由NSM所釋放的血清素與RIB中間神經(jīng)元上的SER-4血清素受體結(jié)合，使RIB具有喚起記憶的功能。此種由不同神經(jīng)細(xì)胞控制記憶不同層面的迴路機(jī)制，與哺乳類的記憶機(jī)轉(zhuǎn)有共通之處。值得一提的是，由於線蟲體積甚小，因此潘教授團(tuán)隊(duì)將線蟲放入微流體通道中，以高靈敏度的鈣離子螢光攝影，捕捉線蟲神經(jīng)細(xì)胞對(duì)細(xì)菌氣味的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)粒線體壓力使NSM及RIB神經(jīng)元對(duì)細(xì)菌氣味產(chǎn)生全新的反應(yīng)，暗示記憶與行為可塑性來(lái)自於神經(jīng)細(xì)胞活性的改變。

本研究主要由碩士班研究生江玥蓁同學(xué)完成，江同學(xué)於2020年碩士班畢業(yè)後留任研究助理，完成整個(gè)計(jì)畫，將論文投稿，並在三個(gè)月內(nèi)完成期刊審查所要求的追加實(shí)驗(yàn)，江同學(xué)將至美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)繼續(xù)深造博士課程。另外，最早於實(shí)驗(yàn)室開展線蟲行為的相關(guān)研究的畢業(yè)博士生廖健博，目前在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)進(jìn)行博士後研究，也是本論文的共同作者。本研究由科技部及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中心研究經(jīng)費(fèi)支持，特此致謝。

潘俊良教授實(shí)驗(yàn)室：https://chunliangpan.weebly.com/
分子醫(yī)學(xué)研究所：http://molecular.ntu.edu.tw/
論文全文網(wǎng)址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2115533119?fbclid=IwAR0cuGgLeoDPQPnODXzcw18n3IQQqyt0wB_zW_d1wDP3o7elUqTd5hErVi8