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电报群科学上网:研究「记忆神经」 助治脑退化

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  中大医学院柯亚教授(右)和容永豪教授领导的研究,在果蝇蘑菇体内发现崭新的神经结构,可有效驱动记忆形成。

  【大公报讯】哺乳类动物大脑中的海马体对记忆形成至关重要,但阿兹海默症和其他脑部疾病患者的海马体因发生病变,无法形成新记忆,导致患者失去记忆、身份认同和生命意义。香港中文大学医学院生物医学学院的神经科学家,在果蝇脑中发现一种可以促进关联记忆形成的崭新神经结构,有关发现将有助更深入了解脑部疾病如何损害记忆。中大医学院生物医学学院教授容永豪更指出,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。

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  释放多巴胺形成关联记忆

  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。而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。

  果蝇可以轻松学会将一种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。研究团队利用极高难度的神经记录与神经成像技术,在果蝇脑部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。研究团队利用不同基因的果蝇模型,证明了这种「神经可塑性」由特定的神经元群体表现出来,且对于厌恶嗅觉记忆的形成十分重要,而果蝇蘑菇体神经元输入位置的高可塑性,及其输出位置的连接性,则反映出新发现的神经结构是记忆形成的关键。

  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」,继而影响牠们的行为。由于多巴胺缺乏是许多神经退化疾病的特征,研究将为理解这些疾病如何引致记忆问题提供良好的基础。

  中大医学院生物医学学院副教授柯亚表示,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可能会在高等动物大脑中保存和被运用。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。

  是次研究由柯亚及容永豪领导,乔景达、杨圣玺及耿红岩共同完成。研究结果已在著名科学杂志《当代生物学》发表。

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