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果蠅腦部解密 清大研究登上《科學》

立報/本報訊 2013.06.25 00:00
【記者黃文鈴台北報導】國內腦神經研究有重大突破。清華大學教授江安世率領的研究團隊發現,果蠅嗅聞到低濃度與高濃度的二氧化碳,會透過神經信號在腦神經網絡中平行與轉軌機制,分別觸發躲避行為與接近行為。打破以往認為特定刺激只走單一神經迴路的迷思。江安世說,科學演變是漸進式的,預估未來至少要花20年時間,才能將此機制用於人類腦部疾病治療或預防。

清華大學腦科學研究中心主任江安世率領清大生物科技研究所博士班畢業生林暉皓、博班學生朱麗安與暨南國際大學應用化學系副教授傅在峰,以果蠅為行為實驗模式動物,研究其神經訊號在複雜腦神經網路中如何轉軌。

▲清大腦科學中心教授江安世(中)率領清大生物科技研究所博士班畢業生林暉皓(左)、暨南國際大學應用化學系副教授傅在峰(右)等人組成研究團隊,破解果蠅腦部機密,首次發現單一的感官訊息在腦中有多線路的平行信號處理,甚至還有「轉軌」機制,獲國際肯定。(圖文/姜林佑)

研究團隊發現,果蠅面對低濃度0.5%二氧化碳,其神經訊號會平行走第一條神經迴路,觸發果蠅的躲避行為。但面對高濃度2%的二氧化碳,第三條神經迴路卻會抑制第一條神經迴路,產生轉軌機制,神經訊號因而走第二條路徑。

清大校長陳力俊指出,果蠅碰到危險會釋放二氧化碳信號,讓別的果蠅收到警訊後逃逸。腐爛水果由於酵母菌發酵也會釋放出二氧化碳,果蠅不但不跑掉還會湊上去吃水果。究竟果蠅的腦神經網絡如何分別這兩種情況,一直是個謎。江安世教授的這項研究成功解開這個謎,其研究也於今年6月發表於《科學》(Science)期刊。

江安世指出,選用果蠅作為研究腦科學的研究對象原因有二:一來人腦太過複雜,有逾一千億個腦細胞,果蠅只有十萬個腦細胞;二來,目前其研究團隊已經可以隨心所欲控制果蠅腦神經細胞裡的基因,甚至遙控動物行為。也因為所有動物基因表現、腦神經調控行為的形式互通,所以可利用果蠅基因調控工具來研究人腦。

他認為,若研究方向正確,未來科學家能利用果蠅研究人腦疾病的分子機制,例如阿茲海默症、帕金森氏症與亨丁頓跳舞症。他預估,20年後可能會發生一場生命科學的革命,對人類的影響將大過於工業革命。

他指出,歐盟日前投入11.9億歐元經費於腦科學研究,美國歐巴馬總統今年4月也在白宮國情咨文中提到,上個世紀,美國投入30億美元於腦基因研究計畫,20年後得出結論:「我們投入人類腦基因研究的每一美金,有140美金的回收效益。」因而美國明年將投入一億美元支持「BRAIN」腦科學計畫。

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