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用雷射操控求偶果蠅腦神經細胞 清大突破生命科學未解難題 ... ...

台灣好新聞/ 2014.04.16 00:00
記者季大仁/新竹報導

清華大學腦科學中心的跨領域研究團隊,集結奈米工程與微系統研究所暨動力機械系的傅建中教授團隊、電機系暨光電工程研究所林彥穎研究員、以及生命科學系江安世教授團隊三方的合作,利用全新發展的即時影像分析控制暨雷射追蹤系統,及光敏蛋白基因轉殖技術,能夠精準的激發果蠅腦中特定神經訊號的傳遞,並同時訓練果蠅在短時間內產生長期記憶。

互動是動物建立社會結構的方法,而男與女之間的互動,則是傳宗接代不可或缺的一環。情人節我們互相送禮,結婚的時候我們用戒指套住對方,吵架的時候我們儘量保持距離,但最終都希望能夠手牽著手走在一起。果蠅的體積相較于人類雖然非常的微小,但是公母果蠅之間的互動卻非常的細膩。公果蠅在追求母果蠅的過程中,從唱情歌,跳舞,調情,追逐等等都是公果蠅要成功把母果蠅追到手的必要條件。

在交配結束之後,母果蠅又會因為要保護子代而拒絕下一隻公果蠅的追求。還有研究指出,被拒絕後傷心欲絕的公果蠅相較于一般公果蠅會更喜歡酒精。這一連串精巧的互動,讓科學家認為我們可以藉由研究果蠅的互動關係,以及了解果蠅大腦神經是如何調控這些活動,進而了解我們的大腦是如何讓我們能夠藉由自身的經驗來調整行為,以建立在團體中良好的互動關係。

果蠅求偶時的互動瞬息萬變,過去科學家只能先錄影再觀察分析。要理解果蠅大腦神經如何做出決定並改變行為,科學家要能以第三者的身份即時介入正在打情罵俏的果蠅配偶之間。清華腦科學團隊利用所發展的機器視覺暨雷射追蹤系統,在互動的求偶行為當中,即時分析兩隻果蠅多項行進中的參數,並且回饋給電腦監視系統,控制雷射來操控果蠅。

研究者在公果蠅靠近母果蠅求偶時以藍光雷射激發其痛覺神經元,訓練公果蠅產生違反天性的迴避行為,並且產生長期記憶,至少一天之內都不會想再度靠近對方。在學習的過程中公果蠅展現了過去只在哺乳類動物中發現的主動式學習,在不斷被雷射責罰的過程中,公果蠅會因為被雷射責罰而逐漸主動降低接近母果蠅的次數。利用這套機器視覺暨雷射追蹤系統,科學家將可系統性的測試基因與腦神經網路如何操控複雜的動物行為。

該項研究的重要意義在於透過生命科學、工程、電機等跨領域多方合作的結果,使得臺灣科學家領先全球首次能在公母果蠅皆自由行動的環境中,利用雷射針對特定的果蠅求偶行為進行控制,足以顯出跨領域合作的重要性。

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