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透視聽覺系統 從果蠅腦中找答案【2012.02.07秘書處】

由腦科學中心主任江安世教授所領導的研究團隊建立了果蠅(Drosophila Melanogaster)腦聽覺神經網路圖譜,發現果蠅腦的高層聽覺中樞位於IVLP (inferior ventrolateral protocerebrum)腦區,這個發現將有助於解答動物如何整合不同感官所接受的訊息,進而產生正確的行為反應的問題。本重大發現於今(101)年1月31日,獲美國國家科學院院刊(PNAS)刊登。

江教授表示這篇論文前後大約花費了五年的時間,期間經歷過數次技術上的瓶頸以及國外競爭對手的搶先發表。他說,許多科學家們都企圖想要了解動物如何整合不同感官所接受的訊息,進而產生正確的行為反應(例如求偶、攻擊與逃跑等行為)。由於果蠅與哺乳類具有許多基因的相似性,並具備完善的基因調控工具與神經網路圖譜,以果蠅研究多重感官整合將會是很有機會解答的方式!

在此前提之下,江教授進一步說明,首先必須要了解單一個感官系統的神經運作方式以及訊息傳遞途徑。他說,經與奧地利分子病理學研究所(Research Institute of Molecular Pathology)的科學家Barry Dickson密切合作,目前腦科學中心研究團隊正致力於建構果蠅株腦神經表現圖譜資料庫(Driver Expression Database)。而透過圖譜資料庫的建立,科學家們將可以任意的調控特定一群(甚至單顆)神經元的活性以及基因表現,進而了解基因-神經-行為之間的交互關係。

江教授指導的博士班學生黎思宇以及羅士杰為本篇論文的共同作者。黎思宇與羅士杰透過建構中的果蠅腦神經表現圖譜資料庫以及活化型綠螢光蛋白(PaGFP)追蹤標定等相關技術,發現果蠅腦內的第二層聽覺神經主要是AMMC-B1神經元,而第三層的聽覺神經主要是IVLP-VLP神經元,並以活體功能影像技術觀察第二層與第三層聽覺神經元在不同頻率刺激下的反應,這也是首次發現果蠅腦內的聽覺訊息傳遞路徑。

黎思宇表示果蠅求偶時會振翅發出特定頻率的聲音,而聽覺系統在果蠅之所以重要就是因為不同種的果蠅會發出不同的振翅頻率,牠們透過聽覺系統來辨識追求者是不是來自於同一物種來決定是否要接受求偶。然而,關於果蠅聽覺器官(觸角)內的分子機制研究成果很多,對於聽覺訊息如何在腦內處理和傳遞卻少之又少。

黎思宇說,在果蠅的求偶行為中,聽覺,嗅覺,視覺與味覺都扮演非常重要的角色,牠們如何整合不同感官訊息來決定是否要交配,將是下一步科學家們想要回答的問題。

本篇研究論文對動物聽覺究竟是如何產生的?聽覺和其他感官訊息如何整合,將有部分解答!

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