神經科學 細胞與發育生物學

左右大不同—記憶的儲存途徑

人類在發育上屬於兩側對稱的動物,透過各種型態素(morphogen)決定頭尾、腹背的方位,從外觀上看呈現左右鏡像對稱的造型。然而在生物體內部的結構及功能上,左右不對稱(left-right asymmetry)的現象普遍存在,特別是在器官生成(organogenesis)的過程。

我們的大腦也是如此,雖然從神經管的發育以及外觀上看似兩側對稱,但是我們早已在功能上發現左右腦的差異:左腦負責語言及邏輯,而右腦則主要負責空間認知(spatial recognition)。這樣的左右不對稱對於行為上的影響一個最好的例子就是,90% 的人類為右撇子,而這些人裡有95% 的人負責語言的能力主要由左腦控制,然後在左撇子中卻只有 70%,可能的原因之一是左撇子在掌管語言能力的基因改變使得它從右移到左側,而慣用左右手可能只是附加效應 [1]。

另一個例子為記憶過程(memory process)看到,大腦顳葉中負責記憶形成及空間定位(spatial navigation)的海馬迴(hippocampus)為左右各一,記憶的過程中,内嗅皮質(entorhinal cortex, EC)的訊號由海馬迴中由齒狀迴(dentate gyrus,DG)經 CA3 腦區的突觸前神經元(presynaptic neuron)至 CA1 的突觸後(postsynaptic)神經元組成的三突觸迴路(trisynaptic circuit)負責,記憶不同事物時,三突觸迴路中齒狀迴藉著傳遞訊號到不同的 CA3 神經元產生不同的連結來記憶不同事物。在人類海馬迴中左右兩邊的三突觸迴路是不會互相連結的,且左右會負責記憶不同的記憶;但在齧齒類動物如老鼠身上,卻發現左右三突觸迴路可相互傳遞訊號。此發現讓神經學家提出了一個問題:小鼠在海馬迴執行記憶過程是否並無左右差異?

這個問題在近年的研究陸續得到了解釋,2003 年以 Isao Ito 為首的團隊在老鼠發現來自不同側 CA3 的訊號,會由不同 CA1 來接受(如:接受左側 CA3 訊號時,由高表現 GluN2B 單元組成的 NMDA 接受器的後突觸接收),暗示著這樣的左右不對稱現象可能也存在老鼠中 [2]。接著 2014 年 Kohl 團隊則利用光遺傳學技術(optogenetics)(參考【突觸可塑性─操縱記憶的開關】)阻斷來自不同側 CA3 的訊號分子(即 Glutamate)再觀察迷宮實驗中小鼠空間記憶(spatial memory)行為是否有改變,他們發現短期記憶過程中皆須左右海馬迴 CA3 的訊息,但只有阻斷左側 CA3 的訊號會顯著影響小鼠長期記憶的功能 [3]。這些研究確認了在縱使左右海馬迴結構對稱且可互相連結訊號的狀況下,仍在小鼠內存在著記憶現象的左右不對稱,進一步的問題是:長期及短期記憶的不同路徑,除了上述可能接收訊息的神經元的差異還是來自於更上游的因素仍值得探討,另外,早期的演化是否就存在著這樣的左右不對稱,而這樣的左右分工是否以利更有效的利用大腦等問題,仍須進一步解答。

參考資料:

  1. Sun, T., & Walsh, C. A. (2006). Molecular approaches to brain asymmetry and handedness. Nature Reviews Neuroscience, 7(8), 655-662. doi:10.1038/nrn1930
  2. Kawakami, R. (2003). Asymmetrical Allocation of NMDA Receptor epsilon2 Subunits in Hippocampal Circuitry. Science, 300(5621), 990-994. doi:10.1126/science.1082609
  3. Shipton, O. A., El-Gaby, M., Apergis-Schoute, J., Deisseroth, K., Bannerman, D. M., Paulsen, O., & Kohl, M. M. (2014). Left–right dissociation of hippocampal memory processes in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(42), 15238-15243. doi:10.1073/pnas.1405648111

撰稿人|賴怡惠

Kohl 團隊則利用光遺傳學技術阻斷來自不同側 CA3 的訊號分子。圖片來源:doi: 10.1073/pnas.1405648111

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