記憶是連結過去與現在的橋樑，雖然某些記憶會隨時間流逝，但有些事情卻在多年後仍一清二楚。在大腦中，是什麼機制讓我們長期記得這些經驗呢？記憶鞏固（memory consolidation），是從短期記憶轉變成長期記憶的重要過程。在脊椎動物中，研究發現記憶的系統性鞏固（systems consolidation）主要透過不同腦區間的訊息傳遞；而在無脊椎動物的研究則指出，僅僅單一個神經元內的生化改變即可使短期記憶鞏固為長期記憶。有趣的是，近年來發現在果蠅（Drosophila melanogaster）這樣的無脊椎動物模式物種腦中也可能存在類似系統性鞏固的機制，其中研究果蠅腦的權威－國立清華大學生命科學系江安世教授的團隊於 2012 年發表在《科學》雜誌的研究，便發現了腦中處理記憶儲存的新區域。
大腦儲存長期記憶與中短期記憶的差別之一，在於長期記憶的形成需要蛋白質之合成。江教授的團隊利用新的分子生物與光學技術，系統性地篩選神經元中參與長期記憶形成的蛋白質。並以此結果為基礎，藉由一種可溫度調控的毒素抑制蛋白質生成，準確抑制不同神經元中新蛋白質的生成。研究發現只要抑制一對稱為 Dorsal-anterior-lateral（DAL）的神經元蛋白質合成，就可損壞長期記憶，更重要的是，抑制傳統認為是學習與記憶中心的蕈狀體（mushroom bodies）中的蛋白質生成反而不影響長期記憶。這個發現打破了過去三十幾年認為果蠅長期記憶儲存在蕈狀體內的推論。
果蠅大腦、學習與記憶。圖片來源：https://goo.gl/C4iDfr。
本篇研究更進一步以螢光蛋白 KAEDE 的顏色轉變做為相關神經蛋白質新生的指標，藉由實況觀察單一神經元內的蛋白質新生，發現在 DAL 神經元中，與長期記憶相關的 CaMKII 以及 period 兩組基因的轉錄活性會在反覆學習的過程中明顯增加。反之，在記憶提取（retrieval）時阻斷 DAL 神經元的訊息傳導會損壞長期記憶，但是在記憶的獲得（acquisition）或固化（consolidation）階段抑制則不會影響。藉由這些研究成果，江安世團隊在最後提出果蠅腦中處理長期記憶的可能神經迴路：蕈狀體處理中短期記憶，並經過反覆學習來啟動 DAL 神經元合成新的蛋白質，以促成長期記憶形成。這些發現提供了記憶形成與腦神經網絡的重要模型，也顯示台灣在此研究領域上提供的領先性突破。
參考資料：
- Chen, C., Wu, J., Lin, H., Pai, T., Fu, T., Wu, C., … Chiang, A. (2012). Visualizing Long-Term Memory Formation in Two Neurons of the Drosophila Brain. Science, 335(6069), 678-685. doi:10.1126/science.1212735
- Dubnau, J. (2012). Ode to the Mushroom Bodies. Science, 335(6069), 664-665. doi:10.1126/science.1218171
- 果蠅形成長期記憶的新發現 – PanSci, Yen-Ju Chen (2017, February 20). Retrieved from https://pansci.asia/archives/12046
撰文│李岱穎
修訂│楊仁龍
