https://axiomatic-oil-db7.notion.site/ccce678fc96444c3a5e1ef33fcf1e3f7當人們結束學習行為時，通常會感覺到疲倦，並跑去休息或睡覺。而此種學習後睡眠 (post-learning sleep) 的行為是如何被調控並影響記憶的長效性的仍然未知。今年來自珍利亞農場研究園區 (Janelia Research Campus) 的團隊研究了果蠅如何調控學習後睡眠及如何影響長期記憶 (Long term memory, LTM) 的形成。團隊以「求偶所花的時間」作為果蠅是否有學到求偶行為的依據，並以負責學習求偶行為的腦區Mushroom body(MB) 和調控學習後睡眠的 ventral Fan-shaped body (vFB) 為主要實驗區域，研究學習時長是如何影響這些腦區的神經並最終影響到LTM的形成。
團隊首先研究的是vFB神經，在經過不同時長的訓練時間後偵測vFB的反應，發現長時間 (4~6hr) 的訓練使vFB的反應量增加 (Figure 1)。將vFB抑制後與對照組相比較也發現抑制vFB將造成學習後睡眠時間下降 (Figure 2)。得出第一個結論：長時間學習將刺激vFB並使後續睡眠時間增長。
 |
| Figure1. (原論文fig 1b.) 訓練時長對vFB表現量的影響。x軸代表不同時長的訓練時間，y軸代表訓練後1~3小時間的vFB表現量。 |
 |
| Figure2. (原論文Fig 1f.) 抑制vFB (紅) 與控制組 (藍) 間學習後睡眠變化量的差異。 |
實驗團隊接著找出了一種可以促進睡眠的MB輸出神經 (Mushroom body output neuron, MBON) ：MBONs-γ2a’1。經過實驗後發現將MBONs-γ2a’1抑制將導致睡眠時間下降 (Figure 3) 。並在實驗中同步監測vFB的反應後發現抑制MBONs-γ2a’1 將導致vFB表現量下降，得出結論：MBONs-γ2a’1 透過對vFB的刺激調控學習後睡眠。
 |
| Figure3. (原論文Fig 2d.) 抑制MBONs-γ2a’1 (紅) 與控制組 (藍) 間學習後睡眠變化量的差異。 |
團隊接著研究了和MBONs-γ2a’1 透過相同的神經，SFS神經，和vFB相連的另一顆MBON，MBONs-ß‘2 (Figure 4)。並發現MBONs-ß‘2 對vFB有抑制作用，且在短時間 (2hr) 學習後的強度較長時間 (4~6hr) 學習後的大 (Figure 5)。將MBONs-ß‘2抑制後也可以發現學習後睡眠量變多 (Figure 6)。得出MBONs-ß‘2 會在短時間學習後透過vFB抑制睡眠，並在長時間學習後停止作用，使睡眠行為發生的結論。
 |
| Figure 4. (原論文Fig 4a.) MBONs-γ2a’1, MBONs-ß‘2, SFS和vFBs之間的連結圖。 |
 |
| Figure 5. (原論文Fig 3c.) 不同學習時長對學習後期間MBONs-ß‘2表現量的差異。x軸代表學習完成後經過的時間(hr)，y軸代表MBONs-ß‘2表現量。 |
 |
| Figure 6. (原論文Fig 3e.) 抑制MBONs-ß‘2 (紅) 與控制組 (藍) 間對學習後睡眠變化量的差異。 |
最後團隊針對連結了兩種MBONs和vFB的SFS神經，發現SFS表現量和學習時長呈正相關，得知SFS扮演了綜合兩種MBON輸入結果並傳遞給下游vFB的角色 (Figure 7)。
 |
| Figure 7. (原論文Fig 4h.) 學習結束1~3小時間不同學習時長的SFS表現量。 |
經過上述一系列的實驗後，團隊得出了最終的結論：根據學習時長，MBONs-γ2a’1 和 MBONs-ß‘2 兩種MBON分別以刺激和抑制的方式經由SFS來間接調控vFB的表現量，vFB的表現量則決定了學習後的睡眠量和LTM的形成 (Figure 8)。
 |
| Figure 8. (原論文Fig 4j.) MBONs-γ2a’1, MBONs-ß‘2, SFS 和 vFB間的上下游調控關係示意圖。箭號表示刺激性數入，三角形表示抑制性輸入。DANs: Dopaminergic neurons。 |
在其他研究中發現和vFB相似的dFB (Dorsal FB neurons) 神經所調控的睡眠行為能夠對應到人類的快速動眼期 (Rapid eye movement, REM)，也讓團隊好奇此次新發現的睡眠調控路徑是否也能對應到人類的某個睡眠和記憶鞏固階段？對睡眠和記憶的研究提供了一條充滿可能性的道路。
撰稿者：張寧
資料來源：
Lei, Z., Henderson, K. & Keleman, K. A neural circuit linking learning and sleep in Drosophila
留言
張貼留言