果蠅光遺傳學與空間記憶學習

一直以來導航系統與如何形成空間記憶一直是科學家的研究課題。因為果蠅神經系統的完整性與大量的神經資料，果蠅是拿來研究導航系統的動物 之一。Vivek Jayaraman 的研究團隊開發了一套全新2D 虛擬實境系統，取代舊有的圓柱虛擬實境。並且搭配光遺傳學產生虛擬熱(virtual heat)，發現20分鐘的訓練就能讓果蠅產生持久的空間記憶。

2D視覺VR系統

研究團隊建立一套新的2D視覺VR系統(圖一 A B)，與之前的系統相比，此系統除了能改變環境的方位繳變化，還能呈現物體的大小改變(圖一 F)，讓果蠅能感受到更真實的視覺刺激。

圖一

虛擬糖與虛擬熱

透過光遺傳學去刺激 Gr64f gustatory receptor 和 HC neuron，讓果蠅分別產生虛擬糖和虛擬熱。在虛擬實境和真實場景重複實驗，結果顯示這兩種刺激的空間配對不需要地標輔助就能形成(圖二)。

圖二

空間記憶的訓練與學習

首先在虛擬實境建立圓柱與圓錐的稀疏叢林（圖三 B)，果蠅在此環境會偏好待在圓柱（圖三 C左）。之後將視覺刺激與虛擬熱配對，果蠅只要靠近圓柱的區域就會產生虛擬熱的刺激（圖三 A中），可以發現此狀況下果蠅更喜歡待在圓錐附近。最後就算把虛擬熱刺激移走，果蠅，還是減少接近圓柱的次數。此實驗能說明，果蠅能快速將懲罰和空間間配對。

研究小組也將圓錐與虛擬糖刺激配對，但未能形成長久的偏好記憶。論文作者推測，也許是虛擬糖刺激的誘因不足，無法形成記憶。

圖三

結論

首先，研究團隊開發了新的虛擬實境系統，能提供更仿真的視覺刺激。第二，透過光儀學傳去刺激神經，能讓果蠅假裝獲得甜味或者感受到熱源。而且此方法的學習不需要視覺刺激的配對就能形成誘因（獎勵或懲罰）。未來能在其他果蠅實驗使用此技術。最後果蠅在虛擬熱和地標的配對實驗下，能形成長久的空間記憶。

撰文：謝明儒

參考資料：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982219304312