刺激影響神經纖維發育方向

刺激影響神經纖維發育方向
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/德州大學分子生物科學研究所馬千惠責任編輯

編譯來源：独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年11月1日訊 <樹状突起の形態形成を決める分子メカニズムの一端を解明> 

日本理化學研究所的研究團隊，透過老鼠與雪貂實驗，解析出大腦皮質內神經細胞的樹突形態形成之分子機制。該研究成果2013年10月31日刊載於科學期刊「Science」線上版。

人類的大腦是由數百億個以上的神經細胞彼此聯繫、構成複雜的神經迴路。神經迴路由各個神經細胞的軸突傳遞訊息，在聯繫的突觸，透過釋放神經傳導物質，傳遞各種訊息給特定神經細胞的樹突。

圖片來源：維基百科

神經迴路雖自胎兒期開始形成，但此時來自外部的訊息刺激較少，仍不知未來神經細胞會接受那些刺激而增加樹突分支。目前已知神經細胞在胎兒期預先形成過剩的樹突，誕生後再順應外部的刺激，透過除去多餘的樹突、以及增加剩餘的樹突分支，形成較有效率的神經迴路。

神經細胞在增加樹突分支之際，為了樹突數量的控制與方向的決定，在眾多神經細胞的軸突與樹突間複雜交織結構下，迴避不必要的聯繫與聯繫錯誤，是非常重要的過程。若無法適切控制樹突形態形成之機制，將可能會導致大腦皮質內神經迴路的神經纖維混亂，形成高階機能障礙。該樹突形態形成之分子機制，對維持正常的大腦機能非常重要。

過去的研究顯示老鼠大腦的體感覺區的Barrel皮質¹處理來自觸鬚的感覺訊息，僅在接受感覺訊息刺激的方向，神經細胞會增加樹突分支。剛出生不久的老鼠胎兒， 此處神經細胞的樹突因受外部訊息的刺激還少，呈現對稱形態；隨著不斷發育，來自外部的刺激增加，形成非對稱形態。

因此他們使用老鼠大腦的Barrel皮質，嘗試去解析訊息刺激，是如何造成樹突的形態變化。首先在鼠腦皮質的體感覺區的Barrel皮質，單離出會受外部訊息刺激，使樹突形態產生變化的神經細胞專一表現之基因群，再對其中Btbd3基因進行實驗。並觀察Btbd3基因的機能受損時，Barrel皮質上神經細胞之變化，發現當感覺訊息刺激較少，也不會除去多餘的樹突，原本非對稱形態樹突，反而變成對稱形態。他們接著將正常Btbd3基因未表現的神經細胞，透過人為調控強制該基因表現，發現原本應對稱形態的樹突，僅在訊息刺激較多的方向產生分岔，形成非對稱形態。

他們更進一步研究雪貂Btbd3基因的表現，雪貂與老鼠不同，使用視覺訊息遠多於感覺訊息，發現在視覺區的神經細胞，有較多的Btbd3基因表現，以及因視覺訊息的刺激，會使樹突產生非對稱的形態變化。另外在Btbd3的機能受損的視覺區神經細胞，不論如何進行刺激，均不會除去過剩的樹突，而維持對稱形態的樹突。

該研究從老鼠的體感覺區與雪貂的視覺區，發現不同的腦區，具有機能相同的機制，有助於瞭解生態系如何發展出物種多樣性、以及不同物種演化出不同的神經迴路。

名詞解釋 :

1. Barrel皮質 : 在囓齒類動物大腦皮質的第一體感覺區(primary somatosensory area)，可觀察到各觸鬚所對應的腦區，此區稱之為Barrel皮質。

延伸閱讀 :

1. 人腦何時成熟？
   http://scitechvista.nsc.gov.tw/zh-tw/Feature/C/14/14/10/1/290.htm
2. 探索神經奧祕 解開傳遞密碼–尤納思教授
   http://scitechvista.nsc.gov.tw/zh-tw/Articles/C/12/12/10/1/1148.htm