原网址(附图)： http://web1.nsc.gov.tw/ct.aspx?xItem=10158&ctNode=40&mp=1 作者：连正章　阳明大学神经科学研究所 张贴日期：2008/10/8 系统图片 杜聪明博士曾经如此描述自己：「我一生都在教书，从未替人看诊，但我教育出的学生有 数千人，他们都在替我照顾病人，维护人们的健康。」这句话恰巧也是 2007 年第１届杜 聪明奖得奖人德国医学博士彼德．尤纳思的写照。 德国最年轻的医学院教授 尤纳思教授目前担任德国弗莱堡大学（Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg）医学院 生理学研究所所长，研究专长是神经电生理学和神经生物学，最近刚获颁莱不尼兹（ Leibniz）奖。这个奖是德国学术界的最高荣誉，奖金高达 150 万欧元。 尤纳思教授在取得医学博士学位後，就加入诺贝尔医学奖得主萨克曼（Bert Sakmann）在 海德堡马克斯普朗克研究中心（Max-Planck Institute）的研究团队。1994 年，他升任 为医学院教授，此後十余年，尤纳思教授全力投入神经科学的研究和年轻学者的培育，屡 屡缔造令人赞叹的佳绩。 神经讯号的传递 中枢神经系统是由数亿个各式各样特化的神经细胞互相纠结而成的复杂网路，每一个神经 细胞除了利用像是电线般的轴突把讯息传递到其他神经细胞外，也利用本身的树突接受数 百至数千个来自其他细胞的轴突所投射进来的讯息。轴突、树突并非直接相连，之间有一 空隙，形成了所谓的突触。神经细胞内的神经讯号是以电的形式传递，也就是所谓的动作 电位，动作电位传到了神经末端会引发神经传递物质的释放。 神经传递物质在神经末梢是被一颗颗的滤泡包裹并释放出来，释放出来的神经传递物质在 突触内经由扩散而结合下游神经细胞树突上的受体。受体因神经传递物质的结合而打开， 打开後的受体会让特定离子流通，因而再次转换为电的形式来兴奋并活化下游的神经细胞 ，使得神经讯息可以在复杂的网路中持续地传递。目前科学家相信记忆的形成是因为神经 传递能力在突触内持续增强所造成的，也就是所谓的「长期增益现象」。 神经讯号传递的秘密 神经电生理是指利用电极、讯号放大器等电子仪器，来测量神经网路内各种神经的电活动 。因此，神经电生理学家就像是一位拿着三用电表的工程师，主要的工作就是详细地测量 神经网路内的每个网路线和零件，并了解它们的功能。 为了能记录小到细胞膜上的一个离子管道或受器的开和关，大到神经网路中神经细胞间的 化学传递和电传导，尤纳思教授把原理简单但困难度极高的「膜箝制技术」应用在自己改 良的活体脑切片技术上，陆续地解开大脑中神经讯号传递的秘密，并有新的发现，推翻了 过去学界认定的理论。 何谓「膜箝制技术」？这种技术是利用开口直径 1 至 2 微米或更小的毛细玻璃管做为玻 璃电极，使玻璃电极的开口紧密地贴附在神经细胞的细胞膜上。玻璃电极开口内的一小片 细胞膜上的离子管道或受器开和关时所产生的电流，便可以经由玻璃电极连接到讯号放大 器放大，并经由电脑储存。如果要记录整个单一神经细胞的神经冲动，只要把玻璃电极开 口内的那一小片细胞膜吸掉，整个玻璃电极便和细胞完全相通，而可以记录或利用外接的 放大器来控制整个神经细胞的电讯号。 澈底推翻戴尔原则 1930 年代，神经科学家戴尔（Dale）、艾克尔斯（Eccles）等人发现不同种类的神经细 胞会释放不同的神经传递物质，因此他们提出单一神经细胞可以视为一个生化单位的假说 ，并以它释放出的神经传递物质来命名，也就是所谓的戴尔原则（Dale's principle）。 然而，这个原则却被尤纳思教授用一系列严谨的实验澈底推翻。 尤纳思教授以老鼠的脊髓为例子，利用上述的膜箝制技术，同时记录突触前後两个互相连 接的神经细胞，他发现化学传递是藉由 GABA 和 glycine 两种不同的神经传递物质为媒 介，并且证明它们是包裹在同一滤泡内共同释放出来的。这一重大发现改写了神经科学教 科书中的内容。这项研究成果於 1998 年刊登在国际知名期刊《科学》（Science）上， 而根据学术搜寻（Google Scholar）系统的统计，这篇文章在过去 10 年内至少被引用了 329 次。 神经末梢之谜 在神经科学研究的过程中，尤纳思教授也致力於了解海马回的生理机能和记忆形成机制。 海马回是大脑中和记忆的形成有非常直接关系的一个区域，然而，海马回内的神经讯息经 由动作电位传递到直径远小於头发粗细的神经末梢（2 ~ 5 微米）後如何被解码，是神经 生物学家苦思不得其解的难题。 为了有效保存神经末梢的健康和形态的完整性，尤纳思教授花了超过 5 年的时间，自行 研发设计了大脑显微切片机。这个切片机的垂直振幅小於 1 微米，改善了传统切片机垂 直振幅过大（约 4 微米），易造成神经末梢在切片过程中损害的问题。这不仅是切片技 术上的重大突破，更直接促成神经科学观念的大跃进。这个技术使得尤纳思教授成功地保 存神经末梢的活性，并成为世界上第１个能在大脑皮层中的神经末梢记录电活性，解开了 神经讯息在神经末梢如何被处理的谜。 每一个神经细胞都可以产生动作电位，把刺激从一个神经细胞传给下一个神经细胞，藉以 传递讯息。为了直接观察神经末梢的电活性，尤纳思教授利用非常细小的玻璃电极直接贴 附在直径小於 5 微米的神经末梢上。他发现，动作电位在神经末梢的形状和神经细胞所 经历的活性有密切的关联性，动作电位的大小直接影响神经末梢释放神经传递物质的多寡 。细胞的活性可以动态地调节钾离子通道的开和关，因而影响动作电位的大小和神经传递 物质的量。相关研究成果刊登在 2000 年的《神经元》杂志（Neuron）上。 神经再生和记忆的形成 不同於以往认为神经细胞不能再生，科学家已经证实在成年的哺乳类动物的海马回内，每 天至少有上千个新生的神经细胞产生，这些新生的神经细胞会慢慢地并入已经存在的海马 回神经网路中。究竟这些新生的神经细胞具备怎麽样的特别性质，它们是否参与海马回最 重要的功能－记忆的形成，这些一直是科学家感到非常好奇而想解答的疑问。 尤纳思教授和他的团队最近发现，这些新生的神经细胞产生动作电位的阈值较低，也就是 说它们的神经兴奋性特别强。这样的特性使得新生的神经细胞在接受外在环境的刺激或学 习时，特别能感受到刺激，并且比较容易转化成记忆形成所需的「长期增益现象」。这个 研究成果也於 2006 年发表在国际知名期刊《自然》（Nature）上。 了解大脑 大脑就像一个巨大的超级电脑，了解大脑的功能是现代生命科学最迫切的议题之一。然而 ，我们对这个人体最复杂的器官却所知有限。 粗略地评估，人类的大脑有 1千亿（10^11）个神经细胞，每个神经细胞可以和大约 1 万 个神经细胞以形成化学突触的方式相连接，这些突触是大脑运算时储存记忆最主要的地方 。人类究竟要如何解开如此复杂却精密的神经系统的奥秘呢？尤纳思教授深信，最基本但 也是最重要的工作，就是完整而有系统地了解每一类型的神经细胞及其对应的突触的功能 ，如此才能更进一步正确地解读大脑的运作。 --

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