生理時鐘、神經生物學實驗室
由於地球自轉一天 24 小時所產生的日夜週期,使得幾乎所有地表上的生物都發展出生理時鐘來適應日夜環境的改變。許多的生理現象都被生理時鐘所控制,比如動物的睡眠週期,體內賀爾蒙的釋放,血壓的高低以及昆蟲的羽化時間。在哺乳類動物中,生理時鐘是由大腦內視叉上核 (suprachiasmatic nucleus) 所調控,而環境中影響生理時鐘最主要的就是日光週期。
圖一、自主感光視神經細胞神經末梢覆蓋了整個視叉上核
本實驗室之主要研究主題在於動物生理時鐘的調控,其中最主要的方向在於探討動物如何接受光的訊息來進一步調控生理時鐘。動物的視網膜內大約有2-5%的視神經細胞表達視黑蛋白 (melanopsin),因此這些視神經細胞可以直接感光而被命名為自主感光視神經細胞 (intrinsically photosensitive retinal ganglion cell: ipRGC)。這些細胞可以接受光線的刺激,直接調控動物大腦內生理時鐘中樞。除此之外,這些為自主感光視神經細胞還會連結許多位在下視丘的腦區,直接調控許多非視覺成像的生理功能,利用體重代謝,情緒記憶等等。本實驗室主要利用基因轉殖小鼠,搭配直接觀察大腦神經細胞的高速掃描雙光子顯微鏡,來探討日夜週期如何經由自主感光視神經細胞來影響動物的生理時鐘,以及自主感光視神經細胞影響動物大腦運作的神經迴路,其中也包含環境光線影響神經退化性疾病(如Parkinson’s Disease)的可能調控機制。
圖二、自主感光視神經細胞樹突覆蓋視網膜
視網膜自主感光視神經細胞的發育以及對生理時鐘的影響