臺大與環境部簽署MOU 合作推動淨零轉型與環境韌性建構
生命科學與物理及工程科學的跨界合作 揭開生物鐘調節的新祕密
更新日期：114年4月30日
利用新顯微鏡架構，可長期同時記錄大腦中任意區域超過100顆以上神經細胞之神經活行，例如小鼠下視丘底層之生理時鐘核區視交叉上核。
研究團隊合照，右三為文章第一作者生科系葉柏廷博士。
人體內的「生理時鐘」掌管著睡眠、代謝與情緒節律，而大腦中的「視交叉上核 (SCN)」內的神經細胞則是這套時鐘系統的總指揮。雖然過去已有大量研究揭示時鐘神經細胞內，在因應外界光線變化而調整時差時，時鐘基因會因此改變表現量，但「究竟腦內時鐘神經迴路如何對光線作出反應，進而調整時差」一直是神經科學未解的謎題。
臺灣大學生命科學系教授陳示國領導的研究團隊，結合物理系教授朱士維、清華大學工程與系統科學系教授吳順吉等跨領域專家，發展利用雙光子顯微鏡結合GRIN鏡頭技術，在活體小鼠腦中首次成功觀察到在大腦最底部SCN神經細胞對光的即時反應，並發現其反應不是固定的、而是隨時間呈現出高度動態變化，這項突破性研究成果已於2025年發表於國際頂尖期刊 Nature Communications。
團隊發現SCN內的神經元可分為3大類：一類在特定時間點穩定活化；一類在其他時間被穩定抑制；而大多數的細胞則依不同時間與情境，展現出不同的光反應模式。這些發現挑戰過去將生理時鐘假設為初階「線性階層式」訊號傳遞中心的傳統觀點，取而代之的是一種與高階決策行為類似的「雙穩態動態網絡模型」，能根據時間與環境輸入，決定是否啟動生理時鐘的調整機制。
研究團隊進一步利用化學遺傳學方法，選擇性啟動「只在夜晚對光有反應」的神經細胞，結果驚人地發現，這群細胞不僅能在夜晚引發生理時鐘延遲反應，甚至在一天中任何時間都能強迫產生延遲，顯示這群神經元是控制生理時鐘重設的「關鍵開關」。未來若能進一步追蹤這些「關鍵神經元」的分子特徵與連結方式，或許能開啟生理節律調控研究的全新篇章，甚至加速人們國際旅行調整時差的能力。
這項研究成果的誕生，仰賴於臺大生命科學系、物理系與清華大學生醫工程系等單位的長期合作，是跨領域團隊推動科學進展的最佳典範。這項研究不僅為生理時鐘調節提供新方向，也為腦科學研究提供一個新的研究技術。期許未來能利用了解動物大腦神經迴路的實際運作，在跨領域框架下帶來發展人工神經迴路的嶄新契機。
