醫學

串起記憶之網

實驗技術的革命讓我們洞見了腦中神經元如何連結記憶:一種大腦用以了解並組織外在世界的關鍵機制。

撰文/席瓦(Alcino J. Silva)
翻譯/謝伯讓

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串起記憶之網

實驗技術的革命讓我們洞見了腦中神經元如何連結記憶:一種大腦用以了解並組織外在世界的關鍵機制。

撰文/席瓦(Alcino J. Silva)
翻譯/謝伯讓


我們的記憶力取決於腦中喚起外在環境細節的片段(例如小孩的臉、一隻鵝及一座湖泊)的能力。但若要把記憶轉化成實際發生過的經驗或情節,大腦必須把各項不完整的片段融合成整體,例如小女孩看到一群鵝突然從湖邊蘆葦叢中飛起時的表情。


記憶的整合還需要其他要素配合。數千年來,人類的生存不只仰賴大腦喚起正確資訊,例如一隻獅子或蛇的外觀,該項資訊存在的環境背景也很重要,例如我們是在非洲草原驚恐地遇到獅子?還是在美國聖地牙哥動物園悠閒地觀賞獅子?


若要避開日常生活中其他類型的「掠食者」,我們還需要串連不同時間的記憶,例如在判斷一項看似誘人的投資是否值得時,我們必須考慮這項資訊的推薦人是否具有誠信。無法成功連結兩者就冒然決定,將可能導致災難性的後果。


神經科學家已開始探索大腦中的神經元如何連結發生在不同時空的記憶內容。目前大部份的研究仍然著重於我們的大腦如何取得、儲存、提取或改變單一記憶內容。然而大部份記憶並不是以獨立、分離的方式儲存於腦中,事實上,我們每一次回憶都會引發一連串強化記憶內容的效果,以幫助我們預測並更加了解外在世界。


在我們實驗室與其他研究團隊致力研究記憶20年後的今天,大腦中的神經元如何把這些記憶串連起來的基礎機制已逐漸明朗。單一記憶之間如何相連的生理機制,不只能告訴我們大腦如何運作,還能幫助我們預防或治療各種阻礙大腦創造並連結記憶的相關疾病。


好運帶來的意外發現


1990年代末我開始研究記憶連結機制時,研究工具與基本知識並不足夠。我的實驗室率先發現關於記憶如何相連的重要概念是「記憶分配」(memory allocation),也就是大腦中的神經元會使用特殊方式,把習得的資訊存放在與記憶形成相關腦區的一些神經元群中。


這項發現的運氣成份很大。1998年我訪問美國耶魯大學時,與來自艾茉利大學的實驗心理學家戴維斯(Michael Davis)聊天,得知他的實驗室發現名為CREB的基因會強化大鼠的情緒記憶,例如大鼠對於聲音和電擊的記憶連結。


我的實驗室與其他研究團隊之前的研究已發現,CREB是形成長期記憶的關鍵基因,負責製造一種蛋白質,能調控其他參與記憶過程的基因。在學習過程中,有些突觸會被強化以促進神經元間的互動,而CREB蛋白質正是這個過程所需的關鍵分子。如果沒有它,大多數的學習經驗都會被遺忘。


令我驚訝的是,戴維斯的團隊發現,即使只提升與情緒記憶相關的腦區,例如杏仁體中一小群神經元的CREB蛋白質含量,記憶力也會增強。從耶魯歸來後數個月,有個問題一直縈繞在我腦海中:為什麼記憶只和少數能利用高濃度CREB蛋白質的神經元有關?CREB蛋白質是否不只能協調記憶形成,還能提升含有此蛋白質的神經元參與記憶形成的機率?在我接下來的CREB蛋白質研究中,開始著重CREB蛋白質在某些與記憶有關腦區中所負責的功能,特別是杏仁體和海馬回,後者儲存了外在環境的內化地圖。


科學研究除了回答問題,另一項重要任務就是尋找問題。我和戴維斯的對話讓我了解到,記憶如何被存放在各個負責處理並儲存過去事件的腦區當中的神經元,神經科學家對背後的機制(如果有的話)所知甚少,因此我決定深入探索與觀察。


當來自戴維斯實驗室的神經科學家喬斯林(Sheena A. Josselyn)加入我的實驗室之後,我們有了第一項突破。在我實驗室以及她後來在加拿大多倫多大學的實驗室所進行的一系列動物實驗中,喬斯林利用病毒把額外的CREB植入小鼠杏仁體的特定神經元中。結果發現,這些神經元儲存恐懼記憶的機率,幾乎是鄰近神經元的四倍。


經過將近10年的努力,2007年我的實驗室和喬斯林的團隊一起發表的實驗證據顯示,情緒記憶並非以隨機方式分配於杏仁體中,被選擇用來儲存記憶的神經元,是含有較多CREB蛋白質的神經元。後續實驗還顯示一項重要結果:CREB在其他腦區也有類似功能,包括海馬回與大腦皮質。


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