記憶之關鍵--隱藏於記憶痕跡細胞間的突觸中
記憶究竟是如何儲存在大腦中呢？現今的科學研究常使用赫布理論(Hebbian theory)加以解釋，簡而言之可用”Cells that fire together wire together.”一句話作為總結，意思是「當具有連結的兩神經元同時興奮，他們之間的連結強度將會增加」。自1949年唐納德．赫布(Donald O. Hebb)提出這理論後，已出現非常多研究為這項理論提出有力證據，如近年研究的熱門課題--記憶痕跡細胞(engram cell)，已有實驗顯示這些細胞間的突觸連結強度，可能是記憶提取的關鍵(Ryan et al., 2015)，但是始終缺乏更直接的觀察。不過今年四月南韓學者於Science期刊上發表的這篇論文，直接觀測到當記憶形成後，記憶痕跡細胞間的突觸密度更高、直徑更寬、體積更大。
這項研究主要依賴的技術是「雙色-增強型-綠色螢光蛋白跨突觸重組(dual-eGRASP, GFP reconstitution across synaptic partners)」，這是由研究團隊於GRASP的基礎上改良而來的。GRASP技術簡單來說，即是將綠色螢光蛋白的基因拆成兩部分，分別表達在兩個神經元中，只有當這兩個神經元間形成突觸，也就是說這兩個神經元距離夠近，才使得分離的綠色螢光蛋白能夠重新組成有用的單元，能夠透過激發放出螢光。而研究團隊則是分別使用了黃色和藍色的螢光蛋白，將二者基因不同的部分表達在兩個不同的神經群，但將相同的部分表達在這兩個不同神經群的下游，因此可藉由觀察不同顏色的分布，來獲得上游不同的神經群，對於下游神經群間突觸的分布、數量等資訊。
此研究感興趣的部分在於記憶的形成，因此研究團隊將dual-eGRASP技術使用到海馬迴的CA3(上游)和CA1(下游)區域，並且透過情境恐懼制約(contextual fear conditioning)的經典實驗方式(在一個情境下電擊小鼠，觀察小鼠回到這個情境下的靜止程度)，來實現恐懼記憶的形成。透過螢光觀察，團隊將被標定到的突觸，分成「痕跡->痕跡、痕跡->非痕跡、非痕跡->痕跡、非痕跡->非痕跡」四種，結果顯示當記憶形成後，記憶痕跡細胞->記憶痕跡細胞這一個類別的突觸密度、直徑、體積會較另外三者來得大。團隊更進一步使用強、弱、無的電擊刺激，類似的結果出現，當小鼠遭受到強度較大的恐懼刺激後，記憶痕跡細胞->記憶痕跡細胞的突觸密度、直徑、體積和其他三者比起來有顯著差異。
Bong-Kiun Kaang的研究團隊，設計了出色的實驗方法，為記憶形成和記憶痕跡細胞突觸間連結的關係給出了直接的證據，加以佐證了Hebbian theory，也為揭開記憶的奧秘取得一大突破。
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撰文：黃宣霈
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原始論文：
Choi, J.-H. et al. (2018). Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation. Science, 360(6387), 430–435. https://doi.org/10.1126/science.aas9204
參考文獻：
Ryan, T. J. et al. (2015). Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science, 348(6238), 1007–1013. https://doi.org/10.1126/science.aaa5542
這項研究主要依賴的技術是「雙色-增強型-綠色螢光蛋白跨突觸重組(dual-eGRASP, GFP reconstitution across synaptic partners)」，這是由研究團隊於GRASP的基礎上改良而來的。GRASP技術簡單來說，即是將綠色螢光蛋白的基因拆成兩部分，分別表達在兩個神經元中，只有當這兩個神經元間形成突觸，也就是說這兩個神經元距離夠近，才使得分離的綠色螢光蛋白能夠重新組成有用的單元，能夠透過激發放出螢光。而研究團隊則是分別使用了黃色和藍色的螢光蛋白，將二者基因不同的部分表達在兩個不同的神經群，但將相同的部分表達在這兩個不同神經群的下游，因此可藉由觀察不同顏色的分布，來獲得上游不同的神經群，對於下游神經群間突觸的分布、數量等資訊。
此研究感興趣的部分在於記憶的形成，因此研究團隊將dual-eGRASP技術使用到海馬迴的CA3(上游)和CA1(下游)區域，並且透過情境恐懼制約(contextual fear conditioning)的經典實驗方式(在一個情境下電擊小鼠，觀察小鼠回到這個情境下的靜止程度)，來實現恐懼記憶的形成。透過螢光觀察，團隊將被標定到的突觸，分成「痕跡->痕跡、痕跡->非痕跡、非痕跡->痕跡、非痕跡->非痕跡」四種，結果顯示當記憶形成後，記憶痕跡細胞->記憶痕跡細胞這一個類別的突觸密度、直徑、體積會較另外三者來得大。團隊更進一步使用強、弱、無的電擊刺激，類似的結果出現，當小鼠遭受到強度較大的恐懼刺激後，記憶痕跡細胞->記憶痕跡細胞的突觸密度、直徑、體積和其他三者比起來有顯著差異。
Bong-Kiun Kaang的研究團隊，設計了出色的實驗方法，為記憶形成和記憶痕跡細胞突觸間連結的關係給出了直接的證據，加以佐證了Hebbian theory，也為揭開記憶的奧秘取得一大突破。
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撰文：黃宣霈
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原始論文：
Choi, J.-H. et al. (2018). Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation. Science, 360(6387), 430–435. https://doi.org/10.1126/science.aas9204
參考文獻：
Ryan, T. J. et al. (2015). Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science, 348(6238), 1007–1013. https://doi.org/10.1126/science.aaa5542
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