有些事永遠難以忘懷，有些事卻轉身即忘。其中緣由所牽涉的機制，或許與人腦發育成形時的一樣。
(▲電影《記憶拼圖》，圖源網路。)
驚悚電影「記憶拼圖」中的主角 李奧納德，仍然記得妻子遭受 攻擊、導致自己腦部受傷當晚 之前發生的事情，
卻怎麼也想不起那晚之 後所遇到的人以及自己所做的事情，因為 他已經喪失了將短期記憶轉換成長期記憶 的能力。
李奧納德無法忘懷要找出殺妻兇 手來報仇這件事，卻發現自己的記憶永遠 陷入「當下」，只好將查到的線索紋在全身上下。
這個令人不舒服的故事，靈感來自於 醫學文獻上所記載一位名為HM的真人病 史。
HM九歲時發生過腳踏車意外，頭部 受傷後遺留下要命的癲癇。
因為找不到其 他可以防止癲癇發作的方法，醫師只好移 除HM腦子裡的部份海馬與相鄰腦區。
手 術雖然成功減少了癲癇發作，卻意外阻斷 了短期記憶與長期記憶的神秘通路。
與人 事物相關的所謂陳述式記憶（declarative memory）的訊息，
必須經由海馬才能到達 大腦皮質，然後記錄下來。
因此，久遠之 前儲存在HM腦中的記憶依舊清晰，但當 下經歷的所有事物卻消失無蹤。
HM每個 月都會與他的醫師見面，但每次見面時都 像他們未曾謀面一般。
如何把當下的心智經驗轉換成永久記 憶，一直讓神經科學家深深著迷。
第一次 遇見的人的名字，會先存放在短期記憶， 可能幾分鐘後就忘了。
但有些訊息，像是 好友的名字，則會變成長期記憶，永生難 忘。
人腦可以保持某些記憶、卻又遺忘其 他事情的機制，最近終於清楚許多，
但神 經科學家卻必須先解決一個基本的矛盾。
短期記憶與長期記憶都源自神經元之間 的連結，神經元輸出訊號的延伸端稱為軸 突，
軸突會在稱為突觸的交接處，遇上鄰 近神經元眾多的訊號接收端，
這接收端稱 為樹突。短期記憶一旦產生，
突觸的刺激足以暫時讓短期 記憶對後續的訊息做出更強的反應或更為 敏感。
但就長期記憶而言，突觸的增強卻 是永久性的。
1960年代之後，科學家就 已經知道這種增強需要活化神經元細胞核 裡的基因，並製造蛋白質。
研究記憶的人員一直感到困惑的是：深 藏在細胞核裡的基因，如何能夠控制遠 端突觸的活性？
基因怎麼「知道」什麼時 候該永久加強突觸？什麼時候該讓那稍縱 即逝的片刻永久消逝？
而基因製造出來的 蛋白質，又如何「知道」成千上萬個突觸 中，究竟應該要加強哪一個？
這些問題都 與胎兒的腦部發育有關，因為此時期胎兒 的腦正決定要保留或捨棄哪些突觸。
我實 驗室在研究這些現象時，想到了解決這些 記憶謎團之一的有趣方法。就像《綠野仙 蹤》裡的桃樂絲一樣，
我們終於了解，答 案其實一直就在眼前。
建構一個腦
早在1949年的時候，就有一位名為赫 柏（Donald Hebb）的心理學者提出了一個 簡單法則，
可以解釋經驗如何幫助某些神 經線路。受到巴佛洛夫狗實驗的啟發，
赫柏提出了一個理論：同一時間受「激發」 （fire）的神經元，其間的連線應該會加 強。
譬如說，給鈴聲激發的神經元與鄰近同時由食物所激發的神經元，應該有更強 的連結，
形成一個學會將這兩個事件連在 一起的細胞線路。
但不是所有神經元的每個輸入，都大到 足以刺激這個神經元去產生訊號。
從樹突 接收到的訊號可是成千上萬，神經元像個 微處理器晶片，
隨時都在整合來自這些連 線的所有輸入訊號。但不同於微處理器晶 片有許多輸出端，
神經元就只有一個輸出 端，那就是軸突。
因此神經元對輸入的回 應方式只有一種：它要嘛就產生衝動，讓 訊號沿著軸突傳給下一個神經元，要嘛就 什麼都不做。
神經元一接受到這樣的訊號，樹突的膜 電位就會稍稍往正向偏移。
這種局部的電位變化可以看成是神經元突觸的激發。當 突觸以短暫、高頻率的連發方式激發時，
就會出現在短期記憶所觀察到的暫時性增 強作用。但單一突觸的短暫激發，
通常都 無法讓神經元本身產生衝動，也就是動作 電位（action potential）。
但當一個神經元 的許多突觸同時激發時，它們的總合效應 所改變的膜電位，
會大到足以引發神經元 的動作電位，並將訊號傳送到線路裡的下 一個神經元。
赫柏認為，神經元上某個突觸的激發如 果無法與這個神經元的其他輸入同步，
就 會像是交響樂團裡跟不上拍子的演奏者一樣突兀，應該加以淘汰。但突觸同時產生 的激發，
如果強到足以造成神經元的動作 電位，這些突觸應該就要強化。
如此，腦 子就可以根據穿梭於發育中神經線路的衝 動，來改善原始的概略藍圖。
不過，從赫柏的理論到釐清整個過程中 的實際機制，會再度面臨一個事實，
那就 是在腦建立線路的過程中，那些會強化或 削弱突觸連結的酵素與蛋白質，
都必須經 由特定的基因來合成。
因此，我們的團隊 決定要找出哪些訊息可以活化這些基因。
由於神經系統的訊號是以腦中神經衝動 的活性型式來編碼，所以我一開始就假設，
神經元裡某些基因的活性，一定可以 透過衝動激發的型式來加以調控。為了測 試這個假說，
我與實驗室的博士後研究員 伊藤（Kouichi Itoh）從小鼠胎兒的腦中取 出神經元，
放在組織培養皿裡，再用電極 刺激這些神經元。藉由不同的激發型式， 刺激神經元產生動作電位，
然後再測量已 知對神經線路形成或適應環境的重要基因 之mRNA量，我們發現這個預測是對的。
我們只要將電生理刺激器調到正確的刺激 頻率，
就可以啟動或關閉特定基因的活 性，
就像調到正確的收音頻率就可以找到 特定的廣播電台一樣。
