人類的大腦是一個很神奇的器官，每當我們經歷過新鮮事物後，由這些新的體驗和印象所形成的全新記憶就會被儲存到我們大腦的海馬體以及與其他腦部組織連接的神經迴路中。就像計算機中的信息分類一樣，不同的神經元集群也會儲存記憶的不同方面——例如，在事件發生的不同地點和時間，我們所產生的情感就被儲存在不同的神經元中。
一直以來，研究記憶的神經科學家們認為，當我們進行回憶時，大腦所開啟的海馬體迴路與最初形成記憶時所激活的迴路是相同的。然而，根據麻省理工學院神經科學家們的最新研究發現，這種「想當然」的認知並不符合實際情況，人類的大腦原來是通過在原有記憶迴路上的一個「分支回路」來進行回憶的。
這次具有突破性的論文發表在 8 月 17 日的《細胞》科學期刊的電子版上。麻省理工學院的 Susumu Tonegawa教授、Dheeraj Roy 博士以及研究科學家北村隆 Takashi Kitamura 是該論文的主要作者，其他作者包括麻省理工學院的博士後 Teruhiro Okuyama 和 Sachie Ogawa以及研究生孫辰（Chen Sun，音譯）。來自麻省理工學院神經迴路遺傳研究中心的 Yuichi Obata 和 Atsushi Yoshiki 也參與了此論文的寫作。
儘管科學家早就在線蟲等動物的身上發現了這種「分支迴路」，包括在去年發表的一項研究中就發現了秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis elegans）內有類似的回憶迴路。但對於脊椎動物而言，這次發現還是第一次。
為什麼海馬體需要兩個不同的迴路去形成記憶和回憶呢？ 研究人員認為有兩個可能性： 其一可能性是，兩個迴路的交互會使編輯記憶和更新記憶變得更容易——回憶迴路被激活的同時，記憶形成迴路能夠添加新的信息。
「我們認為，擁有這些並行的腦迴路有助於動物先回憶，再在需要時對新信息進行編碼，」參與此次研究的 Dheeraj Roy 博士表示。 「這就像當我們回想起以前的事件時，關於那件事的新內容將會被編入現有的記憶中。」
另一個可能就是會幫助刺激長期壓力反應。研究人員發現，下託（subiculum，海馬體中尚未被了解的一個區域）會連接到下丘腦中的一對叫做乳頭狀體（mammillary bodies）的組織，這能刺激人體釋放一種叫皮質激素的壓力荷爾蒙，這種荷爾蒙在人們想到害怕的回憶後還會釋放至少一個小時。
圖丨麻省理工學院 Susumu Tonegawa 教授
參與這項研究的 Susumu Tonegawa （利根川進）教授評價說，「此研究解決了大腦研究領域中的一個基本問題：碎片記憶的形成與找回，而且研究所得的證據也佐證了一個出人意料的結論：記憶的形成與回憶所通過的神經迴路是不一樣的。」
Susumu Tonegawa 是麻省理工學院皮考爾學習記憶研究所（Picower Institute for Learning and Memory）的生物與神經科學教授、 也是麻省理工學院神經迴路遺傳研究中心（RIKEN-MIT Center）的負責人。
圖丨大腦中的海馬體
作為大腦中掌管著與記憶相關的部分，海馬體的大部分區域功能已廣為人知，但人們對於最為神秘的下託（subiculum）區域還是所知寥寥。為了作出進一步研究，Susumu Tonegawa 使用光遺傳學技術對小鼠進行了遺傳改造，就可以用光控的方式打開或關閉小鼠的下託神經元。
在恐懼條件反射實驗中，研究人員把小鼠置於一個特製的試驗間裡，並對其進行輕微電擊，以此方法來控制小鼠的記憶細胞。
研究表明，這些記憶的編碼涉及一個稱為 CA1 的海馬體細胞，它會將信息放到一個叫做內嗅皮質的大腦結構中。 每個位置都會有一些小型神經元子集被激活，形成記憶痕跡（engram）。
圖丨CA1細胞
科學家們早就了解，記憶首先會從 CA1 開始分支，通過下託再連接到內嗅皮質。然而，他們尚不清楚這個迴路和下託自身的功能。「我們一直以為，形成記憶痕跡的迴路與在回憶過程中再次激活細胞的迴路是一樣的」，Susumu Tonegawa表示。
在實驗中，如果在經歷恐懼前抑制小鼠的下託神經元，它們就能夠正常回憶起恐懼的情緒；而若是經歷恐懼後再抑制下託神經元，小鼠就不會顯示出通常的恐懼反應。也就是說，它們回憶的能力受到了損傷。
這就說明，下託對回憶是必不可少的，但對記憶的形成並不是如此；其他一些實驗表明，回憶並不需要用到從 CA1 到內嗅皮質的直接迴路，但記憶形成卻需要。
圖丨小白鼠大腦掃描
「我們只是想著探索更多關於下託的功能，卻沒想到會有出人意料的發現，」利根川進說。雖然實驗目前僅僅對包含情緒（正面和負面）的記憶確認了雙迴路系統的存在，但研究人員表示，這個系統應該存在於任何情景記憶中。
史丹福大學生物工程與神經病學與行為科學教授 Karl Deisseroth 說：「這篇論文作為尖端神經科學的力作，揭示了記憶的形成與回憶所使用的不同神經迴路，並指出了它們的重要性。」
同時，該研究結果或許還與阿爾茨海默病有關。去年，Susumu Tonegawa 實驗室的研究人員們就發現，早期患有阿爾茨海默病的小鼠雖然很難回憶起過去的事件，卻仍然能夠形成新的記憶。毫無疑問，這次的研究給科學家們帶來了一些新的啟發，不排除下託會受到阿爾茨海默病影響的可能性，目前他們還未對此專題進行進一步的研究。