海馬迴

 有關一篇《Nature》期刊論文。有一位朋友說「我超羨慕有人把全部看見的各種細節都記住不忘」,我說「不行,這種腦神經功能不太好,海馬迴的神經新生應該出了問題」。本文是我研讀一篇上個月發表於 《 Nature 》期刊有關「記憶的儲存與重組」的研究論文後 的心得分享……


  (民國89年 我開始投入「神經科學、神經藥理」的研究時,“學習記憶、情緒記憶、神經可塑性”的醫學學理就是我一開始的研究興趣,因此,在這一篇裡面,我所提供有關 ”記憶“ 的科普知識會比較簡明扼要 且 豐富,有興趣的朋友可以仔細閱讀)


記憶如何轉變?


         我們每個人都有過這種經驗:回憶一件事,剛發生時的細節非常清楚,比如當天穿的衣服、朋友說的話、空氣中的氣味,但過了一段時間後,那些細節開始模糊,腦中只剩下大概的「印象」——比如「那天很開心」「我們去了一個有趣的地方」。


為什麼記憶會這樣轉變?我們的大腦是如何重新整理(或說「重組」)這些記憶的?這正是這篇研究的核心問題。


🧠 海馬迴:記憶的搖籃


         在神經科學中,海馬迴(hippocampus)被稱為「情節記憶(Episodic memory)的核心」,指的是我們對具體事件的回憶。過去的研究認為,隨著時間流逝,記憶會從依賴海馬體轉移到大腦的新皮質(neocortex),這就是所謂的「系統整合」(systems consolidation)過程。簡單一點來說,就是:記憶一開始存放在海馬迴 → 隨時間轉移到大腦的新皮質neocortex,海馬迴的任務可以移交出去了。


( Neocortex 新皮質是大腦皮質的最大部分,是構成大腦外表面的一層神經組織,在高等哺乳動物中因其褶皺的外觀而獨具特色。就是大腦的最外層,約2-4毫米厚,分為六層,為大腦皮質的一部分)

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插入 重要觀念補充(一):


記憶的主要分類 :陳述性記憶(Declarative Memory)和 非陳述性記憶(Non-declarative Memory)。


1️⃣ 陳述性記憶(Declarative Memory)

→ 你可以用語言「說出來」的記憶


(1) Episodic memory(情節記憶):

 記得某件事發生在什麼時候、哪裡、是什麼經驗,例如:上次生日派對、第一次出國旅行。


(2) Semantic memory(語意記憶):

 不帶時間地點背景的知識,例如:東京是日本的首都、地球繞著太陽轉。


2️⃣ 非陳述性記憶(Non-declarative Memory)

→ 你不一定能用語言說清楚,但行為上展現出來的記憶


(1) Procedural memory(程序記憶):

 像騎腳踏車、彈鋼琴、打字這些需要練習的技能,一旦學會,做起來很順手。


(2) Priming(啟動效應):

 之前看過或接觸過的東西會默默影響你之後的判斷或行為(例如:先看過醫院的畫面,再去解釋一張模糊圖時,你會傾向說是醫療相關)。


(3) Conditioning(制約記憶):

 像巴夫洛夫的狗那樣,對特定刺激產生反應的學習記憶。


(4) 非聯想學習(Non-associative learning):

 像習慣化(habituation)或敏感化(sensitization),例如:對重複的聲音慢慢不再在意。

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插入 重要觀念補充(二):


記憶的「系統整合」(systems consolidation)就是:記憶一開始運作且短期存放在海馬迴 → 隨時間轉移到大腦的新皮質neocortex做長期儲存。

我做一個比喻 如下:

         海馬迴就像是電腦的RAM(隨機存取記憶體)隨時可以直接用,但空間有限,你不能同時進行太多工作。當突然停電或你不小心關掉電腦,這些資料就會被清掉。

         新皮質就像電腦的磁碟(硬碟、SSD) ,它容量大,可以長期儲存資料,只要你把檔案儲存在磁碟裡面,就算電腦關機,資料還是存在,不會消失。記憶「從海馬迴 轉移到大腦的新皮質」就像是把進行中的檔案移轉到磁碟的「儲存動作」。

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回到 論文的正題:


🔍 研究想回答什麼問題?


這篇論文提出一個有趣的觀點:

         隨著記憶從「依賴海馬迴」到「分散到大腦皮質」,不只是位置變了,連記憶的「性質」也變了。原本細緻入微的記憶,逐漸變成概括性的、能幫助我們在新情境中推理的「梗概式記憶」(gist memory)。換句話說,大腦不是單純把舊記憶保留,而是重組、精簡、提煉出對未來有用的部分。


🧬 關鍵角色:海馬體內的「記憶痕跡」


研究的重點在於所謂的「engram」——中文常譯為「記憶痕跡」,指的是在腦內負責儲存特定記憶的一群神經元。這一篇研究用老鼠作為實驗對象,利用先進的標記技術可以精準追蹤這些記憶痕跡在長時間內的變化。


發現了什麼?

  1. 隨著時間流逝,原本只對特定記憶敏感的神經元,變得越來越「放鬆」,開始參與其他、類似的記憶。

   2. 這種「多用途化」使得記憶更容易泛化(generalization),不再拘泥於原始細節,而是轉化為能在新情境下應用的知識。

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插入 重要觀念補充(三):


gist memory(梗概記憶、概要記憶)指的是:你對一件事情或一段經驗,記得的是「大意、核心內容」,而不是所有細節。原來具體清晰的「Episodic memory(情節記憶)」被處理後,只剩下核心重點。


整理一下:

✅ episodic memory(情節記憶) → 記得很多細節:誰、什麼、在哪裡、怎麼發生。

✅ gist memory(梗概記憶) → 記得大概意思:重點、中心概念、整體輪廓。

🌟 舉例

👉 朋友昨天跟你講一段故事:他去咖啡廳遇到什麼好笑的事。

   • 情節記憶:那家咖啡廳叫什麼、幾點去、坐哪個座位、穿什麼衣服。其實,假如敘述情節記憶太仔細,聽眾也會聽得很痛苦。。

   • 梗概記憶:大意就是「他去咖啡廳,結果點餐時鬧了一個笑話」。其他的細節的記憶可能出現相當的模糊。


gist memory(梗概記憶)的研究 發現:


1. 隨著時間過去,我們對細節的記憶會慢慢消退,但梗概記憶常常保留下來。

2. 梗概記憶幫助我們快速做決策、推理、理解新情況,因為大腦不用重新檢索所有細節。

3. 不過,這也可能帶來「記憶扭曲」,因為我們有時會填補不見的細節、甚至「想像出合理的部分」。

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回到 論文的正題:


🌱 新生神經元的驚人影響


最令人驚訝的部分在於:這個過程和海馬體中的「新生神經元」(neurogenesis)密切相關:


1. 如果阻斷新生神經元 → 記憶痕跡維持細緻、具體,記憶保有高精準度。


2. 如果促進新生神經元 → 記憶痕跡重組加速,記憶快速轉變為概括型態。


這顛覆了以往「新生神經元只是幫助學習和記憶」的單純想法,顯示它們還參與了記憶的質量調整。

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插入 重要觀念補充(四):


神經新生(neurogenesis):


         過去神經科學家以為成年人的大腦完全不能新生出新神經元,但後來發現: 雖然大部分區域的神經元數目基本穩定,但研究證實 至少有兩個主要區域 持續發生神經新生(neurogenesis):


1. 海馬迴(hippocampus)內的齒狀迴(dentate gyrus)

         這是目前證據最明確的地方,也是學界研究最多的焦點。齒狀回的神經新生與記憶形成、學習、空間導航以及情緒調節有關。新生神經元被認為在記憶編碼和更新中扮演重要角色,幫助腦部適應新經驗。


2. 嗅球(olfactory bulb)

          這個位於前腦、負責嗅覺處理的區域,在某些極依賴嗅覺的哺乳動物持續生成新的嗅覺神經元。不過在人類則非常有限或幾乎沒有。


         我們身體的大部分細胞(像皮膚、腸道、血液細胞)壽命都不長,舊細胞經常被新細胞所替換。那麼,為什麼神經細胞「幾乎不換」? 這當然跟神經細胞的特殊任務有關:


1. 儲存記憶和經驗

         神經元透過彼此間的連結(突觸)來形成重要的網絡,這些網絡承載著我們的記憶、學習、習慣、情緒。

如果神經細胞一換掉,這些連結就會消失,等於抹掉了過去。

以電腦為例:你可以換滑鼠、鍵盤、螢幕、喇叭…,但是,主機板的核心電路如果換新,檔案資料就改變了。


2. 高度專門化

         神經細胞不像皮膚細胞,結構和功能高度專門化,有複雜的樹突、軸突和突觸。這種複雜度讓它們難以「短時間內產生」,更別提如何正確地接回原來的電路。


3. 適應環境 延續生命

        動物需要累積學習來適應環境,大腦選擇了「保護現有細胞、穩定性為先」的策略,而不是進行更新。然而,大腦有一套強大的「維修隊」:膠質細胞負責清除廢物、修補環境,而不是簡單地直接換掉神經元。

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再回到 論文的正題:


        根據上述本篇研究新生神經元的表現結果 及「重要觀念補充(四)」的說明,神經新生(neuro-genesis)並不是幫助記憶更清楚,反而是讓記憶模糊化。


🏃‍♀️ 為什麼要讓記憶模糊?


        大家可能會想:「精確記憶不是更好嗎?為什麼大腦要把它模糊化?」 答案其實也很有道理:當環境變化快速時,細節記憶可能反而成為負擔。我們需要的是從過往經驗中提煉出「規律」和「原則」,才能在新情境下做出靈活判斷。


比方說:

   • 如果你只記得「那隻黑色的中型狗…昨天下午3:15時 在那條巷子裡對我叫了10聲」→ 太具體,沒法迅速應對新情況。

   • 如果你記得「小巷裡的狗不友善,要小心」→ 泛化記憶,能幫助你在類似情境中做出反應。

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插入 重要觀念補充(五):


什麼是 記憶痕跡神經元 (engram neurons)?

         engram neurons(記憶痕跡神經元),就是大腦中負責「存放特定記憶」的那一群特定的神經元。當你學會一件事、記住一段經驗時,會有特定的神經元群組被選中,改變它們之間的連結強度、活化方式,形成一個獨特的「記憶痕跡」(engram)。


這群「記憶痕跡神經元」就是:


👉🏽 存放記憶的地方


👉🏽 以後回想、重現那段記憶時會被重新激活的單位

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再回到 論文的正題:


接下來,我來深入淺出的說明實驗方法與結果:


         如何從細節豐富的情節記憶(episodic memory)轉換為能廣泛適用的概括性記憶(gist memory)呢? Ko 等人這篇發表於《Nature》的研究,提供了重要的細胞與迴路層面證據,證明海馬體自身參與記憶重組,且此過程依賴新生神經元介導的內在迴路重塑。


實驗設計與方法


         研究團隊使用轉基因小鼠模型與精細的 engram 標記技術(engram labeling),長期追蹤與特定記憶相關的神經元群體(engram cells),並分析其在不同時間點的功能與結構變化。

主要實驗方法 包括:

  1. 光遺傳學(optogenetics)操控特定神經元群體。

  2. 鈣影像技術(calcium imaging)觀察神經元活動。

  3. 行為學分析檢驗記憶的精確度與泛化程度。


         研究探索重點放在 CA3 與 CA1 區段的 engram 神經元,特別關注它們如何從支持具體記憶檢索,轉變為支持泛化記憶。


🧬 新生神經元的作用


重要發現包括:


1️⃣ 阻斷新生神經元生成 → 記憶精度維持,engram 迴路保持特異性,對於精確細節的檢索仍具高敏感性。


2️⃣ 促進新生神經元生成 → 迴路重組加速,engram 神經元間的連結變得寬鬆、交錯,促進記憶泛化與事件連結。


         此現象與齒狀回(dentate gyrus)的迴路分離(pattern separation)功能密切相關,新生神經元的介入可能促進了不同記憶痕跡間的融合與整合。


研究結果揭示了:


    1. 隨時間推進,CA1 區 engram 神經元活動逐漸轉向支持泛化的記憶回溯,而非僅限於原始訓練條件下的精確檢索。


   2. 當新生神經元被活化並整合進既有迴路時,engram 神經元的活動變得更為「promiscuous」(廣泛、非專一),反映出記憶重組的可塑性。


    3. 這表示記憶重組並非僅靠區域間的轉移(hippocampus → cortex),而是內在的微觀層級重塑。


這篇研究告訴我們:

1. 記憶不是死板的檔案,而是一個會隨著時間流逝、在大腦中被不斷重新整理的活體系統。


    1. 海馬體不只是保存細節,還負責「塑形」記憶。


    2. 新生神經元參與記憶重組,平衡記憶的精細度與靈活性。


    3. 記憶模糊化是大腦的適應性策略,幫助我們應對多變的環境。


期刊論文:

Nature 2025-05-14

Systems consolidation reorganizes hippocampal engram circuitry

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