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責任編輯/陳思竹
核稿編輯/王子維
「糟糕！XXX放到哪去了？」「奇怪？明明以前來過，竟然還是迷路了……」最尷尬的是，開學一個禮拜了，迎面走來一位同學親熱地向你打招呼，你絞盡腦汁卻怎麼也想不起來他叫什麼名字！日常生活中，相信不乏這些欲哭無淚的時刻，不過無論再怎麼健忘，再三思索或得到些許提示後，我們通常能回想起遺忘的事物。然而，對於失憶症患者而言，即便是最親近的家人、最熟悉的回家道路，喪失記憶後腦海卻僅剩一片空白。雖然現實生活中沒有＜哈利波特＞裡用魔杖將記憶取出儲存的魔法，然而科學家最近發現：喪失的記憶有機會藉由光刺激失而復得！
為何會失憶？
失憶有許多種類：忘記患病後事物的稱為「順向失憶症（Anterograde amnesia）」；遺忘患病前事件的則稱為「逆向失憶症（Retrograde amnesia）」。而同時得到順向與逆向的嚴重症狀則稱為「全腦失憶症（forgetfulness）」。[5]
究竟人為什會失憶呢？過去許多神經生理學家爭論著兩種可能：
存取記憶的細胞壞死了。
提取記憶的通道受到阻斷。
過去科學家們大多偏向第一種假說，因為失憶症的發病原因通常來自創傷、壓力或是得到阿茲海默症等疾病，儲存記憶的腦細胞壞死導致失憶或許是最直觀的解釋。[4]不過，最近的研究結果為後者——也就是提取通道阻斷假說——提供了有力的證據。研究顯示，利用光遺傳學技術，發現逆向失憶症患者的記憶印跡細胞（engram cell）內仍留有記憶！[1][2]等等，在看這項研究前，先來認識對於這項研究十足重要的光遺傳學吧。
光遺傳學 （Optogenetics）
如果說人體十分奧妙，那最神祕之處莫過於掌控一切的大腦。過去許許多多的神經學家想要探討腦細胞是如何產生思想、感覺和記憶，以及為何會產生如沮喪、精神分裂等精神障礙，但都因腦部過於複雜而徒勞無功。
在1979年，諾貝爾獎得主Francis Crick在＜科學人＞指出：要探討腦部神經元的運作，就要想辦法在不干擾四周神經細胞的情況下控制特定神經。藉由人為調控神經衝動觀測實驗動物的行為，就可以知道受控的神經元是負責哪類工作。不過理論說起來容易，卻難以執行。科學家曾想過用藥物或電流去刺激神經，然而前者的速度太慢又不準確，後者則因所有的神經細胞都是用電訊號傳遞訊息，因此在插入電路位點時無法辨別不同的細胞種類。此外，電刺激也無法精確關閉神經的信號，因此並不合適。什麼東西能比神經傳遞還快，又足夠精確呢？Crick靈光一閃，何不試試速度的極限——光。讓細胞照光後產生反應，在當時簡直是痴人說夢。其實早在1970年代就有人發現一些微生物有會感應可見光的膜蛋白，如果能把這種光通道蛋白放到哺乳動物的神經細胞上，就可以用光控制神經元的活動。不過直到近年基因工程技術發展後，才成功將綠藻的光通道蛋白置入小鼠的腦中，真正解決了這個問題。[3][4]
這段故事要從2002年說起，科學家觀察到綠藻能夠感應到光並做出反應（圖1），發現它們具有光敏感型通道（Channelrhodopsin）：當受到藍光刺激時，通道會開啟使陽離子流入細胞（圖2）。看到這個現象，科學家不禁想到，如果把光通道應用在動物的神經上，就可以造成去極化並引發動作電位，使神經活化。於是，科學家把這段光通道蛋白的基因加上一個啟動子，送進病毒內並使之感染小鼠大腦，讓這段基因得以進入神經元中。接下來目標神經元會有相對應的機制活化啟動子，光通道蛋白就會呈現在膜上，此時用光纖電纜傳遞光，就可以在活體動物上看到特定神經元引發的行為。[3]
舉例來說，有了這個強大的武器，科學家能在果蠅20萬條神經元中精確地調控其中兩條，當照光時就會觸發它的逃跑反應，讓果蠅跳躍揮翅。而另一個例子是使用了與前者相反作用的抑制通道蛋白，基因已被改變的線蟲在光照下特定神經會被抑制而暫停扭動。[3] 而現在科學家更把這項技術拓展至哺乳動物，小鼠是目前研究中最知名的例子，下一回要討論的新發現就是以小鼠作為實驗對象而發現的。
這個跨時代的大突破被取名為「光遺傳學（Optogenetics）」。影響指數（IF）高達28.467的期刊＜自然-方法（Nature Methods）＞將光遺傳學技術選為2010年的年度方法。顯示了這項技術的重要性。相信在不久的未來，了解人腦內各神經的功能與作用會不再是夢想，解開失憶症的謎團也將指日可待。
看完這篇文章後，你應該會知道：
失憶分為「順向失憶症」、「逆向失憶症」，和「全腦失憶症」。
光遺傳學的原理、發展過程及應用。
如果有時間的話，幫我們填寫個問卷吧！讓我們可以越做越好！
參考資料：
[1] Ryan, T. J., Roy, D. S., Pignatelli, M., Arons, A., & Tonegawa, S. (2015). Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science, 348(6238), 1007-1013.
[2] Roy, D. S., Muralidhar, S., Smith, L. M., & Tonegawa, S. (2017). Silent memory engrams as the basis for retrograde amnesia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(46), E9972-E9979
[3] Method of the Year 2010: Optogenetics - by Nature Video
[4] Optogenetics: Controlling the Brain with Light [Extended Version]
[5] 記憶鞏固