科学常常类似于联邦税法：规则是僵化的，但它们也在不断变化。神经发生（即人类大脑中神经元的产生）的研究也是如此。不久前，一条铁律认为神经元既不能分裂，也不能从其他地方产生。简而言之，你出生时拥有的神经元就是你带进坟墓的那些。然而，这种教条在 20 世纪 80 年代开始改变，当时洛克菲勒大学的费尔南多·诺特博姆发现金丝雀的前脑中神经元正在分裂。看来神经元毕竟会分裂。
神经科学家最初抵制这个想法。这与所有已建立的事实和信念相冲突。但数据的积累慢慢地改变了人们的想法。现在，新生脑细胞像雨后春笋般在研究中涌现。科学家甚至发现，体育锻炼后神经发生会增加——这对于在大学里“烧坏”太多脑细胞的婴儿潮一代来说是一个巨大的安慰。最新的研究表明，新神经元正在大脑中最神圣的区域——海马体（声明性记忆和空间记忆的所在地）中孵化。这些发现提高了我们可能学会操纵神经发生以缓解中风和认知衰退等疾病的可能性。
然而，持怀疑态度的科学家对所有这些消息提出了一个重要问题：如果新神经元没有以某种方式连接到大脑现有的回路中，那么它们有什么用？这些缺乏经验的神经元又将如何做到这一点？将新细胞整合到成人大脑中错综复杂、紧密编织的神经连接结构中的困难，一直是反对首先存在新神经元的有力论据之一。如果这些细胞新手仅仅成为被动的旁观者，那又有什么用呢？
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
然而，在过去的几年里，几个实验室的发现表明，新神经元确实与现有回路相连。多伦多大学的神经科学家 Nohjin Kee、Cátia M. Teixeira 及其同事最近发表的一篇论文提供了一个关键证据。它表明，新神经元确实将自身整合到海马体的功能网络中，并且这些新成员实际上可以增强记忆——或者至少参与形成新的记忆。这或许是最清晰的证明，表明新神经元加入了现有团队并做了实际工作。研究人员是如何破解这个难题的呢？
这项发现需要一台显微镜、一缸水和一只突变小鼠。
游泳测试
首先，是一些记忆基础知识。记忆不是保存在神经元（大脑的细胞）内部。相反，它们设置在神经元之间的连接中，称为突触——微小的间隙，一个神经元的信号发射指（轴突）通过这些间隙向另一个神经元的信号接收指（树突）发送信息。当电路中的神经细胞增强其连接强度时，就会产生记忆。
Kee 和他的研究人员首先在一种称为莫里斯水迷宫的标准记忆测试装置中训练小鼠。该测试包括将小鼠放入装满乳白色水的大桶中，其中一个小型平台隐藏在水面下方某处。小鼠会高度积极地游泳，直到找到水下救生平台，在那里它可以舒适地站立，头部露出水面。
如果再次放入水箱中，小鼠会记住平台的位置并迅速游向它。随着随后的试验，小鼠非常擅长快速找到平台。因此，小鼠展示了学习能力——特别是空间学习，因为啮齿动物看不到平台，但必须通过使用放置在水箱壁上或悬挂在头顶的标志物来记住其位置。（顺便说一句，这个测试效果很好，因为小鼠是优秀的游泳者，并且自然而然地接受挑战。）当动物经历寻找平台带来的压力或认知挑战时，突触会得到加强。
为了让记忆持久，神经元必须开启基因，以制造蛋白质，从而更牢固地巩固它们之间共享的突触。环绕突触的电流分子，与体内所有蛋白质一样，会退化，并在数小时或数天内不断被替换。自 20 世纪 60 年代以来，科学家们就知道，基因的开启与使记忆持久化有关，因为基因告诉细胞产生蛋白质，并且必须在体验后的几分钟内在神经网络中合成新蛋白质，才能将其编码到记忆中。
在水中任务中训练小鼠后，Kee 和他的同事观察了该任务是否开启了新的海马神经元中与学习相关的基因。他们知道他们正在观察新神经元，因为他们给小鼠注射了一种分裂细胞的标记物——一种经过化学修饰的 DNA 碱基，因此在显微镜下的组织切片中会显示出来。由于细胞必须制造 DNA 才能分裂，因此新生的细胞在其细胞核中携带这种荧光标记物（溴脱氧尿苷）。当 Kee 和他的团队在显微镜下观察学会找到平台的小鼠的海马体时，他们确实发现某些被称为 c-fos 和 arc 的“记忆”基因在许多新神经元中被开启。然而，正如 Kee 所知，这些基因有可能被学习以外的精神刺激形式开启。他们如何知道这些新神经元实际上正在存储隐藏水下平台的记忆呢？
对照
突变小鼠登场。作为对照，Kee 和他的同事也让一只在一种酶 (CaMKII) 中具有失能突变的小鼠通过了水迷宫，这种酶对于形成记忆至关重要。这只小鼠可以找到平台，但它无法将记忆带到下一次测试；它每次都必须重新找到平台。事实证明，它的海马体与更博学的小鼠一样拥有许多新生神经元，但它的记忆基因 c-fos 的开启程度并不比未接受训练的对照动物更高。记忆基因的激活似乎是使学习成为可能的原因。
研究人员还发现，通过在注射溴脱氧尿苷后不同时间间隔训练小鼠，他们可以确定新神经元必须达到多大年龄才能加入成人记忆存储回路。他们发现，新神经元直到达到大约四到六周的年龄才参与记忆。然而，就像易受影响的孩子一样，这些新神经元实际上比已经建立在网络中的成年神经元更可能参与学习。
如果该团队使用另一种不同类型的突变体或各种药物来干扰记忆 [参见 R. Douglas Fields 的“抹去记忆”；《大众科学·思想》，2005 年 12 月]，而不是仅使用 CaMKII 突变小鼠，这项研究可能会更有力。这是因为这种酶参与开启 c-fos 基因的原因与记忆形成无关。此外，研究人员没有报告是否在突变小鼠中开启了与记忆更密切相关的基因 arc。
然而，该实验具有相当的分量。它表明，尽管成人大脑中的大多数神经元不会分裂，但在任何给定时间，大脑（包括海马体）的某些部位中，大约有 1% 到 2% 的神经元是新的。现在看来很清楚的是，这些新神经元优先被招募到记录新空间记忆的大脑回路中。但是，这种招募的原因——以及将新神经元插入现有回路可能会如何影响旧记忆——仍然像联邦 1040 税表的说明一样晦涩难懂。