您可能从未听说过NotPetya网络攻击，这情有可原。它没有清空您的银行账户，没有分享您的社交媒体密码，也没有影响选举。但它是有史以来代价最昂贵、破坏性最大的网络攻击之一，因为它针对的是：港口航运。当马士基的工程师意识到他们的计算机感染了病毒时，为时已晚：全球航运将停顿数天。想象一下类似的情况，目标是另一个港口：突触，神经元之间专门的通讯港口。我们大部分的学习和记忆能力都归结为突触的行为。那么，如果一个神经元用恶意软件感染另一个神经元，会发生什么呢？
港口和突触都按照规则运行，旨在确保它们的货物不仅可以快速可靠地交换，而且可以灵活地适应，以便它们可以快速适应当前的情况和需求。这种“突触可塑性”对于动物的学习能力至关重要，没有它，我们既无法系鞋带，也无法记住自己的名字。正如航运规则由条约和法律决定一样，突触可塑性的规则也写入了我们 DNA 中的许多基因中。例如，一个基因可能参与调高突触一侧的音量，而另一个基因可能要求突触的另一侧调高增益。研究这些基因的功能一直是理解在微观层面上学习和记忆是什么的核心方法之一。
其中一个基因，被称为Arc，对于这些过程至关重要，以至于它经常被称为突触可塑性的“主调节器”。没有Arc，突触就无法适应，动物也无法学习。然而，Arc究竟是如何参与这些过程的，仍然令人沮丧地神秘——至少直到现在。Arc故事的关键见解来自对Arc基因 DNA 序列的仔细研究，其中包含的片段与古代病毒中发现的片段惊人地相似。这本身并不令人惊讶：大约一半的人类基因组似乎具有相似的进化起源。但令人惊讶的是，Arc似乎仍然像病毒一样运作。病毒是微小的传染性媒介，它们侵入细胞，并携带外来遗传物质。Arc的工作方式类似：Arc不是简单地要求突触的另一侧调高增益，而是打包原始遗传物质来做到这一点，然后亲自访问突触的另一侧。实际上，Arc用记忆的原始材料“感染”其他神经元。
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如果这听起来很奇怪，那是因为它确实很奇怪。今年早些时候由Cell杂志的两个研究小组报道的这项突破性发现，无疑是学习和记忆研究新方向的第一个发现。世界各地的大量实验室都专注于理解控制神经元如何在突触之间交流的规则。这一发现挑战了我们对这种交流的基本理解，因此其影响可能会在神经科学的每个领域感受到。回到港口的类比，这就像发现码头上最珍贵的集装箱不仅在深夜卸货，而且是由潜艇卸货一样。
以下是我们目前所知的它的工作原理：在神经元受到刺激后，Arc基因被激活。Arc产生一种蛋白质，其形状像病毒。我们称之为 Arc 病毒。Arc 病毒吸收遗传物质——从某种意义上说，是来自被激活神经元周围的生物软件。一旦充满，Arc 病毒就会被激活的神经元分泌出来，并被附近的其他神经元吸收。然后，它用它携带的任何生物软件“感染”它们。它可能是记忆的原始材料。它也可能很容易成为生物恶意软件。在这一点上，我们不确切知道 Arc 病毒正在传递什么，也不知道它是否可能在不同时间传递不同的货物。但这种功能似乎是古老的，从进化的意义上讲：Arc的工作方式在整个生命之树中都是相似的，从果蝇到人类。换句话说，Arc像病毒一样运作的能力可能是动物学习能力的基础。
更广泛地说，神经元可以通过新的方式交换遗传信息的发现具有许多重要的意义。首先，这一发现要求调查Arc故事的普遍性以及程度。可能是Arc是唯一具有这种行为的基因；或者它可能只是基因组冰山一角。无论Arc最终是成为一种奇特的现象还是成为一种新规则，它都提供了一个令人难以置信的新治疗角度——我们的身体正在制造类似自身病毒的东西，利用它们可以提供一种新的载体来输送药物（包括遗传物质片段），而没有被我们免疫系统排斥的危险。此外，Arc还与多种神经系统疾病和状况有关，从脆性 X 综合征到阿尔茨海默病。Arc研究将成为解决这些难题的宝贵基石。
今天我们知道，从突触到行为层面，大部分学习都归结为巧合的检测——正是巧合的类型和程度区分了粘性想法和真正具有感染力的想法。那么，Arc的故事始于史前病毒，并以另一个巧合结束，这是多么贴切：在 2017 年夏天，当NotPetya像野火一样蔓延到世界航运基础设施时，Arc研究正在收拾行装准备付印，准备传播开来。您甚至可能记得当时听说过这件事；如果是这样，Arc与此有关。