多年來，科學家們一直認為，你出生時就擁有了你一生中會擁有的所有神經元。這種教條的證據似乎很充分：20世紀早期的神經解剖學家在顯微鏡下識別出了未成熟的神經元，但僅限於哺乳動物胚胎和胎兒的大腦中，出生後從未發現過。
我們現在知道，事實並非如此簡單。透過放射性標記DNA，研究人員逐漸開始在成年大腦中發現不符合神經元新生規則的例外情況。今天，科學家們已經確定了兩個小區域，神經發生，即新神經元的誕生，在整個生命週期中持續發生：嗅球和海馬體。前一個區域是大腦氣味辨別系統的一部分，因此那裡的神經元可能參與這個過程。但海馬體具有更廣泛的功能。它賦予我們記憶。
1998年首次報道的在成人人腦海馬體中發現新生神經元，讓該領域的許多人感到驚訝。雖然萌發新的腦細胞聽起來可能有用，但代價可能很高。畢竟，顱骨內的空間是有限的，新來者可能會擾亂儲存知識的精細神經網路。
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神經科學家現在懷疑，海馬體中新生的神經元幫助大腦創造和篩選我們一生中形成的數百萬個記憶。如果這是真的，神經發生可能會解決一個困擾記憶研究人員60多年的難題：我們的大腦如何區分相似事件的不同記憶。這些發現最終可能不僅揭示我們如何回憶生活中的片段，還揭示我們如何在不可避免的衰老面前保持大腦強大的記錄功能。
製造記憶
1949年，加拿大心理學家唐納德·O·赫布提出了一個記憶理論，該理論將主導該領域。赫布認為，大腦皮層（大腦的大型外層，對思想和智力至關重要）中的每個神經元都編碼了世界的某些特徵，並且每當該特徵出現時就會變得活躍。他還指出，每個腦細胞都透過稱為突觸的連線與其他許多細胞相連。他的想法是，我們透過在神經元組之間建立聯絡來編碼記憶。當兩個連線的神經元同時活躍時，將它們連線在一起的突觸會變得更強。換句話說，“一起放電的細胞連線在一起。”
要理解這是如何工作的，想象一下記憶如何對映到一組相互連線的神經元。假設你每年夏天都去旅行。有一次，你打包你的揹包，準備去山區旅行，包括你最喜歡的書。事件的特徵——揹包、山脈、書——將分別對映到大腦皮層中的不同神經元。當你在高山營地的一個晚上開啟書時，這些神經元會一起放電，加強這三個元素之間的連線，從而儲存記憶。
實際上，大腦使用遠不止三個神經元及其連線來編碼記憶，但原理是相同的。如果儲存記憶中的任何一個神經元在以後變得活躍，電脈衝將傳播到該網路中的其他細胞。結果，代表所有三個特徵的神經元都會放電，編碼完整的記憶。根據赫布的理論，這個過程稱為模式完成，是檢索記憶的方式。它解釋了為什麼僅僅瞥見旅行後的揹包就可以在你腦海中浮現山景。
然而，這種對記憶的解釋存在一個問題：當來自不同記憶的特徵重疊時會發生什麼？例如，假設在第二次暑假旅行中，你打包了同一個揹包，但這次帶了一份報紙去海灘。為了儲存這個記憶，與揹包、海灘和報紙相關的神經元需要連線起來。當你回憶起這個片段時，試圖執行模式完成將啟用揹包神經元，並透過兩組連線傳送一系列活動。兩次旅行的記憶會變得混淆。這種現象被稱為干擾。這是赫布假設不可避免的後果，並且不容易解決。
神經科學家花費了數十年時間來設計解決干擾問題的方法。一個簡單的解決方案是儘量減少要儲存的記憶中共享特徵的數量。最直接的方法是使用非常具體的特徵。例如，與其僅僅儲存揹包裡一本書的記憶，不如在心理上將其歸類為詹姆斯·喬伊斯的《尤利西斯》，並將海灘之旅的報紙歸類為《紐約時報》。
然而，這種變通方法也有其缺點。大腦透過檢測模式來了解世界：特徵集之間的一致關係。例如，在多次海灘旅行中，你因忘記帶防曬霜而多次曬傷後，你可能會開始欣賞防曬霜。如果這些特徵被如此具體地分類，以至於它們很少再次出現，那麼它們所屬的記憶將無法為學習提供基礎。例如，防曬霜的重要性適用於每個晴朗的日子——無論你訪問哪個海灘或哪個品牌的乳液。
這些限制似乎使記憶和學習相互對立。為記憶最佳化大腦需要最大限度地減少重疊，而學習則依賴於輕鬆訪問共同元素，以便我們可以建立關聯。
神經發生來救援
在赫布提出他的理論四十年後，三位神經科學家提出了另一種方法。當時在卡內基梅隆大學的詹姆斯·L·麥克萊蘭和蘭德爾·C·奧萊利，以及當時在亞利桑那大學的布魯斯·L·麥克諾頓，在思考與記憶相關的兩個大腦區域——大腦皮層和海馬體——時，他們突然意識到大腦可能會透過分離這兩個過程來解決學習和記憶之間的衝突。他們認為，為了防止干擾問題，大腦皮層將幫助我們建立聯絡，而海馬體將專注于歸檔不同的記憶。他們將這個假設稱為“互補學習系統”。
他們的基本思想是，在赫布式海灘之旅中形成的記憶網路中新增另一組神經元。這些額外的細胞中的每一個都標記了一小部分記憶。假設你又一次帶著你可靠的揹包踏上旅程。大腦不是將所有揹包旅行的特徵相互連線，而是為最近的冒險分配一個單獨的記憶神經元，並且旅行的所有顯著特徵都連結到它。那個單獨的記憶細胞將駐留在你的海馬體中，而與特徵相關的細胞將駐留在大腦皮層中。此外，海馬體中參與記憶的細胞僅以離散組放電，因為它們相互抑制或競爭。因此，在給定時間只能啟用一個記憶。
當麥克萊蘭及其同事提出他們的理論時，關於新生神經元的證據仍然薄弱，但在十年之內，這種情況發生了變化。2006年，索爾克生物研究所的神經科學家弗雷德·H·蓋奇、當時在柏林馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心的格爾德·肯珀曼等人認識到海馬體中新神經元的潛在重要性。在兩篇獨立的論文中，他們提出神經發生可能是大腦不斷擴充套件其記憶儲存的方式。
首先，他們推斷，新細胞比舊細胞更容易與其他神經元連線。第二個線索是，年輕神經元的命運比舊神經元更不確定。許多這些新細胞在年輕時死亡，但當個體被迫學習不熟悉的任務時，它們的存活機率會提高——這是形成新記憶的絕佳機會。事實上，正如羅格斯大學神經科學家特蕾西·J·肖爾斯在1999年觀察到的那樣，神經發生率可以在學習練習期間增加。因此，記憶科學中出現了一個激進的新想法。當大腦需要建立心理記錄時，它可能會生長更多的神經元。
腦細胞庫
為了驗證這個想法，科學家們開始消除齧齒動物的神經發生，以觀察其缺失是否會揭示其功能。他們以富有創意的方式做到了這一點——操縱小鼠和大鼠的基因，將它們暴露於強大的X射線，並施用破壞細胞的藥物。正如預測的那樣，研究發現，這種干預會損害動物識別細微情境差異的能力。此外，促進神經發生似乎有助於它們更巧妙地區分非常相似的場景。
麻省理工學院的神經科學家利根川進在2012年將這些發現向前推進了一步。利根川的研究室開發了一種基因改造小鼠，其中舊神經元被滅活，而新神經元保持功能。然後，這些小鼠面臨一系列新的挑戰，例如在迷宮中找到食物顆粒。研究人員發現，改造後的小鼠比對照組小鼠更擅長解決新的難題，但在回憶幾周前迷宮的解決方案方面，不如對照組。換句話說，這些神經元在時間上與特定的記憶有關。新細胞在學習和回憶最近的概念方面提供了優勢，而舊細胞則有助於回憶早期的片段。
新腦細胞可能對人類同樣重要。2013年，斯德哥爾摩卡羅林斯卡研究所的喬納斯·弗裡森及其同事發現，人類每日神經發生率——每天約1400個細胞——與小鼠相當，這支援了動物模型中的發現可能適用於人類的觀點。
如果神經發生確實提供了建立記憶所需的神經元，那麼研究這種現象可能會為理解我們的回憶能力提供新的方法。對成熟大腦的研究表明，齒狀回（海馬體中神經元誕生的部分）的功能障礙與某些形式的認知衰退有關。同樣，眾所周知，新的神經細胞在我們早年迅速繁盛，但這種速度隨著年齡的增長而下降——儘管確切原因尚不清楚。因此，利用神經發生的力量可能有利於迅速增長的老年人口。
例如，我們已經知道一些促進新神經元生長的方法。這些技術是健康生活方式的常見標誌。蓋奇和肯珀曼都發現，體育鍛煉和持續學習可以增加神經發生。最近，他們證實，將認知挑戰與體育活動相結合可以促進老年齧齒動物大腦中的神經元生長。也許有規律的鍛鍊，再加上學習一項新技能，可以在人類身上產生類似的好處。
相反，嚴重和持續的壓力、酒精和某些藥物可能會阻礙神經發生。儘管精確的機制仍然是一個謎，但這些發現暗示，做出健康的選擇可能會延長和提高你的大腦的記憶構建能力。
更具侵入性的技術也可能適用。2011年，多倫多大學神經科學家保羅·W·弗蘭克蘭德領導的一個研究小組發現，深部腦刺激可以改善神經發生以及隨後的空間記憶任務表現。其他方法可能有一天會模仿神經發生的條件，例如使用幹細胞來替換因衰老而損失的海馬神經元。
儘管大腦龐大檔案過程的許多細節仍然未知，但即使是瞥見這些複雜活動也可以揭示其非凡的複雜性。在幫助你儲存、儲存和回憶大量經驗方面，你大腦中最新的神經元可能是連線你現在和過去的粘合劑。