您可能從未聽說過NotPetya網路攻擊，這情有可原。它沒有清空您的銀行賬戶，沒有分享您的社交媒體密碼，也沒有影響選舉。但它是有史以來代價最昂貴、破壞性最大的網路攻擊之一，因為它針對的是：港口航運。當馬士基的工程師意識到他們的計算機感染了病毒時，為時已晚：全球航運將停頓數天。想象一下類似的情況，目標是另一個港口：突觸，神經元之間專門的通訊港口。我們大部分的學習和記憶能力都歸結為突觸的行為。那麼，如果一個神經元用惡意軟體感染另一個神經元，會發生什麼呢？
港口和突觸都按照規則執行，旨在確保它們的貨物不僅可以快速可靠地交換，而且可以靈活地適應，以便它們可以快速適應當前的情況和需求。這種“突觸可塑性”對於動物的學習能力至關重要，沒有它，我們既無法系鞋帶，也無法記住自己的名字。正如航運規則由條約和法律決定一樣，突觸可塑性的規則也寫入了我們 DNA 中的許多基因中。例如，一個基因可能參與調高突觸一側的音量，而另一個基因可能要求突觸的另一側調高增益。研究這些基因的功能一直是理解在微觀層面上學習和記憶是什麼的核心方法之一。
其中一個基因，被稱為Arc，對於這些過程至關重要，以至於它經常被稱為突觸可塑性的“主調節器”。沒有Arc，突觸就無法適應，動物也無法學習。然而，Arc究竟是如何參與這些過程的，仍然令人沮喪地神秘——至少直到現在。Arc故事的關鍵見解來自對Arc基因 DNA 序列的仔細研究，其中包含的片段與古代病毒中發現的片段驚人地相似。這本身並不令人驚訝：大約一半的人類基因組似乎具有相似的進化起源。但令人驚訝的是，Arc似乎仍然像病毒一樣運作。病毒是微小的傳染性媒介，它們侵入細胞，並攜帶外來遺傳物質。Arc的工作方式類似：Arc不是簡單地要求突觸的另一側調高增益，而是打包原始遺傳物質來做到這一點，然後親自訪問突觸的另一側。實際上，Arc用記憶的原始材料“感染”其他神經元。
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如果這聽起來很奇怪，那是因為它確實很奇怪。今年早些時候由Cell雜誌的兩個研究小組報道的這項突破性發現，無疑是學習和記憶研究新方向的第一個發現。世界各地的大量實驗室都專注於理解控制神經元如何在突觸之間交流的規則。這一發現挑戰了我們對這種交流的基本理解，因此其影響可能會在神經科學的每個領域感受到。回到港口的類比，這就像發現碼頭上最珍貴的集裝箱不僅在深夜卸貨，而且是由潛艇卸貨一樣。
以下是我們目前所知的它的工作原理：在神經元受到刺激後，Arc基因被啟用。Arc產生一種蛋白質，其形狀像病毒。我們稱之為 Arc 病毒。Arc 病毒吸收遺傳物質——從某種意義上說，是來自被啟用神經元周圍的生物軟體。一旦充滿，Arc 病毒就會被啟用的神經元分泌出來，並被附近的其他神經元吸收。然後，它用它攜帶的任何生物軟體“感染”它們。它可能是記憶的原始材料。它也可能很容易成為生物惡意軟體。在這一點上，我們不確切知道 Arc 病毒正在傳遞什麼，也不知道它是否可能在不同時間傳遞不同的貨物。但這種功能似乎是古老的，從進化的意義上講：Arc的工作方式在整個生命之樹中都是相似的，從果蠅到人類。換句話說，Arc像病毒一樣運作的能力可能是動物學習能力的基礎。
更廣泛地說，神經元可以透過新的方式交換遺傳資訊的發現具有許多重要的意義。首先，這一發現要求調查Arc故事的普遍性以及程度。可能是Arc是唯一具有這種行為的基因；或者它可能只是基因組冰山一角。無論Arc最終是成為一種奇特的現象還是成為一種新規則，它都提供了一個令人難以置信的新治療角度——我們的身體正在製造類似自身病毒的東西，利用它們可以提供一種新的載體來輸送藥物（包括遺傳物質片段），而沒有被我們免疫系統排斥的危險。此外，Arc還與多種神經系統疾病和狀況有關，從脆性 X 綜合徵到阿爾茨海默病。Arc研究將成為解決這些難題的寶貴基石。
今天我們知道，從突觸到行為層面，大部分學習都歸結為巧合的檢測——正是巧合的型別和程度區分了粘性想法和真正具有感染力的想法。那麼，Arc的故事始於史前病毒，並以另一個巧合結束，這是多麼貼切：在 2017 年夏天，當NotPetya像野火一樣蔓延到世界航運基礎設施時，Arc研究正在收拾行裝準備付印，準備傳播開來。您甚至可能記得當時聽說過這件事；如果是這樣，Arc與此有關。