1904年，德國生物學家理查德·西蒙提出了一個觀點，指出記憶的痕跡是由一組不連續的大腦細胞連接之后拼湊起來的，而大腦在受到刺激時，會回放這段記憶。他將這種想象中的生理回路稱為“engram”，即“記憶痕跡”。而證實記憶痕跡的存在還需要等到后來光遺傳學技術的發展。正是有了用光激活的“鑷子”，科學家才得以對記憶痕跡回路進行精細的剖析。2012年，日本生物學家利根川進利用光遺傳學技術，在麻省理工學院的實驗室里首次揭示了記憶痕跡的真實存在。
隨后，德國心理學家艾賓浩斯制了人類記憶的遺忘曲線，發現約70%的記憶會在幾小時內快速忘記。
第一次有關人類記憶形成和儲存的實驗性證據要追溯到1953年。當時，27歲的美國人亨利·莫萊森為了治療癲癇癥，切除了大腦中三分之二的海馬體。令主持手術的外科醫生感到震驚的是，這次手術摧毀了莫萊森產生新記憶的能力，而他原來的記憶則保留了下來。這場計劃外的實驗表明海馬體是形成新記憶的必需結構，尤其是背景豐富、每天都會產生的“間歇性”記憶。
記憶是人腦對經驗過事物的識記、保持、再現或再認，它是進行思維、想象等高級心理活動的基礎。人類記憶與大腦海馬結構、大腦內部的化學成分變化有關。
人類在出生之后，大腦依然會繼續發育的。但是由于大部分神經細胞沒有增殖能力，會不斷衰老死亡。所以，我們腦中的神經元是會一直減少的。人神經細胞的數量在剛出生的時候最多，隨著年齡的增長而逐漸減少。并且，神經細胞的減少速度比大家想象的要快得多，每天都會數以萬記的神經元死亡。就這樣，人從出生到70歲的時候，腦內神經元會減少30-50％左右。對應的，成年之后，我們的大腦體積一直會變小。正常而言，等我們到七八十歲的時候，大腦體積會萎縮15%左右。
記憶存在不同的類型，它們的形成、存儲和提取涉及不同的神經機制。不同的記憶存儲于不同的位置。記憶存儲于神經元與神經元之間的連接內，神經元與神經元通過突觸相互連接。腦內神經元在我們出生后就一直在緩慢的衰亡。溝通神經元的突觸存在先急劇增加、修剪，而后不斷更新的過程。
記憶的丟失對于兩類人特別明顯，一類是從出生到突觸大修剪期間的某些記憶，即我們常說的嬰兒時期的記憶。因為4~10歲期間的突觸大裁員計劃已經將之前形成的大部分突觸都給剪斷了，而我們嬰兒時的記憶便是通過突觸存儲在神經元與神經元的連接內的。皮之不存，毛將焉附？這一部分記憶已經永遠離我們而去了，咱這輩子就別指望還能回憶起啦。另一類就是阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)患者。他們的大腦因為病癥的原因，丟失了大量的神經元。之前丟失的是神經網絡的各個節點（神經元）間的聯系（突觸），這種情況下丟失的直接是各個節點（神經元），甚至是整個細胞集合。當然，記憶丟失的現象就更為明顯了。
在腦科學領域的飛速發展的今天，或許操控人類記憶痕跡的時代已經離我們不遠了。
來自麻省理工學院的科學家們提出了記憶的存儲和提取是通過兩條截然不同的神經環路實現的，而并非一直被認為的同一條的理論，他的團隊還發現對一個事件的記憶是在大腦負責長時記憶（long-term memory）和短時記憶（short-term memory）的不同腦區同時形成的，并不是先在一個腦區內形成短時記憶隨后再轉移到另一個腦區形成長時記憶。他們最近的、也最令人嘆為觀止的發現，是當下無法被喚起的記憶也許有一天可以重新被我們的意識所覺察。
利根川是麻省理工學院Picower研究所生物和神經科學教授，他曾贏得1987年的諾貝爾生理學獎，大約10年前，他利用光遺傳的手段將他研究的精確度提升到了一個新的高度。這項技術由斯坦福大學的生物工程師卡爾·戴塞爾羅斯等研發，通過修飾實驗動物的基因使其細胞可以表達一種從綠藻中提取的、對光敏感的蛋白——光敏感通道蛋白（channel rhodopsin）。隨后，研究者就可以通過光線照射來激活這些細胞。這樣利根川進和他的同事就能使用光遺傳的手段，在特定的腦區根據研究需要激發神經活動。
這項技術讓利根川進證實了關于記憶形成和儲存的現有理論是錯誤的，至少，是不完善的。他和羅伊以及其他的同事一起站在了神經科學領域法則的對立面，報道了在被稱為海馬（hippocampus）的腦結構中，產生記憶的神經環路并非事后進行回憶的神經環路。相反，重拾一段記憶需要海馬下托（hippocampus’s subiculum）中的另一條被科學家稱為“迂回環路”（detour circuit）的神經環路，它與負責記憶形成的主要環路是涇渭分明的。
他的團隊通過基因工程技術僅讓海馬下托神經元這塊腦區的神經元合成光敏通道蛋白，之后，他和他的團隊就可以通過光纖維發射的激光來激活或者沉默這些下托神經元，不干擾周圍神經細胞的活動。研究發現，海馬神經元（紅色）對新記憶的形成是必要的，但負責回想記憶的是海馬下托部分的神經元（綠色）。
在下托神經元被關閉的時候，經過預處理對特定的籠子會感到害怕的小鼠不再表現出恐懼了。這些小鼠無法重拾他們的恐懼記憶，也證實了回想一段記憶需要海馬下托的正常功能。但是，如果研究者僅僅在進行恐懼學習的預處理時“關閉”海馬下托神經元，之后小鼠可以毫無障礙地記起這段恐懼記憶。因此，一定是海馬區的另一塊不同的區域負責編碼記憶。類似的，當研究者關閉或開啟主要的海馬神經元環路時，他們發現只有記憶的形成而非回想受到了影響。
在這個團隊最新發表的《科學》論文中，他們使用了上述的手段來建立一種擁有能響應光照的學習細胞的小鼠品系。他們將小鼠在一種特殊的籠子中飼養，給它們的腳部輕微的電擊，讓這些小鼠對這個籠子產生恐懼的記憶。一天后，他們將這些小鼠放回到這個籠子中，用激光照亮并激活那些儲存了這段記憶的細胞。
正如期望中那樣，與短時記憶相關的海馬神經元響應了激光的照射。但是令人驚訝的是，一群前額葉皮層的神經元同樣做出了響應。皮層的細胞幾乎立刻產生了關于足部電擊的記憶，遠遠早于前期預計的時間。
但是科學家注意到，盡管這些皮層神經元可以很早地被激光激活，但是它們無法在小鼠回到電擊發生的籠子后自發興奮。這些細胞被研究人員稱為“沉默的印跡細胞”，因為它們儲存了記憶但是不會對正常的回憶刺激訊號做出響應。但是在隨后的幾個星期里，這些細胞似乎逐漸成熟起來，并且成為重拾記憶的機制的必要部分。
盡管不確定的迷霧還圍繞著沉默印跡細胞，但這個概念為我們提供了一個迷人的愿景：擁有獲取隱藏記憶的未來。重新激活沉默的記憶印跡可以讓例如阿爾茲海默患者、經歷過爆炸沖擊的軍人、在激烈的近身比賽中腦震蕩的運動員重獲已經無法記起的記憶。利根川進過往的研究暗示了患有認知能力障礙的人可能儲存了許多記憶，他們僅僅無法回憶起來而已。如果你人為的增加了樹突棘的密度，注射可以促進它們形成的酶，那么這些沉默的印跡就可能會轉變成活躍的印跡。這些沉默的記憶可能都會重新出現。
