睡眠对记忆形成至关重要——研究揭示大脑的秘密

来源：密歇根大学医学中心

摘要： 缺乏睡眠会极大地影响记忆信息的存储能力。两项新的研究揭示了这种现象的原因，以及在睡眠和缺乏睡眠期间，大脑内部发生的有助于或损害记忆形成的机制。

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试想一下，你是一名学生，正值期末考试周，你是会熬夜通宵复习，还是会选择好好休息？许多经历过熬夜的人都知道，缺乏睡眠会让记忆信息变得难以存储。

密歇根大学的两项新研究揭示了为什么会这样，以及在睡眠和缺乏睡眠期间，大脑内部发生了什么，以帮助或阻碍记忆的形成。

具体来说，大脑中的某些神经元可以对特定的刺激做出反应。例如，实验中的老鼠在迷宫中移动时，当它们到达迷宫的某些特定位置时，会有特定的神经元被激活。这些被称为“位置神经元”的细胞在人类身上也同样存在，帮助我们导航和记忆周围的环境。

那么，在睡眠期间，这些神经元会发生什么呢？

“如果这些神经元在睡眠期间仍然活跃，我们可以从中推断出什么呢？”密歇根大学医学院麻醉学副教授卡姆兰·迪巴博士（Kamran Diba）说道。

在迪巴和他的前研究生库罗斯·马布迪博士（Kourosh Maboudi）领导的一项研究中，研究人员观察了位于大脑深处的海马体中与记忆形成相关的神经元，并发现了一种在动物睡眠时可视化神经元模式的方法。这项研究已在《自然》杂志上进行了总结。

海马体会在休息状态和睡眠期间，每隔几秒钟发出一种叫做“尖波涟漪”的电活动，这种活动在长时间内持续进行。研究人员对这种活动的同步性及其传播的距离感到好奇，因为它似乎能够将信息从大脑的一个部分传递到另一个部分。这种神经元的激活被认为有助于记忆的形成和更新。

在这项研究中，研究团队测量了老鼠在完成新迷宫后睡眠时的大脑活动。通过一种称为贝叶斯学习的统计推断方法，他们首次能够跟踪神经元对迷宫中不同位置的反应。

“假设某个神经元对迷宫的某个角落特别敏感，那么我们可能会看到该神经元在睡眠期间与其他对同一角落敏感的神经元一起被激活。但有时，与其他区域相关的神经元也可能会与这个神经元共同激活。我们发现，当老鼠再次回到迷宫中时，神经元对位置的偏好会根据它们在睡眠期间与哪些细胞共同激活而发生变化。”迪巴解释道。这种方法让他们能够实时可视化神经元的可塑性或代表性漂移。

这些发现进一步支持了一个长期存在的理论，即神经元在睡眠期间的再激活是睡眠对记忆重要的原因之一。

鉴于睡眠的重要性，迪巴的团队还希望研究睡眠剥夺对大脑的影响。

在第二项研究中，迪巴和他的前研究生巴普恩·吉里博士（Bapun Giri）比较了在睡眠和睡眠剥夺期间，神经元的再激活量——即在迷宫探索中被激活的“位置神经元”在休息时的自发激活——以及它们再激活的顺序（量化为回放）。

他们发现，涉及迷宫体验再激活和回放的神经元的激活模式在睡眠期间比在睡眠剥夺期间更为频繁。睡眠剥夺导致尖波涟漪的频率相似或更高，但波幅较低，且波动幅度较小。

“然而，在近一半的情况下，迷宫体验在尖波涟漪期间的再激活在睡眠剥夺期间被完全抑制了。”迪巴说道。

他补充说，当睡眠剥夺的老鼠得以补充睡眠时，尽管再激活有轻微的反弹，但从未达到正常睡眠老鼠的水平。此外，尽管回放也受到了类似的影响，但在恢复失去的睡眠时并未得到恢复。

由于再激活和回放对记忆至关重要，这些发现表明，睡眠剥夺对记忆有害影响。

迪巴的团队希望继续研究睡眠期间记忆处理的本质，为什么需要再激活，以及睡眠压力对记忆的影响。

其他参与研究的作者包括广木宏幸（Hiroyuki Miyawaki）、凯莱布·凯梅雷（Caleb Kemere）、内森尼尔·金什（Nathaniel Kinshy）、乌特库·卡亚（Utku Kaya）和泰德·阿贝尔（Ted Abel）。