我們都知道，一夜好眠有助于恢復(fù)精力。然而，康奈爾大學(xué)的科學(xué)家在大鼠和小鼠身上進(jìn)行的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，睡眠還會(huì)重置另一項(xiàng)重要功能——記憶。他們的研究表明，在深度睡眠的特定時(shí)間，海馬體的特定部分會(huì)變得沉寂，讓這些神經(jīng)元得以重置。

學(xué)習(xí)或體驗(yàn)新事物會(huì)激活海馬體中的神經(jīng)元，而海馬體是大腦中對(duì)記憶至關(guān)重要的區(qū)域。隨后，在睡眠期間，這些相同的神經(jīng)元會(huì)重復(fù)相同的活動(dòng)模式，這就是大腦如何鞏固這些記憶并將其存儲(chǔ)在一個(gè)稱為皮層的較大區(qū)域中的過(guò)程。但是，我們?nèi)绾文芙K生學(xué)習(xí)新事物而不耗盡所有神經(jīng)元呢？

康奈爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在小鼠和大鼠進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)和睡眠期間，研究了海馬體各個(gè)區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)了一種在我們睡眠時(shí)發(fā)生的大腦活動(dòng)——一種稱為BARR（長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作電位發(fā)射）的現(xiàn)象，在記憶鞏固過(guò)程中重新平衡海馬體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)為我們提供了關(guān)于大腦在睡眠中如何保持記憶穩(wěn)定的新見(jiàn)解。

“這種機(jī)制可以讓大腦在第二天重新利用相同的資源，相同的神經(jīng)元，進(jìn)行新的學(xué)習(xí)，”神經(jīng)生物學(xué)助理教授Azahara Oliva博士說(shuō)。研究人員認(rèn)為，他們現(xiàn)在有工具可以通過(guò)調(diào)整記憶鞏固的機(jī)制來(lái)增強(qiáng)記憶，這可以應(yīng)用于記憶功能衰退時(shí)，如阿爾茨海默病。他們還找到證據(jù)探索消除負(fù)面或創(chuàng)傷記憶的方法，這可能有助于治療如創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）等情況。

首席作者Lindsay Karsba博士和通訊作者Oliva博士在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們的研究成果，題為“在睡眠中平衡記憶再激活的海馬體回路機(jī)制”。

記憶鞏固——這一過(guò)程通過(guò)穩(wěn)定和加強(qiáng)我們最近的經(jīng)歷，使其成為長(zhǎng)期記憶——發(fā)生在我們睡眠時(shí)。在非快速眼動(dòng)（NREM）睡眠階段，海馬體神經(jīng)元顯示出短暫的發(fā)射活動(dòng)，稱為尖波漣漪（SWRs）。這些模式被認(rèn)為對(duì)記憶鞏固至關(guān)重要?！昂ｑR體神經(jīng)元群代表行為相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的方面，在SWRs期間一起被再激活，”研究團(tuán)隊(duì)寫(xiě)道?！霸趯W(xué)習(xí)后，干擾或增強(qiáng)睡眠中的SWRs會(huì)導(dǎo)致記憶受損或改善?！?/p>

然而，海馬體在這種選擇性增加的發(fā)射率之后，如何重新平衡其活動(dòng)的機(jī)制尚不清楚。“我們假設(shè)海馬體利用不同的回路機(jī)制來(lái)平衡記憶鞏固期間發(fā)射率的增加，”研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)寫(xiě)道。海馬體分為三個(gè)區(qū)域：CA1、CA2和CA3。CA1和CA3與時(shí)間和空間相關(guān)的記憶編碼有關(guān)，研究較多；對(duì)CA2的了解較少，但新的研究發(fā)現(xiàn)CA2在睡眠中產(chǎn)生這種沉默和重置海馬體的作用。

研究人員在小鼠的海馬體中植入電極，記錄學(xué)習(xí)和睡眠期間的神經(jīng)活動(dòng)。這樣，團(tuán)隊(duì)可以觀察到在睡眠期間，CA1和CA3區(qū)域的神經(jīng)元再現(xiàn)了白天學(xué)習(xí)期間形成的相同神經(jīng)模式。但研究人員想知道大腦每天如何繼續(xù)學(xué)習(xí)而不會(huì)超載或耗盡神經(jīng)元。

“我們意識(shí)到在睡眠期間還有其他海馬體狀態(tài)，其中一切都沉默了，”O(jiān)liva說(shuō)道。“曾經(jīng)非?；钴S的CA1和CA3區(qū)域突然安靜下來(lái)。這是一種記憶的重置，而這種狀態(tài)是由中間區(qū)域CA2產(chǎn)生的?！?/p>

被稱為錐體神經(jīng)元的細(xì)胞被認(rèn)為是對(duì)功能性目的（如學(xué)習(xí)）有重要作用的活躍神經(jīng)元。另一種類(lèi)型的細(xì)胞，稱為中間神經(jīng)元，有不同的亞型。研究人員發(fā)現(xiàn)大腦有平行回路，由這兩種類(lèi)型的中間神經(jīng)元調(diào)節(jié)——一種調(diào)節(jié)記憶，另一種允許記憶的重置。

CA2細(xì)胞的一個(gè)子集在NREM睡眠期間發(fā)射長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)作電位（BARRs）。“除了SWRs，我們還觀察到一種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)事件，其中CA2錐體細(xì)胞的一個(gè)子集發(fā)射長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)作電位（BARRs），同時(shí)CA1和CA2中間神經(jīng)元的一個(gè)子集發(fā)射頻率增加，”研究團(tuán)隊(duì)寫(xiě)道。CA1神經(jīng)元在學(xué)習(xí)期間增加了其活動(dòng)，被抑制了?！癇ARRs選擇性地抑制了任務(wù)相關(guān)的CA1錐體細(xì)胞，依賴于其活動(dòng)性，”研究人員解釋道。“在學(xué)習(xí)期間和隨后在睡眠后SWRs期間重新激活的細(xì)胞，越多，在BARRs期間它們被抑制得越多?！?/p>

在學(xué)習(xí)后，使用光遺傳學(xué)操縱干擾BARRs會(huì)導(dǎo)致記憶表現(xiàn)受損。這表明神經(jīng)元再激活的平衡水平對(duì)記憶鞏固至關(guān)重要，過(guò)多或過(guò)少的再激活都可能導(dǎo)致記憶問(wèn)題。BARRs似乎有助于保持這種平衡，防止可能變成病態(tài)的過(guò)度神經(jīng)活動(dòng)。“我們的結(jié)果在幾種記憶任務(wù)和不同物種中得到重復(fù)，表明BARRs是一種普遍的海馬體機(jī)制，有助于記憶鞏固，”作者進(jìn)一步指出。

這些結(jié)果幫助解釋了為什么所有動(dòng)物都需要睡眠，不僅是為了固定記憶，也是為了重置大腦，使其在清醒時(shí)正常工作?！拔覀冿@示記憶是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，”O(jiān)liva說(shuō)道。

在相關(guān)的視角文章中，加州大學(xué)伯克利分校的Xiang Mou博士和Daoyun Ji博士寫(xiě)道：“BARRs的發(fā)現(xiàn)揭示了海馬體記憶再激活在睡眠中是如何被精細(xì)控制的，并為記憶再激活理論和突觸下調(diào)理論提供了可能的調(diào)和……未來(lái)的研究可能會(huì)揭示更多關(guān)于睡眠依賴記憶鞏固的機(jī)制，以及它們?cè)谀X部疾病中如何受損的見(jiàn)解。”

參考文獻(xiàn)：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado5708

編輯：王洪

排版：李麗