我們的記憶力會(huì)在睡眠期間得到增強(qiáng)，海馬體是大腦的記憶中心，而海馬體尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR）期間覺(jué)醒體驗(yàn)的激活和重放被認(rèn)為是記憶力得到增強(qiáng)的關(guān)鍵。睡眠不足會(huì)損害記憶力，然而，我們對(duì)于睡眠不足是如何影響這一過(guò)程的，仍知之甚少。
2024年6月12日，密歇根大學(xué)安娜堡分校的研究人員在?Nature?期刊發(fā)表了題為：Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay的研究論文。
該研究發(fā)現(xiàn)，在睡眠不足時(shí)，一個(gè)與長(zhǎng)期記憶有關(guān)的關(guān)鍵大腦信號(hào)——海馬體的尖波漣漪，會(huì)被減弱，這有助于解釋為什么睡眠不好會(huì)擾亂記憶形成，經(jīng)過(guò)一夜糟糕的睡眠后，即使恢復(fù)正常睡眠，也不足以修復(fù)這一大腦信號(hào)。這項(xiàng)研究可能會(huì)帶來(lái)改善記憶的靶向治療方法。
神經(jīng)元在大腦中很少單獨(dú)行動(dòng)，它們之間高度互聯(lián)，經(jīng)常以有規(guī)律或重復(fù)的模式一起放電。其中一種模式就是尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR），即一大群神經(jīng)元以極強(qiáng)的同步性放電，然后另一大群神經(jīng)元也以同樣的方式放電，如此循環(huán)往復(fù)，以特定的節(jié)奏進(jìn)行。這些尖波漣漪發(fā)生在大腦的一個(gè)特定區(qū)域——海馬體，它是記憶形成的關(guān)鍵區(qū)域。這些模式被認(rèn)為有助于與大腦新皮層（neocortex，長(zhǎng)期記憶存儲(chǔ)的地方）進(jìn)行交流。
這些尖波漣漪的功能之一是，其中一些是過(guò)去事件中大腦活動(dòng)模式的加速重演。例如，當(dāng)動(dòng)物進(jìn)入籠子中的某個(gè)特定位置時(shí)，海馬體中的一組神經(jīng)元會(huì)同時(shí)放電，形成該位置的神經(jīng)表征。隨后，這些相同的神經(jīng)元可能會(huì)參與尖波漣漪，就好像它們?cè)诳焖僦匮葸@段經(jīng)歷的片段一樣。
之前的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這些尖波漣漪受到干擾時(shí)，小鼠在記憶測(cè)試中的表現(xiàn)不佳。而當(dāng)這些尖波漣漪持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，它們?cè)谙嗤瑴y(cè)試中的表現(xiàn)則有所改善。因此，這些尖波漣漪也被稱為記憶和學(xué)習(xí)的“認(rèn)知生物標(biāo)志物”。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)注意到，尖波漣漪不僅會(huì)在清醒時(shí)出現(xiàn)，還會(huì)在深度睡眠時(shí)出現(xiàn)，而睡眠中的這些尖波漣漪的爆發(fā)似乎特別有助于將短期記憶轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶。
這些尖波漣漪、睡眠和記憶之間的聯(lián)系已得到充分證明，但直接操縱睡眠以確定睡眠如何影響這些尖波漣漪，進(jìn)而影響記憶的研究卻很少。
為了了解睡眠不足如何影響記憶力，研究團(tuán)隊(duì)在幾周的時(shí)間里記錄了7只大鼠在探索迷宮時(shí)海馬體的活動(dòng)情況。他們定期打擾其中一些大鼠的睡眠，而讓另一些大鼠自由睡眠。
令人驚訝的是，那些被反復(fù)喚醒的大鼠的尖波漣漪活動(dòng)水平與那些得到正常睡眠的大鼠相似，甚至更高，但尖波漣漪的放電強(qiáng)度較弱且組織性較差，顯示出前一次放電模式重復(fù)程度的明顯下降。在經(jīng)過(guò)兩天的恢復(fù)期后，睡眠不足的大鼠重新恢復(fù)了之前的神經(jīng)模式，但并未達(dá)到那些得到正常睡眠的大鼠的水平。
值得一提的是，2024年3月28日，紐約大學(xué)的研究人員在Science?期刊發(fā)表了題為：Selection of experience for memory by hippocampal sharp wave ripples?的研究論文【2】。該研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)物在清醒時(shí)發(fā)生的尖波漣漪可能有助于選擇將哪些經(jīng)歷存入長(zhǎng)期記憶。
這兩項(xiàng)研究相互印證，表明了睡眠不足或睡眠中斷會(huì)導(dǎo)致尖波漣漪紊亂，從而阻止記憶進(jìn)入長(zhǎng)期存儲(chǔ)。
這些發(fā)現(xiàn)清楚地表明，記憶在經(jīng)歷事件之后仍會(huì)繼續(xù)被處理，而這些處理過(guò)程對(duì)于記憶非常重要。這或許可以解釋為什么在考試前突擊復(fù)習(xí)或熬夜復(fù)習(xí)不是一個(gè)有效策略。但是，對(duì)于那些近期經(jīng)歷過(guò)創(chuàng)傷的人來(lái)說(shuō)，例如患有創(chuàng)傷性應(yīng)激障礙（PTSD）的人，這或許不是個(gè)壞事，睡眠剝奪可能會(huì)是一種潛在治療方式。
論文鏈接：
1. https://www.nature.com/articles/s41586-024-07538-2
2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk8261
