模仿深度睡眠的大腦活動可以提升記憶力

晚上睡得好有助於我們在第二天更好地記住所學習的內容。現在，日本理化所腦科學研究所的研究人員發現了一種大腦迴路，這種大腦迴路控制著大腦在睡眠期間鞏固記憶的機制。這項研究已發表在5月26日的《Science》上，研究闡明了在小鼠深度睡眠期間（non-REM sleep，非快速眼動睡眠）通過實驗手段如何抑制或者增強記憶。

這個由Masanori Murayama帶領的研究團隊，他們基於觸覺感知研究睡眠期間的記憶鞏固現象，在研究中發現，感知紋理需要一種神經迴路的信號，這個迴路從與運動相關的高層大腦區域到與觸覺相關的低層大腦感覺區域。他們推測，這種相同的「自上至下」的通路可以與加強對紋理的記憶相關。Murayama解釋說：「一直以來都有一種假設，自上至下的輸入對於記憶鞏固至關重要，在睡眠期間，在最初感知階段被激活的感覺區域的神經元可以被未知的通路『再激活』。我們發現這種自上至下通路的再激活對於老鼠將其所經歷的紋理記憶編碼至關重要。」

在不同紋理的地板上探索的小鼠。圖片來源：RIKEN

研究人員開發出一種評估記憶保存的任務，依賴於自然傾向的小鼠花更多時間探索環境中新事物。他們首先讓小鼠在兩個地板光滑的房間內尋找物體，然後將其中一間房間的地板換為有紋理的，再讓小鼠尋找物體。經過了正常的睡眠後，小鼠在地板有紋理的房間內花了更多的時間找到物體，這表明小鼠記住了地板光滑的房間，並且對此不太感興趣。通常情況下，對這種行為的觀察持續到兩天內的第二次尋找實驗為止。

為了驗證這種自上至下的迴路是否負責睡眠期間的記憶鞏固，研究使用多種方式使用小鼠實驗。首先，他們在小鼠的初次觸覺經歷之後對其進行睡眠剝奪，會使小鼠在接下來的第二次實驗中更少地在有紋理的房間內尋找，這意味著它們不記得地板光滑的房間了。接下來，他們在小鼠首次進行尋找實驗之後在它們的深度睡眠期間將自上至下的神經通路關閉，在第二次實驗中發現，小鼠的表現和睡眠被剝奪了一樣。在小鼠清醒或者深度睡眠後期將自上至下的神經通路關閉則沒有影響，這表明記憶鞏固發生在實驗進行之後的深度睡眠的第一階段。

在深度睡眠期間自上至下的神經通路激活的重要性表明，記憶鞏固可能與兩個大腦區域之間的同步慢波大腦活動相關。為了進行測試，在小鼠的第一次觸覺經驗發生後，研究人員在小鼠深度睡眠期間人為地在迴路的高層和低層大腦區域應用同步或非同步激活。使用非同步激活的小鼠不能進行記憶鞏固，但是同步激活可以加強小鼠對光滑地板的記憶，保持至少4天。同步激活甚至可以恢復由於睡眠剝奪而記憶受損的小鼠的記憶。

Murayama說：「我們關於睡眠剝奪的發現從臨床的角度來說非常有趣。睡眠紊亂的患者記憶功能通常受損。我們的發現提出一種使用連接皮質的磁性治療方法，或者用直流電將自上至下的皮質的通路刺激，在深度睡眠期間將睡眠不足的神經元再激活。我們的下一步工作是在睡眠紊亂的小鼠身上進行這項研究。」

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