快速眼動睡眠下的神經網路重構

快速眼動睡眠(REM/repid eye movement sleep)是哺乳動物睡眠過程中的一個奇特狀態，在該睡眠模式下眼球會快速的向不同方向運動。在該過程下我們的身體，除了視網膜在做體操之外，背後還有什麼隱藏的活動呢？之前的研究就通過在REM模式下我們會做夢證明了該階段的腦部活動十分強烈，該階段與強化學習和記憶功能也有相關的關係。但一直以來，我們的大腦在該模式下是如何將零碎的記憶固化到我們的大腦中的具體方式也未被探明。

最近發表在Nature Neuroscience的一篇論文解釋了REM睡眠模式的相關秘密。來自紐約大學醫科院的研究人員發現，腦部的部分神經網路結構在REM模式下會被修正，而另一些連接則會得到強化。換句話說，大腦以時序方式選擇對應的結構來強化神經網路的連接，最終形成長期記憶。

而上述的神經結構被稱為樹突集(dendritic spines)，該結構位於神經突觸的某個分支之上，該突觸分支結構能夠接收來自其他神經元的脈衝信號，然後將信號傳遞給自身神經元。

這種刺狀突起並非是某種永久性結構，反會隨著不同的連接變化而成長、縮退或者乾脆直接消失。而這種變化的優先順序是十分重要的，否則我們可能無法吸收每天產生的記憶信息。先前的研究者發現大約每天我們的神經元的十分之一左右會生成新生突觸分支，而隨著時間的推移這些突觸分支會保持他們的結構狀態(消失的就是我永遠沒背下來的單詞么)

為了研究REM睡眠模式下的功能和相關隱藏機制，研究人員培育了一批用於激勵學習某種運動任務的小白鼠們，然後檢查他們的初級運動皮層的突觸後神經元的樹突棘。其中一些小老鼠們被強制失去整夜的睡眠，或者REM睡眠，以此來對比有無REM狀態對腦部神經網路結構的影響。

有幸被選擇能夠每天睡安穩覺，並且腦部活動在周期性的REM模式下影響的小老鼠的突觸棘的變化模式要顯著於那些被喪心病狂的實驗者折磨的無法保證睡眠的小老鼠。而這種顯著的區別經限於新生的樹突棘
。而對應的早期生成的樹突棘也隨REM的周期發生相應的修整和強化，顯然REM是一個決定性的因素。

當然，我們的研究人員也研究了在不同年齡段的小老鼠，他們的樹突棘的變化模式，而他們發現在青少年階段樹突棘的修正頻繁發生；而成年後該過程仍然會出現，但是沒有之前那麼頻繁了。而沒有REM睡眠的話，那些棘狀分支便不再成長。

這些研究結果與之前的發現不謀而合，在人類身上，REM睡眠被剝奪的話對認知行為的構建十分不利，這也是為什麼醫生總讓年輕人好好睡覺。而成年之後REM睡眠被剝奪也會導致行為異常和情緒波動。

而神經元的鈣通道看來也起著相當重要的作用，特別是對於棘狀分支的修剪和強化過程。在SEM睡眠過程中提供鈣元素能夠啟動該過程，而一旦鈣通道被阻塞則會導致相應的棘狀分支的修整無法進行。

對於該現象的研究還需要進一步進行，來研究REM睡眠是否在不同的大腦皮層和腦神經區域同樣具備對突觸的調節和生長具有相關的影響。

[鄰家乖蜀黍 via zmescience]