Nature Neuroscience：睡眠與記憶

想要好記憶，得有好睡眠。長期以來，人們知其然而不知其所以然。現在，科學家也許找到了其中的奧秘：當人進入深度睡眠時，大腦神經元會長出新的突觸，加強神經元之間的聯繫，從而鞏固和加強記憶。睡，是為了更好地學，不是浪費時間。進一步研究還表明，不是所有睡眠都對記憶重要。那麼，睡眠與記憶到底有什麼樣的聯繫呢，我們匯總了Nature Neuroscience上的幾項研究，或許從中能有所啟示。

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做夢是學習記憶的好幫手

Li W, Ma L, Yang G, et al.REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development andlearning[J]. Nature neuroscience, 2017, 20(3): 427-437.

一直以來人們都很困惑：我們為什麼會做夢呢?做夢到底有什麼重要的作用?這個問題也被科學雜誌評為未來一個世紀人類將要致力於解決的150個問題之一。北京大學深圳研究生院化學生物學與生物技術學院甘文標課題組利用最近建立起來的一系列活體成像手段成功地揭示了做夢睡眠的奧秘所在。

他們通過檢測小鼠做夢期間(睡眠的一個特殊階段)神經元和其樹突的活動發現，在該階段有大量的電活動，而且該研究團隊也通過各種巧妙的實驗設計揭示了做夢期間這些樹突電活動的重要性。他們發現這些樹突電活動對於學習之後新形成的突觸(記憶的物質儲存結構基礎)的消失和保存都具有極其重要的作用。這個看似矛盾的發現極其精準地闡述了做夢對於學習的重要性。

在學習過程中會產生很多新的突觸，但並不是所有的這些新形成的突觸都可以保存下來，太多的突觸會佔用大腦大量的內存，而我們的大腦也像電腦一樣是有一定容量的，並不能無限地往裡面塞東西。而做夢恰到好處地處理了這個問題，它會快速地處理掉一部分並不重要的新突觸讓大腦騰出空間來學習其他的東西，與此同時它還會巧妙地加強和保存一小部分比較重要的突觸。如此一來，大腦便通過睡眠期間做夢的這一小段特殊的窗口時期非常有效地解決了學習過程中要選擇性地消除並保存一部分突觸這個比較複雜的問題。

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睡眠可消除恐懼記憶

Hauner K K, Howard J D,Zelano C, et al. Stimulus-specific enhancement of fear extinction duringslow-wave sleep[J]. Nature neuroscience, 2013, 16(11): 1553-1555.

最新研究顯示，人們對於可怕事件的記憶可以在睡眠中被消除，這項研究的發現將為治療恐懼類病症提供幫助。文章發表在近期的《Nature Neuroscience》雜誌上。這項研究增加了我們對睡眠學習的了解，或許意味著我們能夠深入研究如何治療恐懼類病症比如創傷後應激障礙(PTSD)。

Katherina Hauner等人讓受試者在輕微電擊與一種氣味之間建立聯繫。他們發現，當受試者在晚些時候聞到這種氣味時，會產生恐懼反應，研究人員通過受試者的流汗量來衡量其反應程度。但是，如果受試者在不經受電擊的情況下再次聞到該氣味，然後經過小憩後醒來，他們再次聞氣味而產生的害怕反應就有所減輕。Hauner等人報告稱，這種讓人在睡眠過程中聞到該氣味的方式能夠改變由氣味誘發的大腦杏仁核區域(該區域與人的害怕反應有關)的活動模式。

雖然之前研究證明新的關聯記憶能夠在睡眠中形成，而這項最新研究則顯示之前存在的記憶也可以在睡眠中被改變。既然此類害怕反應出現於各種恐懼、焦慮病症中，因而這項研究發現告訴我們：睡眠中暴露療法或有望成為未來臨床研究中的一種潛在研究手段。

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在睡眠中改寫記憶

De Lavilléon G, Lacroix M M,Rondi-Reig L, et al. Explicit memory creation during sleep demonstrates acausal role of place cells in navigation[J]. Nature neuroscience, 2015, 18(4):493-495.

在科幻片《盜夢空間》中，男主角潛入他人夢境企圖竊取商業機密並植入虛假記憶。Nature Neuroscience雜誌發表的一項研究顯示，在睡眠中植入虛假記憶並不是天方夜譚。

法國國家科學研究中心(CNRS)的科學家們發現，小鼠能夠回憶起睡著時建立的人造記憶。這項研究為人們展示了特定神經元(位置細胞)與空間定位的直接關聯。位置細胞是大腦「內部GPS」的重要部分，其發現者John O』Keefe獲得了2014年的諾貝爾生理/醫學獎。

「這項研究表明，在睡眠狀態的潛意識中可以改寫空間記憶，」紐約大學的神經學家Gy?rgy Buzsáki評論道。「這就像是一個奇蹟。」

在操縱記憶之前，CNRS的Karim Benchenane等人首先對小鼠海馬體進行研究。他們鑒定了小鼠處於特定位置時激發的位置細胞，並記錄了小鼠在這個位置花費的平均時間。隨後，研究人員建立了一套特殊的系統。當上述位置細胞自發激活時(清醒狀態或睡眠狀態)，腦-機介面就會自動對前腦內側束(medial forebrainbundle)進行刺激。前腦內側束與獎賞感知有關，刺激這一區域會導致多巴胺神經遞質的釋放，模擬小鼠獲得食物或其他獎勵時的情況。這項研究中的小鼠分為兩組，一組小鼠在清醒時接受這種刺激，另一些小鼠則在睡眠時接受刺激。

研究顯示，將特定位置細胞與獎賞刺激關聯起來，會使小鼠在相應位置多花五倍的時間。在睡眠期間建立這種關聯，小鼠醒來後更傾向於直接跑到相應位置去。「動物有目的地跑到那個位置，就好像它們想起那裡會有獎勵一樣，」Benchenane解釋道。

當動物清醒的時候，位置細胞激活與動物所處的位置有關。不過，人們此前還很難直接把位置細胞激活歸功於動物大腦對具體地點的呈現。睡眠狀態的大腦只是在進行回放和重溫，Benchenane等人通過研究這一時期的位置細胞活性，將位置細胞激活與空間導航直接關聯起來。這項研究也證明，睡眠狀態下位置細胞激活傳達的空間信息與清醒狀態相同。與此一致的是，最近有研究表明空間記憶可以在睡眠時期得到加強。

這是首次在睡眠狀態成功操縱記憶，這項研究支持了一個上百年的觀點：在大腦中植入錯誤的記憶是可行的。

圖片來源於網路

參考文獻

1、Li W, Ma L, Yang G, et al.REM sleep selectively prunes and maintains new synapses in development andlearning[J]. Nature neuroscience, 2017, 20(3): 427-437.

2、Hauner K K, Howard J D,Zelano C, et al. Stimulus-specific enhancement of fear extinction duringslow-wave sleep[J]. Nature neuroscience, 2013, 16(11): 1553-1555.

3、De Lavilléon G, Lacroix M M,Rondi-Reig L, et al. Explicit memory creation during sleep demonstrates acausal role of place cells in navigation[J]. Nature neuroscience, 2015, 18(4):493-495.

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