Science正刊：大腦也能重啟，睡覺就能增強記憶力

西風 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

好好睡覺，能增強記憶，還能讓大腦「重啟」。

這是來自Science最新一篇正經研究！

背課文當天死記硬背、吼破嗓子都背不下來，睡一覺，第二天立馬背得賊順溜……

有沒有童鞋有過這樣的感受？

來自康奈爾大學的科學家們證明：的確有它科學的道理！並且其中機制也被他們給完整解釋出來了。

睡覺的時候，大腦會進行記憶鞏固，處理新記憶相關的神經元會被重新激活，幫助你更好地記住那些記憶。

如果在睡眠中打斷這種激活，記憶會變差；深度睡眠增強激活，可能使記憶更好。

雖然在記憶鞏固時這些神經元會更加活躍，但之後它們又會恢復到原來的活躍程度，不會讓大腦過載。就像是「重啟」了，第二天這些神經元還能接著再記新的東西。

那麼大腦是如何在「開機」、「重啟」的過程中保持平衡的？

一種新的腦活動模式被發現了

大腦的海馬體是記憶形成、儲存和提取的關鍵部分，海馬體又被細分為CA1、CA2、CA3三個區域。

研究人員最近通過記錄小鼠執行記憶任務和睡眠時，海馬體CA1、CA2和CA3區域的電生理活動，發現了一種新的腦活動模式。

睡覺期間，大腦會做記憶鞏固，發生一種叫做尖波漣漪（SWR）的短暫而劇烈的腦電波活動，將在白天學習或經歷中的信息重新激活。

尖波指的是海馬體中的一種低頻、大振幅的電波，腦電圖看起來像一個「尖銳」的波峰，由海馬體CA3區域產生；漣漪指的是伴隨尖波出現的高頻、小振幅的快速振盪，主要出現在海馬體的CA1區域。

而最新發現的這種腦活動模式與SWR相反，會抑制神經元的這種活躍，研究人員將其稱作BARR（a barrage of action potentials）。

BARR是由海馬體CA2區域產生的一系列動作電位，發生在非快速眼動睡眠（NREM）期間，即逐漸進入深度睡眠的過程。

BARR通過一個特定的神經回路產生，這個回路由CA2區域的錐體神經元和CCK+（膽囊收縮素陽性）籃狀細胞組成。

這些CCK+籃狀細胞在BARR期間特別活躍，並且對CA1區域的神經元活動有抑製作用。那些在學習和SWR期間更加活躍的神經元，在BARR期間會被更強烈地抑制。

如下圖，在SWR期間，CA2中的一部分神經元（CA2ramp）先增加放電率然後沉默，而CA2phas、CA3和CA1細胞隨後強烈放電。

在BARR期間則相反，CA2ramp神經元最活躍，而CA1和CA3神經元放電率沒有顯著增加。

此外，BARR一次持續時間300毫秒，比SWR的50毫秒時間長很多，與SWR在發生時間上相反，兩者總是在睡眠過程中頻繁交替出現。

雖然BARR期間會選擇性地抑制神經元的活動，但這種抑製作用有助於防止神經元活動過度同步，從而維持記憶鞏固過程中的神經網絡穩定性。

沒有BARR抑製作用會怎樣？

為進一步探究，研究人員又特意識別並沉默了CCK+籃狀細胞，BARR的抑製作用被取消或減弱。

結果導致了一系列連鎖反應，CA1區域的神經元在BARR期間沒有得到適當的抑制，導致它們的同步性異常增加。

研究人員觀察到記憶鞏固過程受損，在記憶測試中，經過這種操作的小鼠的確表現出記憶力下降。

再次證實了BARR和CCK+籃狀細胞在調節記憶鞏固中起著關鍵作用，它們的正常功能對於維持記憶的穩定性和完整性至關重要。

BARR的發現不僅增進了我們對大腦如何在睡眠中處理信息的理解，還為未來開發改善記憶鞏固的新方法提供了新思路。

研究人員認為，更加完整地揭示調控記憶鞏固過程，可以用於應對記憶衰退問題，例如阿爾茨海默病。

更重要的是，他們的發現還提供了消除負面或創傷性記憶的潛在方法，或許能幫助治療創傷後應激障礙等相關疾病。

總的來說，好好睡覺非常重要，畢竟SWR、BARR都主要發生在非快速眼動睡眠的深度睡眠階段。

參考鏈接：

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado5708

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240815163626.htm