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!
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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?
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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。
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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。
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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。
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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