研究显示大脑如何在睡眠中协调神经细胞的信息

过去的神经科学研究表明，人类在睡眠时，大脑仍然高度活跃，巩固记忆并清除清醒时积累的毒素。虽然睡眠中的记忆巩固是一个被广泛记录的现象，但其背后的过程尚未被完全阐明。

牛津大学、耶路撒冷希伯来大学和波恩大学医学中心的研究人员最近开展了一项研究，调查大脑在睡眠期间促进神经元处理和神经元之间交流的神经机制。他们的论文发表在《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）上，揭示了特定睡眠节律的顺序展开在人类睡眠时协调记忆巩固的过程。

"我们知道，我们的大脑在睡眠时会积极地强化记忆，但这究竟是如何实现的，我们仍然知之甚少，"进行这项研究的研究人员之一伯恩哈德-斯塔雷西纳（Bernhard Staresina）告诉《医学快报》（Medical Xpress）。

"几年前，我们发现一些关键的睡眠特征（'慢振荡'、'棘波'和'涟漪'）在大脑的'记忆中枢'海马体中重合。这充分说明，这些睡眠节律的同步可能与记忆巩固有关。然而，缺少的是证明它们实际上影响神经元发射率的证据，即学习和可塑性的'硬通货'"。

Study shows how the brain coordinates neuronal processing and communication during sleep

研究人员用植入癫痫患者颞叶的特殊电极记录大脑活动。图片来源：Christian Burkert / Volkswagen-Stiftung / 波恩大学。

为了探索睡眠过程中神经元处理和交流的神经基础，斯塔雷西纳和他的同事使用一种名为颅内脑电图（iEEG）的技术记录了10名人类参与者睡眠时的大脑活动。这些参与者都是癫痫患者，作为治疗的一部分，他们的大脑被植入了电极。

在患者熟睡时，斯塔雷西纳和他的同事们同时记录了他们的睡眠节律和神经元发射率。他们收集到的记录显示，发射率和神经交流确实是由缓慢的振荡、棘波和涟漪协调的，正如他们所假设的那样。

"斯塔雷西纳解释说："我们记录了癫痫内侧颞叶的大脑活动，众所周知，该区域对记忆非常重要。"记录是在自然睡眠中进行的，没有任何实验操作。关键的创新之处在于，我们使用了特殊的电极进行记录。这些电极不仅能记录（标准）大脑特征（颅内脑电图，iEEG），而且特殊的'微线'还能检测单个神经元和神经元群的动作电位。

在这项研究中，研究人员分析了睡眠时记录的大脑活动。图片来源：Christian Burkert / Volkswagen-Stiftung / 波恩大学。

虽然之前的一些研究已经记录了睡眠期间的神经元活动，但它们大多依赖于非侵入性成像技术，虽然这种技术更容易使用，但却不能提供更多关于大脑中正在发生什么的信息。斯塔雷西纳和他的同事们能够利用深度电极记录更精确的测量结果，这些电极被植入抗药性癫痫患者的大脑，作为临床治疗的一部分。最终，研究小组得以确定内源性睡眠节律是如何调节神经元活动的。

"Staresina 说："看到大脑如何看似听天由命地精心调节神经元的发射和交流，大概是为记忆的形成服务，这是非常了不起的。"它利用大脑节律的内部机制将发射率提高到可以形成新突触的程度。通过实验支持大脑，使这些大脑节律保持一致（例如，通过有针对性的侵入性或非侵入性刺激），对于防治健康老龄化或神经退行性疾病导致的记忆力衰退大有希望。

该研究团队的最新研究为我们揭开了大脑最迷人的奥秘之一：大脑如何在睡眠中巩固记忆。未来，这项研究可能会为更多的研究铺平道路，对其揭示的过程进行检验，从而可能带来令人兴奋的新发现。

"我们还需要确认哪些类型的记忆能从睡眠节律中获益，"斯塔雷西纳补充道。我们还需要确认从睡眠节律中获益的记忆类型，"斯塔雷西纳补充道，"是特别依赖海马体的联想记忆（如记住最近遇到的人的名字）？还是各种记忆，甚至是记忆以外的认知功能（如注意力、情绪调节）？与此同时，我们现在正在探索在睡眠期间促进记忆形成的非侵入性手段，在适当的时候给大脑的内源性睡眠节律一个温柔的暗示"。

(责任编辑：泉水)

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