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睡眠时大脑仍记忆活跃:内嗅皮层持续活动机制揭示

加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员首次测量了与学习、记忆及阿尔茨海默病相关的大脑区域在睡眠时的活动。他们发现,即使在麻醉状态下,内嗅皮层(entorhinal cortex)仍表现出类似记忆编码的持续活动,这一发现颠覆了传统认知。

研究团队同时测量了与记忆形成相关的多个脑区(新皮层、海马体和内嗅皮层)的单个神经元活动。通讯作者、UCLA神经物理学教授马扬克·R·梅赫塔(Mayank R. Mehta)表示,该技术可精确追踪大脑各区域间的激活顺序与扩散路径。

研究聚焦于小鼠大脑中三个相互连接的脑区:新皮层(neocortex)、海马体(hippocampus)和内嗅皮层。此前研究已表明,睡眠时新皮层与海马体之间的对话对记忆巩固至关重要,但内嗅皮层的作用尚不明确。梅赫塔团队发现,内嗅皮层表现出所谓的“持续活动”(persistent activity),这种活动在清醒时被认为调节工作记忆。

梅赫塔说:“令人惊讶的是,这种持续活动在睡眠期间几乎一刻不停。这些结果是全新的。实际上,即使在麻醉状态下,内嗅皮层也在进行这种持续活动。”该研究发表于《自然-神经科学》(Nature Neuroscience)。

这些发现意义重大,因为人类约三分之一的时间在睡眠中度过,睡眠不足会导致学习和记忆问题。梅赫塔团队开发了一种超灵敏监测系统,可同时追踪三个脑区的神经元活动,从而破译精确的交流过程,甚至包括神经元看似静默时的活动。他们随后利用精密的数学分析手段解析这场复杂的神经对话。

睡眠时,约90%的时间里新皮层进入慢波模式,以约1 Hz的频率在活跃与非活跃状态间波动。内嗅皮层由多个亚区组成:其外侧区域忠实再现新皮层的活动,但内侧区域表现出不同模式。当新皮层不活跃时,内嗅皮层内侧神经元仍保持活跃,仿佛在记忆新皮层最近“说过”的内容,这种现象称为“自发持续活动”(spontaneous persistent activity)。此外,当内嗅皮层内侧开始自发持续活动时,会促使海马体神经元变得高度活跃;而新皮层活跃时,海马体则趋于安静。

这一机制揭示了睡眠中记忆巩固的精细调控:内嗅皮层作为“记忆缓冲器”,在慢波睡眠期间维持信息,并驱动海马体进行记忆重放。该研究为理解阿尔茨海默病中内嗅皮层早期损伤导致的记忆障碍提供了新视角。

(责任编辑:泉水)