Science封面：人为何要睡觉？

相信各位打工人对熬夜一定不陌生。虽然俗话说「人是铁，饭是钢」，但其实比起少吃一顿饭，一宿不睡觉显然更令人崩溃！

熬一夜下来精神恍惚，仿佛昨天发生的事都不记得了。而且，可千万不要以为这只是随口说说！实际上，记忆与睡眠的关系可能比过去想象的更加密切。

最近，牛津大学研究人员研究了人在睡眠期间大脑神经网络电信号的活动，发现这些活动与维持记忆「巩固」的过程密切相关，而且，当人处于不同睡眠模式和睡眠阶段，对记忆形成和巩固的机制也是不同的。

这个研究从机理上解释了睡眠的必要性：我们为啥要睡觉？为了保持记忆。

这篇文章登上了最新的 Science 封面。

文章提出，记忆的形成过程，实际上是大脑选择了一些新的体验，将其编码并存储整合到现有的记忆结构中，同时根据需要对现有记忆进行修改和保存，这是一个复杂的过程。

当人处于睡眠状态时，大脑可以在不受外部信息影响的情况下，对新编码的记忆进行分类和强化，这个过程称为记忆的「巩固」。

「巩固」会形成稳定的长期记忆痕迹。而这个过程与大脑内神经网络中极其复杂的放电活动息息相关。

人的睡眠可分为两种模式，「快速动眼期」和「非快速动眼期」。

快速动眼期（rapid eye movement，REM）在此睡眠阶段中，人的眼球会快速移动，同时身体肌肉放松，但大脑的神经元的活动与清醒的时候几乎相同。

而「非快速动眼睡眠」（NREM）是指没有快速动眼部运动的睡眠。此期间大脑的活动下降到最低，人体能够得到完全的舒缓。

以大脑活动方式看，两种睡眠模式是完全不同的。

REM 睡眠和「θ振荡」

在REM 睡眠期间，人的脑电图活动与清醒期间非常相似，海马体会产生「θ振荡」，这是一种频率为5-12Hz 的特征波，同时，在大脑皮层中也能记录到这种震荡活动。

在人清醒期间，「θ震荡」会造成神经元细胞有序放电，引起海马体活动，这些活动对于记忆的编码和巩固是至关重要的。但在REM 睡眠期间，对大脑神经元活动方式与θ振荡的相关性研究并不多。

尽管迄今为止，REM 睡眠与引发「θ震荡」的变化之间的确切联系仍不清楚。但有研究表明，若采用外部手段破坏「θ震荡」，确实会对相关语境记忆的巩固过程造成损害。

NREM 阶段，海马体与脑皮层的「协调」

本文研究重点在于NREM睡眠阶段。进入该阶段后，海马体和大脑皮层活动模式会维持协调，这种协调可以维持记忆的「巩固」。

海马体和大脑皮层的信号在 NREM 睡眠期间实现协调，促进长期记忆的巩固

对某一事件的体验，是产生记忆的基本条件，而在事件体验产生时，海马体对记忆的生成和巩固就已经开始了。

在NREM睡眠阶段，研究人员对记忆的「巩固」提出了一个分两步的理论假设。

首先，海马体中的一组 CA3 和 CA1 细胞在事件体验过程中，通过「θ震荡」进行协调，并形成编码相应新信息的细胞集。

然后，在随后的睡眠阶段，部分CA3会自发地触发尖波波纹 (SWR)，对相关的CA1集合进行「重新激活」，并加强彼此之间的连接，最终导致记忆的巩固。

在研究方法上，研究人员通过闭环实验对大脑信号进行实时处理，检测睡眠模式，同时使用能够实时影响神经网络的介入方法，自动触发给定模式的检测，以检验某个操作是「促进」还是「损害」记忆巩固。

闭环实验结果表明，海马体中对部分神经细胞的「重新激活」确实可以促进记忆的巩固。多睡觉，保持良好记忆力，是有科学根据的。

目前，这项研究主要基于大脑中的海马体。未来，研究人员希望以这一发现为线索，研究更复杂的大脑结构对记忆、睡眠的控制作用。

虽然我们可能永远无法就睡眠的记忆功能达成统一的理论，但对研究空间进行扩大，无疑有助于我们更准确地了解记忆「维持」与「巩固」的奥秘。

未来，一旦确切理解了睡眠与记忆「编码」、「提取」再到「巩固」的全过程，我们离「解开大脑奥秘」就会更进一步。

参考链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8113

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8370

本文来自微信公众号“新智元”（ID:AI_era），来源：Science，编辑：David，36氪经授权发布。

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