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科学家首次实验揭示睡眠有助于巩固和加强新的记忆

发布日期:2014-11-06      发布人:坤

“如果睡不好觉,就学不好。”这是人们由来已久的常识。显然,睡眠对学习和记忆具有重要作用。但是,对于这一现象,究竟是什么机制在起作用呢?纽约大学朗格医学中心一项新的研究,首次以实证揭示睡眠有助于巩固和加强新的记忆。

  睡眠时大脑有点忙

  如果你认为睡觉时大脑也在休息,那就错了。实际上,它可有点忙。

  美国哈佛大学医学院曾在《现代生物学》杂志上刊登研究报告称,睡眠能帮助人们记住大脑刚接收到的信息,尤其是在帮助人们记忆大量相似信息时特别有效。受试者在睡了一觉后,比那些不睡觉的受试者能更好地回忆起此前看过的词组。

  研究人员说,过去已有研究表明,睡眠有助于保护“程序性记忆”,这类记忆告诉人们怎样按程序去从事某项活动。这项新成果则首次证明,睡眠也可以巩固“陈述性记忆”,这类记忆告诉人们事实性信息。

  美国亚利桑那州立大学曾刊登在《科学》上的一项研究显示,人在睡眠时,大脑仍然在忙碌地工作着。它在强化对自己白天做过事情的记忆,那些经历会在脑中飞快地重放。

  研究人员让啮齿动物在白天学习以某种特定方式围绕一个圆形竞技场奔跑,然后通过监视其大脑的活动发现,它们大脑中部的额叶前部皮质由和白天在竞技场奔跑时一致的活动表现。但是睡眠的时候,那些大脑的图像变化比它们醒着在竞技场绕圈儿时要快六七倍。研究人员说:“总之,在睡眠时老鼠的大脑活动加速了,以巩固记忆。”

  导致脑结构特定变化

  在细胞水平上,睡眠不是休息,脑细胞在不断活跃着。当我们醒时消化新的信息,在深睡眠也被称为慢波睡眠时会将其回放,当脑电波慢下来和眼球快速运动也就是做梦时会停下来。长期以来,科学家认为,这种夜间重播有助于我们形成和回忆新的记忆,但对其引起脑部结构变化支撑这个过程的原由仍知之甚少。

  据每日科学网、物理学家组织网近日报道,为了阐明这个过程,研究人员利用转基因小鼠进行了实验,这些小鼠的神经元可表达荧光蛋白。他们使用一个特殊的激光扫描显微镜观察在运动皮层发光的荧光蛋白,并在小鼠学习平衡旋转杆时,跟踪获取其大脑树突棘沿个别树突分支生长的前后图像。随着时间的推移,小鼠很快学会了如何在旋转杆上平衡,就像学骑自行车。这项技能一旦学习,就永远不会忘记。

  实际上,在记录小鼠的实验中,在旋转杆训练后6个小时内,研究人员观察沿着树突分支新刺萌芽,开始着手了解睡眠会如何影响这个实物的成长。受训的小鼠分为两组:第一组是旋转杆上受过训练1小时,然后睡7小时;第二组训练时间与第一组相同,但之后7小时一直不让其睡觉。研究人员发现,被剥夺睡眠的小鼠生长的树突棘明显比充分休息的小鼠少。

  此外,他们还发现,学习任务的类型决定树突分枝刺的生长。例如,旋转杆向前运行,小鼠脑部产生的棘刺会比向后运行长出不同的树突分支,这表明学习的特定任务导致大脑中特定结构的变化。

  首次实证睡眠促进记忆

  这项刊登在近日的《科学》杂志上的研究显示,在学习后,睡眠会激励树突棘的生长,从脑细胞的微小突起连接到其他脑细胞,并帮助信息通道穿过突触,即大脑细胞的交叉点。而脑细胞活动在学习之后的深度睡眠或慢波期睡眠对这样的增长具有决定性的作用。

  这一发现是通过小鼠实验提供重要的实体证明,以支持睡眠有助于巩固和加强新的记忆的假说,并首次表明学习和睡眠是如何引起在运动皮层、负责自主运动的大脑区域物理变化。

  研究人员说:“在这里我们已经显示了睡眠是如何有助于神经元形成具体连接树突的分支,以促进长期的记忆;还显示了在相同神经元的不同分支上,不同类型的学习形成突触,表明学习可以导致大脑非常具体的结构变化。”

  研究人员说:“现在我们知道,当学到新的东西,一个神经元会在一个特定的分支长出新的连接。想像一下,这就如同一棵树在树枝上一个特定的分枝上长出发芽的叶子(棘刺),而不是在另一个分枝上。”

  最后,研究人员发现,在慢波深睡眠时,运动皮层的脑细胞活跃,小鼠的学习任务重新激活。当破坏这个过程,会阻止树突棘的生长。该研究结果对神经元重播功能提供了一个重要洞察视角,在这个由沉睡的大脑排练白天学习过的任务过程中观察运动皮层。研究人员说:“数据表明,在睡眠时神经细胞的活化对于在运动皮层内不断增长的特定连接非常重要。”

  所以,科学实证告诉我们,要想学习和工作高效,每天都睡个好觉吧,这也是

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