Cell子刊：人类睡眠时，大脑并未离线！而是在回忆和重现清醒时的经历

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Cell子刊：人类睡眠时，大脑并未离线！而是在回忆和重现清醒时的经历

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撰文｜nagashi
编辑｜王聪排版｜水成文



在现代社会，由于生活压力、光污染、噪声等因素，失眠现象越来越普遍。众所周知，机体通过生物钟来掌控自身节律，而长期失眠将严重扰乱人体的生物钟现象，进而引发一系列的疾病，例如肥胖、糖尿病和肝脏相关疾病等等。睡眠，是人类不可或缺的生理现象。在人的一生中，睡眠占了近1/3的时间，睡眠质量好坏与人体健康与否有密切关系，由此可见，睡眠对每一个人都是极其重要的。并且，从某种意义上来说，睡眠质量甚至决定着生活质量。然而，人类为什么需要睡眠？睡眠的意义又是什么？人类对这些问题仍知之甚少。2020年5月，美国麻省总医院（MGH）神经技术和神经恢复中心的研究人员在 Cell 子刊 Cell Reports 杂志上发表了题为：Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex 的研究论文。该研究通过在两名参与者的大脑皮质内植入的微电极阵列，检测证实在睡眠时，人类的大脑还在忙于组织新的记忆的过程中，并重现清醒时的经历。

                               
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人的睡眠周期可以大致分为五个阶段，其中最重要的是慢波睡眠和快波睡眠，有研究表明慢波睡眠有助于身体的生长发育和体力的恢复，而快波睡眠则有利于巩固学习和记忆。科学家们此前曾在动物身上观察到，在睡眠期间，大脑会回放清醒时的神经活动模式，也被称为“离线回放”，这被认为是记忆巩固的基础，在这个过程中，最近的记忆在神经表征中获得了更多的持久性。在此项研究中，研究人员让两名参与者玩一个序列复制游戏，类似于上世纪80年代的热门游戏《Simon》，该游戏有四个彩色面板，按不同的顺序点亮，供玩家重复。但是，参与者并没有移动手臂，而是想象用他们的手把光标一个接一个地移动到不同的目标上，以最快的速度按正确的顺序击中正确的颜色。

                               
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在游戏前，研究人员在两名参与者的大脑皮质内植入微电极阵列，以此记录他们大脑中大量单个神经元的峰值活动。这一微电极阵列是由美国BrainGate学术研究联盟开发的，同时也是第一个允许在人类大脑中进行如此详细的神经记录的电极阵列。因此，这项研究也是史无前例的。令人惊讶的是，研究小组在游戏期间和游戏后休息期间均观察到了相同的神经元放电模式。换句话说，这就好像参与者在睡眠期间仍在玩《Simon》游戏——在神经元水平上重复玩同样的模式。

                               
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对此，此文章的第一作者Jarosiewicz说道：“这是第一个直接证据，证明在人类中，我们在学习之后的休息中大脑仍在回放，这可能有助于巩固那些记忆。我们在动物身上研究了几十年的所有与回放相关的记忆巩固机制，实际上可能也适用于人类。”更重要的是，这一研究成果也为那些想要了解回放巩固记忆的潜在机制的研究人员，提供了更多的问题和未来的研究课题。尽管科学家们还不能完全明白学习和记忆是如何巩固的，但是相信在不久的将来，人类一定能认知睡眠与记忆之间的具体联系，洞悉背后的真相。




论文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107581