Nature重磅：揭开睡眠不足为什么会损害记忆力

news2024/10/6 8:21:51

我们的记忆力会在睡眠期间得到增强，海马体是大脑的记忆中心，而海马体尖波涟漪（sharp-wave ripple，SWR）期间觉醒体验的激活和重放被认为是记忆力得到增强的关键。睡眠不足会损害记忆力，然而，我们对于睡眠不足是如何影响这一过程的，仍知之甚少。

2024年6月12日，密歇根大学安娜堡分校的研究人员在 Nature 期刊发表了题为：Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay 的研究论文。

该研究发现，在睡眠不足时，一个与长期记忆有关的关键大脑信号——海马体的尖波涟漪，会被减弱，这有助于解释为什么睡眠不好会扰乱记忆形成，经过一夜糟糕的睡眠后，即使恢复正常睡眠，也不足以修复这一大脑信号。这项研究可能会带来改善记忆的靶向治疗方法。

神经元在大脑中很少单独行动，它们之间高度互联，经常以有规律或重复的模式一起放电。其中一种模式就是尖波涟漪（sharp-wave ripple，SWR），即一大群神经元以极强的同步性放电，然后另一大群神经元也以同样的方式放电，如此循环往复，以特定的节奏进行。这些尖波涟漪发生在大脑的一个特定区域——海马体，它是记忆形成的关键区域。这些模式被认为有助于与大脑新皮层（neocortex，长期记忆存储的地方）进行交流。

这些尖波涟漪的功能之一是，其中一些是过去事件中大脑活动模式的加速重演。例如，当动物进入笼子中的某个特定位置时，海马体中的一组神经元会同时放电，形成该位置的神经表征。随后，这些相同的神经元可能会参与尖波涟漪，就好像它们在快速重演这段经历的片段一样。

之前的研究发现，当这些尖波涟漪受到干扰时，小鼠在记忆测试中的表现不佳。而当这些尖波涟漪持续时间较长时，它们在相同测试中的表现则有所改善。因此，这些尖波涟漪也被称为记忆和学习的“认知生物标志物”。

在这项研究中，研究团队注意到，尖波涟漪不仅会在清醒时出现，还会在深度睡眠时出现，而睡眠中的这些尖波涟漪的爆发似乎特别有助于将短期记忆转化为长期记忆。

这些尖波涟漪、睡眠和记忆之间的联系已得到充分证明，但直接操纵睡眠以确定睡眠如何影响这些尖波涟漪，进而影响记忆的研究却很少。

为了了解睡眠不足如何影响记忆力，研究团队在几周的时间里记录了7只大鼠在探索迷宫时海马体的活动情况。他们定期打扰其中一些大鼠的睡眠，而让另一些大鼠自由睡眠。

令人惊讶的是，那些被反复唤醒的大鼠的尖波涟漪活动水平与那些得到正常睡眠的大鼠相似，甚至更高，但尖波涟漪的放电强度较弱且组织性较差，显示出前一次放电模式重复程度的明显下降。在经过两天的恢复期后，睡眠不足的大鼠重新恢复了之前的神经模式，但并未达到那些得到正常睡眠的大鼠的水平。

值得一提的是，2024年3月28日，纽约大学的研究人员在 Science 期刊发表了题为：Selection of experience for memory by hippocampal sharp wave ripples 的研究论文【2】。该研究发现，发现动物在清醒时发生的尖波涟漪可能有助于选择将哪些经历存入长期记忆。