大脑神经元能在梦中继续演练
发布时间: 2024-08-12 12:41:27
在睡眠期间，一些休憩的大脑神经元不仅会重播，甚至还会演练。这一发现是美国莱斯大学和密歇根大学团队在一项关于睡眠和学习的研究中提出的见解。据近期《自然》杂志、美国莱斯大学官网消息称，科学家们正在以前所未有的视角，研究大脑的单个神经元。
主要作者、密歇根大学库罗什·马布迪展示研究成果。图片来源：美国密歇根大学
有过备考经验的人几乎都知道“睡前复习、事半功倍”。这是因为睡眠有助于将新体验变为稳定记忆。多年前的研究就曾发现，如果动物在休息前探索新环境，那么它们大脑中的神经元会以重现动物探索过程中轨迹的方式放电，海马体中许多特殊神经元的空间表征，在睡眠期间也是稳定的。
但休憩中的大脑能力仅限于此吗？科学家此次追踪了“尖波涟漪”，这是一种在巩固新记忆中发挥作用的神经元激活模式，它可以标记新体验的哪些部分会被存储为记忆。
幸运的是，科学家首次观察到这些单个神经元如何在休憩期间保持稳定的空间表征。他们通过测量小睡后（不是一段时间清醒或睡眠不足后）的记忆测试表现，展示了所谓的“演练”。
科学家先是训练小鼠在跑道上来回奔跑，跑道两端都有“奖励”。他们观察了动物海马体中单个神经元在此过程中如何“放电”。通过计算来回多圈的平均放电率，能够估计神经元的位置场，或特定神经元最“关心”的环境区域。
科学家们用到了一种统计机器学习方法，其可以利用神经元绘制动物梦到的位置的估计值。接下来，再使用这些梦到的位置，估计数据集中每个神经元的空间调谐过程。听起来很复杂，但这个方法可以证实，对大多数神经元来说，在体验新环境期间形成的空间表征，在体验后的几个小时内都是稳定的。
令人惊讶的是，这些神经元在睡眠期间所做的事情可不仅仅是稳定体验记忆——当科学家第二次将动物放回到环境中时，神经元的变化确实反映了动物在睡眠时学到的东西，甚至就好像第二次接触空间，实际上发生在动物睡觉时，真实的“第二次”则变成了“重演”。
以往，几乎所有的可塑性研究（允许神经元重新连接和形成新表征的机制），都是关注动物清醒期间、刺激出现时发生的情况。现在，人们观察到的是在睡眠期间没有相关刺激时的神奇变化。这一观察，构成了对睡眠期间发生的神经可塑性的直接证据。
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