Science封面：人為何要睡覺？
??新智元報道??
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來源：Science
編輯：David
【新智元導讀】熬夜不睡覺，有損記憶力！這句話終于不是隨便說說了。牛津大學新研究發(fā)現，人在睡覺時的大腦信號，會與記憶相關的「海馬體」信號互相協(xié)調，鞏固長期記憶。不睡覺，真的會損害記憶力喲！
相信各位打工人對熬夜一定不陌生。雖然俗話說「人是鐵，飯是鋼」，但其實比起少吃一頓飯，一宿不睡覺顯然更令人崩潰！
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熬一夜下來精神恍惚，仿佛昨天發(fā)生的事都不記得了。而且，可千萬不要以為這只是隨口說說！實際上，記憶與睡眠的關系可能比過去想象的更加密切。
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最近，牛津大學研究人員研究了人在睡眠期間大腦神經網絡電信號的活動，發(fā)現這些活動與維持記憶「鞏固」的過程密切相關，而且，當人處于不同睡眠模式和睡眠階段，對記憶形成和鞏固的機制也是不同的。
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這個研究從機理上解釋了睡眠的必要性：我們?yōu)樯兑X？為了保持記憶。
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這篇文章登上了最新的 Science 封面。
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文章提出，記憶的形成過程，實際上是大腦選擇了一些新的體驗，將其編碼并存儲整合到現有的記憶結構中，同時根據需要對現有記憶進行修改和保存，這是一個復雜的過程。
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當人處于睡眠狀態(tài)時，大腦可以在不受外部信息影響的情況下，對新編碼的記憶進行分類和強化，這個過程稱為記憶的「鞏固」。
「鞏固」會形成穩(wěn)定的長期記憶痕跡。而這個過程與大腦內神經網絡中極其復雜的放電活動息息相關。
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人的睡眠可分為兩種模式，「快速動眼期」和「非快速動眼期」。
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快速動眼期（rapid eye movement，REM）在此睡眠階段中，人的眼球會快速移動，同時身體肌肉放松，但大腦的神經元的活動與清醒的時候幾乎相同。
而「非快速動眼睡眠」（NREM）是指沒有快速動眼部運動的睡眠。此期間大腦的活動下降到最低，人體能夠得到完全的舒緩。
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以大腦活動方式看，兩種睡眠模式是完全不同的。
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REM 睡眠和「θ振蕩」
在REM 睡眠期間，人的腦電圖活動與清醒期間非常相似，海馬體會產生「θ振蕩」，這是一種頻率為5-12Hz 的特征波，同時，在大腦皮層中也能記錄到這種震蕩活動。
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在人清醒期間，「θ震蕩」會造成神經元細胞有序放電，引起海馬體活動，這些活動對于記憶的編碼和鞏固是至關重要的。但在REM 睡眠期間，對大腦神經元活動方式與θ振蕩的相關性研究并不多。
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盡管迄今為止，REM 睡眠與引發(fā)「θ震蕩」的變化之間的確切聯系仍不清楚。但有研究表明，若采用外部手段破壞「θ震蕩」，確實會對相關語境記憶的鞏固過程造成損害。
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NREM 階段，海馬體與腦皮層的「協(xié)調」
本文研究重點在于NREM睡眠階段。進入該階段后，海馬體和大腦皮層活動模式會維持協(xié)調，這種協(xié)調可以維持記憶的「鞏固」。
海馬體和大腦皮層的信號在 NREM 睡眠期間實現協(xié)調，促進長期記憶的鞏固
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對某一事件的體驗，是產生記憶的基本條件，而在事件體驗產生時，海馬體對記憶的生成和鞏固就已經開始了。
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在NREM睡眠階段，研究人員對記憶的「鞏固」提出了一個分兩步的理論假設。
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首先，海馬體中的一組 CA3 和 CA1 細胞在事件體驗過程中，通過「θ震蕩」進行協(xié)調，并形成編碼相應新信息的細胞集。
然后，在隨后的睡眠階段，部分CA3會自發(fā)地觸發(fā)尖波波紋 (SWR)，對相關的CA1集合進行「重新激活」，并加強彼此之間的連接，最終導致記憶的鞏固。
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在研究方法上，研究人員通過閉環(huán)實驗對大腦信號進行實時處理，檢測睡眠模式，同時使用能夠實時影響神經網絡的介入方法，自動觸發(fā)給定模式的檢測，以檢驗某個操作是「促進」還是「損害」記憶鞏固。
閉環(huán)實驗結果表明，海馬體中對部分神經細胞的「重新激活」確實可以促進記憶的鞏固。多睡覺，保持良好記憶力，是有科學根據的。
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目前，這項研究主要基于大腦中的海馬體。未來，研究人員希望以這一發(fā)現為線索，研究更復雜的大腦結構對記憶、睡眠的控制作用。
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雖然我們可能永遠無法就睡眠的記憶功能達成統(tǒng)一的理論，但對研究空間進行擴大，無疑有助于我們更準確地了解記憶「維持」與「鞏固」的奧秘。
未來，一旦確切理解了睡眠與記憶「編碼」、「提取」再到「鞏固」的全過程，我們離「解開大腦奧秘」就會更進一步。
