蔡立英/編譯

●睡眠最重要的功能之一是處理記憶，研究者現(xiàn)在開(kāi)始探究大腦是如何在我們睡覺(jué)的時(shí)候幫助我們學(xué)習(xí)的。

神經(jīng)科學(xué)家簡(jiǎn)·波恩（Jan Born）悄悄地嫉妒他8個(gè)月大的女兒?！八胨X(jué)的時(shí)候就睡覺(jué)?！比缓螅终f(shuō)睡眠是一個(gè)至關(guān)重要的學(xué)習(xí)時(shí)間，他女兒也許比一般成年人要學(xué)的東西更多?！拔易聊ニ欠裥枰X(jué)，因?yàn)樗暮ｑR區(qū)是滿的?！彼f(shuō)。

海馬區(qū)是大腦記憶網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，記憶首先在這里被編碼為短期記憶，之后轉(zhuǎn)為長(zhǎng)期記憶存儲(chǔ)。睡眠是將短期記憶下載到大腦的其他區(qū)域進(jìn)行編譯和存儲(chǔ)的一種途徑。“我們知道睡眠中的大腦處理廣泛的記憶類(lèi)型?！蔽挥诿绹?guó)馬薩諸塞州波士頓貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心的神經(jīng)科學(xué)家羅伯特·斯蒂克戈?duì)柕拢≧obert Stickgold）說(shuō)。

研究者知道些許睡眠會(huì)幫助你回憶起形形色色的東西，從你新近掌握的運(yùn)動(dòng)技能，比如如何彈鋼琴，到你昨晚穿什么衣服去劇院。

但是，睡眠不是像保存視頻文件到硬盤(pán)這樣一個(gè)被動(dòng)的存儲(chǔ)過(guò)程。睡眠還會(huì)改裝記憶，它幫助我們編輯文件——比如添加或是移除記憶的內(nèi)容或感情色彩——并且重新保存它們?！斑@不僅僅是記憶表示的增強(qiáng)，”波恩說(shuō)，他在德國(guó)圖賓根大學(xué)研究睡眠和記憶，“記憶被重新激活和再加工?！?/p>

那么，到底是什么讓睡眠中的大腦成為一個(gè)記憶機(jī)器呢？“我們不知道大腦是如何做到以上任何一點(diǎn)的，”斯蒂克戈?duì)柕抡f(shuō)，“因?yàn)闆](méi)有人知道記憶是如何形成的?！钡沁@并不能阻止科學(xué)家進(jìn)行探究的努力。研究者正在對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物的被試者進(jìn)行研究，記錄睡眠中的大腦是如何工作的，并嘗試把睡眠中的大腦活動(dòng)與它所存儲(chǔ)的海量復(fù)雜的信息聯(lián)系起來(lái)。

記憶制造者

一個(gè)夜晚的睡眠分為5個(gè)截然不同的階段，大腦大約每90分鐘循環(huán)一次。在快速眼動(dòng)睡眠階段，大腦的腦電活動(dòng)和醒著的人的腦電看起來(lái)很像。研究者猜想快速眼動(dòng)睡眠階段是做夢(mèng)的時(shí)候——而且在睡夢(mèng)中，記憶也許得到了鞏固，大腦把白天的經(jīng)歷重新播放了一遍，并把它們存儲(chǔ)為持久的回憶。

慢波睡眠中記錄到的大腦和肌肉活動(dòng)

為了支持這個(gè)觀點(diǎn)，在20世紀(jì)90年代中期，位于以色列雷霍沃特的魏茨曼科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)睡夢(mèng)能幫助改善學(xué)習(xí)：當(dāng)人們睡一覺(jué)之后再完成一項(xiàng)從屏幕中搜尋符號(hào)的任務(wù)時(shí)，會(huì)做得更好，而這種改善效果尤其與快速眼動(dòng)睡眠有關(guān)。這一研究成果引發(fā)了研究者探究睡眠是記憶之根的研究興趣。

但是，如今我們已清楚記憶處理——甚至做夢(mèng)——并不是快速眼動(dòng)睡眠的專屬領(lǐng)地?？焖傺蹌?dòng)睡眠階段可以幫助我們進(jìn)行情緒處理，這是記憶經(jīng)常需要做的。但是記憶的許多搜集情況的工作是在睡眠的其他階段做的——幫助大腦進(jìn)行記憶洗牌，在海馬區(qū)重新激活它們，在前額葉皮層等區(qū)域編輯它們，然后把記憶送回到更靠近海馬區(qū)的皮層區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)和檢索。“睡眠的所有環(huán)節(jié)都以某種方式對(duì)記憶做出了貢獻(xiàn)。”美國(guó)坎布里奇麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家馬修·威爾遜（Matthew Wilson）說(shuō)。

自從20世紀(jì)90年代以來(lái)，許多研究者的研究焦點(diǎn)聚焦于慢波睡眠在記憶中的作用。慢波睡眠是深度睡眠中的一個(gè)階段，這一階段皮層發(fā)出1Hz左右的低頻電氣振蕩傳遍大腦。

研究焦點(diǎn)向慢波睡眠的轉(zhuǎn)移，并不一定是因?yàn)樗瓤焖傺蹌?dòng)睡眠更有趣，而是因?yàn)樗菀籽芯俊４竽X活動(dòng)處于一個(gè)更一致的水平，而且研究者發(fā)現(xiàn)慢波睡眠的大腦活動(dòng)模式能更容易地與最近的活動(dòng)聯(lián)系在一起。例如，在老鼠實(shí)驗(yàn)中，研究者發(fā)現(xiàn)老鼠走迷宮時(shí)和它們走完迷宮睡覺(jué)時(shí)的大腦活動(dòng)模式是相同的?！胺强焖傺蹌?dòng)睡眠在生理學(xué)上更容易研究，”威爾遜說(shuō)，“這就是研究數(shù)據(jù)所在。”

如今有大量的證據(jù)表明慢波睡眠能幫助鞏固記憶。波恩的實(shí)驗(yàn)顯示了那些被要求學(xué)習(xí)單詞關(guān)聯(lián)列表的人們的大腦相關(guān)區(qū)域，在睡眠時(shí)會(huì)協(xié)調(diào)它們的慢波活動(dòng)。同步組神經(jīng)元的活性被認(rèn)為是大腦讓不同區(qū)域相互配合來(lái)編碼新信息的一種方式。

相比之下，紊亂的睡眠可能導(dǎo)致錯(cuò)亂的記憶。斯蒂克戈?duì)柕碌难芯繄F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者的睡眠紡錘更少，睡眠紡錘是非快速眼動(dòng)睡眠第二階段出現(xiàn)的半秒脈沖，這一階段位于慢波睡眠階段之前。也許結(jié)果是，精神分裂癥患者比沒(méi)有患精神分裂癥的睡眠者在第二天更難回憶起前一天學(xué)過(guò)的動(dòng)作。

追蹤記憶痕跡

無(wú)人真正知曉睡眠中的大腦活動(dòng)的這些電氣振蕩是如何在細(xì)胞水平上發(fā)揮作用，從而加強(qiáng)記憶痕跡的。即便如此，記憶總的來(lái)說(shuō)還是充滿了令人沮喪的神秘。“如果我們能準(zhǔn)確找出單個(gè)記憶的位置，”斯蒂克戈?duì)柕抡f(shuō)，“我們就能推斷出睡眠是如何改變它的。”

動(dòng)物睡眠的研究正在幫助我們解決這一謎題。科學(xué)家可以插入電極，直接記錄某個(gè)大腦區(qū)域如海馬區(qū)的神經(jīng)元，這比監(jiān)視大腦電氣震蕩使他們更進(jìn)一步了解大腦活動(dòng)，大腦電氣震蕩是由許多神經(jīng)元同時(shí)發(fā)電形成的?！皠?dòng)物研究能讓你了解記憶的基本原理，并且得知檢驗(yàn)假設(shè)需要多大程度的實(shí)驗(yàn)控制?！蓖栠d說(shuō)，他在進(jìn)行老鼠研究。

迄今為止的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在動(dòng)物的大腦中，當(dāng)海馬區(qū)的腦細(xì)胞忙著重播白天形成的記憶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生慢波震蕩。例如，在老鼠的大腦中，研究者記錄到貌似記憶回放的活動(dòng)模式，于此同時(shí)，他們看到了慢波震蕩，暗示這兩者存在功能上的聯(lián)系。若是如此，那么在基本的神經(jīng)元水平上，人類(lèi)記憶與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的記憶并沒(méi)有根本的差別，在人類(lèi)的慢波睡眠中會(huì)發(fā)生類(lèi)似的過(guò)程。

在麻省理工學(xué)院，威爾遜和他的同事丹尼爾·本德 （Daniel Bendor）把記憶研究又向前推進(jìn)了一步。他們發(fā)現(xiàn)影響睡眠中的老鼠的記憶回放是有可能的，可以使用暗示來(lái)促進(jìn)和鞏固某些特定記憶?！帮@示記憶和某些特定行為之間的聯(lián)系，總是像圣杯那般神秘。”威爾遜說(shuō)。他們訓(xùn)練老鼠根據(jù)播放的是哪個(gè)音調(diào)而在迷宮中往左跑或者往右跑。然后，當(dāng)老鼠睡覺(jué)的時(shí)候，他們直接記錄海馬區(qū)的腦電活動(dòng)。通過(guò)播放一個(gè)與左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的音調(diào)，他們能夠影響老鼠對(duì)迷宮的空間記憶的回放——從本質(zhì)上說(shuō)，就是操縱老鼠“夢(mèng)”的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。

威爾遜、本德和其他人現(xiàn)在想研究海馬區(qū)之外的大腦區(qū)域，看看大腦其他地方的記憶是如何存儲(chǔ)的?！懊總€(gè)人都知道的是睡眠在將記憶轉(zhuǎn)移到大腦的其他部分時(shí)是重要的。”羅蘭·弗蘭克（Loren Frank）說(shuō)，他在舊金山加利福尼亞大學(xué)研究記憶?！暗珕?wèn)題是現(xiàn)在基本上沒(méi)有支持這一觀點(diǎn)的直接證據(jù)?！眮?lái)自功能磁共振成像的研究間接表明，記憶是通過(guò)一個(gè)叫做紋狀體的內(nèi)腦區(qū)域把記憶轉(zhuǎn)移到大腦皮層進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)的，但是這一轉(zhuǎn)移路徑仍有待進(jìn)一步證實(shí)。

睡個(gè)好覺(jué)

你的大腦多長(zhǎng)時(shí)間處于慢波模式將決定一個(gè)晚上的睡眠質(zhì)量。兒童的慢波睡眠時(shí)間比成年人長(zhǎng)，波恩想看看這是否會(huì)對(duì)人們回憶一項(xiàng)任務(wù)帶來(lái)不同。

在今年早些時(shí)候發(fā)表的一項(xiàng)研究中，波恩和他的同事讓一些兒童和成年人根據(jù)哪個(gè)按鈕先亮按一列按鈕，然后讓他們睡覺(jué)。到第二天早上，兩組被試都被要求回憶他們記憶中的按鈕順序，而不讓他們重新操作按鈕。兒童更擅長(zhǎng)把他們的任務(wù)操作轉(zhuǎn)化為顯性知識(shí)，任務(wù)操作讓他們獲得了關(guān)于按鈕順序的顯性知識(shí)。正如他們按按鈕所用的時(shí)間減少所顯示的，顯性知識(shí)就是他們對(duì)任務(wù)順序的記憶，他們能按照要求重現(xiàn)按鈕順序。兒童比成年人具有的這種更強(qiáng)的顯性知識(shí)，與兒童具有更多的大腦慢波活動(dòng)有關(guān)，暗示了慢波睡眠時(shí)間更長(zhǎng)的成年人也能獲得更佳的顯性知識(shí)。

神經(jīng)科學(xué)家馬修·沃克（Matthew Walker）在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校實(shí)驗(yàn)室的研究，專注于研究人們晚年的記憶會(huì)怎么樣?！拔覀冎?，當(dāng)我們老去時(shí)，我們的學(xué)習(xí)能力和記憶能力也會(huì)變差。”沃克說(shuō)。他的研究團(tuán)隊(duì)想知道這種衰退是否與睡眠有關(guān)。一項(xiàng)研究運(yùn)用睡眠中的腦電活動(dòng)記錄以及睡醒后的功能磁共振成像來(lái)研究回憶一項(xiàng)任務(wù)的大腦活動(dòng)模式，揭示了隨著年齡的增長(zhǎng)，我們不再能夠像年輕時(shí)那樣有效地形成新記憶。深度慢波睡眠數(shù)量的減少似乎是問(wèn)題的關(guān)鍵?！澳昙o(jì)大的人睡眠不深，所以他們沒(méi)那么容易按下‘記憶保存’按鈕。”

老年人的大腦可能正在失去可塑性——這是一種隨著經(jīng)歷的變化而適應(yīng)和改變的能力，它是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。美國(guó)費(fèi)城賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家馬科斯·弗蘭克（Marcos Frank）已經(jīng)研究了貓的睡眠與大腦可塑性是如何相互作用的。當(dāng)貓?zhí)幱谝粋€(gè)月大的一個(gè)關(guān)鍵的發(fā)育期時(shí)，他把貓的一只眼睛蒙住，觀察睡眠受到剝奪的動(dòng)物與允許正常睡眠的動(dòng)物的大腦視覺(jué)皮質(zhì)的差異。允許正常睡眠的貓的視覺(jué)皮質(zhì)對(duì)于從依舊睜著的那只眼睛里看到的東西做出了更多反應(yīng)。但是睡眠受到剝奪的貓，這種記憶鞏固過(guò)程被阻斷了。

值得紀(jì)念的一天

睡眠不是記憶處理的唯一時(shí)間。羅蘭·弗蘭克和他的同事馬蒂亞斯·卡爾森 （Mattias Karlsson）的研究表明，老鼠即使在醒著和安靜地休息時(shí)，也在重新激活記憶并且鞏固記憶。他們現(xiàn)在正在研究老鼠處于清醒狀態(tài)與睡眠狀態(tài)時(shí)重新激活記憶可能存在的差異。

威爾遜也認(rèn)為睡眠、休息以及這兩種狀態(tài)之間的任何狀態(tài)在記憶處理中可能扮演著不同的角色?！皢?wèn)題不在于‘記憶有沒(méi)有被處理’，而是記憶在不同的大腦狀態(tài)是如何進(jìn)行不同的處理的？”他對(duì)睡眠研究者提出了更為遠(yuǎn)大的目標(biāo)?！巴ㄟ^(guò)睡眠研究，”他說(shuō)，“我們應(yīng)該對(duì)記憶的本質(zhì)達(dá)到一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)?！?/p>

如果我們對(duì)記憶的本質(zhì)有更好的了解，也許我們就能運(yùn)用這些知識(shí)使我們的記憶變得更敏銳。波恩的實(shí)驗(yàn)室已能使用低水平的電刺激來(lái)改善人們的記憶。就在上個(gè)月，他們的研究表明同步聲音能增加睡眠中的慢波，從而提高人們對(duì)詞組的記憶力。同時(shí)，不可否認(rèn)一晚的安眠非常重要。而對(duì)波恩8個(gè)月大的女兒來(lái)說(shuō)，在嬰兒時(shí)期的大部分時(shí)間都閉著眼睛睡覺(jué)是非常重要的。