揭示睡眠中记忆巩固背后的大脑机制

近几十年来，神经科学家已经确立了这样的观点：每天的一些经历会在当晚的睡眠期间被大脑转化为永久记忆。 现在，一项新的研究提出了一种机制，可以确定哪些记忆被标记为足够重要，可以在大脑中徘徊，直到睡眠使它们永久化。

这项新研究由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员领导，围绕被称为神经元的脑细胞展开，这些神经元会“放电”，从而引起正负电荷平衡的波动，从而传输编码记忆的电信号。 海马体大脑区域中的大量神经元以有节奏的周期一起放电，在几毫秒内产生可以编码复杂信息的信号序列。

这些对大脑其他部分的“喊叫”被称为“尖锐的波波纹”，代表着 15% 的海马神经元几乎同时放电，并因其活动被电极捕获并记录在记录仪上时所呈现的形状而得名。图形。

虽然过去的研究将睡眠期间的涟漪与记忆形成联系起来，但这项新研究于 3 月 28 日在线发表在该杂志上 科学研究发现，白天发生的事情紧随其后的是 5 到 20 个尖锐的波涟漪，在睡眠期间会更多地重播，从而巩固为永久记忆。 很少或没有剧烈波动的事件未能形成持久的记忆。

我们的研究发现，尖锐的波波纹是大脑用来‘决定’保留什么和丢弃什么的生理机制。”

György Buzsáki，医学博士、哲学博士、高级研究作者、纽约大学朗格健康中心神经科学和生理学系 Biggs 神经科学教授

行走与停顿

这项新研究基于一种已知的模式：人类和其他哺乳动物会体验这个世界一会儿，然后暂停，然后体验更多一点，然后再次暂停。 研究作者说，当我们注意到某件事后，大脑计算通常会切换到“空闲”重新评估模式。 这种短暂的停顿全天都会发生，但最长的空闲时间发生在睡眠期间。

Buzsáki 博士及其同事此前已证实，当我们积极探索感官信息或移动时，不会出现尖锐的波波纹，但仅限于前后的空闲暂停期间。 目前的研究发现，尖锐的波波纹代表了清醒经历后此类暂停期间的自然标记机制，而标记的神经元模式在任务后睡眠期间重新激活。

重要的是，众所周知，尖锐的波波纹是由海马“位置细胞”以特定顺序放电组成的，该顺序编码例如我们进入的每个房间和小鼠进入的迷宫的每个部分。 对于被记住的记忆，这些相同的细胞在我们睡觉时高速放电，正如研究作者所说，“每晚回放记录的事件数千次”。 该过程加强了相关细胞之间的联系。

在当前的研究中，尽管记录了非常相似的经历，但研究小鼠的连续迷宫运行是通过海马细胞群通过电极跟踪的，这些细胞群随着时间的推移不断变化。 这首次揭示了迷宫运行过程中，在清醒暂停期间发生涟漪，然后在睡眠期间重演。

当老鼠每次跑完迷宫后停下来享受甜食时，通常会记录到尖锐的波纹。 作者说，奖励的消耗使大脑从探索模式转变为闲置模式，从而可能出现尖锐的波涟漪。

使用双面硅探针，研究小组能够在迷宫运行过程中同时记录动物海马体中多达 500 个神经元。 这反过来又带来了挑战，因为独立记录的神经元越多，数据就会变得极其复杂。 为了直观地了解数据、可视化神经元活动并形成假设，团队成功地减少了数据的维数，这在某种程度上就像将 3D 转换为平面，但又不丢失数据的完整性。

“我们努力将外部世界排除在外，并研究了哺乳动物大脑与生俱来和潜意识地标记一些记忆以使其永久化的机制，”该研究的第一作者、研究生杨万楠 (Winnie) Yang 博士说。布扎基实验室。 “为什么会进化出这样的系统仍然是一个谜，但未来的研究可能会揭示可以调整尖锐的波波纹以改善记忆，甚至减少对创伤事件的回忆的设备或疗法。”

与 Buzsáki 博士和 Yang 博士一起，来自纽约大学兰格尼神经科学研究所的研究作者是 Roman Huszár 和 Thomas Hainmueller。 纽约大学神经科学中心的 Kirill Kiselev 和蒙特利尔魁北克人工智能研究所 Mila 的 Chen Sun 也是作者之一。 这项工作得到了美国国立卫生研究院 R01MH122391 和 U19NS107616 拨款的支持。

来源：

期刊参考：

杨W., 等人。 (2024)海马尖波波纹对记忆的经验选择。 科学。 doi.org/10.1126/science.adk8261。

2024-03-29 02:21:00
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