“大脑”《自然·神经科学》：首个人体研究证实，睡眠期间同步刺激特定大脑区域，可以提高记忆力！

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近年来，越来越多的研究表明，睡眠是记忆巩固的关键时期。在之前的一篇文章中我们也已经一起了解到，初始记忆在海马体形成后，由前丘脑进行挑选并整理，传递给皮质储存为长期记忆。

根据已有的研究结论，科学家们认为，睡眠期间记忆得到巩固，是由皮质中的慢波、丘脑中的睡眠纺锤体波、海马体中的涟漪（hippocampal ripples）等振荡活动相互协调所介导。然而，支持这一理论的研究都是来自动物实验或者相关性研究等，缺乏更加直接的证据——人类大脑的真实活动。

美国加州大学洛杉矶分校的Itzhak Fried和以色列特拉维夫大学的Yuval Nir及其同事们，新开发了一种大脑深度电刺激系统，通过在参与者自然睡眠期间同步刺激其特定大脑区域，不仅成功增强了皮质慢波、睡眠纺锤波、海马涟漪之间的协调性，还显著提高了参与者的记忆力[1]。

这是首个来自人脑的证据，以支持睡眠期间记忆巩固的理论。同时，也实现了在睡眠期间通过大脑深度刺激来提升记忆力。

文章于近日发表在《自然·神经科学》期刊上。

颞叶和前额叶都是位于大脑的皮质区域。其中，前额叶白质是前额叶与海马体之间的连接通路，刺激白质可以调节前额叶与其他大脑区域之间的功能连接和信息传递。

Itzhak Fried和Yuval Nir等人开发的脑深部电刺激术，名为实时闭环刺激系统（real-time closed-loop stimulation system，RTCL），能够通过记录大脑内部电信号和单个神经元的活动，实现对睡眠期间大脑活动的实时监测和刺激调控。

具体来看，在与记忆相关的非快速眼动（NREM）睡眠期间，实时闭环刺激系统会通过植入的电极监测到颞叶中的慢波活动增加，此时通过电极向前额叶白质传递短暂、高频的电脉冲，从而在大脑活动动态变化下，使得刺激前额叶白质的时机精准地发生在颞叶慢波活动阶段。

在这项研究中，研究者们设计了两种刺激模式，对其巩固记忆的效果进行探索和比较。

一种是上述的同步刺激模式，即保证这两个脑区“行动一致”，颞叶进入慢波活动阶段的同时刺激前额叶。另一种为混合相刺激模式，即不考虑颞叶慢波活动，刺激前额叶的时机与之无关。

实时闭环刺激系统

他们从加州大学洛杉矶分校健康中心招募到18名癫痫住院患者，年龄为19-47岁，7名男性。这些患者均已接受颅内深度电极植入手术，用于确定癫痫病灶的部位。

患者被分为两组，分别接受不同模式的大脑实时闭环刺激。为了评估患者睡眠期间记忆巩固的情况，研究者们设计了为期两天的图像配对联想测试。

第一个晚上，在患者临睡前，研究者们向患者展示25位名人与不同动物组合的图像，并在患者学习几分钟后让其回答名人与哪种动物相对应。随后，睡上一顿安稳觉后，于次日早上再次进行回忆。

等过了1-5天后的第二个晚上，再给患者展示新的一组名人与动物组合的图像，并在当晚进行记忆考核。不过这一晚，患者在睡眠期间会接受同步模式或混合相模式的大脑深部电刺激，于次日早上再次进行回忆。

结果显示，与睡眠期间没有任何干预相比，患者接受由实时闭环刺激系统实现的大脑深部同步电刺激后，识别图像的准确度明显更高，记忆力得到加强。

而接受混合相刺激的患者，情况不一，有人记忆力增强，有人反而识别图像的准确度下降。

同步刺激提高了参与者的记忆准确度

除此之外，研究者们还关注了两种刺激模式下参与者大脑的电生理活动。

他们发现，在同步刺激模式下，参与者的睡眠纺锤波增强，且影响持久。其次，同步刺激模式还增强了大脑神经元与颞叶慢波之间的相位同步。另外，同步模式下的大脑深部刺激，虽然没有增强海马涟漪，但是提高了颞叶慢波、睡眠纺锤波、海马涟漪之间的协调性。

而在混合相刺激模式下，这些现象不明显。

海马体、丘脑、皮质的振荡活动协调性增强

更重要的是，不管接受哪种模式刺激，在所有参与者中，颞叶慢波、睡眠纺锤波、海马涟漪之间协调性的增加，与其在图像配对联想测试中的识别准确度的提升呈正相关。

简单来说，Itzhak Fried和Yuval Nir等人找到了通过在睡眠期间干预大脑活动来增强记忆巩固的新方法。在睡眠期间，与颞叶慢波活动周期实时同步来对前额叶进行大脑深度电刺激，有助于加强大脑不同区域之间的信息传递和协同工作。相当于给大脑神经网络“一键提速”，提高大脑的信息处理和记忆巩固效率。

另一方面，也帮助我们对于记忆巩固的机制有了更深的理解，证明皮质慢波、睡眠纺锤波、海马涟漪之间的协调性与记忆力提高相关。

这项研究为记忆障碍或认知障碍的治疗提供了新的可能性。期待科学家们下一步深入探索特定的神经活动模式，以更精确地调控记忆过程，甚至调控特定记忆的储存。

来自： 奇点神思

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