Nature重磅：揭開睡眠不足為什麼會損害記憶力

來源：生物世界

作者：王聰

我們的記憶力會在睡眠期間得到增強，海馬體是大腦的記憶中心，而海馬體尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR）期間覺醒體驗的啟用和重放被認為是記憶力得到增強的關鍵。睡眠不足會損害記憶力，然而，我們對於睡眠不足是如何影響這一過程的，仍知之甚少。

2024年6月12日，密歇根大學安娜堡分校的研究人員在 Nature 期刊發表了題為：Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay 的研究論文。

該研究發現，在睡眠不足時，一個與長期記憶有關的關鍵大腦訊號——海馬體的尖波漣漪，會被減弱，這有助於解釋為什麼睡眠不好會擾亂記憶形成，經過一夜糟糕的睡眠後，即使恢復正常睡眠，也不足以修復這一大腦訊號。這項研究可能會帶來改善記憶的靶向治療方法。

神經元在大腦中很少單獨行動，它們之間高度互聯，經常以有規律或重複的模式一起放電。其中一種模式就是尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR），即一大群神經元以極強的同步性放電，然後另一大群神經元也以同樣的方式放電，如此迴圈往復，以特定的節奏進行。這些尖波漣漪發生在大腦的一個特定區域——海馬體，它是記憶形成的關鍵區域。這些模式被認為有助於與大腦新皮層（neocortex，長期記憶儲存的地方）進行交流。

這些尖波漣漪的功能之一是，其中一些是過去事件中大腦活動模式的加速重演。例如，當動物進入籠子中的某個特定位置時，海馬體中的一組神經元會同時放電，形成該位置的神經表徵。隨後，這些相同的神經元可能會參與尖波漣漪，就好像它們在快速重演這段經歷的片段一樣。

之前的研究發現，當這些尖波漣漪受到干擾時，小鼠在記憶測試中的表現不佳。而當這些尖波漣漪持續時間較長時，它們在相同測試中的表現則有所改善。因此，這些尖波漣漪也被稱為記憶和學習的“認知生物標誌物”。

在這項研究中，研究團隊注意到，尖波漣漪不僅會在清醒時出現，還會在深度睡眠時出現，而睡眠中的這些尖波漣漪的爆發似乎特別有助於將短期記憶轉化為長期記憶。

這些尖波漣漪、睡眠和記憶之間的聯絡已得到充分證明，但直接操縱睡眠以確定睡眠如何影響這些尖波漣漪，進而影響記憶的研究卻很少。

為了瞭解睡眠不足如何影響記憶力，研究團隊在幾周的時間裡記錄了7只大鼠在探索迷宮時海馬體的活動情況。他們定期打擾其中一些大鼠的睡眠，而讓另一些大鼠自由睡眠。

令人驚訝的是，那些被反覆喚醒的大鼠的尖波漣漪活動水平與那些得到正常睡眠的大鼠相似，甚至更高，但尖波漣漪的放電強度較弱且組織性較差，顯示出前一次放電模式重複程度的明顯下降。在經過兩天的恢復期後，睡眠不足的大鼠重新恢復了之前的神經模式，但並未達到那些得到正常睡眠的大鼠的水平。

值得一提的是，2024年3月28日，紐約大學的研究人員在 Science 期刊發表了題為：Selection of experience for memory by hippocampal sharp wave ripples 的研究論文【2】。該研究發現，發現動物在清醒時發生的尖波漣漪可能有助於選擇將哪些經歷存入長期記憶。