临时抱佛脚为啥有用?科学家们首次揭秘,答案是这样的……

2020
05/07

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樊梦姣(编译) / 健康界
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借用大脑中微型微电极装置,科学家首次观察到大脑如何“回放”储存记忆。

科学家很早就发现人类的大脑需要通过睡眠来回顾当天发生的事情,并将其转换为长期记忆。学生们经常听到临时抱佛脚有用的说法,而且要在考试前一天学到很晚才睡,这样可以最大限度地记住知识点。

但大脑到底是如何储存记忆的呢?这一点却鲜为人知。

5月5日,发表在《细胞报告》(Cell Reports)杂志上的一项研究通过向两位癫痫患者大脑植入微型微电极,首次展示了大脑神经元如何在睡眠时放电,“回放”我们的短期记忆,从而将其转换为更长久的记忆储存。


图片来源:图虫创意

“这项研究很有意思,”威尔康奈尔医学院(Weill Cornell Medicine)和纽约长老会医院(New York-Presbyterian Hospital)老年痴呆预防诊所(Alzheimer's Prevention Clinic)主任理查德·艾萨克森(Richard Isaacson)表示,“尽管相关研究已进行了数十年,但人们仍不清楚‘短期’记忆是如何被归档成‘长期’记忆,并在日后被回忆起的。”他并未参与这项研究。

“使用脑-机接口来研究记忆,这种方式令人振奋,因为它可以记录脑细胞的活动模式,然后再以此寻找更精准的结论。”艾萨克森补充道。

实现单个神经元跟踪

这项研究由BrainGate组织进行,BrainGate是一个由布朗大学(Brown University)、斯坦福大学(Stanford University)和凯斯西储大学(Case Western Reserve University)组成的学术研究联盟。

过去十几年里,BrainGate一直致力于开发脑-机接口,帮助肌萎缩性侧索硬化症(ALS, amyotrophic lateral sclerosis)和其他神经疾病、脑损伤或丧失肢体的患者,能够使用大脑信号来移动计算机光标、机械臂和其他辅助设备,以实现交流和控制。

“神经元很小,只有10微米左右,” 计算神经学家、该研究作者比塔·贾罗西维奇(Beata Jarosiewicz)表示,“而获准供人类使用的宏电极,如深部脑刺激电极,体积太大,无法记录每个神经元的个体兴奋活动。”

但BrainGate外科医生在两名感官和运动瘫痪的患者大脑顶部,植入了一系列微小的电极,从而使患者能够“思考”将手向某个方向移动。通过映射神经元在思维过程中的行动方式,解码器可借助附加的假肢和辅助机器人装置,将思维转化为语言或行动。

“不同的神经元有不同的偏好方向。”在BrainGate该研究中担任研究助理教授的雅罗斯维奇(Jarosiewicz)说,“有些神经元在患者想要将手上移时,会提高放电速率,而其它则在患者想要左右移动时才会这样。我们还可以通过所有神经元的激活模式来判断患者想要手移动的方向。”


图片来源:图虫创意

实验过程:扮演西蒙游戏

此项研究中,两位植入装置的患者按照要求小睡,从而记录其神经元活动作为基线。然后分别玩一个模仿20世纪80年代热门电子游戏“扮演西蒙”(Simon)的序列游戏。在这个游戏中,两位患者被要求按顺序重复游戏中刚刚呈现的一系列轻动作。

当然,两位患者并非真的跟随西蒙移动手臂,而是在大脑里重复游戏动作,而这一期间的神经活动被记录了下来。最后,两人被要求休息小睡。

结果表明,小睡期间,神经元的活动与两名受试者实际玩游戏时所记录的相同。这意味着其大脑在睡着后仍在继续扮演西蒙的游戏,在大脑神经元层面重演同样的模式。

“充分理解记忆如何在大脑中储存,可能有助于揭开最佳认知功能的秘密,” 同时为麦肯奈特大脑研究基金会(McKnight Brain Research Foundation)信托人的艾萨克森如是说。该基金会为神经疾病新治疗方法和预防研究提供资助。

利用这种技术来研究睡眠中的大脑活动,正是“这项研究前所未有”的所在,雅罗斯维奇说:“在一个人的大脑中放置多电极阵列,电极小到足以检测单个神经元的放电活动,这种情况并不常见。”

这种手术显然很罕见。事实上,Braingate的联盟工作史上只植入过12个此类设备,雅罗斯维奇透露。


图片来源:图虫创意

“这证实了一种观点,为优化记忆功能和学习,人们需将休闲活动放在首位,其中最重要的是充足的睡眠,从而保持‘引擎’以最高性能运转。”艾萨克森表示,“有些家庭监控设备,如腕带和戒指等,声称可以追踪不同的睡眠阶段,这对巩固记忆可能是最重要的。”

他还表示,希望“未来的研究将帮助阐明在睡眠的哪个特定阶段,如深度睡眠或快速眼动睡眠阶段,记忆重演发生的频率最高。”

原文来源:CNN

原文标题:For the first time, scientists can see how the brain records our memories as we sleep

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