“咦，我昨天做了什么事来着…？”你是否有过类似的经历，明明很近发生的事，却想不起来了，像是记忆消失了似的？你可能缺乏睡眠了。睡眠时，身体处于静息状态，消除疲劳，促进体内物质代谢。睡眠及睡眠障碍与心脑血管疾病、糖尿病、呼吸疾病等多种慢性疾病密切相关。另一方面，睡眠时，体内的器官却各自“忙碌”着，尤其是大脑。睡眠对学习的重要性广为人知，且有助于巩固和加强新的记忆。但睡眠时神经元产生了何种变化，从而影响记忆，却尚未完全阐明。
一支来自加州大学旧金山分校、圣何塞州立大学和宾夕法尼亚大学的研究团队，利用线虫模型，进一步强调了睡眠在重塑突触、巩固记忆中的作用。该研究成果以“Sleep is required to consolidate odor memory and remodel olfactory synapses”为题，发表于 2023 年 6 月的《细胞》（Cell）杂志。[1]
进入睡眠状态以巩固长期记忆
线虫易于培养，通体透明，有利于观察。线虫结构简单，特别是其神经元，仅302个，且功能均有不同程度的研究。线虫的睡眠模式和特征，也已有较为完备的记载。因此，研究团队选用线虫作为目标，试图观察睡眠时神经元和突触的变化。
丁酮是一种能够驱动线虫向其移动的化学物质，称为趋化剂。因为丁酮与线虫的食物所散发出的气味较为类似。研究团队通过训练，使得线虫不再被丁酮趋化，这对线虫来说是一项新的记忆。拥有该记忆的线虫在遇到丁酮时活动性会较无该记忆的线虫和对照组线虫低。
研究人员发现，线虫在训练后，会快速进入睡眠状态。在该阶段，线虫展现出经典的睡眠期体态，进食减少，并且这些特征依赖于ALA，一种与睡眠有关的神经元。这些共同证明了线虫进入了睡眠状态。进入睡眠状态比例较高的组别对丁酮的长期记忆更好。而人为抑制线虫睡眠，则可观察到线虫的长期记忆出现衰退。
图一：睡眠中突触水平变化https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.006
睡眠有助于针对性地重塑突触
在分子层面，线虫 AWC嗅觉神经元负责嗅觉趋化活性以及相关记忆的建立，但其对线虫的长期记忆的巩固无关。与AWC嗅觉神经元直接建立突触联系的神经元有AIY，AIA和AIB。研究显示AIY缺陷型线虫发生了长期记忆的衰退，而在AIB缺陷型种则未观察到该现象。因此，研究团队推断，AIY神经元与线虫长期记忆直接相关。利用荧光标记，研究团队可以直接观察到AWC-AIY突触。当线虫进入睡眠状态时，长期记忆得到巩固时，该种突触数量显著减少。对应地，人为抑制线虫睡眠，该种突触数量水平的变化则相应减小。
系统水平上睡眠对记忆的作用
无独有偶，来自伯明翰大学和慕尼黑大学的研究小组在2021年以“Endogenous memory reactivation during sleep in humans is clocked by slow oscillation-spindle complexes”为题在《自然通讯》（Nature Communication）上发表的文章，也介绍了睡眠与记忆的联系。[2]
图二：慢波睡眠与纺锤波睡眠复合体对记忆的巩固作用https://doi.org/10.1038/s41467-021-23520-2
在此之前，慢波睡眠与纺锤波睡眠在记忆巩固上的单独的作用已分别为人所知。然而英国和德国的科学家则发现了这两种非快速动眼睡眠的组合对记忆的重激活起到了重要作用。研究团队开发了新的测试方法：志愿者接收图片信息后进入2小时的睡眠状态，此时利用EEG记录志愿者脑电波活动，待清醒后测试对之前给予的信息的记忆。基于此方法，研究团队可以将志愿者的记忆表现与其在睡眠中的脑电波活动结合起来，并进行分析。
文章的通讯作者Bernhard Staresina博士评价道，“人类睡眠时记忆得到加强的主要方式是重激活之前获取的信息，这使得我们巩固储存于新皮质中的长期记忆。我们发现了睡眠时大脑的一种新的交互活动，即慢波睡眠与纺锤波睡眠的组合，这共同创造了重激活记忆的时间窗口”。文章的共同作者Thomas Schreiner博士提到，“记忆重激活与慢波睡眠与纺锤波睡眠复合体紧密相关。这项研究对人类睡眠在记忆中的作用相关研究提供了新的视角，也强调了复合睡眠节律对回忆和创造新记忆的作用”。
综上所述，睡眠对于记忆的巩固和重塑起着重要的作用。在睡眠期间，身体和大脑经历的各种变化虽然看似微小，却会被逐渐放大。这些研究成果揭示了记忆材料的重激活与慢波睡眠与纺锤波睡眠复合体的关系，以及如何通过慢波睡眠与纺锤波睡眠复合体精确预测人类大脑中的记忆重激活，为我们更好地理解睡眠与记忆之间的关系提供了新的视角。
因此，当你下次发现自己记不清事情时，不要怀疑，这也许就是大脑释放的信号——你该休息了。此时，不妨放下繁重的工作，打个盹，睡个好觉，也许事半功倍呢！
参考文献
1. Chandra R, Farah F, Muñoz-Lobato F, Bokka A, Benedetti KL, Brueggemann C, Saifuddin MF, Miller JM, Li J, Chang E, Varshney A. Sleep is required to consolidate odor memory and remodel olfactory synapses. Cell. 2023.
2. Schreiner T, Petzka M, Staudigl T, Staresina BP. Endogenous memory reactivation during sleep in humans is clocked by slow oscillation-spindle complexes. Nature Communications. 2021.
来自： 生物谷
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