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研究發現了睡眠大腦中發現的學習和遺忘的關鍵

2019年10月11日來源:艾德醫訊 作者: 提供人:renshen76......
研究發現了睡眠大腦中發現的學習和遺忘的關鍵

加州大學舊金山分校研究人員的一項新研究顯示,睡眠大腦中不同的電活動模式可能會影響我們記得還是忘記前一天學到的東西。研究人員說,科學家通過調節動物睡覺時的腦電波,可以影響大鼠學習新技能的能力,這表明在增強人類記憶力或忘記創傷經歷方面潛在的未來應用。

在10月3日在線發表在《細胞》雜志上的這項新研究中,神經病學副教授,加州大學舊金山分校威爾神經科學研究所成員Karunesh Ganguly博士領導的研究小組使用了一種稱為光遺傳學的技術隨意抑制睡眠中大鼠特定類型的大腦活動。

這使研究人員能夠確定在睡眠過程中看到的兩種截然不同的慢腦電波,分別稱為慢震和三角波,分別增強或減弱了新近學習的技能中涉及的特定腦細胞的發射-在這種情況下,該方法是如何操作噴出大鼠可以通過神經植入物控制大腦。

Ganguly說:“我們驚訝地發現,通過減少睡眠中這些不同類型的腦電波,可以使學習更好或更糟。” “特別是,三角波是睡眠的重要組成部分,但對它們的研究較少,并且沒有人將其歸因于它們。我們認為,這兩種類型的慢波在睡眠期間會競爭以確定是否合并和存儲了新信息,否則被遺忘。”

Ganguly補充說:“將特定類型的腦電波與遺忘聯系在一起是一個新概念。” “在增強記憶方面進行了更多的研究,在遺忘方面進行了更少的研究,它們往往彼此孤立地進行研究。我們的數據表明,兩者之間存在著不斷的競爭,而正是兩者之間的平衡決定了什么。我們記得。”

一些睡眠要記住,其他人要忘記

在過去的二十年中,數百年來對睡眠在記憶形成中起重要作用的人類直覺越來越受到科學研究的支持。動物研究表明,與構成新任務或新經歷的初始記憶有關的神經元在睡眠期間會重新激活,以鞏固大腦中的這些記憶痕跡。許多科學家認為,忘記也是睡眠的重要功能,也許是通過消除不重要的信息來使頭腦整潔的一種方式。

緩慢的振蕩和三角波是所謂的非快速眼動睡眠的標志,至少在人類中,這種睡眠占一夜睡眠的一半或更多。有證據表明,這些非快速眼動睡眠階段在鞏固各種記憶(包括運動技能的學習)中發揮著作用。在人類中,研究人員發現,例如,在非快速眼動睡眠的早期花費的時間與更好地學習簡單的鋼琴即興演奏有關。

Ganguly的團隊開始研究睡眠在學習中的作用,這是他們不斷努力開發神經植入物的一部分,該神經植入物將使癱瘓者更可靠地控制大腦的機器人肢體。在實驗室動物的早期實驗中,他指出,當動物在兩次訓練之間睡覺時,它們操作這些腦機接口的能力得到了最大的改善。

Ganguly說:“我們意識到我們需要了解睡眠期間學習和遺忘的發生方式,以了解如何將人工系統真正整合到大腦中。”

腦電波競爭確定睡眠中的學習

在這項新研究中,將十幾只大鼠植入電極,以監測大腦運動皮層中少數選定神經元之間的放電,這涉及構思和執行自愿運動。產生特定形式的神經發射使大鼠能夠控制籠子中的飲水管。從本質上講,這些老鼠正在執行一種生物反饋-每只老鼠都學會了如何以獨特的新模式一起發射一小束神經元,以移動水龍頭并取水。

Ganguly的團隊觀察到了睡覺時動物大腦中相同的獨特新射擊方式。睡眠過程中這種重新激活的強度決定了第二天大鼠控制噴水的能力。但是研究人員想走得更遠-了解大腦如何控制老鼠在睡眠時學習還是忘記。

為了操縱非快速眼動睡眠期間腦電波的影響,研究人員對大鼠神經元進行了基因修飾,以表達光敏的光遺傳學控制開關,從而使研究小組能夠使用激光和光纖瞬時抑制與特定大腦的傳播有關的大腦活動。波浪。借助精確的毫秒級激光定時,科學家們在單獨的實驗中,專門衰減了新存儲電路周圍大腦微小區域中的慢速振蕩波或三角波。

三角波的破壞增強了睡眠期間與任務相關的神經活動的重新激活,并且與清醒時的更好表現相關。相反,緩慢振蕩的中斷導致喚醒后的性能較差。甘古利說:“緩慢的振蕩似乎正在保護學習后神經放電的新模式,而三角波則傾向于消除它們并促進忘記。”

進一步的分析表明,為了保護學習,與第三種經過充分研究的腦電波現象(稱為睡眠紡錘)必須同時發生緩慢的振蕩。睡眠紡錘體是高頻的,短暫的活動爆發,起源于稱為丘腦的區域,然后傳播到大腦的其他部位。它們與記憶鞏固有關,缺乏正常的睡眠紡錘體與包括精神分裂癥和發育遲緩在內的腦部疾病以及衰老有關。

甘古利說:“我們的工作表明,人們在睡眠中有很強的忘記力。” “非常短暫的一對睡眠紡錘和緩慢的振蕩可以克服三角波驅動的遺忘并保持學習,但是這種平衡非常微妙。即使在這些事件中受到很小的干擾也會導致遺忘。”

Ganguly說,目前尚不清楚什么能提示在三角波驅動的遺忘和慢振動驅動的學習之間的規模,但是很顯然,更好地理解這一過程可能會對人類學習和記憶的研究產生深遠影響。“睡眠確實在驅動著大腦的深刻變化。了解這些變化對于人工接口的大腦整合至關重要,也許有一天我們可以修改神經回路以幫助運動康復,例如中風后,以前的研究表明,睡眠在成功康復中起著重要作用。”

睡眠 / 腦電波 / 記憶 / 忘記

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