一项新的研究表明,慢波睡眠加强了新皮层的突触连接,使其更容易接受长期记忆的形成。研究人员发现,在深度睡眠期间,新皮层中的突触在慢波振荡的精确时刻达到最高效率。这允许大脑有效地将信息从海马体中的短期存储转移到长期记忆中。
关键事实
·慢波功能:深度睡眠中的慢波增强新皮层的突触强度,有助于记忆的形成。
·精确定时:在慢波振荡中,电压上升后,突触最有效。
·治疗应用:研究结果可以优化电或声刺激,以改善认知障碍患者的记忆。
近 20年来,人们已经知道,深度睡眠时大脑中缓慢、同步的电波有助于记忆的形成。但为什么会出现这种情况,人们以前并不清楚。
现在,柏林夏里特医学院(Charité—Universitätsmedizin Berlin)的一个研究小组在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表文章,对此给出了一个解释。
根据这项研究,慢波使长期记忆所在的新皮质特别容易接受信息。
这些发现有助于优化旨在从外部支持记忆形成的治疗方法。
永久记忆是如何形成的?专家认为,在睡眠时,我们的大脑会回放一天中发生的事件,将信息从短期记忆的位置--海马体转移到位于新皮质的长期记忆中。
‘慢波’对这一过程尤为关键:在深度睡眠阶段,大脑皮质会出现缓慢、同步的电压振荡。它们可以通过脑电图(EEG)测量到。当许多神经元中的电压每秒同时上升和下降一次时,就会产生慢波。
夏里特神经生理学研究所所长,这项实验的主要负责人Jörg Geiger教授解释说:“我们多年前就知道,这些电压波动有助于记忆的形成。当慢波睡眠从外部被人为增强时,记忆就会得到改善。但直到现在我们才知道,当这种情况发生时,大脑内部到底发生了什么,因为研究人脑内部的信息流极其困难”。
慢波强化突触
现在,他和他的团队利用极为罕见的完整人类脑组织,阐明了深度睡眠期间记忆形成的过程。
根据他们的研究结果,慢电波会影响新皮质中神经元之间突触连接的强度,从而影响它们的接受能力。
在研究过程中,研究小组研究了完整的新皮层组织样本,这些样本取自45名在夏里特医院、Evangelisches Klinikum Bethel(EvKB)医院或汉堡-埃彭多夫大学医学中心(UKE)接受神经外科手术治疗癫痫或脑肿瘤的患者。
研究人员在组织中模拟了深度睡眠时典型的慢脑电波电压波动,然后测量了神经细胞的反应。
为此,他们使用了精确到纳米级的玻璃微量移液管。为了‘监听’通过组织连接的多个神经细胞之间的通信,他们同时使用了多达十个 "移液管感受器"--对于这种方法来说,这是一个超大的数字,也就是众所周知的多贴片技术。
完美时机有助于记忆形成
研究小组发现,在电压波动期间,新皮质中神经元之间的突触连接在一个非常特定的时间点上得到了最大程度地增强。
该研究的第一作者、夏里特神经生理学研究所研究员Franz Xaver Mittermaier解释说:“电压从低到高上升后,突触立即最有效地发挥作用。”
在这一短暂的时间窗口内,大脑皮质可以被视为处于高度戒备状态。如果大脑正是在这个时候回放记忆,那么记忆就会特别有效地转移到长期记忆中。因此,慢波睡眠显然通过使新皮层在许多短时间内特别容易接受来支持记忆的形成”。
这些知识可用于改善记忆,例如改善老年人的轻度认知障碍。世界各地的研究小组正在研究如何利用微弱的电脉冲--经颅电刺激--或声波信号来影响睡眠中的慢波。
Geiger说:“不过,目前这些刺激方法都是通过反复试验来优化的,这是一个费力费时的过程。我们关于最佳时机的发现可以帮助解决这个问题。现在,它们首次允许有针对性地开发刺激方法,以促进记忆的形成。”
缓慢的脑电波
慢波或慢速振荡是大脑在深度睡眠时产生的一种电波。‘德尔塔’ (Delta)波包含在脑电图中显示的特定频率。这些是缓慢的脑电波,也可以在睡眠之外出现,作为疾病或紊乱的一部分。这个更广泛的术语有时与“慢波”同义使用。
关于研究
在对耐药性癫痫或脑肿瘤进行手术治疗时,医学上通常需要切除所有的新皮质碎片。切除的组织可在体外人工营养液中保存长达两天的时间,然后再停止活动。必须征得患者的明确同意,才能进行切除手术。
为了在刚刚发表的研究中检查这种有价值的组织,需要患者的明确同意。研究小组对患者的同意深表感谢。
这项研究是由慈善基金会的基础研究和临床部门、比勒菲尔德Evangelisches Klinikum Bethel大学神经外科诊所(EvKB)和汉堡-埃彭多夫大学医学中心(UKE)神经外科部门密切合作进行的。
参考文献
1.Mittermaier, F.X., Kalbhenn, T., Xu, R. et al. Membrane potential states gate synaptic consolidation in human neocortical tissue. Nat Commun 15, 10340 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53901-2
2.Mittermaier, F.X., Kalbhenn, T., Xu, R. et al. Membrane potential states gate synaptic consolidation in human neocortical tissue. Nat Commun 15, 10340 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53901-2
原标题:深度睡眠≠断片儿!你的记忆,可能就在这一刻被永久保存了
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