纽约大学格罗斯曼医学院的神经科学家们最近的一项研究揭示了大脑在睡眠中如何决定哪些日常经历转化为永久记忆。这项研究确定了海马体中的“尖波-涟漪”现象是选择哪些记忆永久保留的关键机制。这些涟漪发生在大脑的空闲时刻，对于决定哪些经历在睡眠中被巩固成持久记忆起着至关重要的作用。
过去的几十年中，神经科学家们已经发现大脑能够在同一夜的睡眠中将一些日常经历转化为持久的记忆。这项新研究介绍了一种机制，决定哪些记忆足够重要，以至于在睡眠期间被大脑永久保存。
由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员领导的这项研究围绕大脑中的神经元细胞，这些神经元通过“放电”——即它们的正负电荷平衡发生波动——来传递编码记忆的电信号。在被称为海马体的大脑区域中，大量的神经元群体以有节奏的周期共同放电，创造出在几毫秒内相互编码复杂信息的信号序列。
这些被称为“尖波-涟漪”的信号，代表了海马体中15%的神经元几乎同时放电，它们被命名为在电极捕获并记录在图表上时所呈现的形状。
虽然过去的研究已经将涟漪与睡眠期间的记忆形成联系起来，但最近发表在《科学》杂志上的这项新研究发现，紧接着五到二十个尖波-涟漪的日间事件在睡眠中被更频繁地重放，因此被巩固成永久记忆。而那些几乎没有或没有尖波-涟漪跟随的事件则未能形成持久记忆。
研究的主要作者György Buzsáki博士说：“我们的研究发现，尖波-涟漪是大脑用来‘决定’保留什么和丢弃什么的生理机制。”
这项研究基于一个已知模式：包括人类在内的哺乳动物会体验世界片刻，然后暂停，再体验一点，然后再暂停。在这项研究的作者说，我们关注某件事之后，大脑计算通常会切换到“空闲”重新评估模式。这样的短暂暂停在一天中会发生多次，但最长的空闲期发生在睡眠中。
Buzsáki和他的同事们此前已经确定，在我们积极探索感官信息或移动时，不会发生尖波-涟漪，只有在清醒经历后的空闲暂停期间才会发生。当前研究发现，尖波-涟漪代表了在清醒经历后的空闲暂停期间的自然标记机制，标记的神经模式在睡眠后的睡眠中被重新激活。
值得注意的是，尖波-涟漪已知由海马体“位置细胞”的放电组成，这些细胞以特定顺序编码我们进入的每个房间，以及老鼠进入的迷宫的每个臂。对于那些被记住的记忆，这些细胞在我们睡觉时以高速放电，“每晚重放数千次录制的事件”。这个过程加强了参与细胞之间的连接。
在当前的研究中，通过电极追踪研究小鼠在迷宫中连续奔跑的海马体细胞群体，发现尽管记录了非常相似的经历，但这些细胞群体随时间不断变化。这首次揭示了在清醒暂停期间发生涟漪并在睡眠中重放的迷宫奔跑。
尖波-涟漪通常在老鼠在每次迷宫奔跑后暂停享用糖块时被记录。作者说，奖励的消费使大脑准备好从探索模式切换到空闲模式，以便尖波-涟漪可以发生。
研究团队使用双面硅探针，在动物在迷宫中奔跑时，能够同时记录海马体中多达500个神经元的活动。这反过来又带来了一个挑战，因为数据在独立记录的神经元越多时变得异常复杂。为了直观理解数据、可视化神经活动并形成假设，团队成功地降低了数据的维度，在某些方面类似于将三维图像转换为平面图像，而没有失去数据的完整性。
第一作者、Buzsáki实验室的研究生Wannan (Winnie) Yang博士说：“我们努力将外部世界排除在外，研究哺乳动物大脑如何天生并下意识地标记一些记忆成为永久记忆的机制。为什么这样的系统会进化仍然是个谜，但未来的研究可能会揭示可以调整尖波-涟漪以改善记忆的设备或疗法，甚至减少对创伤性事件的回忆。”
这项开创性的神经科学研究为我们提供了对大脑如何筛选和固化记忆的更深入理解。尖波-涟漪现象的发现不仅揭示了记忆形成过程中的一个关键环节，而且为未来可能的记忆力提升或创伤记忆减轻的疗法提供了新的思路。随着我们对大脑工作机制的进一步探索，我们可能会开发出新的工具和技术，以改善或调整我们的记忆能力。你对这项研究的发现感到兴奋吗？它将如何影响我们对记忆和大脑功能的理解？在评论区分享你的想法，让我们一起探讨如何利用这些新发现来增强人类的记忆和学习能力。
参考资料：DOI： 10.1126/science.adk8261
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