Cell子刊:人類睡眠時,大腦並未離線!而是在回憶和重現清醒時的經歷

2020-11-26 健康界

我行我show！中國醫院管理案例評選，醫院卓越管理實踐大秀場。

點擊查看

 

本文來自公眾號Bio生物世界，轉載請聯繫原作者。

在現代社會，由於生活壓力、光汙染、噪聲等因素，失眠現象越來越普遍。眾所周知，機體通過生物鐘來掌控自身節律，而長期失眠將嚴重擾亂人體的生物鐘現象，進而引發一系列的疾病，例如肥胖、糖尿病和肝臟相關疾病等等。

睡眠，是人類不可或缺的生理現象。在人的一生中，睡眠佔了近1/3的時間，睡眠質量好壞與人體健康與否有密切關係，由此可見，睡眠對每一個人都是極其重要的。並且，從某種意義上來說，睡眠質量甚至決定著生活質量。

然而，人類為什麼需要睡眠？睡眠的意義又是什麼？人類對這些問題仍知之甚少。

2020年5月，美國麻省總醫院（MGH）神經技術和神經恢復中心的研究人員在 Cell 子刊 Cell Reports 雜誌上發表了題為：Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex 的研究論文。

該研究通過在兩名參與者的大腦皮質內植入的微電極陣列，檢測證實在睡眠時，人類的大腦還在忙於組織新的記憶的過程中，並重現清醒時的經歷。

人的睡眠周期可以大致分為五個階段，其中最重要的是慢波睡眠和快波睡眠，有研究表明慢波睡眠有助於身體的生長發育和體力的恢復，而快波睡眠則有利於鞏固學習和記憶。

科學家們此前曾在動物身上觀察到，在睡眠期間，大腦會回放清醒時的神經活動模式，也被稱為「離線回放」，這被認為是記憶鞏固的基礎，在這個過程中，最近的記憶在神經表徵中獲得了更多的持久性。

在此項研究中，研究人員讓兩名參與者玩一個序列複製遊戲，類似於上世紀80年代的熱門遊戲《Simon》，該遊戲有四個彩色面板，按不同的順序點亮，供玩家重複。但是，參與者並沒有移動手臂，而是想像用他們的手把光標一個接一個地移動到不同的目標上，以最快的速度按正確的順序擊中正確的顏色。

在遊戲前，研究人員在兩名參與者的大腦皮質內植入微電極陣列，以此記錄他們大腦中大量單個神經元的峰值活動。這一微電極陣列是由美國BrainGate學術研究聯盟開發的，同時也是第一個允許在人類大腦中進行如此詳細的神經記錄的電極陣列。因此，這項研究也是史無前例的。

令人驚訝的是，研究小組在遊戲期間和遊戲後休息期間均觀察到了相同的神經元放電模式。換句話說，這就好像參與者在睡眠期間仍在玩《Simon》遊戲——在神經元水平上重複玩同樣的模式。

對此，此文章的第一作者Jarosiewicz說道：「這是第一個直接證據，證明在人類中，我們在學習之後的休息中大腦仍在回放，這可能有助於鞏固那些記憶。我們在動物身上研究了幾十年的所有與回放相關的記憶鞏固機制，實際上可能也適用於人類。」

更重要的是，這一研究成果也為那些想要了解回放鞏固記憶的潛在機制的研究人員，提供了更多的問題和未來的研究課題。儘管科學家們還不能完全明白學習和記憶是如何鞏固的，但是相信在不久的將來，人類一定能認知睡眠與記憶之間的具體聯繫，洞悉背後的真相。

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107581

 

相關焦點

  • ​證據表明：當我們睡覺時，大腦會回放我們清醒時的經歷
    一個由神經科學和計算機工程專家組成的協作團隊記錄了一個人睡覺時大腦的活動，這表明做夢有種功能可以作為一種永久性地組織新記憶和新近學習的信息的方式。，而當這個人睡覺時，這些相同的模式似乎會被重新播放，這個過程被稱為「離線回放」。
  • 《自然》子刊:好好睡覺太重要了!別讓大腦裡的「修理工」罷工
    這件事無疑很重要，因此科學家們一直在探究睡眠到底給身體和大腦帶來哪些好處，以及缺少睡眠會對大腦健康有什麼損害。比如前不久，我們介紹過關於缺覺為什麼會導致「智力下降」的兩項新研究。最近，紐約羅切斯特大學醫學中心（University of Rochester Medical Center）的一支研究團隊，通過小鼠實驗首次發現腦中的免疫細胞在睡眠時起著重要的「網絡修護」作用，加強說明了睡眠與大腦健康之間的重要關係，同時有助於我們理解阿爾茨海默病等神經退行性疾病與睡眠障礙的關係。這項研究成果發表在學術期刊《自然》子刊Nature Neuroscience上。
  • 果蠅大腦暗藏人類睡眠「玄機」
    劉暢研究員告訴深圳商報記者，它並沒有其他科學功能，而是發揮其原有作用：煮粥，煮出來的食物用來培育做實驗用的果蠅。「果蠅的基因組與人類有85%相似度，其研究成果可以借鑑給高等動物及人類。」相關成果發表於《細胞》子刊《現代生物學》。果蠅啥時候睡覺？果蠅在日常生活中是「不速之客」，蔬菜水果沒及時吃完，不久就能看到這些黑色的小身影。而對劉暢來說，它們是重要的試驗對象。「果蠅生活周期短，25℃的環境10天就可以繁衍一代，可以縮短研究時間。
  • Science子刊:壓力和生物鐘如何影響睡眠?
    近日，發表在《Science Advances（科學進展）》上的一項研究中，來自日本名古屋大學領導的一個研究團隊發現了一條新的神經通路，它將哺乳動物的晝夜節律、壓力和覺醒聯繫起來。當動物面臨壓力時，一種名為促皮質素釋放因子（CRF）的神經元會變得過度活躍，從而引發了失眠和一系列的睡眠障礙。
  • 心理學家：只有在睡眠時，腦脊液才會出來清潔大腦
    2000年前的古代醫生伽林提出，人們清醒的時候，會強迫大腦中的液體流向身體各個部位以維持身體的活動，而此時大腦卻面臨枯竭；而當人們睡眠時，這些液體會重新回到大腦，為大腦補充水分和營養，以便保證我們在下一次醒來時更有精神。
  • Cell深度解讀!睡眠不足竟會讓人短命!科學家發現睡眠剝奪會導致...
    Cell，2020；doi：10.1016/j.cell.2020.04.049文章中，研究人員利用果蠅和小鼠進行研究後發現，睡眠剝奪/缺失會導致機體活性氧（ROS， reactive oxygen species）以及氧化性應激效應積累，尤其是在腸道中；ROS並不僅僅與睡眠缺失相關，而且其還是誘發死亡的驅動因素，中和活性氧能有效預防氧化性應激反應，同時還能讓很少睡眠或無睡眠的果蠅擁有正常的壽命
  • Science子刊解謎:先有的大腦,還是先有的睡眠?
    小到線蟲、節肢動物，甚至是無腦動物水母，大到包括我們人類在內的哺乳動物，睡眠行為廣泛存在於動物世界中。然而，對於漫漫進化過程中睡眠的起源及其調節機制一直是神經科學領域最大的謎團之一。因此，有一個燒腦的問題也隨之而來，即：到底是先有的大腦，還是先有的睡眠？
  • 科學家通過腦電圖數據來區分REM睡眠階段和清醒狀態
    據外媒New Atlas報導， 做夢的一個奇怪的決定性因素是我們在這個重要的睡眠階段的腦電波活動如何與清醒的大腦相似。正因為如此，研究人員很難僅用腦電圖(EEG)數據來確定主體何時進入REM睡眠（快動眼睡眠或快波睡眠）階段。
  • 昆蟲睡眠狀態十分特殊,或將揭曉人類睡眠謎團
    研究昆蟲睡眠可能最終有助於解決關於人類睡眠的一些重大謎團。因為昆蟲的大腦比哺乳動物的大腦更簡單，因此研究昆蟲睡眠將為分析神經基礎和功能作用提供重要線索。這種可愛昆蟲睡覺的跡象可能看起來很平常，德國維爾茨堡大學科學家夏洛特·赫爾弗裡赫·福斯特（Charlotte Helfrich-Forster）在2017年出版的《昆蟲學年度評論》期刊上指出，研究昆蟲睡眠可能最終有助於解決關於人類睡眠的一些重大謎團。因為昆蟲的大腦比哺乳動物的大腦更簡單，因此研究昆蟲睡眠將為分析神經基礎和功能作用提供重要線索。
  • 多篇文章聚焦人類大腦記憶的奧秘!
    本文中，小編整理了多篇重要研究成果，共同聚焦人類大腦記憶的奧秘，分享給大家！圖片來源：Ryuichi Shigemoto【1】Nature子刊解讀！【4】Cell：研究揭示大腦工作記憶新圖譜doi：10.1016/j.cell.2020.09.011發表在Cell雜誌上的一篇論文中，研究人員提供了證據，表明工作記憶並不是整齊地局限在一個大腦區域，而是需要至少兩個大腦的同步活動。
  • 人類大腦十大未解之謎：關於人類的大腦其實很可怕
    人類大腦十大未解之謎僅僅是人類對自身的迷惑。人類身體上很多的難解之謎是存在於我們大腦中的。大腦是一個讓人感到迷惑的器官，尤其是在有關生與死、意識、睡眠、幻覺、記憶等問題，一直困惑著人們，讓我們共同走進人類的大腦，一起探索人類大腦的未解之謎！
  • 睡眠時我們的大腦記憶是如何儲存的?
    2019年10月19日訊/生物谷BIOON/---近日，來自法國法蘭西學院生物學跨學科研究中心的科學家們已經表明，我們睡眠時大腦產生的三角波並不會隨著皮質區域的靜止而變得沉默，相反，它們會通過隔離一簇特殊的神經元而有助於長期記憶的形成。這些結果於2019年10月18日發表在《科學》雜誌上。
  • 睡眠時可以自動學習，這是真的嗎？
    而且，最近的研究發現，睡眠不僅是最好的補充劑，在睡眠中依然可以自動學習。是的，你沒有聽錯，即使在夜晚，大腦也沒有停止它的活動，依然在幫助我們記憶知識，儲存精華。這真的是太神奇啦！究竟是怎麼發生的呢？如果想探究其中的秘密，我們首先需要來了解一下人類的睡眠。
  • 你的大腦可以一半睡覺，一半清醒嗎？比如一邊睡覺，一邊做物理題！
    儘管人們還不知道大腦一半的睡眠是否會發生在人類身上，但現在研究發現，當人類第一次在一個新地方經歷有問題的睡眠時，他們也會表現出類似的睡眠方式，這被稱為「第一晚效應」。由於不同睡眠階段與不同程度的同步有關，研究人員認為某種弱形式的大腦半腦睡眠，即在大腦半腦不同的睡眠深度，很可能發生在人類身上，而不僅僅是鯨魚、海豚、海豹和候鳥身上。
  • 研究揭示了睡眠如何促進學習
    與此同時，在睡眠期間，大腦還必須穩定關鍵突觸，以防止前一天所學的知識被新的學習經歷所消除。為了研究這些過程在睡眠時發生的情況，科學家們給志願者們安排了一項標準的視覺學習任務。這包括識別字母和在兩種不同的任務中出現在屏幕上的線條的方向：一種是睡覺前，一種是睡覺後。這些字母和線條在一組志願者的水平線條和另一組的垂直線條的固定背景下顯示。
  • 睡覺時身體突然一抖,雙腳踩空,是大腦怕你死了?
    據美國睡眠協會調查，有70%左右的人在一生中至少會經歷一次入睡抽動，這其中有10%的人幾乎每天都會經歷一次。也就是說，入睡抽動的現象非常普遍。很多人會覺得這是一種疾病，但實際上，幾乎所有的入睡抽動都隨機發生在健康人群中。入睡抽動其實只是一種良性的抽動，就像打嗝一樣，是生理性的肌抽躍，不會對身體造成傷害。
  • 深睡眠中被鬧鐘吵醒 相當於在夢遊時被拍醒
    浙江在線01月15日訊晚上睡太遲，早上仍處於深睡眠期，鬧鐘響過多次才能勉強起床。睡眠專家稱，如今上班族深睡眠時間被普遍延後，深睡眠中被鬧鐘叫醒，相當於夢遊時被拍醒，習慣性鬧鐘響過多次才能勉強起床的人，醒來後反而更不清醒，工作效率會降低。
  • 「夜讀」當你改善睡眠時,你就是在改善生活的方方面面
    第二，克利格教授在90年代主導出版的巨作《睡眠醫學——理論與實踐》，被全世界各地的醫學院廣泛的選取為睡眠醫學的教科書和百科全書。這本書至今都對全世界各地的所有睡眠醫生有著巨大的影響。目前已經再版多次，累計銷量上百萬冊。01 人類是如何認識睡眠的？睡眠是一個古老的話題，從古代開始就有很多人試圖對睡眠進行研究和分析。
  • 為什麼一閉眼滿腦子都是白天聽的那首歌,解密大腦的自動回放功能
    你是否有過這樣的經歷：在夜深人靜快要入眠時，忽然有一串回憶在你的腦海中浮現，或者幾個完全不相干的事情，被大腦莫名聯繫地到一起。其實，這個時候，你的大腦很可能正在自發地「回放」記憶。這種在大腦中的記憶回放，往往在一秒鐘的時間內發生，以至於我們並不一定可以意識到它。不過最近，研究者在人的大腦中，第一次得到了這種回放的直接證據。
  • 人類睡覺時，大腦為什麼會出現古怪的夢？這些夢又代表著什麼？
    人類在睡覺時，大腦為什麼會出現那麼多古怪的夢？夢是如何產生的呢？做夢又代表著什麼呢？關於&34;的種種疑惑，科學家早已揭曉了謎團！科學家普遍認為，人類之所以會做夢，正是應驗了&34;這句古老的話。這句古話大概說的是，夢境中發生的所有事情都是真實生活中的反映。並且做夢是成年人有著壓力的一種表現。