睡眠中的大脑在想什么?

科学家们(UNIGE)使用一种能够解码睡眠中大脑活动的人工智能方法，能够看到我们睡觉时在想什么。通过将功能磁共振成像(fMRI)和脑电图(EEG)相结合，他们提供了前所未有的证据，证明白天处理的数千条信息的整理工作是在深度睡眠期间进行的。事实上，大脑可以评估所有这些记忆，以便只保留最有用的记忆。

　　

我们平均有三分之一的时间在睡觉。但是大脑在这段漫长的时间里做了什么呢?瑞士日内瓦大学(UNIGE)的科学家们使用一种能够解码睡眠中大脑活动的人工智能方法，能够窥见我们在睡觉时在想什么。通过结合功能性磁共振成像(fMRI)和脑电图(EEG)，日内瓦的研究小组提供了前所未有的证据，证明白天处理的数千条信息的整理工作是在深度睡眠期间进行的。事实上，在这个时候，大脑不再接受外界刺激，可以评估所有这些记忆，以便只保留最有用的记忆。为此，它在不同区域之间建立了内部对话。此外，将奖励与特定信息联系起来会鼓励大脑长期记忆它。这些研究结果将发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上，首次为研究人类睡眠中的思维打开了一扇窗户。

由于缺乏能够翻译大脑活动的工具，我们的睡眠思想内容仍然是无法获取的。然而，我们知道睡眠在记忆巩固和情绪管理方面起着重要作用:当我们睡觉时，我们的大脑会重新激活白天建立的记忆痕迹，帮助我们调节情绪。“为了找出大脑的哪些区域在睡眠时被激活，并破译这些区域是如何让我们巩固记忆的，我们开发了一种解码器，能够破译深度睡眠时大脑的活动及其对应的活动，”Virginie Sterpenich解释说，她是UNIGE医学院基础神经科学系索菲·施瓦茨教授实验室的研究员，也是这项研究的首席研究员。“特别是，我们想看看积极情绪在这一过程中起到了多大的作用。”

在深度睡眠中，海马体——一个储存近期事件临时痕迹的颞叶结构——将白天储存的信息传回大脑皮层。对话被建立起来，通过重播当天发生的事件来巩固记忆，从而加强神经元之间的联系。

结合MRI、脑电图和人工智能 

为了进行实验，科学家们在傍晚时分让志愿者们进行核磁共振检查，并让他们玩两个电子游戏——一个人脸识别游戏，类似于“猜猜谁?”’以及一个必须找到出口的3D迷宫。之所以选择这些游戏，是因为它们激活了非常不同的大脑区域，因此在核磁共振成像中更容易区分。此外，游戏是在志愿者不知情的情况下进行操纵的，只有一个游戏能获胜(一半的志愿者赢了一个，另一半赢了第二个)，这样大脑就会将游戏的胜利与积极情绪联系起来。

然后志愿者们在核磁共振成像中睡眠一到两个小时——睡眠周期的长度——然后再次记录他们的大脑活动。“我们将测量睡眠状态的脑电图(EEG)和每两秒拍摄一张大脑活动照片的功能核磁共振成像(MRI)结合起来，然后使用一个‘神经元解码器’来确定在玩耍期间观察到的大脑活动是否会在睡眠期间自动重现，”索菲·施瓦茨解释道。

即使在睡觉的时候，大脑也喜欢奖励 

通过对比清醒阶段和睡眠阶段的核磁共振扫描，科学家们观察到，在深度睡眠阶段，大脑的活动模式与游戏阶段记录的非常相似。“很明显，通过重新激活清醒时使用的区域，大脑重新体验了游戏的胜利，而不是游戏的失败。你一入睡，大脑活动就会发生变化。渐渐地，我们的志愿者开始再次‘思考’这两场比赛，然后当他们进入深度睡眠时，几乎只想到他们赢的那场比赛。”

两天后，志愿者们进行了一项记忆测试:一方面识别游戏中所有的面孔，另一方面找到迷宫的起点。同样，在睡眠中，与游戏相关的大脑区域被激活得越多，记忆表现就越好。因此，与奖赏相关的记忆在睡眠中被自发地重新激活时更高。通过这项工作，日内瓦小组为研究睡眠中的大脑和每晚所做的令人难以置信的工作开辟了一个新的视角。

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