睡眠如何构建关系记忆

研究人员描述了允许睡眠建立关系记忆的生物学机制——不相关项目之间的关联。

　　

之前的研究已经证实，充足、高质量的睡眠对动物和人类的记忆都有好处。在2022年5月25日发表在《神经科学杂志》上的一项新研究中，加州大学圣地亚哥医学院医学教授Maxim Bazhenov博士和他实验室的研究生Timothy Tadros描述了在睡眠中加强或创造新的关系记忆的潜在机制。

作者开发了一个人造的大脑两个区域的模型:丘脑(涉及早期的感觉处理)和皮层(涉及记忆、学习和决策)。该模型能够模拟两种主要的大脑状态:当神经元自发激活并优化处理感觉输入时是清醒的，当产生固有的电活动振荡(如慢波)时是深度睡眠的。

网络模型的属性可以被改变，以促进清醒和睡眠活动之间的转换，就像生物大脑每天所做的一样。

在皮层区域，神经元之间的连接可以根据它们的活动变得更强或更弱，这被称为突触可塑性，反映了记忆如何形成或消除的主要已知生物机制。

“我们模拟了视觉处理后的皮层，一层皮层代表初级视觉皮层，另一层皮层代表联想皮层，”塔德罗斯说。“每当一个人看到同一个物体，视觉皮层中大致相同的神经元就会活跃起来。如果一个人在相同的环境中看到两个物体，那么这些联系可能会通过加强代表两个物体的神经元之间的联系在联想皮层中学习。”

科学家们在清醒模式下训练网络学习这些直接关联，如A+B或B+C，但不是A+C，然后发现在睡眠模式下，该模型形成了间接关联:A+C。

巴切诺夫说:“这是因为在睡眠期间，代表所有三个相关项目(A、B和C)的神经元自发地按时间顺序放电，这种现象被称为睡眠回放，它触发了突触可塑性，并导致所有这些神经元之间形成强大的突触连接。”“因此，在睡眠后，激活任何一个群体，比如A，就会激活所有其他相关群体，比如B和c。”

虽然主要是概念性的，但研究人员表示，这项工作具有现实意义。

巴切诺夫说:“这项研究对现实世界的一个重要影响是为未来的疾病研究提供了信息，比如精神分裂症和自闭症谱系障碍。”研究表明，有这些症状的人在关系记忆任务上表现更差，而且睡眠受到干扰，尤其是慢波睡眠。

“我们的研究表明，专注于改善慢波睡眠，以缓解与这些疾病相关的一些认知症状，可能比只专注于认知症状更有成效。”

作者还指出，随着年龄的增长，记忆功能和睡眠质量会下降，但当前或新技术增强睡眠振荡可能有助于保护和改善老年人的记忆功能。

Journal Reference:

1. Timothy Tadros, Maxim Bazhenov. Role of Sleep in Formation of Relational Associative Memory. The Journal of Neuroscience, 2022; JN-RM-2044-21 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2044-21.2022