长期睡眠不足会破坏记忆力 睡眠不足可能会削弱大脑的最佳反应能力早在古罗马,当时的修辞学家和老师昆体良(Quintilian)我已经看到了睡眠和记忆之间的密切联系:“这是一个奇怪的事实,原因并不明显,一个晚上的间隔会大大增加记忆的强度。这个经常被感觉忘记的时间点实际上是在增强我们的记忆力。”

也许每个听说过动物睡觉时大脑活动的人都不会忘记那一刻的震惊:扬声器放大后,研究人员通常会听到强烈而急促的“砰砰”声。有些人会把它比作“枪声”和“烟花”,而另一些人则会认为爆炸发生在哪里。

事实上,研究人员听到的是大脑中的电信号或脑波。在20世纪,当更先进的成像技术和数据分析技术诞生之前,研究人员将处理过的电信号转换为音频信号,并依靠声音实时监测动物的大脑活动状态。

这种监测大多发生在老鼠身上。清醒时,随着对新环境的探索,老鼠的大脑会发出稳定有节奏的振动。当老鼠睡着时,扬声器里的爆炸通常会唤醒困倦的人类研究人员。长期睡眠不足会破坏记忆力 睡眠不足可能会削弱大脑的最佳反应能力

虽然研究人员的耳朵不再需要被摧毁,但这种声音实际上直观地反映了大脑睡眠时的活动。这种脑波被称为“尖波”(sharp-waveripple),这是一种强烈的、高频的脑波(通常在100~250Hz),由大脑海马体传出。

尖波波澜

目前的研究发现,尖锐的波浪会出现在两个前提下:一是在人类或动物清醒但放松的非激活状态下,特别是在完成任务后安静休息时,这表明大脑正在回顾和处理与任务相关的记忆;另一种是非快速眼动睡眠(NERM)在第三阶段,这种脑波将记忆从短期存储(海马体)转移到长期存储(大脑皮层)。

更具体来说,尖波是大脑海马体中一批神经元的同步放电,其次是第二批神经元的同步放电,然后是第三批和第四批...这样的信号像水波一样扩散,将海马体白天获得的记忆传递给新皮层,固定为长期记忆。

一个经典的大鼠测试可以让我们直观地看到记忆是如何在睡眠中形成的:研究人员把大鼠放在谜宫里,特定的位置作为奖励成分。当大鼠在迷宫中行走时,我们可以看到海马体中不同的神经元依次放电,就像这些神经元在大脑中形成地图一样。大鼠睡着后,研究人员惊讶地发现,在慢波睡眠阶段(NERM的一部分),大脑中的这些神经元正在按同样的顺序重复放电,但速度是白天的10~20倍,就像加速大脑中白天经历的重复一样。这些“双速重放”的神经元活动构成了尖锐的波浪。长期睡眠不足会破坏记忆力 睡眠不足可能会削弱大脑的最佳反应能力

随后,越来越多的研究证明了尖锐波浪对记忆形成的重要性。当研究人员影响尖锐波浪的形成时,老鼠显然很难记住他们以前的选择。人工增加睡眠时尖锐波浪的持续时间将大大提高老鼠在同一记忆任务中的表现。

“到目前为止,对尖锐波浪的研究充分展示了尖锐波浪在睡眠过程中的重要性,所以我们自然很好奇缺乏睡眠会对尖锐波浪产生什么影响。”密歇根大学神经回路与记忆实验室的研究员卡姆兰·迪巴(KamranDiba)介绍道。

最近,迪巴和合作伙伴在《自然》中(Nature)发表的一项研究表明,睡眠不足会降低尖锐波浪的质量,从而抑制大脑中记忆“重放”的过程。更重要的是,即使你睡觉,这种损失也很难挽回。

记忆“窗口期”

这个实验仍然围绕着迷宫里的老鼠进行。在几周内,迪巴和他的同事们记录了7只老鼠在迷宫中的探索过程,以及它们的海马体活动。经过艰苦的神秘宫殿,其中一些老鼠可以获得近9小时的自然睡眠。

同样,像所有“淘气”的研究人员一样,研究团队会“温和”地干扰其他老鼠的睡眠,减少他们的睡眠时间5小时,并监测他们大脑中尖锐波浪的变化。

“令我们惊讶的是,当睡眠不足时,波浪的频率甚至高于深度睡眠。”迪巴说。反复醒来的老鼠与正常睡眠的老鼠相似,甚至更频繁。然而,这并不意味着他们的记忆变得更强烈。

事实上,研究小组发现,睡眠不足的大鼠神经元的放电强度会减弱,导致尖锐波浪的强度降低,变得更加混乱。最重要的是,这些大鼠的神经元在白天会重复更少的激活方式。换句话说,睡眠不足影响了尖锐波浪的质量,而质量是让储存在海马体内的短期记忆成为长期记忆的关键。

研究人员还发现,睡眠不足后,即使睡眠不足,也无法弥补记忆的缺失。经过两天的正常睡眠,研究人员观察到尖锐波浪的质量已经恢复,但很难达到一直保持正常睡眠的老鼠的质量。长期睡眠不足会破坏记忆力 睡眠不足可能会削弱大脑的最佳反应能力

看来,由于缺乏睡眠,错过了记忆形成的“窗口期”,睡眠不能弥补这段时间内记忆的损失,甚至不能立即恢复将短期记忆转化为长期记忆的能力。研究人员在论文中写道:“这一点值得注意,尽管大多数大脑健康和功能指标,包括蛋白质信号传导和基因转录,可以恢复到正常水平,但由于睡眠不足而受损的记忆通常不会恢复。”

复杂的作用

随着我们对尖波浪的认识的加深,科学家们逐渐意识到它们在记忆形成过程中起着非常复杂的作用。今年3月在科学上发表(Science)一项研究比较了大鼠的任务或事件,以及睡眠期间的波浪次数。发现那些清醒时更频繁的波浪,在睡眠中播出的次数也更高。这表明,波浪就像一个标签,选择了我们白天的经历,并决定了我们可以进入我们的长期记忆库。

迪巴说:“这一发现与我们的结论是一致的,”迪巴说,“也与我们5月份在《自然》中发表(Nature)另一项研究是一致的。”在这项研究中,研究小组发现,尖锐的波浪不仅重放了白天的信息,而且还“预测”了第二天的活动。“因此,睡眠不足也可能削弱大脑对未来经历做出最好反应的能力。”迪巴说。

最后,研究人员对记忆提出了一些建议:

问:那么考前熬夜学习还有用吗?

答:如果你在准备考试后磨枪睡得好,也可能有用。但弱点是当天早些时候学到的信息。(随着睡眠压力越来越大,)大脑缓冲这些信息,并保留它们,直到你的睡眠能力变得更有限。