早在古羅馬時期，當時的修辭學家和教師昆體良就已經(jīng)看到了睡眠與記憶的密切聯(lián)系：“這是一個奇怪的事實，其原因并不明顯，一個晚上的間隔會大大增加記憶的強度……這個通常被認為導致遺忘的時間段，其實是在增強我們的記憶?！?/p>

大概每一個曾親耳聽過動物睡眠時大腦活動的人，都不會忘記那一瞬間的震撼：經(jīng)過揚聲器放大后，研究者往往會聽到一陣猛烈、急促的“砰砰”聲。有人會將它比作“一陣槍聲”“一陣煙花”，也有人會以為是哪里發(fā)生了爆炸。

事實上，研究者聽到的是大腦中的一種電信號，或者說腦波。在 20 世紀，更先進的成像技術和數(shù)據(jù)分析技術還沒誕生時，研究者會將處理后的電信號轉(zhuǎn)換為音頻信號，依靠聲音實時監(jiān)測動物的大腦活動狀態(tài)。

這種監(jiān)測大部分都發(fā)生在大鼠身上。在清醒時，伴隨著對新環(huán)境的探索，大鼠的大腦會發(fā)出穩(wěn)定、有節(jié)奏的振動。而當大鼠睡著后，揚聲器里的炸響通常會驚醒設備這頭困倦的人類研究者。

雖然如今研究者的耳朵不再需要受這份折磨，但這樣的聲音其實直觀反映了大腦睡眠時的活動。這種腦波被稱為“尖波漣漪”，這是一陣劇烈、高頻（往往在 100～250Hz）的腦波，由大腦的海馬體發(fā)出。

不同長度的尖波漣漪

尖波漣漪

目前的研究發(fā)現(xiàn)，尖波漣漪會在兩種情況下出現(xiàn)：一種是在人類或動物清醒，但處于放松的非活動狀態(tài)下，尤其是在完成任務后安靜休息時，這表明大腦正在回顧和處理與任務相關的記憶；另一種就是在非快速眼動睡眠的第三個階段，在這個時期，這種腦波起到了將記憶從短期存儲（海馬體）轉(zhuǎn)移到長期存儲（大腦皮層）的作用。

更具體地說，尖波漣漪是大腦海馬體中一批神經(jīng)元同步放電，接下來是第二批神經(jīng)元的同步放電，然后是第三批、第四批……這樣的信號就像水波一樣擴散出去，將海馬體在白天獲取的記憶，傳達給新皮質(zhì)，固定為長期記憶。

一個經(jīng)典的大鼠實驗，可以讓我們直觀地看到記憶是如何在睡眠時形成的：研究者將大鼠放入迷宮中，其中特定位置會放置作為獎勵的食物。當大鼠在迷宮中行走時，我們可以看到海馬體中不同的神經(jīng)元會依次放電，就像是這些神經(jīng)元在大腦中組成了一幅地圖。而大鼠入睡后，研究者驚訝地發(fā)現(xiàn)，在大鼠的慢波睡眠階段（NERM 的一部分），大腦中的這些神經(jīng)元正在以同樣的順序重復放電，只是速度是白天的 10~20 倍，就像是在大腦中將白天的經(jīng)歷加速重演了一遍。這些“倍速重放”的神經(jīng)元活動，就構(gòu)成了尖波漣漪。

隨后，越來越多的研究證明了尖波漣漪對記憶形成的重要性。當研究者干擾尖波漣漪形成時，大鼠明顯難以記住自己之前做出的選擇。而人為延長睡眠時尖波漣漪的持續(xù)時間，則會使大鼠在同樣的記憶任務中，表現(xiàn)大幅改善。

“迄今為止有關尖波漣漪的研究，充分展現(xiàn)了睡眠過程中尖波漣漪的重要性，所以我們自然而然地好奇，缺乏睡眠會對尖波漣漪產(chǎn)生怎樣的影響?！泵绹苄髮W的神經(jīng)回路和記憶實驗室的研究員卡姆蘭·迪巴介紹道。

最近，迪巴和合作者在《自然》發(fā)表的一項研究顯示，睡眠不足會降低尖波漣漪的質(zhì)量，從而抑制大腦中記憶“重放”的過程。更重要的是，這份損失即使補覺也難以挽回。

記憶的“窗口期”

這次的實驗依然圍繞著大鼠在迷宮里的活動展開。在長達數(shù)周的時間內(nèi)，迪巴和同事記錄了 7 只大鼠在迷宮中的探索過程，以及它們海馬體的活動。辛苦走完迷宮后，其中一些大鼠可以獲得長達 9 小時的自然睡眠。

同樣，就像所有“邪惡”的研究者一樣，研究團隊會“溫和地”打擾了另外一些大鼠的睡眠，讓它們的睡眠時間減少了 5 小時，并監(jiān)測它們大腦中尖波漣漪的變化。

“令我們驚訝的是，在睡眠不足時，尖波漣漪的頻率甚至高于深度睡眠期間。”迪巴表示。被反復叫醒的老鼠與正常睡覺的相比，具有類似，甚至更頻繁的尖波漣漪。然而，這并不代表它們的記憶變得更強了。

事實上，研究團隊發(fā)現(xiàn)，睡眠不足的大鼠神經(jīng)元放電的強度會變?nèi)?，從而導致尖波漣漪的強度變低，也變得更加混亂。最重要的是，這些大鼠的神經(jīng)元會更少地重復白天的激活模式。也就是說，睡眠不足影響了尖波漣漪的質(zhì)量，而質(zhì)量才是讓存儲在海馬體中的短期記憶變成長期記憶的關鍵。

研究者還發(fā)現(xiàn)，睡眠不足之后，即使補覺也無法彌補記憶的缺失。研究者讓睡眠剝奪組重新恢復正常睡眠 2 天后，觀察到尖波漣漪的質(zhì)量有所恢復，但難以達到一直保持正常睡眠的大鼠所擁有的質(zhì)量。

看起來，因為缺覺錯過記憶形成的“窗口期”后，補覺也無法挽回這段時間記憶的損失，甚至無法立刻恢復將短期記憶轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期記憶的能力。研究者在論文中寫道：“這一點值得注意，因為盡管在足夠的睡眠后，大多數(shù)大腦健康和功能指標，包括蛋白質(zhì)信號傳導和基因轉(zhuǎn)錄，都能恢復到正常水平，但因睡眠不足而受損的記憶通常不會恢復?！?/p>

復雜的作用

隨著我們對尖波漣漪的理解不斷加深，科學家逐漸意識到，它們在記憶形成過程中其實發(fā)揮著非常復雜的作用。今年 3 月，發(fā)表于《科學》（Science）的一項研究對比了大鼠執(zhí)行任務或遭遇事件后，以及睡眠期間產(chǎn)生尖波漣漪的頻率。發(fā)現(xiàn)那些清醒時更頻繁發(fā)生的尖波漣漪，在睡眠時重播的頻率也更高。這說明尖波漣漪就像標簽一樣，篩選著我們白天的經(jīng)歷，決定哪些才能進入我們的長期記憶庫。

“這一發(fā)現(xiàn)與我們的結(jié)論一致，”迪巴表示，“也與我們 5 月發(fā)表于《自然》（Nature）的另一項研究一致?！痹谶@項研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)尖波漣漪不僅會重放白天的信息，還在“預測”第二天的活動?！耙虼?，睡眠不足也可能會削弱大腦對未來經(jīng)歷做出最佳反應的能力?！钡习捅硎尽?/p>

最后，研究者給出了一些有關記憶的小建議：

問： 所以考前熬夜學習還有用嗎？

答： 如果你臨時抱佛腳，并且在復習后好好入睡了，那可能也會有用。但脆弱的是當天早些時候?qū)W到的信息。（隨著睡眠壓力越來越嚴重，）大腦緩沖這些信息并保留它直到你入睡的能力會變得越來越有限。

來源：環(huán)球科學

責編：邱訪蓉

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三審：王明輝