當你睡著時，你的大腦如何平衡學習與遺忘？

大腦也會斷舍離?

大腦收集到的信息遠跨越它所能保留的。我們成天都在領受新的信息，但僅有一部門能被保留到隔夜或者更久。睡眠似乎對這一進修和遺忘之間的均衡至關主要，它經由過程大腦電旌旗燈號的分歧模式來加固一部門的記憶，同時消弭另一部門的記憶，但在此過程中起感化的機制我們一向不清晰。

在2019年10月初陳述的一份研究中，研究人員將兩種腦電波的對立感化分手開，從而解開了這一謎團：此中一種加強記憶，而另一種減弱記憶。

大腦若何對記憶進行處置，從而保留此中一部門而丟失落另一部門？分歧理論對這一問題的詮釋之間存在矛盾。研究者簡單地將這些腦電波彼此區分隔來后，起頭形當作了一種可以和諧矛盾的詮釋。這份研究的第一作者，加州大學舊金山分校的神經學副傳授卡努納什·甘古利（Karunesh Ganguly）說，我們尚未充實理解，睡眠若何能在記住和遺忘中都起到主要感化。

關于記憶鞏固的理論大致分為兩種陣營，而且各自都有一些證據的撐持。一種理論將持久的進修歸結于在睡眠時被重現的腦勾當模式。這些神經發放的組合（ensembles）模擬了在原始進修過程中的旌旗燈號，這樣的重現增強了神經元之間的突觸毗連，從而使記憶根深蒂固。若是沒有復現，理論上其他的突觸毗連沒有被加強，那么那些記憶該當會消亡。

_{-James Steinberg-}

別的一個與之相對的理論是“突觸削減”（synaptic downscaling）。良多研究者都相信，在這個過程中大腦更活躍地斷根失落無用的記憶。因為進修過程涉及到要加強大腦毗連的神經勾當，需要耗能，而在睡眠中，標的目的大腦毗連的供能更少，使得那些不太具有持久主要感化的毗連被減弱。去除失落這些來自于無用記憶的布景噪音使得大腦的旌旗燈號加倍清楚，并使大腦連結高效。

在記憶的連結中，與睡眠相關的分歧的腦電波模式的感化是什么？這項新的研究著眼于這個問題，在這些理論中成立起了橋梁。

睡眠的時辰大腦都發生了什么

長達數十年來，對于加強和丟掉記憶的研究都本家兒要集中在兩種腦電波模式上：慢震動（slow oscillations）和“睡眠紡錘波”（sleep spindles）。慢震動，以岑嶺值和低頻率為特征，掃過大部門的腦區。睡眠紡錘波是在非快速眼動睡眠期（沒有快速的眼動而且一般很少做夢的睡眠階段）每隔幾秒鐘呈現的高頻勾當的爆發（bursts）。當與睡眠紡錘波相連系時，慢震動變得對于記憶的鞏固至關主要。比擬之下，δ波比慢震動略小，而且傾標的目的于在大腦局部呈現。因為慢震動和δ波一般在睡眠中同時呈現而且很難區分，凡是它們一路被歸為慢波。

然而識別出慢震動和δ波之間的差別恰是這篇最新頒發的研究發現的關頭之處。

金在京（Jaekyung Kim）和塔努吉·古拉第（Tanuj Gulati）一路工作，前者是來自加州大學舊金山分校的博士后研究員，同時也是這項研究的本家兒要作者，后者是來自洛杉磯西達斯-西奈醫學中間（Cedars-Sinai Medical Center）的生物醫學科學和神經學的副傳授。操縱獎勵機制，他們練習大鼠進修一項新的技術。這項技術涉及到在活動皮層的一種特定的神經勾當。在晚上，當大鼠進入睡眠時，研究者按捺動物大腦中選定的某種腦電波模式。第二天，他們會測試大鼠對于新技術的記憶。經由過程檢測這些記憶是獲得了晉升仍是變得更差，研究人員可以進一步探討分歧種類的腦電波的功能。

20多年前的一項在貓上的研究初次不雅察到了兩種波之間的差別特征，金操縱這些特征，用精確的判別尺度在他所記實的大鼠的腦中將慢震動從δ波平分離出來。已知在記憶的鞏固中，慢震動有著主要的感化。是以，當研究者去除了慢震動后，大鼠的進修應該會發生退化。成果不出所料。

_{慢震動和δ波的區別}

_{—Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine}

但讓研究者感應驚奇的是，當他們侵擾δ波時，他們不雅察到了相反的結果：大鼠的記憶晉升了。

“我沒有想到按捺慢震動會有分歧于按捺δ波的結果。”綜合生物學和心理學家吉娜·波（Gina Poe）說。她沒有預料到腦電波之間的差別會具有如斯的主要性，可是她說這項研究的成果和很多其他的研究發現相吻合。“這就像是缺掉的那塊拼圖。”她彌補道。

這些相競爭的功能暗示了此前兩種關于記憶鞏固的主要理論的內涵機制。紡錘波與慢震動彼此嵌合。在以前，甘古利的團隊曾將這一現象與神經勾當組合的重現以及記憶的加強聯系起來。與此同時，δ波似乎會減弱大腦的毗連而使得記憶退化，這一過程可能是經由過程某種形式的突觸削減來實現的。

甘古利說，δ波的這一特點還沒有被普遍地研究。經由過程把δ波的功能考慮在內，這項研究揭示這兩種波之間的均衡。這樣的均衡同時也是進修和遺忘之間的均衡。“這是一個推拉系統（push-pull system），”他說，“在大腦中存在一種動態過程，它可以或許依據其他信息來節制記憶的開關。”

事實上，慢震動和δ波互相競爭著與紡錘波進行時候對齊。紡錘波和慢震動在多大比率同步，這與大鼠能多好地記住它們的新技術當作相關關系；而若是將慢震動和δ波二者與紡錘波的同步率都考慮進來，我們對于大鼠進修行為的展望則會好更多。并非只有慢震動可以影響進修；看上去δ波也有很大的影響力。“這二者可能不止是對于記住不忘，還對于在準確的時候記得準確的工作至關主要。”加州大學歐文分校的精力病學和人類行為副傳授布萊斯·曼德（Bryce Mander）說。

但這種均衡很微妙，可能會被任何工作侵擾，從大腦毀傷到睡眠褫奪。因為大腦毀傷今后凡是跟從著腦電波的轉變，δ波和慢震動的比例轉變可能是延續性的記憶闌珊的原因之一，甘古利說道。這些腦電波之間的關系可能在一種加倍遍及的現象中起著感化——陪伴著衰老的認知闌珊。

_{在美國加州大學舊金山分校，神經科學家卡努納什·甘古利在他的嘗試室里與一個同事扳談。屏幕上顯示的是他們所研究的慢震動和δ波的波形。（譯者注：右為甘古利）}

_{—Steve Babuljak for UCSF, 2016}

甘古利和他的團隊在研究中不雅察到，睡眠紡錘波與分歧的波有分歧的交互。紡錘波傾標的目的于與慢震動的一個相位耦合，可是會鎖定在δ波的另一個分歧的相位上。紡錘波在衰老的大腦中也表示出了這一連系相位的偏移現象，因為它們嵌合到慢波的分歧的點上。若是δ波在衰老的大腦中更遍及存在的話，這可能就有助于詮釋衰老這種轉變，曼德說道。

δ波還一向被更直接地和癡呆聯系在一路。成長出淀粉樣斑塊是阿爾茲海默癥的一個標記，在表示出該癥狀的大腦中，δ波激增。在晚期阿爾茲海默癥者身上，不僅是他們處于睡眠狀況下，并且在清醒狀況下也能發現δ波。“您會發現δ波到處可見。”曼德說道。它們的呈現暗示了記憶障礙是若何在大腦中表現的。

腦電波在競爭什么？

關于彼此競爭的腦電波的這些研究，是否能被擴展到像衰老這樣的其他范疇呢？這取決于這樣的機制是否會在其他模式的進修中呈現。波舉了一個例子。好比說，進修活動技巧所需要腦區域，可能就不會介入到其它種類的進修中。所以，今朝我們尚不清晰，這樣的關于彼此競爭的腦電，是否存在于所有種類的記憶中。

δ波可能具有分歧于慢震動的功能這一發現，也開導了對睡眠和記憶研究中的幾個問題的可能解法。例如，盡管一些藥物改善了睡眠，但仍不克不及晉升進修和記憶；將來對于在這些藥物影響下的慢波均衡進行研究，也許可以說明其原因。關于慢震動和δ波別離起到什么感化，經由過程跟蹤記實睡眠中的慢波數據，也許還能獲得更多新的深刻看法。別的，加強記憶的可能方式，比擬于致力于促進發生更多的慢震動，侵擾δ波也許會被最終證實是可行的。如何的干涉干與手段可以提高進修，對具有超凡記憶力的人的大腦勾當進行研究，同樣也可能給這類問題供給構思。“這篇論文開啟了一片全新的研究范疇。”曼德說道。

在金的工作后面仍懸而未決的一個問題是：為什么我們人和其他動物需要像我們此刻這樣多的睡眠。證據表白，慢波和睡眠紡錘波的耦合在幾小時的睡眠中僅僅占有幾秒鐘；此中只需要少數幾回的耦合事務就可以帶來對于記憶的持續性的持久改變。“那樣對于我們的環路完當作自我重塑已經足夠了。”波說道。

譯者：OrangeSoda|審校：曹安潔

_{封面：Daniel Liévano|排版：語月}

_原文：

本文基于CC-BY和談翻譯