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科学家们已经知道大脑如何在我们睡眠时提高我们的记忆

我们都知道,如果我们想要我们在白天更好的学习东西,就必须有一个良好的睡眠。虽然科学家早就知道我们的记忆依赖于在我们大脑的神经元之间建立连接,但是还不清楚睡眠如何帮助巩固这些信息。

现在,两个新的研究发现了生物学证据,解释了如果我们想记住,我们需要睡觉忘记。

一个最近的假说提出,睡眠冲出白天积累在脑中的毒性蛋白质。研究发现,如果我们没有足够的睡眠,我们增加发展心血管疾病和2型糖尿病的风险,更不用说神经变性疾病,如帕金森病。

现在,威斯康星大学和约翰·霍普金斯大学的一对研究提供了另一个睡眠好处的证据,这表明它允许我们“修剪”我们的记忆,微调我们在清醒时学到的经验教训。

突触稳态假说不是新的,来自威斯康星大学的研究人员在十年前开提出了这个想法--睡眠允许我们的大脑削减神经元之间发展的连接,在我们醒来时,以使我们的记忆更清晰。当我们体验新的东西时,我们的大脑建立或削弱了信息传递的部位被称为突触,突触连接我们的神经细胞。我们的行为和记忆被编码在这些互连的神经元网络中,这依赖于突触的大小和强度来有效地传达消息。

负责突触稳态假说的生物学家认为,建立这样的网络的过程在我们的清醒时有点太活跃,睡眠为大脑提供了一个安静的机会,选择性地降低我们建立的网络,同时我们有意识的。

有大量的证据表明,神经元可以削减突触,在一些情况下,通过细胞巡视大脑寻找突出然后“吞噬”它。睡眠期和睡眠剥夺期后突触的比较,也可能是大脑重塑突触的间接证据。

威斯康星大学的团队现在找出了更多的证据来支持他们的假设。在过去的四年里,生物学家分析了一些已经睡觉的小鼠,一些是保持清醒并在玩乐的小鼠,还有一些保持清醒并没有刺激的小鼠的脑片。然后科学家测量了数百个脑切片中约6,920个突触的大小和形状。从睡眠小鼠取得包含突触的切片中,比清醒的小鼠脑切片中的突触小18%。

2014年,威斯康星大学睡眠和意识中心的团队成员Giulio Tononi解释说:“在清醒时,学习加强了整个大脑的突触连接,增加了对能量的需求,并通过新的信息使大脑饱和。睡眠允许大脑重置,帮助整合新学习的材料与整合的记忆,因此大脑可以第二天重新开始。”

约翰·霍普金斯大学的第二个生物学家团队从不同的角度研究了这个问题。他们用一个荧光标记标记活小鼠突触上的蛋白质,然后在小鼠睡觉时直接观察它的大脑。研究人员的预测是,如果突触尺寸缩小,标记就会减少。而进一步分析显示AMPA受体降低了20%。

接下来,研究人员基因改造了小鼠,去除一种称为Homer1A的蛋白质,这种蛋白质是一种已知触发去除突触中的受体的化学物质。这些小鼠睡眠和非基因改造的小鼠一样。

为了研究这将对记忆的影响,小鼠将穿过带电地板的箱子。第一天晚上,一些小鼠用防止Homer1A进入树突棘的化学物质处理。当第二天穿过同一个箱子,所有的小鼠都处于恐惧状态。然而,放置到不同的箱子时,那些突触缩小的小鼠勇敢地检查这些箱子。然而,用Homer1A阻断剂治疗的小鼠后,再次处于处于恐惧状态。

虽然很难知道他们的小小啮齿动物的心情是什么,研究人员认为这些小鼠也可能是被盒子之间的相似性所困惑,而不是对前一天的经验的回忆。

睡眠是一个非常复杂的行为,与一大堆生物功能相关,从我们的免疫力到我们的消化功能。所以很难找出一个具体的“为什么我们需要睡觉”的理由。

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