生物学跨学科研究中心的科学家们已经证明，我们睡觉时发出的δ波并不像几十年来的科学文献中所描述的那样，是大脑皮层休息时的普遍静默期。相反，它们隔离了在长期记忆形成过程中起关键作用的神经元群。这些结果发表在10月18日的《科学》杂志上。
当我们睡觉时，海马体通过产生类似于清醒时的活动而自发地自我激活。它将信息发送到大脑皮层，大脑皮层依次做出反应。这种交流之后通常是一段称为“δ波”的静默期，然后是一种称为“睡眠梭状波”的节律性活动。这时皮质回路重组，形成稳定的记忆。然而，δ波在新记忆形成中的作用仍然是一个谜：为什么一段时间的沉默会中断海马体和皮层之间的信息交换顺序，以及皮层的功能重组？
研究人员仔细地观察了δ波期间发生的一系列变化。令人惊讶的是，他们发现大脑皮层并不是完全沉默的，一些神经元仍然保持活跃，并形成编码信息的小的、协同活动的神经元群。这一出乎意料的观察结果表明，当所有其他神经元都保持沉默时，激活的少量神经元可以进行重要的计算，同时免受可能出现的干扰。还有更重要的发现！海马体的自发激活决定了哪些皮质神经元在δ波期间保持活跃，并揭示了两个大脑结构之间的信息传递。此外，在δ波期间激活的神经元群是由参与白天学习空间记忆任务的神经元组成的。这些因素表明，这些过程涉及到记忆整合。为了证明这一点，科学家们在大鼠身上制造了人工δ波，以分离与海马体重新激活的神经元，或者随机分离出神经元。结果：分离出正确神经元后，大鼠能够稳定记忆，并很好地完成第二天的空间测试。
这些结果极大地改变了我们对皮质的理解。因此，δ波是一种选择性分离选定神经元的方法，这些神经元在海马-皮质对话和皮质回路重组之间传递关键信息，形成长期记忆。
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加州大学旧金山分校(UC San Francisco)研究人员的一项新研究显示，睡眠中的大脑中不同的脑电活动模式可能会影响我们对前一天所学内容的记忆或遗忘。
研究人员说，科学家们能够在动物睡觉时通过调整这些脑电波来影响老鼠学习新技能的效果，这表明未来在增强人类记忆或忘记创伤经历方面可能会有应用。
在10月3日在线发表在《细胞》杂志上的这项新研究中，由神经学副教授、加州大学威尔神经科学研究所成员、医学博士Karunesh Ganguly领导的一个研究小组，使用了一种称为光遗传学的技术，可以任意抑制睡眠大鼠的特定类型的大脑活动。
这使得研究人员能够确定在睡眠时被看到的两种不同类型的缓慢的脑电波——慢振荡和δ波，分别强化或减弱一种新的学习技能所涉及的特定脑细胞的放电——在这种情况下，老鼠可以通过神经植入物来控制它们的大脑如何操作一个喷水嘴。
Ganguly说：“我们惊讶地发现，我们可以通过在睡眠中抑制这些不同类型的脑电波来提高学习效果。” “δ波是睡眠的重要组成部分，但对它们的研究较少，也没有人认为它们有什么作用。我们认为，这两种类型的慢波在睡眠期间相互竞争，以决定新信息是被整合和存储，还是被遗忘。”
“将特定类型的脑电波与遗忘联系起来是一个新概念，”Ganguly补充道。“关于加强记忆的研究越来越多，关于遗忘的研究越来越少，而且这些研究往往是相互独立的。我们的数据表明，这两者之间存在持续的竞争——它们之间的平衡决定了我们记住什么。”
有些人睡觉是为了记住，有些人睡觉是为了忘记
在过去的里，人类几百年以来的直觉——睡眠在记忆的形成中起着重要作用——越来越多地得到了科学研究的支持。动物研究表明，参与形成新任务或经历的初始记忆的神经元在睡眠期间被重新激活，以巩固大脑中的这些记忆痕迹。许多科学家认为，遗忘也是睡眠的一个重要功能——也许是通过消除不重要的信息来理清思绪的一种方式。
慢振荡和δ波是所谓的非快速眼动睡眠的标志，至少对人类来说，这种睡眠占了整晚睡眠的一半或更多。有证据表明，这些非快速眼动睡眠阶段在巩固各种记忆，包括学习运动技能方面发挥了作用。例如，研究人员发现，在人类非快速眼动睡眠的早期阶段，人们能够更好地学习简单的钢琴即兴演奏。
Ganguly的团队开始研究睡眠在学习中的作用，这是他们正在进行的研究的一部分，目的是开发神经植入物，使瘫痪的人能够更可靠地用大脑控制机械臂。在实验室动物的早期实验中，他注意到动物操作这些脑-机连接能力的最大进步发生在训练期间的睡眠期间。
“我们意识到我们需要了解学习和遗忘是如何在睡眠中发生的，从而理解如何真正地将人工系统整合到大脑中，”Ganguly说。
脑电波在睡眠中通过竞争决定学习
在这项新的研究中，12只老鼠被植入了电极，这些电极可以监测它们大脑运动皮质中选定的一小群神经元的放电情况。运动皮质与构思和执行随意运动有关。通过产生一种特殊的神经放电模式，老鼠可以控制笼子里的一根配水管。从本质上讲，这些老鼠是在执行一种生物反馈——每只老鼠都学会了如何以一种独特的新模式将一小群神经元集合在一起，从而移动龙头获得水。
Ganguly的团队观察到，同样独特的新放电模式在动物睡眠时在大脑中重演。这种在睡眠中重新激活的强度决定了老鼠第二天控制喷水嘴的能力。但研究人员想要更进一步——了解大脑如何控制老鼠在睡眠时是学习还是遗忘。
为了在非快速眼动睡眠期间控制脑电波的影响，研究人员对老鼠的神经元进行了基因改造，使其表达一种光敏控制开关，从而使研究小组能够使用激光和光纤来瞬间减弱与特定脑电波传输相关的大脑活动。通过精确到毫秒的激光计时，科学家们在不同的实验中分别抑制了大脑新记忆回路周围一小块区域的慢振荡和δ波。
δ波的中断加强了任务相关神经活动在睡眠中的激活，并与醒来时更好的表现相关。相反，慢振荡的中断会导致醒来后表现不佳。Ganguly说：“慢振荡似乎保护了学习后神经放电的新模式，而δ波则倾向于消除它们并促进遗忘。”
进一步的分析表明，为了保护学习，慢振荡必须与第三种被称为睡眠梭状波的脑电波现象同时发生。睡眠梭状波是一种高频、短时间的突发活动，起源于丘脑，然后传播到大脑的其他部分。它们与记忆巩固有关，缺乏正常的睡眠梭状波与包括精神分裂症和发育迟缓在内的大脑疾病有关，也与衰老有关。
Ganguly说：“我们的研究表明，人在睡觉时很容易健忘。睡眠梭状波和慢振荡的极短结合可以克服δ波驱动的遗忘，保持学习，但这种平衡是非常微妙的。即使是很小的干扰也会导致遗忘。”
Ganguly说，目前还不清楚是什么导致了δ波驱动的遗忘和慢振荡驱动的学习，但很明显，更好地理解这个过程可能会对人类学习和记忆的研究产生深远的影响。“睡眠确实会给大脑带来深刻的变化。了解这些变化对脑功能整合至关重要，也许有一天我们可以修改神经回路，以帮助运动康复，比如中风后的运动康复，而此前的研究已经表明，睡眠在成功的康复中扮演着重要角色。”
那么，现阶段家长有什么简单可行的方法帮助孩子减少遗忘，加深记忆吗？
美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的睡眠研究人员进行的一项新研究中，由丽贝卡·斯宾塞领导的神经科学家首次提出了证据，证明午睡和夜间睡眠相互作用可能有益于儿童早期的记忆。
只有在考虑整个24小时周期的变化时，才能观察到午睡的显著好处。这证明了午睡和随后的夜间睡眠之间的相互作用能够巩固幼儿的记忆。
斯宾塞和她的同事们说，研究的另一个亮点是发现午睡确实还有助于学龄前儿童的情绪处理，这与父母和幼儿教师的观察结果一致，不过这种对情绪记忆的好处会有一定延迟。
他们补充说，这种延迟反映了“记忆的短期不稳定性”，也就是说，“即便对记忆本身无益，午睡也可能给幼儿行为带来重要的好处。”
如今正是知识爆炸的时代，大量的知识充斥着我们的生活，具有良好的记忆力，有助于孩子更高效的学习各个领域的新知识。想要孩子有更好的记忆力，就尽量让孩子规律睡午觉吧！
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