版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系我們

“這是迄今為止在人類睡眠期間看到的來自運動皮層回放的最直接證據(jù)。”

——麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術和神經(jīng)恢復中心 Daniel Rubin 博士

我們?yōu)槭裁匆X？

科學家們對這個問題已經(jīng)爭論了幾千年，但麻省總醫(yī)院的研究人員與布朗大學、退伍軍人事務部和其他一些機構的同事合作進行的一項新研究，為解決這個謎團增加了新的線索。

他們的研究結果發(fā)表在《神經(jīng)科學雜志》（Journal of Neuroscience）上，可能有助于解釋人類如何形成記憶和學習，并最終有助于為受神經(jīng)系統(tǒng)疾病或損傷影響的人開發(fā)輔助工具。

該研究的主要作者麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術和神經(jīng)恢復中心的神經(jīng)科醫(yī)生Daniel Rubin博士解釋說，研究實驗動物的科學家很久以前就發(fā)現(xiàn)了一種稱為“回放”的現(xiàn)象。

回放理論上是大腦用來記住新信息的策略。如果訓練老鼠穿過迷宮，監(jiān)測設備可以顯示當它穿越正確的路線時，腦細胞或神經(jīng)元的特定模式會亮起放電。

Rubin 博士表示：“稍后在動物睡覺的時候，你可以看到這些神經(jīng)元會以同樣的順序再次亮起放電?！?/p>

科學家們認為，睡眠期間神經(jīng)元放電的這種回放現(xiàn)象是大腦練習新學信息的方式，這使得記憶得以鞏固，即從短期記憶轉(zhuǎn)化為長期記憶。

Daniel Rubin博士

然而，回放只在實驗室動物中得到了令人信服的證明。

麻省總醫(yī)院神經(jīng)技術和神經(jīng)恢復中心的聯(lián)合主任，Sydney S. Cash 博士問道："神經(jīng)科學界存在一個懸而未決的問題：這個關于我們?nèi)绾螌W習事物的模型在多大程度上反映了我們?nèi)祟愒趯W習事物過程中的真實性？它對不同類型的學習方式都是適用的嗎？"他也是這項研究的共同高級作者。

Cash 表示，重要的是，了解在學習運動技能時是否會發(fā)生回放現(xiàn)象，有助于指導針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病和損傷患者的新療法和工具的開發(fā)。

Sydney S. Cash 博士

為了研究回放是否會發(fā)生在人體運動皮層-控制運動的大腦區(qū)域 Rubin，Cash 和他們的同事招募了一名由于脊髓損傷患有四肢癱瘓的36歲男性，這意味著他無法移動他的上下肢。該患者被確定為 T11，是腦機接口設備臨床試驗的參與者，該設備允許他在屏幕上使用計算機光標和鍵盤。

在這項研究中，T11 被要求執(zhí)行一項類似于電子游戲 "西蒙（Simon）"的記憶任務，在該游戲中，玩家觀察到一個閃爍的彩色燈光圖案，然后必須回憶并重現(xiàn)該序列。他只需考慮自己手的移動即可控制電腦屏幕上的光標。

植入 T11 運動皮層的傳感器測量了神經(jīng)元的放電模式，這反映了他預期的手部運動，使他能夠在屏幕上移動光標，并在他想要的位置點擊它。這些大腦信號被記錄下來，并以無線方式傳輸?shù)揭慌_計算機。

那天晚上，當 T11 睡在家里時，他的運動皮層的活動被記錄下來并無線傳輸?shù)诫娔X。Rubin 博士表示：“我們發(fā)現(xiàn)的非常令人難以置信，他基本上是在睡夢中玩了一夜的游戲。” 在幾次睡眠中，T11 的神經(jīng)元放電模式與當天早些時候進行記憶匹配游戲時發(fā)生的模式完全一致。

Rubin 說：“這是迄今為止人類睡眠期間運動皮層回放現(xiàn)象最直接的證據(jù)。研究中檢測到的大部分回放都發(fā)生在慢波睡眠期間，這是一個深度睡眠的階段。有趣的是，當 T11 處于 REM（快速眼動）睡眠時，監(jiān)測到的回放的可能性要小得多，REM睡眠是最常與做夢相關的階段。Rubin 和 Cash 認為這項工作是了解回放現(xiàn)象及其在人類學習和記憶中所起的作用的基礎。

“我們希望能夠利用這些信息來幫助建立更好的腦機接口，并提出一些范式，幫助人們更快更有效地學習，以便在受傷后重新獲得控制能力?！盋ash 博士表示：“這項研究極大地受益于我們與參與者的密切互動，他對 T11 和 BrainGate 臨床試驗的其他參與者表示感謝?！?/p>

原文鏈接:

歡迎掃碼關注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的科普活動和科普好物！