科學家揭示熬夜復習老記不住的神經生物學機制詳解

瀏覽次數：738　發布日期：2024-6-21　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

人的一生有接近1/3的時間在睡眠中度過，睡眠作為生命所須的必要過程，是機體記憶整合的重要環節。學習后立即睡覺有利于記得更牢，而睡眠不足則損害人們的記憶能力。然而，睡眠不足影響記憶的機制目前不清楚。海馬體是大腦的記憶中心，其中海馬體尖波漣漪（sharp-wave ripple，SWR）期間發生的記憶事件的激活和回放是記憶鞏固的關鍵。

SWR尖波是由海馬CA1區錐體細胞尖波放電產生，漣漪是尖波附近神經元高度同步活動引起的快速且短暫的神經振蕩活動。這種同步活動驅動與個體記憶相關網絡的突觸可塑性，增強記憶的存儲和回放。在記憶完成之后的睡眠中，SWR頻繁的出現，在SWR期間擾亂神經的震蕩活動會損害記憶，而增強SWR則會促進學習記憶。

2024年6月12日，密歇根大學安娜堡分校Kamran Diba 教授團隊在Nature發表題為“Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay”的研究論文，發現睡眠不足通過破壞海馬尖波漣漪，阻礙神經元放電模式的重激活和回放，損傷學習記憶能力。

1、睡眠剝奪破壞正常的海馬尖波漣漪

在大鼠海馬體 CA1 區域植入128通道高密度硅探針，對大鼠在迷宮探索過程、睡眠過程與睡眠剝奪過程的局部場電位和電活動穩定單元進行記錄，發現與正常睡眠相比，在睡眠剝奪期間（ZT2.5-5），海馬體SWR的發生頻率增加。功率譜計算顯示，睡眠剝奪降低局部場電位功率，具體表現為高功率的theta波減少，而低功率的delta波增加。提示睡眠剝奪改變正常海馬尖波漣漪的生理特性。

圖1、睡眠剝奪增加SWR的發生頻率，降低SWR的功率

2、睡眠剝奪增加海馬神經元的放電活動

睡眠狀態可以顯著影響神經元的放電頻率，對迷宮探索、睡眠和睡眠剝奪期間的大鼠海馬腦區放電情況進行記錄，發現迷宮探索期間海馬錐體神經元和中間神經元的放電頻率顯著增加，在隨后的自然睡眠期間，錐體神經元和中間神經元的放電頻率顯著降低。但睡眠剝奪使錐體神經元和中間神經元放電一直處于高水平狀態。

圖2、睡眠剝奪增加海馬錐體神經元和中間神經元的放電活動

3、睡眠剝奪降低神經元放電模式的重激活和回放

海馬神經元的重激活與記憶功能密切相關，迷宮探索后對神經元重激活進行檢測，發現經歷事件后海馬重激活可持續數小時，并將激活的海馬信號傳遞到皮質區域。而睡眠剝奪大鼠在經歷迷宮探索后，海馬重激活的能力顯著降低。睡眠剝奪大鼠恢復睡眠后，海馬神經元重激活能力有所恢復，但是仍無法恢復到對照水平。隨后對迷宮探索期間海馬位置細胞序列的時間回放進行研究，發現睡眠剝奪降低迷宮探索后海馬位置細胞放電模式的回放，即使恢復睡眠，這種損傷依舊存在。