在一項對健康志願者的研究中，美國國立衛生研究院（簡稱NIH）的研究人員繪製了我們學習一項新技能（例如用鋼琴彈奏一首新歌）時的大腦活動圖，並發現為什麼從練習中獲得短暫休息是學習的關鍵。研究人員發現，在休息期間，志願者的大腦迅速地、反复地“回放”他們在練習鍵入代碼時看到的快速版本的活動。志願者“回放”的活動越多，他們在隨後的練習過程中表現得越好，這表明休息可以加強記憶。

“我們的結果支持這樣的觀點，即在學習新技能的過程中，清醒的休息和練習一樣發揮著重要作用。”NIH國家神經疾病和中風研究所（NINDS）的高級調查員、《細胞報告》上發表的這項研究的資深作者Leonardo G. Cohen醫學博士說：“這似乎是我們的大腦壓縮和鞏固我們剛剛練習的記憶的時期。了解神經回放的這一作用，不僅有助於塑造我們學習新技能的方式，而且有助於我們幫助病人恢復中風等神經損傷後失去的技能。”

這項研究是在NIH臨床中心進行的。Cohen博士的團隊使用了一種高度敏感的掃描技術，即腦磁圖，記錄了33名健康的右撇子志願者的腦電波，他們學會了用左手輸入五位數的測試代碼。受試者坐在椅子上，坐在掃描儀長長的錐型帽下。實驗開始時，受試者在屏幕上看到代碼”41234″，並被要求在10秒內盡可能多地打出該代碼，然後休息10秒。受試者被要求重複這種練習和休息交替進行的循環，共35次。

在最初的幾次試驗中，受試者正確輸入代碼的速度大幅提高，然後在第11個週期左右趨於平緩。Cohen博士的團隊表明，這些進步大多發生在短暫的休息期間，而不是在受試者打字的時候。此外，這些益處比一夜睡眠後的益處要大，並與腦電波（稱為β節律）的大小減少相關聯。在這份新報告中，研究人員在受試者的腦波中尋找不同的東西。

“我們想探索在清醒的休息期間看到的記憶強化背後的機制。”Cohen博士團隊的工作人員和這項研究的負責人Ethan R. Buch博士說：“幾種形式的記憶似乎依賴於神經活動的重放，所以我們決定對程序性技能學習測試這一想法。”

為此，Cohen博士實驗室的前博士後研究員Leonardo Claudino幫助Buch博士開發了一個計算機程序，使研究小組能夠破譯與輸入測試代碼中的每個數字相關的腦電波活動。

該程序幫助他們發現，在打字過程中看到的大腦活動的一個更快的版本–大約20倍的速度–在休息期間被“回放”。在前11次練習試驗的過程中，這些壓縮版的活動在每個休息時段被多次回放–大約25次。這比後來的休息時間或實驗結束後看到的活動多出兩到三倍。

有趣的是，他們發現，休息期間的重放頻率預示著記憶的加強。換句話說，那些大腦更頻繁地重放打字活動的受試者在每次試驗後的表現都比那些較少回放的受試者有更大的跳躍性。

Buch博士說：“在學習曲線的早期階段，我們看到清醒狀態下的回放在時間上是壓縮的，頻繁的，並且是預測不同個體學習新技能的變異性的一個很好的指標。這表明，在清醒休息期間，大腦將學習一項新技能所需的記憶結合在一起。”

正如預期的那樣，研究小組發現，回放活動經常發生在大腦的感覺運動區域，這些區域負責控制運動。然而，他們也看到了其他腦區的活動，即海馬體和內嗅皮質。