神經科學家已經確定，一些日常經驗會在睡眠過程中透過大腦的促進作用轉化為永久記憶。由紐約大學格羅斯曼醫學院領導的一項最新研究發現，海馬體中的”銳波漣漪”是選擇永久保留哪些記憶的關鍵機制。這些波紋發生在空閒的時刻，在決定哪些經歷（緊接著是多重波紋）在睡眠中被鞏固為持久記憶方面起著至關重要的作用。

最近的研究發現，海馬體中的”銳波漣漪”是一種大腦機制，它決定了哪些日常經驗會成為永久記憶，閒暇時的顯著漣漪會導致睡眠中的記憶鞏固。神經科學家在過去幾十年中發現，大腦會在當晚的睡眠中將一些日常經驗轉化為持久記憶。最近的一項研究介紹了一種機制，它能決定哪些記憶足夠重要，可以保存在大腦中，直到睡眠將其永久固化。

在紐約大學格羅斯曼醫學院研究人員的領導下，這項研究圍繞著被稱為神經元的腦細胞展開，這些神經元通過”發射”–或使其正負電荷的平衡發生波動–來傳遞編碼記憶的電訊號。在一個名為海馬體的大腦區域中，大群神經元有節奏地循環發射訊號，在幾毫秒內產生訊號序列，這些訊號可以編碼複雜的訊息。

這些向大腦其他部分發出的”呼喊”被稱為”尖波漣漪”，代表了15% 的海馬神經元近乎同時發射的信號，因其活動被電極捕捉並記錄在圖表上時所呈現的形狀而得名。

過去的研究將波紋與睡眠中記憶的形成聯繫在一起，而最近發表在《科學》雜誌上的這項新研究發現，緊接著5到20個尖銳波紋的白天事件在睡眠中會被更多地重播，從而鞏固為永久記憶。而很少或沒有尖銳波紋的事件則無法形成持久記憶。

研究的資深作者、紐約大學朗貢衛生院神經科學與生理學係比格斯神經科學教授、醫學博士György Buzsáki 說：”我們的研究發現，尖銳波紋是大腦用來’決定’保留和丟棄什麼的生理機制。

這項新研究是基於一個已知的模式：包括人類在內的哺乳動物會體驗世界片刻，然後暫停，再體驗一會兒，然後再暫停。研究報告的作者說，在我們關注某件事情之後，大腦計算往往會切換到一種”閒置”的重新評估模式。這種瞬間停頓在一天中都會發生，但最長的空閒期發生在睡眠中。

Buzsaki 及其同事先前已證實，當我們積極探索感官訊息或移動時，不會出現銳波紋波，只有在之前或之後的空閒停頓期間才會出現銳波紋波。目前的研究發現，尖銳的波浪三角形代表了覺醒後這種停頓期間的自然標記機制，標記的神經元模式會在任務後的睡眠中重新激活。

重要的是，我們知道尖銳的波狀紋是由海馬”位置細胞”按照特定順序發射的，我們進入的每一個房間和老鼠進入的每一個迷宮臂都是由這種細胞編碼的。對於被記住的記憶，同樣的細胞會在我們睡覺時高速發射，”每晚回放記錄的事件數千次”。這個過程加強了相關細胞之間的連結。

在本次研究中，研究小組透過電極追蹤了小鼠連續運行迷宮的過程，這些海馬細胞群儘管記錄的經歷非常相似，但卻隨著時間的推移而不斷變化。這首次揭示了在迷宮運行過程中，漣漪在清醒時暫停，然後在睡眠時重播。

當老鼠在每次跑完迷宮後停下來享用含糖食物時，通常會記錄到尖銳的波浪癱瘓。作者說，小鼠食用獎勵後，大腦就會從探索模式切換到閒置模式，進而出現銳波癱瘓。

透過使用雙面矽探針，研究小組能夠在迷宮運行期間同時記錄動物海馬中的多達500 個神經元。這反過來又帶來了挑戰，因為獨立記錄的神經元越多，數據就會變得異常複雜。為了獲得對數據的直觀理解、可視化神經元活動並形成假設，研究小組成功地減少了數據的維度，在某種程度上就像把三維圖像轉換成平面圖像一樣，而且沒有失去數據的完整性。

第一作者、布札基實驗室的研究生楊婉楠（Winnie）博士說：「我們努力將外在世界排除在外，研究哺乳動物大腦先天和潛意識中將某些記憶標記為永久記憶的機制。為什麼會演化出這樣一個系統仍然是個謎，但未來的研究可能會揭示一些設備或療法，它們可以調整尖銳的波紋，從而改善記憶，甚至減少對創傷事件的回憶”。

編譯來源：ScitechDaily

參考文獻:《海馬體銳波漣漪對記憶經驗的選擇》，作者：Wannan Yang、Chen Sun、Roman Huszár、Thomas Hainmueller、Kirill Kiselev 和György Buzsáki，2024 年3 月28 日，《科學》。
DOI: 10.1126/science.adk8261