《科学》：我们对睡眠增强记忆的认知，要被颠覆了！科学家首次发现，巩固记忆的尖波涟漪竟然要消除，否则损伤记忆能力

来源：网络 2024-08-17 11:25

这项研究成果改变了我们对尖波涟漪巩固记忆的认知，让我们认识到，在睡眠期间不仅有促进记忆形成的尖波涟漪，还有平衡现在与未来记忆需求的BARRs。二者中的任何一个受损，都会损伤记忆。

研究发现，睡眠剥夺会削弱海马尖波涟漪（促进记忆形成）的功率，导致海马神经元的再激活和重放能力被减弱，进而损伤记忆[1]。

实际上，已经有很多研究观察到破坏睡眠中的尖波涟漪会损伤记忆[2]，而增强尖波涟漪则会提升记忆能力[3]。因此，海马尖波涟漪被认为是睡眠巩固记忆所必需的。

今天，康奈尔大学Azahara Oliva团队在《科学》杂志上发表的一项研究成果[4]，可能要打破我们的这一传统认知。

她们在海马体的CA2区发现了一种新型神经活动——动作电位网（BARRs）。这个BARRs有个奇特的作用，抵消海马尖波涟漪（SWRs），从而抑制非快速眼动（NREM）睡眠时期参与学习的神经元活动的增加。

按理说，BARRs应该是不利于记忆巩固的；然而，出人意料的是，破坏BARRs不仅不会增强记忆能力，反而会导致记忆受损。如此看来，虽然尖波涟漪有助于记忆的形成，但是如果海马神经元过度活跃的话，也会影响新记忆的形成；而BARRs的存在，就是一种平衡机制，它能重置大脑神经元，让大脑可以用有限的资源形成更多的记忆。

▲ 论文首页截图

作为一名神经生物学专家，Azahara Oliva的研究方向是了解在学习、记忆和睡眠过程中，大脑状态是如何调节局部神经网络活动的。

海马尖波涟漪对记忆的重要性，Azahara Oliva肯定了然于心；然而，她心中一直有个疑问，我们大脑的容量是有限的，为什么能不断地学习新知识，而不耗尽所有的神经元呢？

这个问题的背后，其实就是不断激活神经元的尖波涟漪是如何保持神经网络平衡的，或者说是如何恢复正常并给明天的学习和记忆留下空间的。这个问题目前无人知晓，我们所知的，只是增强尖波涟漪可以巩固记忆，削弱尖波涟漪会损害记忆，而且这种损害还不可逆。

Oliva团队推测，海马体中肯定还有一股力量，它在背后调节着尖波涟漪，平衡海马的神经信号网络。

在这个假设的基础上，Oliva团队监测了海马三个区（CA1、CA2和CA3）在非快速眼动（NREM）睡眠期间的活动情况。她们还真有收获，发现除了尖波涟漪（SWRs）之外，CA2的锥体细胞还发出了一波动作电位——BARRs，而且CA1和CA2之间还有一束中间神经元被激活。

▲ BARRs和SWRs

她们还发现BARRs持续的时间约为300毫秒，而SWRs的持续时间仅有约50毫秒。此外，BARRs和SWRs都会在非快速眼动睡眠期间频繁出现，在学习后的睡眠期间会立即增加，并随着时间的推移逐渐减少。

Oliva团队还通过光遗传技术激活CA1区的兴奋性神经元来增加SWRs，神奇的是，在不久之后BARRs也会增加。而且，SWRs和BARRs不是同时出现，而是呈此长彼消的负相关。

▲ BARRs和SWRs的关系

随后的单神经元活动研究发现，在清醒状态下参与学习的CA1神经元，在非快速眼动睡眠早期的SWRs中被重新激活，这种活动在非快速眼动睡眠晚期逐渐下降到基线水平。值得注意的是，这种下降似乎是由BARRs引起的，因为在BARRs信号活跃期间，CA1神经元不会被重新激活，而与学习有关的神经元会在此期间降低活性。

此外，在SWRs期间越活跃的神经元，在BARRs期间活性就越低。不难推测，BARRs似乎就是为抵消SWRs而生的，目的是降低学习后重激活引起的CA1神经活动。

对BARRs更深入的研究发现，CA2发射的BARRs经由抑制性中间神经元（CCK+篮状细胞），调节CA1的神经元活动。消除CCK+篮状细胞就能阻断BARRs对SWRs的影响。

按照传统认知，增强SWRs可以改善记忆；那么，阻断BARRs就可以避免SWRs被消除，会让CA1区神经元活动持续升高，进而促进记忆的巩固。然而，研究结果却出人意料，阻断BARRs虽然延长了参与学习的CA1神经元的活动，甚至可以延长到非快速眼动睡眠晚期；但是，BARRs带来的不是记忆改善，而是记忆能力受损。