深度睡眠中，记忆如何被保持？

来源：脑与智能丨公众号

摘要：深度睡眠对记忆的巩固至关重要，与健康的睡眠相比，失眠会导致记忆力下降。

深度睡眠中的慢波分为下降状态（down state）和上升状态（up state），在下降状态中，大脑中的神经元活跃度较低；在上升状态中，大脑中的神经元会有短暂的高频放电。

大量研究表明，深度睡眠对记忆的巩固至关重要，与健康的睡眠相比，失眠会导致记忆力下降。

记忆存储在神经元之间的连接——突触（synapse）中，因此，对深度睡眠中记忆的研究离不开对突触的观察和分析。

突触连接强度的变化是大脑可塑性的重要体现，过去的几十年中，神经科学家提出了一些刻画突触连接强度变化的可塑性模型，其中最著名的就是由中国科学家毕国强教授和蒲慕明教授于1998年提出的STDP（spike time dependent plasticity）规则。

STDP规则反映了突触前神经元（preneuron）和突触后神经元（postneuron）放电时间差对突触连接强度的影响，如果preneuron先放电，postneuron后放电，则连接强度增加，反之连接强度减弱。

大脑的神经网络是一个复杂的动力学系统，记忆存储的过程中，一些突触连接被增强，一些突触连接强度没有发生变化，如果随着记忆数量的增加，大脑中的强突触连接会越来越多，神经网络过度兴奋，显然不利于动力学系统维持稳定状态。

近期，来自英国和巴西的科学家发现了深度睡眠中新的可塑性现象，研究结果于3月21日发表在Neuron上。

该研究以小鼠为研究对象，通过光遗传学和单细胞记录的方法，探究在麻醉状态（模拟深度睡眠）下小鼠桶状皮层（barrel cortex）中的可塑性变化。

其中，光遗传学用于引发preneuorn的电活动，而单细胞记录则用于测量postneuron的电活动。

研究者通过控制preneuron的放电时间与postneuron状态之间的关系，共设计了8种实验条件，包括preneuron放电位于postneuron下降状态中某次放电之前，或是preneuron放电位于postneuron上升状态某次放电之后等。

分析结果表明：

-在下降状态中，突触可塑性仍遵循STDP规则。但下降状态中电活动非常稀少，所以并不能体现出深度睡眠中普遍的连接强度变化。

-在上升状态中，只有preneuron能够引起postneuron电活动的情况下，该突触连接强度才会被保持，其他情况下突触连接强度则会减弱。

综上，在深度睡眠中，大脑中遵循着不同于清醒状态时的可塑性规则，这主要体现在仅保持而非增强必要的突触连接强度，减弱其他不必要的突触连接强度，用以维持整个神经网络的突触动态稳定。醒来后，大脑便会以全新的状态迎接新的学习和记忆。

参考文献：

González-Rueda A, Pedrosa V, Feord R C, et al. Activity-Dependent Downscaling of Subthreshold Synaptic Inputs during Slow-Wave-Sleep-like Activity In Vivo[J]. Neuron, 2018.

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