睡眠如何建立關(guān)系記憶

關(guān)系記憶是記住物體，人或事件之間任意或間接關(guān)聯(lián)的能力，例如帶有面孔的名字，您把車鑰匙放在哪里，以及您是否在烹飪后但在離開房屋之前關(guān)閉了爐子。

以前的研究已經(jīng)確定，動(dòng)物和人類的記憶力受益于充足、高質(zhì)量的睡眠。在2022年5月25日發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志》上的一項(xiàng)新研究中，加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)教授馬克西姆·巴熱諾夫博士和實(shí)驗(yàn)室研究生蒂莫西·塔德羅斯(Timothy Tadros)描述了在睡眠期間加強(qiáng)或創(chuàng)造新的關(guān)系記憶的潛在機(jī)制。

作者開發(fā)了大腦兩個(gè)區(qū)域的人工模型：丘腦(參與早期感覺處理)和皮質(zhì)(參與記憶，學(xué)習(xí)和決策)。該模型能夠模擬兩種主要的大腦狀態(tài)：當(dāng)神經(jīng)元自發(fā)活躍時(shí)處于清醒狀態(tài)，并在產(chǎn)生電活動(dòng)的內(nèi)在振蕩(如慢波)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化以處理感覺輸入和深度睡眠。

網(wǎng)絡(luò)模型的屬性可以改變，以促進(jìn)清醒和睡眠活動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換，類似于生物大腦每天做的事情。

在皮質(zhì)區(qū)域，神經(jīng)元之間的連接被允許根據(jù)其活性變得更強(qiáng)或更弱，稱為突觸可塑性，這反映了記憶如何形成或擦除的主要已知生物學(xué)機(jī)制。

“我們在視覺處理后對皮層進(jìn)行了建模，一個(gè)皮質(zhì)層代表初級(jí)視覺皮層，另一個(gè)皮層代表關(guān)聯(lián)皮層，”Tadros說。“每當(dāng)人們看到相同的物體時(shí)，視覺皮層中大致相同的神經(jīng)元就會(huì)活躍起來。如果一個(gè)人在同一上下文中看到兩個(gè)物體，那么這些關(guān)聯(lián)可以通過加強(qiáng)代表兩個(gè)物體中每個(gè)物體的神經(jīng)元之間的聯(lián)系在關(guān)聯(lián)皮層中學(xué)習(xí)。

科學(xué)家們在清醒模式下訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，以學(xué)習(xí)這種直接關(guān)聯(lián)，例如A + B或B + C而不是A + C，然后發(fā)現(xiàn)在睡眠模式下，該模型形成了間接關(guān)聯(lián)：A + C。

“發(fā)生這種情況是因?yàn)樵谒咂陂g，代表所有三個(gè)相關(guān)項(xiàng)目(A，B和C)的神經(jīng)元以接近的時(shí)間順序自發(fā)發(fā)射，這種現(xiàn)象稱為睡眠重放，這觸發(fā)了突觸可塑性并導(dǎo)致所有這些神經(jīng)元之間形成強(qiáng)烈的突觸連接，”Bazhenov說。“因此，在睡眠后，激活任何一個(gè)組，如A，激活所有其他相關(guān)組，如B和C。

雖然主要是概念性的，但研究人員表示，這項(xiàng)工作具有現(xiàn)實(shí)世界的影響。

“這項(xiàng)研究的一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)世界影響是為未來的疾病研究提供信息，如精神分裂癥和自閉癥譜系障礙，”Bazhenov說。“研究表明，患有這些疾病的人在關(guān)系記憶任務(wù)中表現(xiàn)更差，并且還擾亂了睡眠，特別是慢波睡眠。

“我們的研究表明，專注于改善慢波睡眠以減輕與這些疾病相關(guān)的一些認(rèn)知癥狀可能比只關(guān)注認(rèn)知癥狀更有成效。

作者還指出，記憶功能和睡眠質(zhì)量隨著年齡的增長而下降，但增強(qiáng)睡眠振蕩的當(dāng)前或新技術(shù)可能有助于保護(hù)和改善老年人的記憶功能。