增强记忆力最好的药，睡眠期间的深部脑刺激显示可增强记忆力

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海马体是大脑中主要负责记忆形成的区域。图片来源：索尔克研究所

虽然众所周知睡眠在增强记忆力方面起着至关重要的作用，但科学家们仍在努力破解这一过程在一夜之间如何在大脑中发挥作用。

由加州大学洛杉矶分校健康中心和特拉维夫大学的科学家领导的新研究提供了来自人脑内部的第一个生理学证据，支持关于大脑如何在睡眠期间巩固记忆的主流科学理论。此外，研究人员发现，在睡眠周期的关键时刻进行有针对性的深部脑刺激似乎可以改善记忆巩固。

这项研究于 6 月 1 日发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience) 杂志上，该研究的合著者伊扎克·弗里德 (Itzhak Fried) 医学博士说，它可能会提供新的线索，说明睡眠期间的大脑深部刺激有朝一日会如何帮助患有阿尔茨海默病等记忆障碍的患者。这是通过一种新颖的“闭环”系统实现的，该系统在一个大脑区域传递电脉冲，与从另一个区域记录的大脑活动精确同步。

根据关于大脑如何在睡眠期间将新信息转化为长期记忆的主流理论，海马体（大脑的记忆中枢）和大脑皮层之间会在一夜之间进行对话，而大脑皮层与推理和计划等高级大脑功能有关。这发生在深度睡眠阶段，此时脑电波特别缓慢，大脑区域的神经元在同步快速放电和沉默之间交替。

“这提供了第一个重要证据，可以追溯到单个神经元的水平，表明记忆中枢和整个皮层之间确实存在这种相互作用的机制，”加州大学洛杉矶分校健康中心癫痫外科主任、神经外科、精神病学和神经外科教授弗里德说。加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院的生物行为科学。“它在理解人类记忆如何运作以及利用这些知识真正提高记忆力方面具有科学价值。”

研究人员有一个独特的机会通过加州大学洛杉矶分校健康中心 18 名癫痫患者大脑中的电极来测试这种记忆巩固理论。电极被植入患者的大脑，以帮助确定他们在通常持续约 10 天的住院期间癫痫发作的来源。

这项研究进行了两个晚上和两个早晨。就在睡前，向研究参与者展示了动物和 25 位名人的配对照片，其中包括容易辨认的明星，如玛丽莲梦露和杰克尼科尔森。立即测试他们回忆哪个名人与哪种动物配对的能力，并在一夜不受干扰的睡眠后于早上再次接受测试。

另一个晚上，他们在睡前观看了 25 种新的动物和名人配对。这一次，他们在一夜之间接受了有针对性的电刺激，并在早上测试了他们回忆配对的能力。为了提供这种电刺激，研究人员创建了一个实时闭环系统，Fried 将其比作音乐指挥：该系统“聆听”大脑的电信号，当患者进入与记忆巩固相关的深度睡眠时，它发出温和的电脉冲，指示快速放电的神经元同步“播放”。

与不受干扰的睡眠相比，每个接受测试的人在经过一夜电刺激睡眠后的记忆测试中表现更好。关键的电生理学标记还表明，信息在海马体和整个皮层之间流动，提供了支持记忆巩固的物理证据。

“我们发现我们基本上增强了这条高速公路，信息通过这条高速公路流向大脑中更永久的存储位置，”弗里德说。

Fried 于 2012 年撰写了新英格兰医学杂志的一项研究，该研究首次表明电刺激可以增强记忆力，他的工作继续探索大脑深层刺激如何改善记忆力，目前正进入睡眠的关键阶段。他还计划研究人工智能是否可以帮助查明和加强大脑中的特定记忆。

“在我们的新研究中，我们表明我们可以增强整体记忆力，”弗里德说。“我们的下一个挑战是我们是否有能力调节特定的记忆。”

特拉维夫大学的 Yuval Nir 与 Fried 共同监督了这项研究。其他作者包括主要作者 Maya Geva-Sagiv，以及来自加州大学洛杉矶分校的 Emily Mankin、Dawn Eliashiv、Natalie Cherry、Guldamla Kalender 和 Natalia Tchemodanov，以及来自特拉维夫大学的 Shdema Epstein。

更多参考： 在睡眠期间增强海马-前额叶神经元同步可增强人类的记忆巩固，《自然神经科学》(Nature Neuroscience ) (2023)。DOI: 10.1038/s41593-023-01342-3

期刊信息： New England Journal of Medicine , Nature Neuroscience