大脑皮层在睡眠时锁定记忆信息

众所周知睡眠对知觉记忆信息的固定化起着重要的作用。由于睡眠时没有过多的知觉信息的流入，脑中的信息处理主要是对清醒时的记忆进行固定化处理。从高级脑区到低级脑区的神经回路称为自上而下回路，从低级到高级则被称为自下而上回路。在很长的时间里我们没有弄清在这两条神经回路中那一条对记忆的固定化更重要。日本理化学研究所的研究人员通过对与触觉感觉相关的大脑皮层第二运动区（M2）到第一躯体感觉区（S1）的自上至下回路和反方向的自下至上回路进行人为操作对这个问题进行了探索。

首先，研究人员为被试体小鼠设计了触觉记忆固定化的行为任务。在实验的前一天小鼠对光滑的地面的触觉感受进行学习，第二天小鼠将对已经学习的光滑质感和初次体验到的凹凸质感进行辨别。这个实验充分的利用了小鼠对于新环境所特有的探索性行为特性，以在新地板上的探索时间的比率作为触觉学习记忆强度的指标。在小鼠学习完成之后紧接着到来的非REM睡眠期里，对自上至下回路采取抑制操作后，记忆成绩出现下降。但是，在学习结束几小时过后的非REM睡眠期里对同样的神经回路进行抑制操作则起不到这样的效果。但是即便是在学习完成后紧接着到来的非REM睡眠期里，对自下而上的神经回路进行抑制操作也起不到减弱记忆的作用。在实验时记录的神经细胞放电数据里可以看出，M2和S1的神经细胞在学习的时候有明显活动，睡眠期里再次活动。S1的这种活动就可以被对自上而下回路的抑制操作所阻碍。从这个现象里可以看出，学习后的非REM睡眠期里，通过自上而下的神经信号输出使感觉区的神经细胞再次出现活性化，从而达到固定记忆的效果。当然固定记忆信息的脑区并不止在这两个区域关于其他区域的作用还有待于继续探索。但是，在与视觉关联的记忆任务中，同样对自上而下回路的操作并不能影响到记忆固定化。这个结果也说明对于不同的感觉系统对应着不同的相应脑区。

 一般来说，在非REM睡眠期里固定记忆信息时，有诸多脑区会出现同步的神经活动，这个时候可以观察到相对较慢的（1.5-4Hz）的脑电信号。在非REM睡眠期里，M2和S1的神经放电活动记录也显示出了同样频率的脑电活动。由此可见，M2与S1在这个周期出现了同步活动增高现象。为了弄清同步活动对记忆的影响，该实验还对M2与S1进行了同步与非同步的刺激，实验结果显示同步刺激并没有影响到记忆的成绩，但是造成了记忆保存出现迟延。但是非同步刺激则阻碍了记忆的固定化。也就是说，神经细胞的同步活动对于记忆的固定化有着重要的作用。

 那么同时对记忆采取促进和抑制两种操作会产生什么样的效果？一般来讲，阻碍睡眠会扰乱脑中神经活动的秩序导致记忆信息固定化的失败。但是对于被阻碍睡眠的小鼠进行同步刺激，与仅仅被阻碍睡眠的小鼠及正常睡眠的小鼠相比，记忆保持时间有了明显增加。这些结果也为今后的改善记忆的临床应用提供了重要的实验依据。

图 A 睡眠中的小鼠 图B 受自M2发出的信号影响再非REM睡眠期里再次活动的S1神经细胞

（编译：中国传媒大学 脑科学与智能媒体研究院 白宇）

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