睡眠最重要的功能之一是处理记忆，研究者现在开始探究大脑是如何在我们睡觉的时候帮助我们学习的。
神经科学家简·波恩（Jan Born）悄悄地嫉妒他8个月大的女儿。“她想睡觉的时候就睡觉。”然后，他又说睡眠是一个至关重要的学习时间，他女儿也许比一般成年人要学的东西更多。“我琢磨她是否需要睡觉，因为她的海马区是满的。”他说。
海马区是大脑记忆网络中的一个节点，记忆首先在这里被编码为短期记忆，之后转为长期记忆存储。睡眠是将短期记忆下载到大脑的其他区域进行编译和存储的一种途径。“我们知道睡眠中的大脑处理广泛的记忆类型。”位于美国马萨诸塞州波士顿贝斯以色列女执事医疗中心的神经科学家罗伯特·斯蒂克戈尔德（Robert Stickgold）说。
研究者知道些许睡眠会帮助你回忆起形形色色的东西，从你新近掌握的运动技能，比如如何弹钢琴，到你昨晚穿什么衣服去剧院。
但是，睡眠不是像保存视频文件到硬盘这样一个被动的存储过程。睡眠还会改装记忆，它帮助我们编辑文件――比如添加或是移除记忆的内容或感情色彩――并且重新保存它们。“这不仅仅是记忆表示的增强，”波恩说，他在德国图宾根大学研究睡眠和记忆，“记忆被重新激活和再加工。”
那么，到底是什么让睡眠中的大脑成为一个记忆机器呢？“我们不知道大脑是如何做到以上任何一点的，”斯蒂克戈尔德说，“因为没有人知道记忆是如何形成的。”但是这并不能阻止科学家进行探究的努力。研究者正在对人类和动物的被试者进行研究，记录睡眠中的大脑是如何工作的，并尝试把睡眠中的大脑活动与它所存储的海量复杂的信息联系起来。
记忆制造者
一个夜晚的睡眠分为5个截然不同的阶段，大脑大约每90分钟循环一次。在快速眼动睡眠阶段，大脑的脑电活动和醒着的人的脑电看起来很像。研究者猜想快速眼动睡眠阶段是做梦的时候――而且在睡梦中，记忆也许得到了巩固，大脑把白天的经历重新播放了一遍，并把它们存储为持久的回忆。
慢波睡眠中记录到的大脑和肌肉活动
为了支持这个观点，在20世纪90年代中期，位于以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所发现睡梦能帮助改善学习：当人们睡一觉之后再完成一项从屏幕中搜寻符号的任务时，会做得更好，而这种改善效果尤其与快速眼动睡眠有关。这一研究成果引发了研究者探究睡眠是记忆之根的研究兴趣。
但是，如今我们已清楚记忆处理――甚至做梦――并不是快速眼动睡眠的专属领地。快速眼动睡眠阶段可以帮助我们进行情绪处理，这是记忆经常需要做的。但是记忆的许多搜集情况的工作是在睡眠的其他阶段做的――帮助大脑进行记忆洗牌，在海马区重新激活它们，在前额叶皮层等区域编辑它们，然后把记忆送回到更靠近海马区的皮层区域进行长期存储和检索。“睡眠的所有环节都以某种方式对记忆做出了贡献。”美国坎布里奇麻省理工学院的神经科学家马修·威尔逊（Matthew Wilson）说。
自从20世纪90年代以来，许多研究者的研究焦点聚焦于慢波睡眠在记忆中的作用。慢波睡眠是深度睡眠中的一个阶段，这一阶段皮层发出1Hz左右的低频电气振荡传遍大脑。
研究焦点向慢波睡眠的转移，并不一定是因为它比快速眼动睡眠更有趣，而是因为它更容易研究。大脑活动处于一个更一致的水平，而且研究者发现慢波睡眠的大脑活动模式能更容易地与最近的活动联系在一起。例如，在老鼠实验中，研究者发现老鼠走迷宫时和它们走完迷宫睡觉时的大脑活动模式是相同的。“非快速眼动睡眠在生理学上更容易研究，”威尔逊说，“这就是研究数据所在。”
如今有大量的证据表明慢波睡眠能帮助巩固记忆。波恩的实验显示了那些被要求学习单词关联列表的人们的大脑相关区域，在睡眠时会协调它们的慢波活动。同步组神经元的活性被认为是大脑让不同区域相互配合来编码新信息的一种方式。
相比之下，紊乱的睡眠可能导致错乱的记忆。斯蒂克戈尔德的研究团队发现精神分裂症患者的睡眠纺锤更少，睡眠纺锤是非快速眼动睡眠第二阶段出现的半秒脉冲，这一阶段位于慢波睡眠阶段之前。也许结果是，精神分裂症患者比没有患精神分裂症的睡眠者在第二天更难回忆起前一天学过的动作。
追踪记忆痕迹
无人真正知晓睡眠中的大脑活动的这些电气振荡是如何在细胞水平上发挥作用，从而加强记忆痕迹的。即便如此，记忆总的来说还是充满了令人沮丧的神秘。“如果我们能准确找出单个记忆的位置，”斯蒂克戈尔德说，“我们就能推断出睡眠是如何改变它的。”
动物睡眠的研究正在帮助我们解决这一谜题。科学家可以插入电极，直接记录某个大脑区域如海马区的神经元，这比监视大脑电气震荡使他们更进一步了解大脑活动，大脑电气震荡是由许多神经元同时发电形成的。“动物研究能让你了解记忆的基本原理，并且得知检验假设需要多大程度的实验控制。”威尔逊说，他在进行老鼠研究。
迄今为止的实验数据显示，在动物的大脑中，当海马区的脑细胞忙着重播白天形成的记忆时，会产生慢波震荡。例如，在老鼠的大脑中，研究者记录到貌似记忆回放的活动模式，于此同时，他们看到了慢波震荡，暗示这两者存在功能上的联系。若是如此，那么在基本的神经元水平上，人类记忆与实验动物的记忆并没有根本的差别，在人类的慢波睡眠中会发生类似的过程。
在麻省理工学院，威尔逊和他的同事丹尼尔·本德（Daniel Bendor）把记忆研究又向前推进了一步。他们发现影响睡眠中的老鼠的记忆回放是有可能的，可以使用暗示来促进和巩固某些特定记忆。“显示记忆和某些特定行为之间的联系，总是像圣杯那般神秘。”威尔逊说。他们训练老鼠根据播放的是哪个音调而在迷宫中往左跑或者往右跑。然后，当老鼠睡觉的时候，他们直接记录海马区的脑电活动。通过播放一个与左转或右转相关联的音调，他们能够影响老鼠对迷宫的空间记忆的回放――从本质上说，就是操纵老鼠“梦”的左转或右转。
威尔逊、本德和其他人现在想研究海马区之外的大脑区域，看看大脑其他地方的记忆是如何存储的。“每个人都知道的是睡眠在将记忆转移到大脑的其他部分时是重要的。”罗兰·弗兰克（Loren Frank）说，他在旧金山加利福尼亚大学研究记忆。“但问题是现在基本上没有支持这一观点的直接证据。”来自功能磁共振成像的研究间接表明，记忆是通过一个叫做纹状体的内脑区域把记忆转移到大脑皮层进行长期存储的，但是这一转移路径仍有待进一步证实。
睡个好觉
你的大脑多长时间处于慢波模式将决定一个晚上的睡眠质量。儿童的慢波睡眠时间比成年人长，波恩想看看这是否会对人们回忆一项任务带来不同。
在今年早些时候发表的一项研究中，波恩和他的同事让一些儿童和成年人根据哪个按钮先亮按一列按钮，然后让他们睡觉。到第二天早上，两组被试都被要求回忆他们记忆中的按钮顺序，而不让他们重新操作按钮。儿童更擅长把他们的任务操作转化为显性知识，任务操作让他们获得了关于按钮顺序的显性知识。正如他们按按钮所用的时间减少所显示的，显性知识就是他们对任务顺序的记忆，他们能按照要求重现按钮顺序。儿童比成年人具有的这种更强的显性知识，与儿童具有更多的大脑慢波活动有关，暗示了慢波睡眠时间更长的成年人也能获得更佳的显性知识。
神经科学家马修·沃克（Matthew Walker）在美国加州大学伯克利分校实验室的研究，专注于研究人们晚年的记忆会怎么样。“我们知道，当我们老去时，我们的学习能力和记忆能力也会变差。”沃克说。他的研究团队想知道这种衰退是否与睡眠有关。一项研究运用睡眠中的脑电活动记录以及睡醒后的功能磁共振成像来研究回忆一项任务的大脑活动模式，揭示了随着年龄的增长，我们不再能够像年轻时那样有效地形成新记忆。深度慢波睡眠数量的减少似乎是问题的关键。“年纪大的人睡眠不深，所以他们没那么容易按下‘记忆保存’按钮。”
老年人的大脑可能正在失去可塑性――这是一种随着经历的变化而适应和改变的能力，它是学习的基础。美国费城宾夕法尼亚大学的神经科学家马科斯·弗兰克（Marcos Frank）已经研究了猫的睡眠与大脑可塑性是如何相互作用的。当猫处于一个月大的一个关键的发育期时，他把猫的一只眼睛蒙住，观察睡眠受到剥夺的动物与允许正常睡眠的动物的大脑视觉皮质的差异。允许正常睡眠的猫的视觉皮质对于从依旧睁着的那只眼睛里看到的东西做出了更多反应。但是睡眠受到剥夺的猫，这种记忆巩固过程被阻断了。
值得纪念的一天
睡眠不是记忆处理的唯一时间。罗兰·弗兰克和他的同事马蒂亚斯·卡尔森（Mattias Karlsson）的研究表明，老鼠即使在醒着和安静地休息时，也在重新激活记忆并且巩固记忆。他们现在正在研究老鼠处于清醒状态与睡眠状态时重新激活记忆可能存在的差异。
威尔逊也认为睡眠、休息以及这两种状态之间的任何状态在记忆处理中可能扮演着不同的角色。“问题不在于‘记忆有没有被处理’，而是记忆在不同的大脑状态是如何进行不同的处理的？”他对睡眠研究者提出了更为远大的目标。“通过睡眠研究，”他说，“我们应该对记忆的本质达到一个全新的认识。”
如果我们对记忆的本质有更好的了解，也许我们就能运用这些知识使我们的记忆变得更敏锐。波恩的实验室已能使用低水平的电刺激来改善人们的记忆。就在上个月，他们的研究表明同步声音能增加睡眠中的慢波，从而提高人们对词组的记忆力。同时，不可否认一晚的安眠非常重要。而对波恩8个月大的女儿来说，在婴儿时期的大部分时间都闭着眼睛睡觉是非常重要的。
资料来源 Nature
责任编辑 彦 隐