睡眠時如何學習?科學家發現睡眠能讓大腦「修剪」記憶

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早前有研究發現,若沒有得到充足的睡眠,患心血管疾病以及糖尿病甚至帕金森等神經退行性疾病的風險將會有明顯的提高,而來自加州大學的研究認為睡眠能夠幫助我們大腦排出白天生產出的有毒的蛋白。如今,刊載於Science上的兩篇期刊發現,睡眠似乎是為了幫助遺忘,讓其他更重要的部分可以被記憶。

研究來自威斯康辛大學以及約翰霍普金斯大學,動物於清醒時,神經細胞間突觸的訊息傳遞非常活躍,建立神經網路在清醒階段效率過高,因此在睡眠時需要進行調節,透過睡著時弱化來保持平衡。研究人員分析小鼠清醒狀態與睡眠狀態下神經連接的情況,發現睡眠時期的小鼠大腦神經突觸比清醒狀態下的小鼠小,神經元突觸之間連接的強度與數量決定了我們記憶的效率,這樣的結果讓研究人員認為處於睡眠階段時,為了使記憶變得更加清晰,大腦神經元之間的連接會被斷開,他們認為睡眠使大腦能夠整合白天學習產生的記憶,剪下不重要的記憶,留下重要的部份。

另篇研究則將小鼠置於陌生的環境,在小鼠碰觸到某些部分時給予電擊,其中一批小鼠注射化學物質阻止牠們的大腦在睡覺時突觸減少。第二天當小鼠們被放回到會遭到電極的環境時,因其記憶故全都不敢輕舉妄動,但當所有小鼠被放置另一個陌生環境時,控制組小鼠正常的四處探索,注射化學物質的小鼠仍然不敢輕舉妄動,無法辨識出它們已經在不同的地方。

研究者Graham Diering 認為因被注射藥物的老鼠的記憶因藥物沒有被「修剪」,便清楚地記住電擊,甚至無法區分出兩個場所的不同。

人類與小鼠的大腦有其記憶的限度,新的資訊需要額外的能量去建立新的神經連接,靠著睡眠時期大腦對突觸的調節與修剪,對所有記憶的編排與刪除,整合已有的資訊,才能騰出多餘的空間以供後續的學習與記憶,也不至失去重要的記憶。

參考文獻

1.Scientists Have Figured Out How Our Brains Sharpen Our Memories While We Sleep
2.Giulio Tononi, Chiara Cirelli et al. Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle. Science  03 Feb 2017: Vol. 355, Issue 6324, pp. 507-510
3.Richard L. Huganir et al. Homer1a drives homeostatic scaling-down of excitatory synapses during sleep. Science 03 Feb 2017:Vol. 355, Issue 6324, pp. 511-515

生醫編輯 沈靜

作者

沈靜

擅長觀察生技及醫療時事,並關心國際間最新醫療科技動態與發展,運用淺顯易懂的說明方式,讓讀者快速閱讀並理解。

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