主要作者、密歇根大學庫羅什·馬布迪展示研究成果。圖片來源：密歇根大學

科技日報記者 張夢然

在睡眠期間，一些休憩的大腦神經元不僅會重播過去，甚至還會演繹未來。這一發(fā)現是美國萊斯大學和密歇根大學團隊在一項關于睡眠和學習的研究中提出的見解。據近期《自然》雜志、美國萊斯大學官網消息稱，科學家們正在以前所未有的視角，研究大腦的單個神經元。

有過備考經驗的人幾乎都知道“睡前復習、事半功倍”。這是因為睡眠有助于將新體驗變?yōu)榉€(wěn)定記憶。多年前的研究就曾發(fā)現，如果動物在休息前探索新環(huán)境，那么它們大腦中的神經元會以重現動物探索過程中軌跡的方式放電，海馬體中許多特殊神經元的空間表征，在睡眠期間也是穩(wěn)定的。

但休憩中的大腦能力僅限于此嗎？科學家此次追蹤了“尖波漣漪”，這是一種在鞏固新記憶中發(fā)揮作用的神經元激活模式，它可以標記新體驗的哪些部分會被存儲為記憶。

幸運的是，科學家首次觀察到這些單個神經元如何在休憩期間保持穩(wěn)定的空間表征。他們通過測量小睡后（不是一段時間清醒或睡眠不足后）的記憶測試表現，展示了所謂的“演練”未來。

科學家先是訓練小鼠在跑道上來回奔跑，跑道兩端都有“獎勵”。他們觀察了動物海馬體中單個神經元在此過程中如何“放電”。通過計算來回多圈的平均放電率，能夠估計神經元的位置場，或特定神經元最“關心”的環(huán)境區(qū)域。

科學家們用到了一種統(tǒng)計機器學習方法，其可以利用神經元繪制動物夢到的位置的估計值。接下來，再使用這些夢到的位置，估計數據集中每個神經元的空間調諧過程。聽起來很復雜，但這個方法可以證實，對大多數神經元來說，在體驗新環(huán)境期間形成的空間表征，在體驗后的幾個小時內都是穩(wěn)定的。

令人驚訝的是，這些神經元在睡眠期間所做的事情可不僅僅是穩(wěn)定體驗記憶——當科學家第二次將動物放回到環(huán)境中時，神經元的變化確實反映了動物在睡眠時學到的東西，甚至就好像第二次接觸空間，實際上發(fā)生在動物睡覺時，真實的“第二次”則變成了“重演”。

以往，幾乎所有的可塑性研究（允許神經元重新連接和形成新表征的機制），都是關注動物清醒期間、刺激出現時發(fā)生的情況?，F在，人們觀察到的是在睡眠期間沒有相關刺激時的神奇變化。這一觀察，構成了對睡眠期間發(fā)生的神經可塑性的直接證據。