科学家们新发现，深度睡眠中的慢波不仅能加强大脑突触连接，还可能是提升记忆力的关键！这一突破性研究可能为未来的记忆增强疗法铺平道路，让我们深入了解睡眠与记忆形成的神秘联系。
慢波睡眠通过增强大脑中的突触连接，在增强记忆力方面发挥着至关重要的作用，新的发现表明了通过有针对性的刺激来增强记忆力的潜在方法。
近二十年来，科学家们已经知道，深度睡眠期间大脑中缓慢、同步的电波在记忆形成中发挥着关键作用。然而，直到现在，根本原因仍不清楚。在《自然通讯》杂志上发表的一项新研究中，柏林夏里特医学大学的研究人员提出了一种解释。他们发现这些慢波使新皮质（大脑的长期记忆中心）特别容易接受新信息。这一发现可能为未来更有效的记忆增强治疗铺平道路。
睡眠期间记忆如何形成
持久的记忆是如何形成的？科学家认为，当我们睡觉时，大脑会重播当天发生的事件，将信息从存储短期记忆的海马体转移到存储长期记忆的新皮质。这个过程中的一个关键因素是“慢波”——深度睡眠期间大脑皮层中发生的同步电振荡。这些波可以通过脑电图（EEG）进行测量，当大量神经元的电活动大约每秒一起上升和下降时，就会发生这些波。
“我们多年来就知道这些电压波动有助于记忆的形成，”夏里特神经生理学研究所所长、这项新发表的研究的负责人约尔格·盖格教授解释道。 “当从外部人为地增强慢波睡眠时，记忆力就会得到改善。但直到现在我们还不知道这种情况发生时大脑内部到底发生了什么，因为研究人脑内部的信息流极其困难。”
慢波或慢振荡是深度睡眠期间大脑中产生的一种电波。 “Delta”波包含脑电图上显示的特定频率范围。这些是缓慢的脑电波，也可能在睡眠之外出现，是疾病或紊乱的一部分。这个更广泛的术语有时与“慢波”一词同义。
慢波增强突触
他和他的团队现在使用极其罕见的完整人类脑组织来阐明深度睡眠期间记忆形成的过程。根据他们的发现，慢电波会影响新皮质神经元之间突触连接的强度，从而影响它们的接受能力。
在他们的研究中，研究小组研究了从 45 名患者身上采集的完整新皮质组织样本，这些患者曾在 Charité、Evangelisches Klinikum Bethel (EvKB) 医院或汉堡-埃彭多夫大学医学中心 (UKE) 接受过神经外科手术治疗癫痫或脑肿瘤。 ）。研究人员模拟了组织中深度睡眠期间慢脑电波典型的电压波动，然后测量了神经细胞的反应。为了实现这一目标，他们使用了精确定位到纳米的玻璃微量移液器。为了“监听”通过组织连接的多个神经细胞之间的通信，他们一次使用了多达十个“移液器触角”——对于这种被称为多片技术的方法来说，这个数字特别大。
完美的时机有助于记忆的形成
研究小组发现，新皮质神经元之间的突触连接在电压波动期间的一个非常特定的时间点得到最大程度的增强。
夏里特神经生理学研究所的研究员、该研究的第一作者 Franz Xaver Mittermaier 解释说：“电压从低到高后，突触的工作效率最高。” “在这段短暂的时间窗口内，大脑皮层可以被认为处于高度准备状态。如果大脑正好在这个时间回放记忆，那么它就会特别有效地转移到长期记忆中。因此，慢波睡眠显然可以通过使新皮质在许多短时间内特别容易接受来支持记忆形成。”
改善记忆力的潜力
这些知识可用于改善记忆力，例如改善老年人的轻度认知障碍。世界各地的研究小组正在研究使用微妙的电脉冲（经颅电刺激）或声信号来影响睡眠期间的慢波的方法。
“不过，目前这些刺激方法正在通过反复试验进行优化，这是一个费力且耗时的过程，”盖格说。 “我们关于完美时机的发现可能会有所帮助。现在，它们第一次允许有针对性地开发刺激方法以促进记忆形成。”
参考文献：
“人类新皮质组织中的膜电位状态门突触巩固”作者：Franz X. Mittermaier、Thilo Kalbhenn、Ran Xu、Julia Onken、Katharina Faust、Thomas Sauvigny、Ulrich W. Thomale、Angela M. Kaindl、Martin Holtkamp、Sabine Grosser 、Pawel Fidzinski、Matthias Simon、Henrik Alle 和 Jörg RP盖革，2024 年 12 月 12 日， 《自然通讯》 。
DOI：10.1038/s41467-024-53901-2
*Mittermaier FX 等。膜电位状态控制人类新皮质组织中的突触巩固。 Nat Commun 2024 年 12 月 12 日。doi: 10.1038/s41467-024-53901-2
关于研究
在治疗耐药性癫痫或脑肿瘤的手术中，有时出于医学原因需要切除新皮质的小碎片。当保存在人工营养液中时，这些切除的组织样本可以在体外存活长达两天。对于这项研究，需要患者明确同意才能检查这些有价值的样本，研究团队对参与的患者表示深深的感谢。
该研究是一项协作努力，结合了基础研究和临床专业知识。该项目涉及柏林夏里特医学院、比勒费尔德福音医院伯特利医院 (EvKB) 神经外科大学诊所以及汉堡-埃彭多夫大学医学中心 (UKE) 神经外科系。在神经生理学研究所的领导下，Charité 的贡献包括神经外科系、神经病学与实验神经病学系、综合神经解剖学研究所、神经科学研究中心、NeuroCure 卓越集群、小儿神经外科司和神经外科系。小儿神经病学。