主要作者、密歇根大學(xué)庫(kù)羅什·馬布迪展示研究成果。圖片來(lái)源：密歇根大學(xué)

科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

在睡眠期間，一些休憩的大腦神經(jīng)元不僅會(huì)重播過(guò)去，甚至還會(huì)演繹未來(lái)。這一發(fā)現(xiàn)是美國(guó)萊斯大學(xué)和密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)關(guān)于睡眠和學(xué)習(xí)的研究中提出的見(jiàn)解。據(jù)近期《自然》雜志、美國(guó)萊斯大學(xué)官網(wǎng)消息稱，科學(xué)家們正在以前所未有的視角，研究大腦的單個(gè)神經(jīng)元。

有過(guò)備考經(jīng)驗(yàn)的人幾乎都知道“睡前復(fù)習(xí)、事半功倍”。這是因?yàn)樗哂兄趯⑿麦w驗(yàn)變?yōu)榉€(wěn)定記憶。多年前的研究就曾發(fā)現(xiàn)，如果動(dòng)物在休息前探索新環(huán)境，那么它們大腦中的神經(jīng)元會(huì)以重現(xiàn)動(dòng)物探索過(guò)程中軌跡的方式放電，海馬體中許多特殊神經(jīng)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(xué)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(jīng)元激活模式，它可以標(biāo)記新體驗(yàn)的哪些部分會(huì)被存儲(chǔ)為記憶。

幸運(yùn)的是，科學(xué)家首次觀察到這些單個(gè)神經(jīng)元如何在休憩期間保持穩(wěn)定的空間表征。他們通過(guò)測(cè)量小睡后（不是一段時(shí)間清醒或睡眠不足后）的記憶測(cè)試表現(xiàn)，展示了所謂的“演練”未來(lái)。

科學(xué)家先是訓(xùn)練小鼠在跑道上來(lái)回奔跑，跑道兩端都有“獎(jiǎng)勵(lì)”。他們觀察了動(dòng)物海馬體中單個(gè)神經(jīng)元在此過(guò)程中如何“放電”。通過(guò)計(jì)算來(lái)回多圈的平均放電率，能夠估計(jì)神經(jīng)元的位置場(chǎng)，或特定神經(jīng)元最“關(guān)心”的環(huán)境區(qū)域。

科學(xué)家們用到了一種統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其可以利用神經(jīng)元繪制動(dòng)物夢(mèng)到的位置的估計(jì)值。接下來(lái)，再使用這些夢(mèng)到的位置，估計(jì)數(shù)據(jù)集中每個(gè)神經(jīng)元的空間調(diào)諧過(guò)程。聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜，但這個(gè)方法可以證實(shí)，對(duì)大多數(shù)神經(jīng)元來(lái)說(shuō)，在體驗(yàn)新環(huán)境期間形成的空間表征，在體驗(yàn)后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)都是穩(wěn)定的。

令人驚訝的是，這些神經(jīng)元在睡眠期間所做的事情可不僅僅是穩(wěn)定體驗(yàn)記憶——當(dāng)科學(xué)家第二次將動(dòng)物放回到環(huán)境中時(shí)，神經(jīng)元的變化確實(shí)反映了動(dòng)物在睡眠時(shí)學(xué)到的東西，甚至就好像第二次接觸空間，實(shí)際上發(fā)生在動(dòng)物睡覺(jué)時(shí)，真實(shí)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(jīng)元重新連接和形成新表征的機(jī)制），都是關(guān)注動(dòng)物清醒期間、刺激出現(xiàn)時(shí)發(fā)生的情況?，F(xiàn)在，人們觀察到的是在睡眠期間沒(méi)有相關(guān)刺激時(shí)的神奇變化。這一觀察，構(gòu)成了對(duì)睡眠期間發(fā)生的神經(jīng)可塑性的直接證據(jù)。