你躺平了，大脑还在20倍速学

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来源 Cell Press

编译 戚译引

生活经验告诉我们，劳逸结合很重要，适当放松能让人以更好的状态投入学习、工作。近日发表的一项新研究还发现，在清醒的休息状态，大脑活动能够以 20 倍的速度“回放”刚刚学过的动作序列，这个过程可能对记忆巩固非常重要。该研究 6 月 8 日在《细胞报告》（Cell Reports）发表。

“我们的研究首次证明，人类清醒时会对刚学过的技能进行神经回放。这也是第一次证明，清醒时的神经重放活动能够预测记忆的快速巩固，这对早期学习至关重要。”研究资深作者 Leonardo G. Cohen 说。Cohen 就职于美国国立神经疾病和中风研究所（NINDS），这是美国国立卫生研究院的一个下属机构。

休息时大脑在做什么？

当学习一项新技能时，如果在练习时间内频繁插入休息时间，记忆巩固和表现就会得到改善。这种现象称为间隔效应（spacing effect），已在多种任务中得到证明。清醒时的记忆巩固发生在几秒钟到几分钟内，其巩固幅度大约是经典研究所关注的睡眠后记忆巩固的 4 倍。

但直到目前，科学界尚不清楚大脑如何在静息态（即清醒的放松状态）将离散的动作表征结合成统一的、具有明确时间顺序动作的技能。一种可能的机制是神经重放（neural replay），即在休息的时候，代表行为序列的神经活动模式重新活跃，并且时间上发生了压缩，仿佛神经活动被添加了“快进”。研究第一作者、NINDS 的 Ethan R. Buch 说：“静息态的神经重放可能通过离线重演先前的练习，在清醒状态下促进技能的巩固，此前这个问题尚未在人类或动物模型中进行过研究。”

劳逸结合的真相

为了验证这一想法，研究人员使用了一种称为脑磁图 （magnetoencephalography，MEG）的大脑成像技术。30 名受试者在键盘上尽可能快速、准确地反复输入“41324”，每次实验时长 10 秒，重复 36 次，两次实验之间休息 10 秒。MEG 数据显示，他们的大脑在静息态发生了按键序列的神经重放。

神经重放仅持续 50 毫秒，速度达到了实际动作的 20 倍。与训练前或训练后的休息时间相比，在两次练习之间的休息时间，神经重放的频率大约要高出三倍。此外，与前 11 次实验相比，在最后 11 次实验之间的休息时间，神经重放的频率更高，此时受试者学习速度更快。此外，在练习期间的休息中重播事件更频繁，与更大幅度的技能巩固相关。

神经重放涉及的大脑网络包括海马区、感觉运动区和内嗅区。“海马和颞叶在程序性运动记忆中的深度参与令人惊讶，因为这种类型的记忆活动通常被认为不需要海马的参与，”Buch 说，“总的来说，我们的数据表明，静息态频繁、快速的神经重放会强化在先前练习中激活的的海马体和新皮层的关联，这个过程与提高后续表现、在清醒时巩固技能相关。”

展望未来，研究人员计划使用非侵入性脑刺激，测试清醒的重放是否在早期技能学习中起因果作用，并确定快速巩固是否也能强化其他类型的记忆。“最后，了解对技能学习很重要的清醒重放特征，有助于优化治疗方案或确定更好的脑刺激策略，改善中风等脑损伤后的康复治疗效果，”Cohen 说。

参考来源：

https://eurekalert.org/pub_releases/2021-06/cp-hbr060321.php 

论文信息

【标题】Consolidation of human skill linked to waking hippocampo-neocortical replay

【作者】Ethan R. Buch, Leonardo Claudino, Romain Quentin, Marlene Bönstrup, Leonardo G. Cohen

【期刊】Cell Reports

【日期】JUNE 08, 2021

【DOI】https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109193  

【链接】

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00539-8 

【摘要】The introduction of rest intervals interspersed with practice strengthens wakeful consolidation of skill. The mechanisms by which the brain binds discrete action representations into consolidated, highly temporally resolved skill sequences during waking rest are not known. To address this question, we recorded magnetoencephalography (MEG) during acquisition and rapid consolidation of a sequential motor skill. We report the presence of prominent, fast waking neural replay during the same rest periods in which rapid consolidation occurs. The observed replay is temporally compressed by approximately 20-fold relative to the acquired skill, is selective for the trained sequence, and predicts the magnitude of skill consolidation. Replay representations extend beyond the hippocampus and entorhinal cortex to the contralateral sensorimotor cortex. These results document the presence of robust hippocampo-neocortical replay supporting rapid wakeful consolidation of skill.

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