为何你睡一觉后你觉得脑子更好使了？

这个寒冷的季节因你的关注而变得温暖

作者：熙祎

校稿：鳕安安安

审稿：南瓜落落

编辑：shin

当我们睡觉时，身体得到了休息，可是大脑却并没有休息。大脑中的部分神经元会以脑电波的形式实现彼此间的交流。研究者发现，假如这些脑电波不能很好地“互动”，我们就会丧失长期记忆，同时，他们的研究结果或许可以解释为什么老年人更容易健忘，这个研究结果也许可以为治疗不正常的遗忘现象提供新的思路。

图一 老年人的部分脑区的萎缩导致在记忆维持能力下降

为了证实睡眠因素在老年人长期记忆丧失的过程中起到关键作用，加州大学伯克利分校的神经科学家Randolph Helfrich及其团队进行了一项研究，即对年龄为70岁和20岁的两组健康成年人做记忆测试。首先，参与者需要进行120个简单常用词汇（如“bird”）与无意义随机音节组合成的伪词（如“jubu”）之间的匹配记忆，直至参与者记住了这些匹配之后，就可以开始进行“记忆”游戏。这个游戏需要分别在记忆完成后10分钟以及经过数小时的睡眠后进行。参与者需要根据记忆选出与当前词语相匹配的另一个伪词，根据匹配正确词语的数量评定记忆的好坏。在这个过程中，实验人员记录20岁和70岁的参与者在睡眠过程中的脑电波。

和预期的相同，在经过数小时的睡眠后的记忆测试中，老年参与者的记忆效果要比年轻参与者差。脑电波记录的信息揭示了其中的原因，在我们的大脑中有两类常见的脑电波：其一，睡眠中促进恢复精神的大幅度慢波；其二，短暂出现的纺锤波，这是深度的、无梦的以及非快速眼动睡眠（REM）的标志。正常情况下，当我们学习时，信息主要在海马网络中编码，并暂时储存于海马体中。在随后的睡眠过程中，慢振荡诱发尖波 - 涟漪波，海马体中新编码的记忆信息会被重新激活，同时慢振荡会诱导产生纺锤波。由于纺锤波和慢振荡的持续时间很长，海马输出与特异皮层锥体神经元突触后放电就可同时存在[1]，海马信息向皮层转移，选择性地使新皮层网络中编码新信息的突触产生长时可塑性改变[2]，从而将短时记忆转化成长时记忆。

而问题的关键在于，在老年人的睡眠过程中，这两种脑电波不同步，而这两种不同步的脑电波干扰了我们大脑在储存短期和长期记忆的过程中不同脑区之间的交流，进而影响记忆效果。Helfrich 认为，储存长期记忆的前额叶脑区需要先告诉海马体（负责短期记忆和长期记忆转换），它准备接收记忆了。但是，倘若脑电波不同步，这种交流就失去了，进而这一部分记忆也就丧失了。

为了弄明白是什么导致了这种异步性，研究者使用结构核磁共振成像（structural magnetic resonance imaging）技术来检查参与者的大脑。他们发现，老年参与者的大脑中产生慢波以及存储记忆的脑区更小，也就是意味着这一部分脑区萎缩导致了健忘，这种萎缩也削弱了睡眠中用于存储记忆的脑电波同步性机制。

对于每一个人，大脑不可能记忆一天中遇到的所有信息，必然会遗忘很多，而那些被保留下来的记忆又是遵循着何种途径转化为长期记忆的呢？数据表明，睡眠是一个引人注目的候选项，在一个人睡觉的过程中，执行许多与记忆相关的操作。但当我们睡眠时，大脑又是如何知道要保存哪些信息？忘记哪些信息？在睡眠过程中，大脑对于需要保留的信息又进行了何种操作呢？

图二 选择性记忆巩固过程，a图表示睡眠的选择机制并不是对所有的记忆都进行保留，而是有选择性的巩固部分记忆。B图表示在睡眠后，与已有记忆相关联的新的记忆内容的记忆巩固效果最好。

选择性巩固记忆的一个例子就是情绪记忆。情绪记忆可以在睡眠期间，尤其是快速眼动（REM）睡眠期间优先保存。此外，那些包含个人情感因素的情感体验也会被选择性地保留下来。在实验中，通过改变照片的前景和背景元素，研究人员发现，相比于无情绪的前景物体或者是相同场景的周边背景元素，在数小时的睡眠后，对于包含情绪的前景物体具有更好的记忆效果。因此，睡眠（而不是清醒）可以从单个情景记忆的一系列不相关组成部分中区分出与情绪相关的组成部分，并对其进行选择性记忆巩固。（这也许可以解释为何过了那么久，初恋那么难忘记？）

图三 记忆处理的类型，a图是选择性记忆机制，b图表示项目整合，把单个新的记忆内容整合到已有的记忆网络中，c图表示多项目整合，整合多个新项目的记忆内容，创建一个全新的记忆网络，并找出其中的规律。

巩固，包括稳定和增强记忆的选择性巩固（图三 a），只是睡眠期间发生的离线记忆处理（offline memory processing）的一种可能的形式。此外，依赖睡眠的记忆整合过程中也可能会产生新的知识，超出记忆编码的知识。但究竟是否必须在巩固记忆的过程之前进行整合（串行处理）还是可以各自独立发生（并行处理），目前，还不得而知。我们使用术语“记忆演变”（memory evolution）来反映这种在整合处理过程中可能发生的质变，以及它们发生的时间进程，两个包括这些记忆演变过程的类别：项目整合（item integration）和多项目整合（multi-item generalization）。

项目整合（item integration）是将新学到的知识点或者是心理表征融入已有的记忆知识网络中（图三 b）。当一个新信息被吸收时，知识网络的一般特征被扩展，增加了网络的潜在效用和适用性，同时也赋予了新信息在该知识网络中的新含义。因此，在图2b中，一个新信息ABC被添加到现有的网络中，扩展网络中的知识数量，同时也为新信息ABC提供了一个有价值的在该知识网络中的新含义。（文末，教大家一些提高记忆力的小窍门。）

多项目整合（multi-item generalization）整合多个新信息的记忆，创建一个全新的记忆网络（图三 c）。在这样做的过程中，它可以识别数据中的统计规律，从而从一组数据中提取出许多要点（例如，“ABC是许多字母三元组之一”）。但是，它也可能会导致错误的记忆（例如，“我看到了EFG”）。它还可以促进产生管理这一类新信息的规则，甚至是一组规则，并以此推断未知的项目（例如，“LMN符合相同模式”）。

单个信息的记忆，依赖睡眠对新记忆进行整合的一个例子，将新词融入到自己的知识网络中。在一项研究中，参与者学习了30个发明词（例如CATHEDRUKE），首先，在学习之后立即进行测试，没有数据表明这些词语已经有效地融入了参与者的知识网络中。在随后的实验中，相比于清醒的实验者，睡了等量时间的实验者被观察到新词整合现象。

在第二个远程关联任务实验的研究中，其内容就是主题呈现单词三联体（例如HEART，SIXTEEN，COOKIES），实验者需要由所给的这三个单词联想到这些单词都与（SWEET）存在关联（今年这一季最强大脑海选时，衡量选手创作力的水平就是利用这个实验的方法）。相比于经历了相同时长的清醒时间的实验者，另一组实验者在睡醒后更能够解决他们之前没有解决的问题，此外，睡觉组中有REM睡眠的参与者明显表现的比没有的实验者更好。尽管本研究中，在整个实验阶段都清醒的实验者身上也观察到了整合现象，表明记忆整合是不完全依赖于睡眠的，但是，睡眠似乎更加有助于将新的记忆内容融合到现有的知识网络中，产生新的关联，具有更加卓越的任务表现。

图四 记忆演变（memory evolution）的例子，a图表示经过一段时间的睡眠后，实验者可以更短的时间找到立体迷宫的出口，b图表示记忆的效果要差于刚完成听觉记忆测试后的记忆效果，同时，睡眠后，系列单词的错误数增加了，表明睡眠产生了一些虚假记忆。

多信息记忆，依赖睡眠的记忆演变也可以结合一系列新的记忆信息来形成新的知识体系，获取新的知识。

在第一个要点提取（gist extraction）的实验中，在丢失了少量单个项目的记忆的情况下，睡眠有助于结合一系列新项目的信息来识别其共同点。在实验中，实验者需要从相对分散的位置开始，找到一个虚拟三维立体迷宫的出口。相对于相同时长保持清醒的实验者，睡眠后的实验者能够更好地了解迷宫的整体布局，更快地以更少的步骤到达出口（图四 a）。

在另一个“虚假记忆”（false memory）的实验中，受试者，分为睡眠组和清醒组，会听到8个系列的单词，这8个系列分别为（window, doctor, chair,rough, anger, soft, cup, and mountain）每一个系列有12个相关性很高的单词，总共有96个单词。单词以听觉的形式呈现出来，每个系列按照相关性递减的顺序依次读出，每隔2S读下一个词。完成记忆之后，经过12小时，两组受试者会接受记忆测试，在规定的时间里默写出这些单词，将这些单词分为两组，一组是Studied words，表示相关性的词语中正确的单词数，结果显示两组记忆的数量相对于立刻接受测试的效果有所下降；另一组是Gist words，表示系列单词的错误数，睡眠组增加了，表示依赖睡眠的记忆过程对这些单词进行了多项目整合，影响了要点的记忆效果，产生了错误记忆（图四 b）。

在生活中，不论是学到的科学文化知识，还是其他途径的经验，我们都应该认真的思考这个问题，如何在其他领域或者是在生活中使用这些知识和能力。那么，从本文中，可以得到那些有用的启发呢？

1.单个信息的记忆，串联法，把这个知识与旧知识进行串联，可以利用各种逻辑进行联接。例如，八仙过海，各显神通，其中，八仙分别是什么?很多人都记不住，但是若是用以旧带新的方法就很容易记住。他们分别指代“男女老少，富贵贫贱”，男指代吕洞宾，女代表何仙姑······很容易就都记住了。附上他们的故事的联接：八仙的由来，其分别代表着“男女老少、富贵贫贱”（开个脑洞，大家对于出门忘记带钥匙，有没有什么好的想法，评论区见）

2.多信息记忆，在学习中经常会遇到这种情况，其实，不妨多使用类似于视觉笔记、思维导图、人物关系网络等等这些方法把知识点整合成一个知识网络，非常有助于记忆。

参考文献

[1] Ji, D., & Wilson, M. A. (2007). Coordinated memory replay in the visual cortex and hippocampus during sleep. Nature Neuroscience, 10(1), 100-107.

[2] 辛斐,& 袁宏.(2015). 睡眠的记忆巩固功能. Advances in Psychology, 05, 199-206.

[3] Rasch, B. and J. Born (2013). "ABOUT SLEEP'S ROLE IN MEMORY." Physiological Reviews 93(2): 681-766.

[4] Stickgold, R. and M. P. Walker (2013)."Sleep-dependent memory triage: evolving generalization through selective processing." Nature Neuroscience16(2): 139-145.

[5] Payne, J. D., et al. (2009). "The role of sleep in false memory formation." Neurobiology of Learning and Memory 92(3): 327-33

往期回顾

欢迎大家关注脑人言其他平台

友情赞助