近20年來，人們已經(jīng)知道大腦深度睡眠期間緩慢而又共振的”德爾塔“腦電波有助于記憶的形成。

現(xiàn)在，來自柏林夏里特大學的研究人員在《自然·通訊》雜志上發(fā)表文章，提出了一個解釋。根據(jù)這項研究，慢波能夠讓負責長期記憶的新皮層特別容易接受信息。

這些發(fā)現(xiàn)可能有助于優(yōu)化旨在支持外部記憶形成的治療方法。

永久記憶（permanent memories）是如何形成的？

專家們認為，當我們睡覺時，大腦會重放一天中發(fā)生的事件，將信息從短期記憶的海馬體轉(zhuǎn)移到位于新皮層的長期記憶中。

“慢波”是這一過程的關(guān)鍵——即在深度睡眠階段大腦皮層出現(xiàn)的一種緩慢、同步振蕩的電壓。它們可以通過腦電圖（EEG）進行測量。當許多神經(jīng)元中的電壓每秒同時上升和下降一次時，就會產(chǎn)生這種慢波。

“多年來，我們已經(jīng)知道這些電壓波動有助于記憶的形成，”Charité神經(jīng)生理學研究所所長、新發(fā)表的研究負責人Jörg Geiger教授解釋道，“當我們從外部人工干預并增強了慢波睡眠后，記憶就會得到改善。但直到現(xiàn)在，我們才知道當這種情況發(fā)生時大腦內(nèi)部到底發(fā)生了什么。”

慢波增強了突觸之間的通信

Geiger和他的團隊現(xiàn)在已經(jīng)使用了極為罕見的完整人腦組織來闡明深睡眠期間記憶形成的過程。

根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，慢波會影響新皮層神經(jīng)元之間突觸連接的強度，從而影響它們的接受信息的能力。

在他們的研究中，研究人員團隊研究了從45名在Charité、Evangelisches Klinikum Bethel（EvKB）醫(yī)院或漢堡-埃彭多夫大學醫(yī)學中心（UKE）接受神經(jīng)外科手術(shù)治療癲癇或腦瘤的患者身上采集的完整新皮質(zhì)組織樣本。

研究人員在組織中模擬了深度睡眠期間慢腦電波的典型電壓波動，然后測量了神經(jīng)細胞的反應。為了實現(xiàn)這一目標，他們使用了精確定位到納米的玻璃微量移液器。

為了“監(jiān)聽”通過組織連接的多個神經(jīng)細胞之間的通信，他們一次使用多達十個“吸管觸角”——對于這種被稱為多批次技術(shù)的方法來說，這是一個額外的數(shù)量。

完美的時機有助于記憶的形成

研究小組發(fā)現(xiàn)，新皮層神經(jīng)元之間的突觸連接（在一個非常特定的電壓波動時間點）得到了最大程度的增強。

“電壓從低到高上升后，突觸的工作效率最高。”Charité神經(jīng)生理學研究所的研究員、該研究的第一作者Franz Xaver Mittermaier解釋說，“在這段短暫的時間窗口內(nèi)，大腦皮層可以被認為處于一種高度準備狀態(tài)。如果大腦恰好在這個時候回放記憶，它就會特別有效地轉(zhuǎn)移到長期記憶中。因此，慢波睡眠顯然通過使新皮層在許多短時間內(nèi)特別容易被突觸接受來支持記憶的形成�！�

這些知識可用于提高記憶力，例如在老年人的輕度認知障礙中。世界各地的研究小組正在研究使用微妙的電脈沖（經(jīng)顱電刺激）或聲信號來影響睡眠中的慢波的方法。

“不過，目前，這些刺激方法正在通過反復試驗進行優(yōu)化，這是一個費力而耗時的過程�！盙eiger說，“我們關(guān)于完美時機的發(fā)現(xiàn)可能對此有所幫助。現(xiàn)在，它們首次允許有針對性地開發(fā)刺激方法來促進記憶形成�！�

慢腦電波

慢波或慢振蕩是一種在深度睡眠期間在大腦中產(chǎn)生的電波。“Delta”波包括在腦電圖中出現(xiàn)的特定頻率范圍。這些是緩慢的腦電波，也可能在睡眠之外出現(xiàn)，是疾病或障礙的一部分。這個更廣泛的術(shù)語有時與“慢波”一詞同義。

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, Jörg R. P. Geiger. Membrane potential states gate synaptic consolidation in human neocortical tissue. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-53901-2