摘要：近二十年来，科学家们已经知道，深度睡眠期间大脑中缓慢、同步的电波在形成记忆方面起着关键作用。然而，其根本原因至今仍不清楚。在《自然通讯》杂志发表的一项新研究中，柏林夏里特医学院的研究人员提出了一种解释。他们发现，这些慢波使大脑皮层（大脑的长期记忆中心）特别容易

大脑皮层中的神经元：慢波睡眠可加强它们之间的连接，从而支持记忆形成。图片来源：© Charité，Sabine Grosser

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，新的发现提出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、同步的电波在形成记忆方面起着关键作用。然而，其根本原因至今仍不清楚。在《自然通讯》杂志发表的一项新研究中，柏林夏里特医学院的研究人员提出了一种解释。他们发现，这些慢波使大脑皮层（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。

持久记忆是如何形成的？科学家认为，当我们睡觉时，大脑会重现白天发生的事情，将信息从存储短期记忆的海马体传输到存储长期记忆的新皮质。这一过程中的关键因素是“慢波”——深度睡眠期间皮质中发生的同步电振荡。这些波可以用脑电图 (EEG) 测量，当大量神经元的电活动每秒一起上升和下降一次时就会发生。

“我们多年来都知道这些电压波动有助于记忆的形成，”夏里特医学院神经生理学研究所所长、新发表研究的负责人 Jörg Geiger 教授解释道：“当慢波睡眠从外部人工增强时，记忆力会得到改善。但直到现在我们才知道当这种情况发生时大脑内部究竟发生了什么，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”波包含脑电图中显示的特定频率范围。这些是慢脑波，也可能在睡眠之外出现，作为疾病或紊乱的一部分。这个更宽泛的术语有时与“慢波”同义使用。

他和他的团队现在利用极为罕见的完整人类脑组织来阐明深度睡眠期间记忆形成过程的可能性。根据他们的研究结果，慢电波会影响新皮层神经元之间突触连接的强度，从而影响它们的接受能力。

研究小组研究了 45 名患者的完整新皮质组织样本，这些患者曾在夏利特医院、伯特利福音医院 (EvKB) 或汉堡-埃彭多夫大学医学中心 (UKE) 接受神经外科手术治疗癫痫或脑瘤。研究人员在组织中模拟了深度睡眠期间慢脑波的典型电压波动，然后测量了神经细胞的反应。为了实现这一点，他们使用了精确到纳米级的玻璃微量移液器。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，这个数字非常大。

十个“触角”追踪深度睡眠：这台外观友好的显微镜有助于解读睡眠中典型的慢波效应。它配备了十个玻璃吸管，可以通过机械臂精确控制到纳米级，可以刺激和读取连接组织中同样多的神经细胞的电活动。图片来源：© Charité，Franz Xaver Mittermaier

研究小组发现，大脑皮层中神经元之间的突触连接在电压波动期间的某个特定时间点得到最大程度增强。

“当电压从低升至高时，突触的工作效率最高，”夏里特医学院神经生理学研究所研究员、这项研究的第一作者 Franz Xaver Mittermaier 解释道：“在那短暂的时间窗口内，大脑皮层可以被认为处于高度准备状态。如果大脑恰好在这个时候回放记忆，那么它会被特别有效地转移到长期记忆中。因此，慢波睡眠显然通过使大脑皮层在许多短时间内特别容易接受来支持记忆的形成。”

使用十个“移液器塞尺”。图片来源：© Charité，彭扬帆

这些知识可用于改善记忆力，例如帮助老年人改善轻度认知障碍。世界各地的研究小组正在研究使用细微电脉冲（经颅电刺激）或声学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，这是一个费力又费时的过程，”Geiger 教授说：“我们关于最佳时机的发现可能会对此有所帮助。现在，它们首次允许有针对性地开发刺激方法来促进记忆形成。”

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 等人。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

在治疗耐药性癫痫或脑肿瘤的手术中，有时需要出于医疗原因切除大脑皮层的小碎片。这些切除的组织样本在人工营养液中保存时，可以在体外存活长达两天。在这项研究中，需要患者明确同意检查这些宝贵的样本，研究团队对参与的患者表示深切的感谢。

这项研究是一项合作研究，结合了基础研究和临床专业知识。参与研究的有柏林夏里特大学医学院、比勒费尔德伯特利福音医院 (EvKB) 大学神经外科诊所和汉堡-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，夏里特大学的贡献包括神经外科系、实验神经病学神经病学系、综合神经解剖学研究所、神经科学研究中心、神经治疗卓越集群、儿科神经外科部和儿科神经病学系。

作者： Charité，柏林医学大学

来源：康嘉年華一点号