@ 2017.01.26 , 17:00

快速眼动睡眠下的神经网络重构

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快速眼动睡眠(REM/rapid eye movement sleep)是哺乳动物睡眠过程中的一个奇特状态,在该睡眠模式下眼球会快速的向不同方向运动。在该过程下我们的身体,除了视网膜在做体操之外,背后还有什么隐藏的活动呢?之前的研究就通过在REM模式下我们会做梦证明了该阶段的脑部活动十分强烈,该阶段与强化学习和记忆功能也有相关的关系。但一直以来,我们的大脑在该模式下是如何将零碎的记忆固化到我们的大脑中的具体方式也未被探明。

最近发表在Nature Neuroscience的一篇论文解释了REM睡眠模式的相关秘密。来自纽约大学医科院的研究人员发现,脑部的部分神经网络结构在REM模式下会被修正,而另一些连接则会得到强化。换句话说,大脑以时序方式选择对应的结构来强化神经网络的连接,最终形成长期记忆。

而上述的神经结构被称为树突集(dendritic spines),该结构位于神经突触的某个分支之上,该突触分支结构能够接收来自其他神经元的脉冲信号,然后将信号传递给自身神经元。

这种刺状突起并非是某种永久性结构,反会随着不同的连接变化而成长、缩退或者干脆直接消失。而这种变化的优先顺序是十分重要的,否则我们可能无法吸收每天产生的记忆信息。先前的研究者发现大约每天我们的神经元的十分之一左右会生成新生突触分支,而随着时间的推移这些突触分支会保持他们的结构状态(消失的就是我永远没背下来的单词么)

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为了研究REM睡眠模式下的功能和相关隐藏机制,研究人员培育了一批用于激励学习某种运动任务的小白鼠们,然后检查他们的初级运动皮层的突触后神经元的树突棘。其中一些小老鼠们被强制失去整夜的睡眠,或者REM睡眠,以此来对比有无REM状态对脑部神经网络结构的影响。

有幸被选择能够每天睡安稳觉,并且脑部活动在周期性的REM模式下影响的小老鼠的突触棘的变化模式要显著于那些被丧心病狂的实验者折磨的无法保证睡眠的小老鼠。而这种显著的区别经限于新生的树突棘
。而对应的早期生成的树突棘也随REM的周期发生相应的修整和强化,显然REM是一个决定性的因素。

当然,我们的研究人员也研究了在不同年龄段的小老鼠,他们的树突棘的变化模式,而他们发现在青少年阶段树突棘的修正频繁发生;而成年后该过程仍然会出现,但是没有之前那么频繁了。而没有REM睡眠的话,那些棘状分支便不再成长。

这些研究结果与之前的发现不谋而合,在人类身上,REM睡眠被剥夺的话对认知行为的构建十分不利,这也是为什么医生总让年轻人好好睡觉。而成年之后REM睡眠被剥夺也会导致行为异常和情绪波动。

而神经元的钙通道看来也起着相当重要的作用,特别是对于棘状分支的修剪和强化过程。在SEM睡眠过程中提供钙元素能够启动该过程,而一旦钙通道被阻塞则会导致相应的棘状分支的修整无法进行。

对于该现象的研究还需要进一步进行,来研究REM睡眠是否在不同的大脑皮层和脑神经区域同样具备对突触的调节和生长具有相关的影响。

本文译自 zmescience,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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