睡眠如何建立关系记忆

关系记忆是记住物体，人或事件之间任意或间接关联的能力，例如带有面孔的名字，您把车钥匙放在哪里，以及您是否在烹饪后但在离开房屋之前关闭了炉子。

以前的研究已经确定，动物和人类的记忆力受益于充足、高质量的睡眠。在2022年5月25日发表在《神经科学杂志》上的一项新研究中，加州大学圣地亚哥分校医学院医学教授马克西姆·巴热诺夫博士和实验室研究生蒂莫西·塔德罗斯(Timothy Tadros)描述了在睡眠期间加强或创造新的关系记忆的潜在机制。

作者开发了大脑两个区域的人工模型：丘脑(参与早期感觉处理)和皮质(参与记忆，学习和决策)。该模型能够模拟两种主要的大脑状态：当神经元自发活跃时处于清醒状态，并在产生电活动的内在振荡(如慢波)时进行优化以处理感觉输入和深度睡眠。

网络模型的属性可以改变，以促进清醒和睡眠活动之间的转换，类似于生物大脑每天做的事情。

在皮质区域，神经元之间的连接被允许根据其活性变得更强或更弱，称为突触可塑性，这反映了记忆如何形成或擦除的主要已知生物学机制。

“我们在视觉处理后对皮层进行了建模，一个皮质层代表初级视觉皮层，另一个皮层代表关联皮层，”Tadros说。“每当人们看到相同的物体时，视觉皮层中大致相同的神经元就会活跃起来。如果一个人在同一上下文中看到两个物体，那么这些关联可以通过加强代表两个物体中每个物体的神经元之间的联系在关联皮层中学习。

科学家们在清醒模式下训练网络，以学习这种直接关联，例如A + B或B + C而不是A + C，然后发现在睡眠模式下，该模型形成了间接关联：A + C。

“发生这种情况是因为在睡眠期间，代表所有三个相关项目(A，B和C)的神经元以接近的时间顺序自发发射，这种现象称为睡眠重放，这触发了突触可塑性并导致所有这些神经元之间形成强烈的突触连接，”Bazhenov说。“因此，在睡眠后，激活任何一个组，如A，激活所有其他相关组，如B和C。

虽然主要是概念性的，但研究人员表示，这项工作具有现实世界的影响。

“这项研究的一个重要的现实世界影响是为未来的疾病研究提供信息，如精神分裂症和自闭症谱系障碍，”Bazhenov说。“研究表明，患有这些疾病的人在关系记忆任务中表现更差，并且还扰乱了睡眠，特别是慢波睡眠。

“我们的研究表明，专注于改善慢波睡眠以减轻与这些疾病相关的一些认知症状可能比只关注认知症状更有成效。

作者还指出，记忆功能和睡眠质量随着年龄的增长而下降，但增强睡眠振荡的当前或新技术可能有助于保护和改善老年人的记忆功能。