睡著后大腦在“偷偷加班”？科學(xué)家揭示睡眠鞏固記憶的真相

人的一生，約有三分之一的時(shí)間在睡眠中度過。不光是人，小到果蠅，大到哺乳動(dòng)物，幾乎所有的生物都離不開睡眠。

如果說“寸金難買寸光陰”，那我們一生不知丟掉了多少金子?？蔀槭裁次覀冞M(jìn)化至今，仍要保存睡眠這個(gè)習(xí)慣？你有沒有好奇過，在我們陷入昏睡后，大腦到底在干什么？

“昏睡”的大腦在忙啥？

早在20世紀(jì)30年代，就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，睡眠期間大腦會進(jìn)行復(fù)雜的周期性活動(dòng)，以幫助我們清理認(rèn)知垃圾，鞏固有用信息。你以為的“關(guān)機(jī)休息”，其實(shí)是大腦切換到“高效學(xué)習(xí)模式”，辛勤地整理、鞏固和強(qiáng)化我們白天的經(jīng)歷與記憶。

那么大腦具體在進(jìn)行什么樣的活動(dòng)呢？要理解睡眠如何工作，我們就要深入大腦內(nèi)部，去看看每一條神經(jīng)突觸在睡眠期間會產(chǎn)生什么變化。

白天，我們學(xué)習(xí)新東西時(shí)，大腦就像一個(gè)熱鬧的“信息集市”——神經(jīng)突觸被頻繁使用，新突觸產(chǎn)生，舊突觸連接變得更強(qiáng)，整個(gè)集市活躍又嘈雜。可要一直這么“熱鬧”，大腦會變得“過載”。就像手機(jī)同時(shí)運(yùn)行太多程序會發(fā)燙卡頓一樣，新的信息會很難存入，這就是突觸網(wǎng)絡(luò)飽和。

于是，睡眠的第一個(gè)任務(wù)，就是給大腦“減負(fù)”。為了避免大腦內(nèi)存過載和能量消耗過大，我們需要通過“睡眠模式”來降低神經(jīng)突觸的興奮度，同時(shí)按照一定比例削減其數(shù)量。這個(gè)過程就好比書店在打烊后，店員會把所有翻亂的書架重新整理一遍，讓整個(gè)店鋪恢復(fù)整潔有序的狀態(tài)，為第二天的營業(yè)騰出空間。

那重要的記憶會不會被一并清除掉？別擔(dān)心，這正是睡眠最精妙的地方：在“整體縮編”的大背景下，那些標(biāo)志著重要記憶的突觸連接會被特殊保護(hù)，甚至進(jìn)一步強(qiáng)化?？茖W(xué)家曾訓(xùn)練小老鼠完成一個(gè)復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，并且在小老鼠睡覺后觀察它大腦中與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的神經(jīng)突觸，發(fā)現(xiàn)與任務(wù)相關(guān)的這部分神經(jīng)突觸連接被最大程度地保留了下來（盡管其也經(jīng)歷了一些興奮性下調(diào)）。

簡單來說，睡眠就是通過全局性地下調(diào)，讓重要的記憶連接凸顯和強(qiáng)化，使得我們想要保存的記憶“信號”從白天的“噪音”中脫穎而出，變得更加清晰和牢固。如果將大腦比作計(jì)算機(jī)，那么經(jīng)過了白天高強(qiáng)度的活動(dòng)后，夜晚的睡眠就像是電腦的“關(guān)機(jī)”模式：此時(shí)大腦不僅會清理白天活動(dòng)產(chǎn)生的“內(nèi)存垃圾”，也會把重要的記憶信息上傳“云端”，永久地保留下來。

睡眠中的記憶“交響樂”

有人可能會問了：既然要鞏固記憶，那我熬夜反復(fù)看書，難道不比睡覺更有效？那還真不是——睡眠在鞏固記憶中的作用，是不可替代的。這背后，藏著大腦一場精準(zhǔn)同步的記憶“交響樂”。

我們的記憶，首先會存儲在大腦的“海馬體”中——這個(gè)腦區(qū)形似海馬，存東西的本事卻不太持久，記憶保存時(shí)間較短，很容易被其他信息干擾或者遺忘。而在睡眠期間，海馬體中的記憶會被分類轉(zhuǎn)移到大腦皮層中，此時(shí)的記憶不再是獨(dú)立短期的，而是與皮層中原有記憶形成連接，共同組成更加抽象的表征長期存儲起來。這個(gè)過程就好像超市把新進(jìn)的一批貨分門別類地碼到對應(yīng)的貨架上，以便未來更好地篩選提取這些信息。

更神奇的是，在我們睡著后，白天的記憶就像過電影一樣，會重新在海馬體中以極快的速度（幾十倍速）“回放”，這個(gè)過程也叫記憶重放（replay）。就像導(dǎo)演在剪輯電影時(shí)反復(fù)觀看關(guān)鍵鏡頭一樣，海馬體的重播就是在標(biāo)記和強(qiáng)化這些記憶痕跡，為下一步的傳輸做準(zhǔn)備。

可存儲在海馬體中的記憶是怎樣傳輸?shù)酱竽X皮層中的呢？這就需要三種腦波默契配合，在大腦上演一場精確同步的“交響樂”。

首先，大腦皮層會發(fā)出一種緩慢而有力的腦電波，稱為慢波。它是這場交響樂的“總指揮”，為整個(gè)大腦設(shè)定節(jié)奏。慢波用“上升期”發(fā)出統(tǒng)一指令：“是時(shí)候了！開始存儲！”

緊接著，接收指令的各個(gè)腦區(qū)開始運(yùn)輸記憶。丘腦是海馬體和大腦皮層之間的“交通樞紐”。睡眠時(shí)，丘腦隔絕外界刺激，讓睡眠不被外面的光線和聲音干擾；而由丘腦產(chǎn)生的、頻率較快的紡錘波，會精準(zhǔn)地嵌套在慢波的“上升期”內(nèi)，為來自海馬體的記憶信息開放“快速通道”，讓海馬體中存儲的短時(shí)記憶能夠被傳輸?shù)酱竽X皮層中。

與此同時(shí)，海馬體在記憶重播的同時(shí)會產(chǎn)生一種非常高頻的波動(dòng)，稱為漣漪。這些“漣漪”會精準(zhǔn)地搭乘上“紡錘波”這列快車，跟著一起往大腦皮層走。

當(dāng)慢波、紡錘波和漣漪三者完美耦合，一條強(qiáng)大的信息傳輸鏈路就形成了?？茖W(xué)家通過記錄腦電波發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)波形同時(shí)出現(xiàn)的睡眠期間，記憶重放首先會出現(xiàn)在海馬體，隨后也會出現(xiàn)在大腦皮層的各個(gè)區(qū)域中，這就意味著記憶成功從海馬體傳輸?shù)搅舜竽X皮層中。

當(dāng)記憶信息通過“特快專列”抵達(dá)大腦皮層這個(gè)“總倉庫”后，最后的整合工作就開始了。大腦皮層不僅會接收新的記憶，還會將它和已有的、相關(guān)的舊知識進(jìn)行“融會貫通”。例如，你今天認(rèn)識了“貓”這個(gè)新動(dòng)物，睡眠會幫助你把“貓”的形象、叫聲與你有的“動(dòng)物”、“寵物”等概念聯(lián)系起來，形成一個(gè)更完整、更立體的知識網(wǎng)絡(luò)。這也就是為什么睡眠不僅能幫助我們記住新東西，還能促進(jìn)我們理解、創(chuàng)新和形成知識體系的原因。

睡眠才是記憶“助推器”

由此可見，熬夜記憶的效果可能反而不如香香甜甜地睡一覺?，F(xiàn)在你該明白，為什么自己花了那么多精力熬夜背書、刷題，反而 “吃力不討好”。

尤其是對于還處于身體發(fā)育階段的未成年人來說，良好的睡眠和好好學(xué)習(xí)之間并不矛盾，反而能起到增益效果。而對于成年人來說，繁雜工作后擁有一晚充足良好的睡眠，不僅能讓我們忘記許多瑣碎的煩心事，還能讓我們的學(xué)習(xí)收獲、工作經(jīng)驗(yàn)、美好瞬間記得更牢。

給大腦一夜的時(shí)間，讓它安心地完成這場神奇的夜間魔術(shù)，你將會在清晨收獲一個(gè)更加頭腦清醒、敏銳和充滿創(chuàng)造力的自己。從今晚開始，做個(gè)好夢吧！

出品：科普中國

作者：鄭佩琦 段威 王亮（中國科學(xué)院心理研究所）

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