科企岛：哈佛研究大脑在我们睡觉时练习新任务

我们为什么要睡觉？几千年来，科学家们一直在争论这个问题，但一项新的研究为解开这个谜团提供了新的线索。

发表在 《神经科学杂志》上的研究结果可能有助于解释人类如何形成记忆和学习，并最终有助于为受神经疾病或损伤影响的人开发辅助工具。该研究由马萨诸塞州总医院与布朗大学、退伍军人事务部和其他几个机构的同事合作进行。

该研究的主要作者、MGH 神经技术和神经恢复中心的神经学家丹尼尔鲁宾解释说，研究实验动物的科学家很久以前就发现了一种称为“重播”的现象，这种现象会在睡眠期间发生。从理论上讲，重播是大脑用来记住新信息的一种策略。如果训练老鼠穿过迷宫，监控设备可以显示特定模式的脑细胞或神经元会在它穿过正确的路线时亮起。“然后，稍后当动物睡觉时，你可以看到这些神经元会以同样的顺序再次放电，”鲁宾说。

科学家们认为，睡眠期间神经元放电的这种回放是大脑如何练习新学到的信息的方式，这使得记忆得以巩固——也就是说，从短期记忆转变为长期记忆。

然而，重放只在实验动物身上得到了令人信服的展示。“神经科学界有一个悬而未决的问题：这个模型在多大程度上是我们学习人类事物的模型？不同类型的学习是否也是如此？” 神经学家 Sydney S. Cash 问道，他是 MGH 神经技术和神经恢复中心的联合主任，也是该研究的共同资深作者。Cash 说，重要的是，了解运动技能的学习是否会发生重放可能有助于指导为患有神经系统疾病和损伤的人开发新的疗法和工具。

为了研究重放是否发生在人类运动皮层——控制运动的大脑区域——鲁宾、卡什和他们的同事招募了一名 36 岁的四肢瘫痪（也称为四肢瘫痪）男性，这意味着他无法移动上肢和下肢，在他的情况下是由于脊髓损伤。这名男子在研究中被确定为 T11，是脑机接口设备临床试验的参与者，该设备允许他在屏幕上使用计算机光标和键盘。该研究设备由 BrainGate 联盟开发，该联盟由多个机构的临床医生、神经科学家和工程师共同参与，旨在创造技术来恢复患有神经系统疾病、受伤或肢体丧失的人的沟通、活动能力和独立性。该财团由 Leigh R.

在这项研究中，T11 被要求执行类似于电子游戏西蒙的记忆任务，其中玩家观察闪烁的彩色灯光模式，然后必须回忆并重现该序列。他只是想着自己手的动作，就控制了电脑屏幕上的光标。植入 T11 运动皮层的传感器测量了神经元放电的模式，这反映了他预期的手部运动，使他能够在屏幕上移动光标并在他想要的位置单击它。这些大脑信号被记录下来并无线传输到计算机。

那天晚上，当 T11 在家睡觉时，他的运动皮层的活动被记录下来并无线传输到电脑上。“我们的发现令人难以置信，”鲁宾说。“他基本上是在睡梦中玩游戏。” 鲁宾说，有几次，T11 在睡眠期间的神经元放电模式与他当天早些时候进行记忆匹配游戏时发生的模式完全匹配。

“这是人类睡眠期间所见过的运动皮层回放的最直接证据，”鲁宾说。研究中检测到的大部分回放发生在慢波睡眠期间，这是一个深度睡眠阶段。有趣的是，当 T11 处于 REM 睡眠（最常与做梦相关的阶段）时，重播的可能性要小得多。鲁宾和卡什将这项工作视为更多地了解回放及其在人类学习和记忆中的作用的基础。

“我们的希望是，我们可以利用这些信息来帮助建立更好的脑机接口，并提出范例，帮助人们更快、更有效地学习，以便在受伤后重新获得控制，”Cash 说，并指出了移动它的重要性。从动物到人类受试者的探究线。“这种研究极大地受益于我们与参与者的密切互动，”他补充道，感谢 T11 和 BrainGate 临床试验的其他参与者。

霍赫伯格同意。“我们令人难以置信的 BrainGate 参与者不仅为创建一个恢复沟通和移动性的系统提供了有益的反馈，而且他们还为我们提供了推进基本人类神经科学的难得机会——了解人类大脑如何在个体回路水平上工作神经元，”他说，“并利用这些信息来构建下一代恢复性神经技术。”

鲁宾还是哈佛医学院神经病学讲师。Cash 是 HMS 的神经病学副教授。Hochberg 是 HMS 神经学高级讲师和布朗大学工程学教授。

这项工作得到了退伍军人事务部、国家神经疾病和中风研究所、国家心理健康研究所、现在征服瘫痪、MGH-迪恩研究所、美国神经病学学会和霍华德休斯医学研究所的支持斯坦福大学。

原文链接：https://www.toutiao.com/article/7113854194951651855