一夜好眠的好处已经广为人知，现在加州大学旧金山分校的神经科学家们发现，在深度睡眠的过程中，动物大脑强化了运动技能。
研究人员发现在非快速眼动睡眠期间，缓慢的脑电波会增强神经接触点，这些神经接触点直接与一项新发现的任务有关，而这一任务是在醒着的时候才刚刚学会的，而神经联系却在减弱。
图片：University of California, San Francisco
这一现象可能与‘提取如何执行一项新任务的要点’有关，”神经病学副教授、医学博士Karunesh Ganguly博士说睡眠似乎减少了与我们正在学习的任务无关的神经活动。
对于睡眠如何影响学习的机制，有一个更好的处理方法，可以导致新的医疗刺激装置，以及消费者驱动的可穿戴设备，即刺激脑细胞和提高学习能力的“电学”。一些初创公司的设备正朝着这个方向发展，但到目前为止，它们的设计目的是在我们清醒的时候刺激大脑。
精神控制
Ganguly的研究小组使用了一种叫做“脑机接口(BMI)”的系统来更好地了解大脑在睡眠过程中如何吸收新技能。
研究人员将电极植入大鼠大脑的运动区域，将电信号发送给计算机，然后驱动一个分离的机械装置的运动。因为神经回路是动态的，老鼠的大脑就会像他们一样迅速地控制这个装置，就像老鼠在练习控制自己肢体的新方法一样。
人们认为BMIs或神经修复术是残疾人士重新行走或控制机械手臂的一种方式，博士后学者新研究的主要作者Tanuj Gulati博士说虽然这是最终的目标，但我们也在用它们来理解大脑中的学习过程。
一个特定的神经元通常可以用来控制肢体，但是我们可以用一个外部无实体的装置来建立神经元的新关系。在这种情况下，重定向神经元将快速地帮助控制外部设备，然后研究人员可以追踪这个神经元的活动，以了解大脑是如何整合这个新的关联的。
在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上发表的一篇论文中，Gulati和他的同事将老鼠大脑中的神经元连接到植入电极上，而电极则控制着一个机械的水龙，水的来源是在一扇小的门后面，面对着老鼠。
因为喷口的表面，老鼠必须学会使用计算机驱动的机制将其移动到他们身上。当老鼠探索出一些控制喷口的策略时，其中一些策略包括明显的运动，它们有时会激活与电极相邻的神经元。当适当的神经元被激活时，计算机将水龙卷移动。
最终老鼠们学会了从壶嘴中挖掘出实际的动作——他们知道他们真的不需要再去动他们的手臂或者做任何事情来让它移动。他们所要做的就是从理论上控制管道，然后它就会到达他们那里。
睡眠抛光布线
通过监测老鼠在完成这个学习过程时的大脑，研究小组接下来可以探究睡眠是否在帮助建立老鼠新形成的神经连接方面发挥了作用。一旦老鼠在清醒的时候掌握了任务的窍门，某些神经模式就会在睡眠过程中继续‘重玩。
这些相同的模式在老鼠醒来后依然存在，从而导致老鼠在任务上的表现得到改善。更重要的是，当老鼠在睡觉后重新进行测试时，没有必要的神经活动已经消失了。
睡眠对于基本代谢维持和记忆处理是很重要的，但大多数此类研究都涉及睡眠剥夺。虽然完全取消睡眠会影响记忆力，但它也会导致大量的生理变化，例如，压力荷尔蒙皮质醇的增加，或焦虑——所有这些都可能导致记忆力下降。
为了解决这个问题，加州大学旧金山分校的研究小组采用了一种微妙的干预手段来揭示睡眠对成功学习的贡献。利用光遗传学即一种利用光来打开或关闭神经元的工具，科学家能够在老鼠熟睡的时候抑制大脑一个小区域的神经活动。因为光基因操作的目标是精确的，所以在结构和睡眠的数量上没有变化，只是在靶向脑细胞的发射模式上有一个相对较小的调整。
这些实验表明在睡眠过程中，微妙地改变神经放电，扰乱了关键的计算，并消除了早期观察到的学习优势。
研究结果证实，睡眠中确实有与任务相关的神经模式，这使他们在睡眠后能够在提高运动能力的情况下生存。特别是这是第一个证明神经重新激活和变弱，强化和弱化在深度睡眠时发生的证据。
这项研究表明你不能忽视睡眠，不管你是在试图在神经损伤后试图重新获得运动控制的患者，还是想要学习一项新技能的健康的人。
参考期刊： 自然神经科学
来自：加州大学旧金山分校
编译：双螺旋
审校：博科园
