本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
小憩片刻可以提神醒脑。
是的,但这到底意味着什么呢?
这里不是在谈论醒来后立即从床上跳起来准备跑五英里,而是在谈论大脑深处单个脑细胞层面正在发生的事情。
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R. Douglas Fields是一位研究非主流大脑区域和神经活动的先驱,他的一项新研究提出了一种有希望的建议。Fields在马里兰州贝塞斯达美国国家儿童健康与人类发育研究所的团队,基于一项早期观察,即在睡眠期间(甚至只是放松时),神经信号在海马体关键区域的细胞中以“错误的方式”传播,海马体是参与形成某些类型新记忆的大脑结构。Fields的新研究在实验室培养皿中证明,这种反向运输起到“编辑”的作用,即物理性地修剪脑细胞中不必要的部分,以确保您不会忘记前一天学到的东西。
具体而言,海马体CA1区域的电信号反转方向,就像傍晚高峰时段汽车的反向流动一样。尖峰电脉冲向上移动,而不是向下移动神经细胞的长延伸部分,即轴突。尖峰序列穿过细胞体(细胞核所在的位置),然后到达数千个微小分支卷须(称为树突)的末端。
到达后,这些信号就像调光开关一样,当神经元通过称为突触的小间隙接收来自其他神经元的化学信号时,会导致神经元较弱地放电——用神经科学术语来说,突触强度减弱。“这让您可以在第二天学习,因为您的突触尚未饱和,”Fields说。在这种突触调整期间,一些突触会消失,这是将过去一天的所见所闻整合到记忆中的过程的一部分,这个过程包括消除不相关的细节并“刷新”突触,以便更好地吸收即将到来的一天的感官冲击。
在实验中,发表在《美国国家科学院院刊》上的论文的第一作者奥莱娜·布卡洛与Fields实验室团队的其他成员合作,向一片海马体组织提供了反向刺激。当研究人员随后调转方向,从树突向轴突发送电信号时,经过调整的神经元产生了更强的信号。重新刺激(类似于为考试分散学习)对于加强连接至关重要。如果没有提醒性的刺激,放电不会改善。
威斯康星大学的朱利奥·托诺尼说:“已经发现的是一种在全局细胞水平上显著的新的可塑性机制。” “虽然它已在体外得到表征,但它很可能代表了一种在体内重置突触强度的基本方法。” 托诺尼研究睡眠期间突触的减弱和“重置”,一篇关于他工作的文章将在未来几个月内发表在《大众科学》上。
轴突的反向传输,称为逆向放电,是海马体中一系列更广泛事件的一部分,其中前一天的经历像体育评论员的录像带一样重播。最终,了解这些夜间活动——以及减弱突触的好处——可能有助于解决创伤后应激障碍、强迫症和其他无法抽离的心理障碍,这些障碍会无休止地重播无法刷新和清除记忆的磁带循环。
来源:美国国立卫生研究院