莱娅公主的脑电波帮助睡眠中的大脑储存记忆

每天晚上，当你睡觉的时候，大脑活动的电波环绕着你的大脑的每一边，追踪一种模式，如果它出现在你的头部表面，可能看起来就像星球大战中的莱娅公主的两个发髻。索尔克研究所(Salk Institute)的科学家们发现了这些在《eLife》杂志上描述的圆形“莱娅公主”振荡。他们认为，这些波负责每晚在一天记忆的不同方面形成关联。

Salk计算神经生物学实验室负责人Terrence Sejnowski说:“Leia公主波在大脑皮层中传播的规模和速度是前所未有的，这一发现通过推进创新神经技术(Brain)计划推进了大脑研究。”

事件的短期记忆储存在大脑中一个叫做海马体的区域。然而，长期记忆是在大脑皮层中编码的。记忆从海马体转移到大脑皮层的过程被称为记忆巩固，发生在我们睡觉的时候。

睡眠纺锤波——一种已知发生在非快速眼动睡眠早期的脑电波模式——与记忆巩固有关。此前的研究表明，人脑在夜间呈现的睡眠纺锤波越多，第二天记住的数字就越多。但是，这些睡眠纺锤波与记忆的确切联系尚不清楚，科学家们受到这样一个事实的限制，即电极一次只能在大脑的一个地方探测到这些纺锤波。

“在很长一段时间里，神经科学研究人员不得不记录大脑中某一时刻的活动，在不同时看到整个画面的情况下，把许多数据点放在一起，”索尔克研究所的助理研究员、这项新研究的第一作者莱尔·穆勒(Lyle Muller)说。长期以来，科学家们一直认为，在大脑的新皮层中，每一次睡眠纺锤波的峰值都是在同一时间出现的。

然而，Sejnowski和Muller想要看到更广阔的图景，于是他们转向了称为颅内电皮质激素图(ECoGs)的大规模记录，这种记录可以同时测量大脑许多区域的活动。癫痫患者通常会在大脑中临时植入ECoG阵列，以确定癫痫发作在大脑中的位置，因此，科学家们能够研究从5名癫痫患者身上收集的所有数据，这些患者都是在没有癫痫发作的健康夜晚进行的。

当研究人员仔细研究每晚的ECoG数据时，他们大吃一惊:睡眠纺锤波并没有同时在大脑皮层各处达到峰值。取而代之的是，振荡以圆形的模式在大脑皮层周围一圈又一圈地扫过，在一个区域达到峰值，然后几毫秒后，在邻近的区域达到峰值。

Muller说:“我们认为这种大脑活动组织让神经元与其他区域的神经元进行交流。”“这些波传播的时间尺度与神经元彼此交流所需的速度相同。”

整晚，研究人员观察到同样的旋转模式，每一个持续大约70毫秒，但在几个小时内重复了成百上千次。

为什么大脑皮层的不同区域需要交流来储存记忆?单一的记忆是由储存在大脑皮层不同区域的不同成分(气味、声音、视觉)组成的。Muller和Sejnowski假设，随着记忆的巩固，圆形的睡眠纺锤波有助于形成单一记忆的这些不同方面之间的联系。

“如果我们知道记忆是如何在大脑中这样联系起来的，我们就有可能找到在创伤后破坏记忆的方法，”塞诺维斯基说。“包括精神分裂症在内的一些疾病也会影响睡眠纺锤波，所以这确实是一个值得继续研究的有趣话题。”