來源 |日內瓦大學
微信號 |公子欣
人平均有三分之一的時間都在睡覺，但是在這漫長的時間里，大腦在做什么呢？
瑞士日內瓦大學的科學家利用一種能夠解碼睡眠時大腦活動的人工智能方法，能夠一瞥我們在睡眠時在想什么。通過將功能性核磁共振成像和腦電圖相結合，日內瓦的研究小組提供了前所未有的證據，表明在深度睡眠期間，人們會對白天處理過的數千條信息進行分類。事實上，在這個時候，大腦不再接受外部刺激，可以評估所有這些記憶，以便只保留最有用的記憶，為此，大腦建立了不同區域之間的內部對話；此外，將獎勵與特定信息聯系起來可以鼓勵大腦長期記憶。研究結果日前在《自然通訊》雜志上發表，首次為研究人類在睡眠中的思維打開了一扇窗。
在缺乏能夠翻譯大腦活動的工具的情況下，睡眠期間思想的內容仍然無法獲得。“然而，我們確實知道，睡眠在記憶鞏固和情緒管理方面發揮著重要作用：當我們睡覺時，大腦會重新激活白天形成的記憶痕跡，并幫助我們調節情緒。”這項研究的主要研究者、日內瓦大學醫學院基礎神經科學系Sophie Schwartz教授實驗室的研究員Virginie Sterpenich解釋道：“為了找出睡眠時大腦的哪些區域被激活，并破譯這些區域是如何讓我們鞏固記憶的，我們開發了一種解碼器，能夠破譯深度睡眠時大腦的活動，以及它對應的是什么。我們特別想知道積極情緒在這個過程中發揮了多大的作用。”
在深度睡眠期間，海馬體（用來儲存近期事件臨時痕跡的顳葉結構）將白天儲存的信息發送回大腦皮層，通過回放當天發生的事情，建立起一個對話來鞏固記憶，從而加強神經元之間的聯系。
結合核磁共振成像、腦電圖和人工智能
為了進行實驗，科學家們在傍晚時分對志愿者進行了核磁共振成像，并讓他們玩兩個視頻游戲：一個類似于“猜猜是誰？”的面部識別游戲，以及一個必須找到出口的3D迷宮。之所以選擇這些游戲，是因為它們激活的大腦區域非常不同，因此在核磁共振成像中更容易區分。此外，這些游戲是在志愿者不知情的情況下進行的，兩個游戲中只有一個獲勝（一半志愿者贏了一個，另一半贏了第二個），這樣大腦就會將游戲獲勝與積極情緒聯系在一起。
然后志愿者們在核磁共振成像中睡眠一到兩個小時（一個睡眠周期的長度），他們的大腦活動再次被記錄下來。Sophie Schwartz解釋說：“我們將腦電圖和功能性核磁共振結合起來，腦電圖測量睡眠狀態，功能性核磁共振每兩秒鐘拍攝一張大腦活動的照片，然后使用‘神經元解碼器’來確定在游戲期間觀察到的大腦活動是否會在睡眠期間自動重現。”
即使在睡覺時，大腦也喜歡獎勵
通過比較清醒和睡眠階段的核磁共振掃描，科學家們觀察到，在深度睡眠期間，大腦的激活模式與游戲階段的記錄非常相似。“很明顯，大腦通過重新激活清醒時使用的區域，重新體驗了游戲的勝利，而不是失敗。一旦你入睡，大腦活動就會發生變化。漸漸地，我們的志愿者開始再次‘思考’這兩個游戲，然后當他們進入深度睡眠時，幾乎只會想他們贏得的游戲。”
兩天后，志愿者們進行了一項記憶測試：一方面識別游戲中的所有面孔，另一方面找到迷宮的起點。同樣，在睡眠中，與游戲相關的大腦區域被激活的越多，記憶表現就越好。因此，當與獎勵相關的記憶在睡眠中被自發地重新激活時，它會更高。通過這項工作，日內瓦的研究小組為研究睡眠中的大腦以及大腦每天晚上所做的令人難以置信的工作打開了一個新的視角。
參考來源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24357-5
