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人脑在清醒休息时以20倍的速度重播新记忆

根据 6 月 8 日发表在《细胞报告》杂志上的一项研究,清醒休息期间的神经重放可能有助于人类动作序列的记忆巩固。大脑成像结果显示,代表人们正在学习的行为序列的神经网络快速、重复地重新激活——大约是新记忆速度的 20 倍——尤其是在他们从练习中休息时。

“这是人类实践引发的新学习技能的清醒神经重放的首次展示,”高级研究作者莱昂纳多 G. 科恩说,他是美国国家神经疾病和中风研究所 (NINDS) 的一部分,该研究所是美国国立卫生研究院的一部分。健康。“这项研究也是第一个表明清醒重播可以预测技能的快速巩固,这是早期学习的原因。”

当学习一项新技能时,如果频繁的休息时间穿插练习块,记忆巩固和表现会得到改善。这种现象称为间隔效应,已在各种任务中得到证明。清醒的巩固发生在几秒钟或几分钟内,其幅度大约是经典研究的需要睡眠的过夜巩固的四倍。

但尚不清楚大脑如何在醒着休息时将离散的动作表征结合成统一的、时间上精确的技能。一种可能的机制是神经重放——代表休息期间行为序列的神经活动模式的时间压缩重新激活。NINDS 的第一作者 Ethan R. Buch 说:“有可能通过离线重演先前的练习,促进清醒的技能巩固——这个问题尚未在人类或动物模型中进行过研究。”

为了验证这一想法,研究人员使用了一种称为脑磁图 (MEG) 的大脑成像技术。30 名受试者在 10 秒休息时间之间穿插的 36 次 10 秒试验中,尽可能快速和准确地在键盘上重复输入“41324”。MEG 数据显示,按键序列的神经重放发生在清醒休息期间。

神经重放仅持续 50 毫秒——比实际行为快 20 倍。与训练前或训练后的休息时间相比,在两次练习之间的休息时间,这些重播事件的频率大约高出三倍。此外,与前 11 次试验相比,前 11 次试验的重放频率更高,此时受试者学习速度更快。此外,在练习期间的休息间隔期间,更大的技能巩固与更频繁的重播事件相关。

神经重放招募了一个大脑网络,包括海马区、感觉运动区和内嗅区。“海马和中时间活动在程序性运动记忆的重放中的强烈参与令人惊讶,因为这种类型的记忆通常被认为不需要海马的贡献,”布赫说。“总的来说,我们的数据表明,频繁、快速的清醒重播会加强在先前练习中学到的海马体和新皮层关联——一个与提高后续表现和清醒巩固技能相关的过程。”

展望未来,研究人员计划使用非侵入性脑刺激来测试清醒的重放是否在早期技能学习中起因果作用,并确定快速巩固是否支持其他类型的记忆。“最后,了解对技能学习很重要的清醒重放特征可以优化治疗计划或确定更好的脑刺激策略,旨在增强中风等脑损伤后的康复结果,”科恩说。

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