事实证明，大脑是个好同志，因为它时时刻刻都在工作着，无论睡着还是醒着。
当我们入睡时，它也没有让自己进入“离线”状态，而是开始忙着组织新的记忆。但这一过程是如何运作的呢？
近日，发表在《Cell Reports》上的一项新研究首次提出的直接证据表明，人类大脑在睡眠时会“回放”清醒时的经历。这一现象是在运动皮层内置入微电极阵列的两名受试者大脑中发现的，该研究是脑-机接口前期临床试验的一部分。
在睡眠期间，大脑会回放清醒时经历的神经放电模式，这一过程也称为“离线回放”。回放被认为是记忆巩固的一种机制。在该过程中，近期记忆在其神经表征中获得更强的持久性。此前，科学家曾在动物身上观察到这一现象。这项新研究就是为了验证该现象是否也发生在人脑中 。
在这项研究中，研究人员通过记录两名参与者运动皮层的兴奋活动来测试人脑中的“回放”。受试者被要求玩一种顺序复制的游戏，并在游戏前和游戏后进行小睡。该游戏类似于80年代热门游戏Simon。游戏中有四个彩色面板，它们会按照不同的顺序点亮，供玩家重复。但不同的是，受试者不是使用手臂，而是用其思维来玩这个游戏，即想象自己用手将光标依次移动到不同的目标上，并以正确的顺序尽快击中正确的颜色。
图片来源：Cell Reports
受试者在休息、玩游戏和再次休息期间，研究人员通过置入的多电极阵列记录了他们大脑中大量单个神经元的峰值放电活动。
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该研究通讯作者、麻省总医院的Jean-Baptiste Eichenlaub说：“在现实中，并不会有人在大脑中置入多电极阵列的情况，但这些电极很小，足以检测到单个神经元的放电活动。”
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用于治疗帕金森症或癫痫等医学适应症的电极太大，无法追踪单个神经元的峰值活动。但这项BrainGate前期临床试验中使用的电极阵列是第一个能够在人脑中进行非常详细神经记录的电极阵列。她说：“所以说，这项研究是史无前例的。”
BrainGate是一个学术研究联盟，成员包括布朗大学、麻省总医院、凯斯西储大学和斯坦福大学。BrainGate的研究人员长期致力于开发脑-机接口植入物，以帮助严重运动障碍的人通过使用他们的大脑信号来移动计算机光标、机械臂和其他辅助设备，从而重新获得交流和控制能力。
在这项研究中，研究团队在受试者游戏期间和游戏后休息期间都观察到了相同的神经元放电模式。换句话说，这就好像他们在睡着后继续玩Simon游戏一样，他们的大脑中重现了在神经元水平上的相同模式。这一发现为人类大脑中与学习相关的“回放”提供了直接证据。
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Jarosiewicz说：“这是第一个直接证据，证明人类在学习后的休息中也能‘看到’回放，这可能有助于巩固记忆。在过去的几十年中，我们在动物研究中发现的所有与神经回放相关的记忆巩固机制实际上也可能适用于人类。”
这一发现还提出了更多的问题和未来的研究课题，即理解神经回放能够巩固记忆的潜在机制。下一步工作是找到证明神经回放实际上与记忆巩固过程存在因果关系的证据。一种可能的方法是测试神经回放的强度与睡眠后记忆唤醒的强度之间是否存在关联。
尽管科学家们尚未完全了解学习和记忆巩固的工作原理，但一系列动物和人类研究表明，睡眠起着至关重要的作用。
Jarosiewicz说，“在考试和重要面试之前睡个好觉，将有助于提高认知表现。我们有充分的科学证据证明睡眠在这些过程中非常重要。”
参考文献：
Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex
DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107581
