来源 |日内瓦大学
微信号 |公子欣
人平均有三分之一的时间都在睡觉，但是在这漫长的时间里，大脑在做什么呢？
瑞士日内瓦大学的科学家利用一种能够解码睡眠时大脑活动的人工智能方法，能够一瞥我们在睡眠时在想什么。通过将功能性核磁共振成像和脑电图相结合，日内瓦的研究小组提供了前所未有的证据，表明在深度睡眠期间，人们会对白天处理过的数千条信息进行分类。事实上，在这个时候，大脑不再接受外部刺激，可以评估所有这些记忆，以便只保留最有用的记忆，为此，大脑建立了不同区域之间的内部对话；此外，将奖励与特定信息联系起来可以鼓励大脑长期记忆。研究结果日前在《自然通讯》杂志上发表，首次为研究人类在睡眠中的思维打开了一扇窗。
在缺乏能够翻译大脑活动的工具的情况下，睡眠期间思想的内容仍然无法获得。“然而，我们确实知道，睡眠在记忆巩固和情绪管理方面发挥着重要作用：当我们睡觉时，大脑会重新激活白天形成的记忆痕迹，并帮助我们调节情绪。”这项研究的主要研究者、日内瓦大学医学院基础神经科学系Sophie Schwartz教授实验室的研究员Virginie Sterpenich解释道：“为了找出睡眠时大脑的哪些区域被激活，并破译这些区域是如何让我们巩固记忆的，我们开发了一种解码器，能够破译深度睡眠时大脑的活动，以及它对应的是什么。我们特别想知道积极情绪在这个过程中发挥了多大的作用。”
在深度睡眠期间，海马体（用来储存近期事件临时痕迹的颞叶结构）将白天储存的信息发送回大脑皮层，通过回放当天发生的事情，建立起一个对话来巩固记忆，从而加强神经元之间的联系。
结合核磁共振成像、脑电图和人工智能
为了进行实验，科学家们在傍晚时分对志愿者进行了核磁共振成像，并让他们玩两个视频游戏：一个类似于“猜猜是谁？”的面部识别游戏，以及一个必须找到出口的3D迷宫。之所以选择这些游戏，是因为它们激活的大脑区域非常不同，因此在核磁共振成像中更容易区分。此外，这些游戏是在志愿者不知情的情况下进行的，两个游戏中只有一个获胜（一半志愿者赢了一个，另一半赢了第二个），这样大脑就会将游戏获胜与积极情绪联系在一起。
然后志愿者们在核磁共振成像中睡眠一到两个小时（一个睡眠周期的长度），他们的大脑活动再次被记录下来。Sophie Schwartz解释说：“我们将脑电图和功能性核磁共振结合起来，脑电图测量睡眠状态，功能性核磁共振每两秒钟拍摄一张大脑活动的照片，然后使用‘神经元解码器’来确定在游戏期间观察到的大脑活动是否会在睡眠期间自动重现。”
即使在睡觉时，大脑也喜欢奖励
通过比较清醒和睡眠阶段的核磁共振扫描，科学家们观察到，在深度睡眠期间，大脑的激活模式与游戏阶段的记录非常相似。“很明显，大脑通过重新激活清醒时使用的区域，重新体验了游戏的胜利，而不是失败。一旦你入睡，大脑活动就会发生变化。渐渐地，我们的志愿者开始再次‘思考’这两个游戏，然后当他们进入深度睡眠时，几乎只会想他们赢得的游戏。”
两天后，志愿者们进行了一项记忆测试：一方面识别游戏中的所有面孔，另一方面找到迷宫的起点。同样，在睡眠中，与游戏相关的大脑区域被激活的越多，记忆表现就越好。因此，当与奖励相关的记忆在睡眠中被自发地重新激活时，它会更高。通过这项工作，日内瓦的研究小组为研究睡眠中的大脑以及大脑每天晚上所做的令人难以置信的工作打开了一个新的视角。
参考来源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24357-5
