為何你睡一覺後你覺得腦子更好使了？

作者：@熙禕

校稿：@鱈安安安

審稿：@南瓜落落

當我們睡覺時，身體得到了休息，可是大腦卻並沒有休息。大腦中的部分神經元會以腦電波的形式實現彼此間的交流。研究者發現，假如這些腦電波不能很好地「互動」，我們就會喪失長期記憶，同時，他們的研究結果或許可以解釋為什麼老年人更容易健忘，這個研究結果也許可以為治療不正常的遺忘現象提供新的思路。

為了證實睡眠因素在老年人長期記憶喪失的過程中起到關鍵作用，加州大學伯克利分校的神經科學家Randolph Helfrich及其團隊進行了一項研究，即對年齡為70歲和20歲的兩組健康成年人做記憶測試。首先，參與者需要進行120個簡單常用辭彙（如「bird」）與無意義隨機音節組合成的偽詞（如「jubu」）之間的匹配記憶，直至參與者記住了這些匹配之後，就可以開始進行「記憶」遊戲。這個遊戲需要分別在記憶完成後10分鐘以及經過數小時的睡眠後進行。參與者需要根據記憶選出與當前詞語相匹配的另一個偽詞，根據匹配正確詞語的數量評定記憶的好壞。在這個過程中，實驗人員記錄20歲和70歲的參與者在睡眠過程中的腦電波。

和預期的相同，在經過數小時的睡眠後的記憶測試中，老年參與者的記憶效果要比年輕參與者差。腦電波記錄的信息揭示了其中的原因，在我們的大腦中有兩類常見的腦電波：其一，睡眠中促進恢復精神的大幅度慢波；其二，短暫出現的紡錘波，這是深度的、無夢的以及非快速眼動睡眠（REM）的標誌。正常情況下，當我們學習時，信息主要在海馬網路中編碼，並暫時儲存於海馬體中。在隨後的睡眠過程中，慢振蕩誘發尖波 - 漣漪波，海馬體中新編碼的記憶信息會被重新激活，同時慢振蕩會誘導產生紡錘波。由於紡錘波和慢振蕩的持續時間很長，海馬輸出與特異皮層錐體神經元突觸後放電就可同時存在[1]，海馬信息向皮層轉移，選擇性地使新皮層網路中編碼新信息的突觸產生長時可塑性改變[2]，從而將短時記憶轉化成長時記憶。

而問題的關鍵在於，在老年人的睡眠過程中，這兩種腦電波不同步，而這兩種不同步的腦電波干擾了我們大腦在儲存短期和長期記憶的過程中不同腦區之間的交流，進而影響記憶效果。Helfrich 認為，儲存長期記憶的前額葉腦區需要先告訴海馬體（負責短期記憶和長期記憶轉換），它準備接收記憶了。但是，倘若腦電波不同步，這種交流就失去了，進而這一部分記憶也就喪失了。

為了弄明白是什麼導致了這種非同步性，研究者使用結構核磁共振成像（structural magnetic resonance imaging）技術來檢查參與者的大腦。他們發現，老年參與者的大腦中產生慢波以及存儲記憶的腦區更小，也就是意味著這一部分腦區萎縮導致了健忘，這種萎縮也削弱了睡眠中用於存儲記憶的腦電波同步性機制。

對於每一個人，大腦不可能記憶一天中遇到的所有信息，必然會遺忘很多，而那些被保留下來的記憶又是遵循著何種途徑轉化為長期記憶的呢？數據表明，睡眠是一個引人注目的候選項，在一個人睡覺的過程中，執行許多與記憶相關的操作。但當我們睡眠時，大腦又是如何知道要保存哪些信息？忘記哪些信息？在睡眠過程中，大腦對於需要保留的信息又進行了何種操作呢？

選擇性鞏固記憶的一個例子就是情緒記憶。情緒記憶可以在睡眠期間，尤其是快速眼動（REM）睡眠期間優先保存。此外，那些包含個人情感因素的情感體驗也會被選擇性地保留下來。在實驗中，通過改變照片的前景和背景元素，研究人員發現，相比於無情緒的前景物體或者是相同場景的周邊背景元素，在數小時的睡眠後，對於包含情緒的前景物體具有更好的記憶效果。因此，睡眠（而不是清醒）可以從單個情景記憶的一系列不相關組成部分中區分出與情緒相關的組成部分，並對其進行選擇性記憶鞏固。（這也許可以解釋為何過了那麼久，初戀那麼難忘記？）

鞏固，包括穩定和增強記憶的選擇性鞏固（圖三 a），只是睡眠期間發生的離線記憶處理（offline memory processing）的一種可能的形式。此外，依賴睡眠的記憶整合過程中也可能會產生新的知識，超出記憶編碼的知識。但究竟是否必須在鞏固記憶的過程之前進行整合（串列處理）還是可以各自獨立發生（並行處理），目前，還不得而知。我們使用術語「記憶演變」（memory evolution）來反映這種在整合處理過程中可能發生的質變，以及它們發生的時間進程，兩個包括這些記憶演變過程的類別：項目整合（item integration）和多項目整合（multi-item generalization）。

項目整合（item integration）是將新學到的知識點或者是心理表徵融入已有的記憶知識網路中（圖三 b）。當一個新信息被吸收時，知識網路的一般特徵被擴展，增加了網路的潛在效用和適用性，同時也賦予了新信息在該知識網路中的新含義。因此，在圖2b中，一個新信息ABC被添加到現有的網路中，擴展網路中的知識數量，同時也為新信息ABC提供了一個有價值的在該知識網路中的新含義。（文末，教大家一些提高記憶力的小竅門。）

多項目整合（multi-item generalization）整合多個新信息的記憶，創建一個全新的記憶網路（圖三 c）。在這樣做的過程中，它可以識別數據中的統計規律，從而從一組數據中提取出許多要點（例如，「ABC是許多字母三元組之一」）。但是，它也可能會導致錯誤的記憶（例如，「我看到了EFG」）。它還可以促進產生管理這一類新信息的規則，甚至是一組規則，並以此推斷未知的項目（例如，「LMN符合相同模式」）。

單個信息的記憶，依賴睡眠對新記憶進行整合的一個例子，將新詞融入到自己的知識網路中。在一項研究中，參與者學習了30個發明詞（例如CATHEDRUKE），首先，在學習之後立即進行測試，沒有數據表明這些詞語已經有效地融入了參與者的知識網路中。在隨後的實驗中，相比於清醒的實驗者，睡了等量時間的實驗者被觀察到新詞整合現象。

在第二個遠程關聯任務實驗的研究中，其內容就是主題呈現單詞三聯體（例如HEART，SIXTEEN，COOKIES），實驗者需要由所給的這三個單詞聯想到這些單詞都與（SWEET）存在關聯（今年這一季最強大腦海選時，衡量選手創作力的水平就是利用這個實驗的方法）。相比於經歷了相同時長的清醒時間的實驗者，另一組實驗者在睡醒後更能夠解決他們之前沒有解決的問題，此外，睡覺組中有REM睡眠的參與者明顯表現的比沒有的實驗者更好。儘管本研究中，在整個實驗階段都清醒的實驗者身上也觀察到了整合現象，表明記憶整合是不完全依賴於睡眠的，但是，睡眠似乎更加有助於將新的記憶內容融合到現有的知識網路中，產生新的關聯，具有更加卓越的任務表現。

多信息記憶，依賴睡眠的記憶演變也可以結合一系列新的記憶信息來形成新的知識體系，獲取新的知識。

在第一個要點提取（gist extraction）的實驗中，在丟失了少量單個項目的記憶的情況下，睡眠有助於結合一系列新項目的信息來識別其共同點。在實驗中，實驗者需要從相對分散的位置開始，找到一個虛擬三維立體迷宮的出口。相對於相同時長保持清醒的實驗者，睡眠後的實驗者能夠更好地了解迷宮的整體布局，更快地以更少的步驟到達出口（圖四 a）。

在另一個「虛假記憶」（false memory）的實驗中，受試者，分為睡眠組和清醒組，會聽到8個系列的單詞，這8個系列分別為（window, doctor, chair,rough, anger, soft, cup, and mountain）每一個系列有12個相關性很高的單詞，總共有96個單詞。單詞以聽覺的形式呈現出來，每個系列按照相關性遞減的順序依次讀出，每隔2S讀下一個詞。完成記憶之後，經過12小時，兩組受試者會接受記憶測試，在規定的時間裡默寫出這些單詞，將這些單詞分為兩組，一組是Studied words，表示相關性的詞語中正確的單詞數，結果顯示兩組記憶的數量相對於立刻接受測試的效果有所下降；另一組是Gist words，表示系列單詞的錯誤數，睡眠組增加了，表示依賴睡眠的記憶過程對這些單詞進行了多項目整合，影響了要點的記憶效果，產生了錯誤記憶（圖四 b）。

在生活中，不論是學到的科學文化知識，還是其他途徑的經驗，我們都應該認真的思考這個問題，如何在其他領域或者是在生活中使用這些知識和能力。那麼，從本文中，可以得到那些有用的啟發呢？

1.單個信息的記憶，串聯法，把這個知識與舊知識進行串聯，可以利用各種邏輯進行聯接。例如，八仙過海，各顯神通，其中，八仙分別是什麼?很多人都記不住，但是若是用以舊帶新的方法就很容易記住。他們分別指代「男女老少，富貴貧賤」，男指代呂洞賓，女代表何仙姑······很容易就都記住了。附上他們的故事的聯接：八仙的由來，其分別代表著「男女老少、富貴貧賤」（開個腦洞，大家對於出門忘記帶鑰匙，有沒有什麼好的想法，評論區見）

2.多信息記憶，在學習中經常會遇到這種情況，其實，不妨多使用類似於視覺筆記、思維導圖、人物關係網路等等這些方法把知識點整合成一個知識網路，非常有助於記憶。

【參考文獻】

[1] Ji, D., & Wilson, M. A. (2007). Coordinated memory replay in the visual cortex and hippocampus during sleep. Nature Neuroscience, 10(1), 100-107.

[2] 辛斐,& 袁宏.(2015). 睡眠的記憶鞏固功能. Advances in Psychology, 05, 199-206.

[3] Rasch, B. and J. Born (2013). "ABOUT SLEEPS ROLE IN MEMORY." Physiological Reviews 93(2): 681-766.

[4] Stickgold, R. and M. P. Walker (2013)."Sleep-dependent memory triage: evolving generalization through selective processing." Nature Neuroscience 16(2): 139-145.

[5] Payne, J. D., et al. (2009). "The role of sleep in false memory formation." Neurobiology of Learning and Memory 92(3): 327-33