來(lái)源 |日內(nèi)瓦大學(xué)
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人平均有三分之一的時(shí)間都在睡覺，但是在這漫長(zhǎng)的時(shí)間里，大腦在做什么呢？
瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的科學(xué)家利用一種能夠解碼睡眠時(shí)大腦活動(dòng)的人工智能方法，能夠一瞥我們?cè)谒邥r(shí)在想什么。通過將功能性核磁共振成像和腦電圖相結(jié)合，日內(nèi)瓦的研究小組提供了前所未有的證據(jù)，表明在深度睡眠期間，人們會(huì)對(duì)白天處理過的數(shù)千條信息進(jìn)行分類。事實(shí)上，在這個(gè)時(shí)候，大腦不再接受外部刺激，可以評(píng)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(qū)域之間的內(nèi)部對(duì)話；此外，將獎(jiǎng)勵(lì)與特定信息聯(lián)系起來(lái)可以鼓勵(lì)大腦長(zhǎng)期記憶。研究結(jié)果日前在《自然通訊》雜志上發(fā)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(dòng)的工具的情況下，睡眠期間思想的內(nèi)容仍然無(wú)法獲得。“然而，我們確實(shí)知道，睡眠在記憶鞏固和情緒管理方面發(fā)揮著重要作用：當(dāng)我們睡覺時(shí)，大腦會(huì)重新激活白天形成的記憶痕跡，并幫助我們調(diào)節(jié)情緒。”這項(xiàng)研究的主要研究者、日內(nèi)瓦大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)系Sophie Schwartz教授實(shí)驗(yàn)室的研究員Virginie Sterpenich解釋道：“為了找出睡眠時(shí)大腦的哪些區(qū)域被激活，并破譯這些區(qū)域是如何讓我們鞏固記憶的，我們開發(fā)了一種解碼器，能夠破譯深度睡眠時(shí)大腦的活動(dòng)，以及它對(duì)應(yīng)的是什么。我們特別想知道積極情緒在這個(gè)過程中發(fā)揮了多大的作用。”
在深度睡眠期間，海馬體（用來(lái)儲(chǔ)存近期事件臨時(shí)痕跡的顳葉結(jié)構(gòu)）將白天儲(chǔ)存的信息發(fā)送回大腦皮層，通過回放當(dāng)天發(fā)生的事情，建立起一個(gè)對(duì)話來(lái)鞏固記憶，從而加強(qiáng)神經(jīng)元之間的聯(lián)系。
結(jié)合核磁共振成像、腦電圖和人工智能
為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們?cè)诎頃r(shí)分對(duì)志愿者進(jìn)行了核磁共振成像，并讓他們玩兩個(gè)視頻游戲：一個(gè)類似于“猜猜是誰(shuí)？”的面部識(shí)別游戲，以及一個(gè)必須找到出口的3D迷宮。之所以選擇這些游戲，是因?yàn)樗鼈兗せ畹拇竽X區(qū)域非常不同，因此在核磁共振成像中更容易區(qū)分。此外，這些游戲是在志愿者不知情的情況下進(jìn)行的，兩個(gè)游戲中只有一個(gè)獲勝（一半志愿者贏了一個(gè)，另一半贏了第二個(gè)），這樣大腦就會(huì)將游戲獲勝與積極情緒聯(lián)系在一起。
然后志愿者們?cè)诤舜殴舱癯上裰兴咭坏絻蓚€(gè)小時(shí)（一個(gè)睡眠周期的長(zhǎng)度），他們的大腦活動(dòng)再次被記錄下來(lái)。Sophie Schwartz解釋說：“我們將腦電圖和功能性核磁共振結(jié)合起來(lái)，腦電圖測(cè)量睡眠狀態(tài)，功能性核磁共振每?jī)擅腌娕臄z一張大腦活動(dòng)的照片，然后使用‘神經(jīng)元解碼器’來(lái)確定在游戲期間觀察到的大腦活動(dòng)是否會(huì)在睡眠期間自動(dòng)重現(xiàn)。”
即使在睡覺時(shí)，大腦也喜歡獎(jiǎng)勵(lì)
通過比較清醒和睡眠階段的核磁共振掃描，科學(xué)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(shí)使用的區(qū)域，重新體驗(yàn)了游戲的勝利，而不是失敗。一旦你入睡，大腦活動(dòng)就會(huì)發(fā)生變化。漸漸地，我們的志愿者開始再次‘思考’這兩個(gè)游戲，然后當(dāng)他們進(jìn)入深度睡眠時(shí)，幾乎只會(huì)想他們贏得的游戲。”
兩天后，志愿者們進(jìn)行了一項(xiàng)記憶測(cè)試：一方面識(shí)別游戲中的所有面孔，另一方面找到迷宮的起點(diǎn)。同樣，在睡眠中，與游戲相關(guān)的大腦區(qū)域被激活的越多，記憶表現(xiàn)就越好。因此，當(dāng)與獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)的記憶在睡眠中被自發(fā)地重新激活時(shí)，它會(huì)更高。通過這項(xiàng)工作，日內(nèi)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(gè)新的視角。
參考來(lái)源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24357-5
