睡眠与记忆力的关系

睡眠与记忆力的关系据《自然-神经学》报道称，经过多年研究，美国科学家发现了年轻人的记忆形成与夜间睡眠缺乏之间的关系：熬夜或睡眠不足成为青年人的记忆杀手。在过去的十年中，科学家逐渐认识到睡眠和记忆之间的复杂关联。睡眠不仅为编码新的记忆做好了准备，而且为大脑提供了一个巩固、整合信息的机会。因此，睡眠可以使记忆更持久，让记忆可以抵御更多的干扰。举例来说，一个晚上的睡眠可以让你更好地记住前一天晚上学习的东西。但研究显示，睡眠也能识别、选择和保存记忆的关键特征，让第二天留下来的记忆更有用。这样一来，一晚上的睡眠就增加了你发现一个数学演算过程的捷径的可能性，而这可能是你前一天晚上需要很费力的演算才能达到的。练习后的睡眠有这么多好处，显示出睡眠的主要功能是对记忆的处理。另外一个问题是：睡眠怎样在第二天帮助你学得更好？或者说，缺乏睡眠怎样影响你新的记忆形成的能力？许多年来，科学家就已经发现，不管你是不是试着去记住一些东西，睡眠对于集中精力做一件工作都是必须的。尤其是，睡眠的缺乏导致前额顶叶承担认知任务的注意力网络活性的减少。另外，前额皮质控制的执行功能的能力，在缺乏后，比其他认知能力(如知觉和记忆测验)更弱。这些发现使研究人员怀疑，完全是因为睡眠缺失导致记忆编码不足，从而使人不能集中注意力。注意力分散似乎可以说明个体睡眠缺失使记忆形成的能力下降。但对动物的研究显示，和记忆形成困难有关的不只是注意力问题。人类和动物研究都表明，海马区对于记忆的形成非常关键。在分子水平上，这些记忆的形成依赖于一个叫做长时程增强(LTP)的程序，它增强了神经细胞之间的联系，以更容易的方式在它们之间交换信号，使记忆形成可能发生。长时程增强过程可以在老鼠海马区的切片上看到。当你“剥夺”了一只老鼠的睡眠，然后再切下它的海马区，在这些切片上，长时程增强过程被弱化了。很明显，这和注意力没有任何关系，而和海马区的功能有关系。利用核磁共振成像，科学家监视了成年人的大脑活动，他们有的在前一天晚上正常睡觉了，有的根本没睡。他们要求受试者从主题为人、物体、风景等情景的150张照片前走过，并将这些照片分成室内的和室外的两类；同时扫描了这些人的大脑。两天以后，当两个组的人都很好的休息了以后，科学家向他们出示同样的150张照片，又在其中混杂了75张新的，要求他们辨别哪些是他们曾经看到的。结果显示，前两天睡眠缺乏的那一组，忘记的照片数量大约是睡眠正常的那一组的两倍。后来，科学家有进行了同样的照片观察试验，这一次的目的在于，观察两组受试者在看到照片时，大脑的哪些部分在活动。虽然两组受试者的同一脑区都表现出活跃迹象，但睡眠缺失受试者的海马区的活跃程度明显偏低。即便表现最好的睡眠缺失者与表现最差的正常受试者相比，睡眠缺失者的海马区活跃程度还是要低一些。科学家还注意到，两个组的注意集中程度大致相当。科学家希望这个发现，能揭示在记忆形成时，哪些区域和海马区共同发挥作用。和睡眠缺失者比较起来，睡眠充足的人的多个大脑区域与海马区有更紧密的合作关系，而这些区域通常和事件记忆程序有关。当我们被“剥夺”了越来越多的睡眠，而以咖啡因和浓茶来代替必需的睡眠时，我们越想通过熬夜记住的东西，就越是记不住。你必须想想这样值不值得。睡眠可以解除大脑疲劳，同时制造大脑需要的含氧化合物，为觉醒后的思维和记忆做好充分的准备。适度睡眠为记忆和创造提供了物质准备，尤其是快速眼动睡眠阶段，对促进记忆巩固起着积极的作用。而熬夜和过度睡眠都会损害记忆力。睡眠对记忆的巩固作用非常大，甚至超出了我们的想象。”美国波士顿哈佛医学院的博士后、研究负责人杰弗里说。他们的研究结果发布在5月2日在波士顿举行的美国神经科学年会上。在研究中，研究人员主要集中于睡眠对“陈述性”记忆的作用上，诸如特殊的事实、情节和事件。“我们的研究旨在了解睡眠是否对记忆的巩固有影响，特别是对事实、事件和时间的记忆上。”杰弗里说。“我们已经知道睡眠对程序性记忆有帮助，比如学习一个新的钢琴曲目，但是不能确定睡眠是否对百年来都在争议的陈述性记忆是否有帮助。”这项研究涉及48名18—30岁的成年人，他们都有正常、健康的睡眠规律，没有服用任何药物。他们被要求背记20组单词并在12小时后测验回忆，然后把他们分为不同的环境组进行测试：在测验前睡眠组，测验前清醒组，测验前有干扰的睡眠组，测验前有干扰的清醒组。清醒的两组在早上9点背记单词，在晚上9点年进行测验，整日里保持清醒状态。睡眠的两组在晚上9点背记单词，然后睡眠，早上9点进行测验。另外，在测验前，睡眠和清醒各一组要求背记另一组20对单词进行干扰，然后和其他两组一起测验，以了解干扰（竞争性信息）对记忆的影响。结果显示：睡眠对参与者的回忆有帮助，即使受到了竞争信息的干扰后也是如此。研究者发现，那些学习完单词后睡眠的人成绩最好，不管他们是否受到干扰，都能成功地回忆多数的单词。没有受到干扰的睡眠组参与者回忆的单词组数比没有干扰的清醒组多12%（94%比82%）。而受到干扰后，两组的差别就更明显了：76%比32%。“我们非常惊讶地看到，数据比率是如此鲜明的证实了我们的研究设想和努力。”杰弗里说。德国神经病学教授博恩说，本研究有力证实了睡眠在巩固记忆方面的作用。“考虑到在每个教育机构中（中学、大学等）主要从事的是以大脑海马相关的记忆（陈述性记忆）为中心的学习，人们应该认识到：好的学习条件需要能保证适当的睡眠。”他说。适当的睡眠还有其他的好处，纽约罗彻斯特大学睡眠研究所主任迈克尔说，除了记忆外，研究显示睡眠与身体功能、免疫功能、认知操作、情绪的调节都有关系。“这些全都是理论。我们仅仅需要的是知道，当我们的睡眠被剥夺时，我们就会不在状态了。人类要花30%的时间在睡眠上，为什么要睡眠？这仍然是需要我们去解答的谜。摘要】目的通过学习穿梭实验后的不同时间点睡眠剥夺（sleepdeprivation,SD），探讨特定时间内，睡眠对记忆及其保持的意义。方法用小平台水环境（FlowerPot）法建立大鼠SD模型。学习穿梭实验后的不同时间点，共6个时间点，给予4小时的SD，其余时间在饲养笼中自由活动。分为GR1〜4（学习后第1〜4小时SD），GR5〜8（学习后第5〜8小时SD），GR9〜12(学习后第9〜12小时SD),GR13〜16(学习后第13〜16小时SD),GR17〜20(学习后第17〜20小时SD),GR21〜24(学习后第21〜24小时SD)，每组有其正常对照组，观察记忆情况，并在3天后测记忆保持情况。结果GR5〜8组学习穿梭实验后记忆能力最差，并且在3天后记忆保持也最差。大鼠在学习穿梭实验后5〜8小时对记忆及其保持影响最大。结论同学习记忆有关的睡眠集中于学习后一段时间。Effectsofpostrainingsleepdeprivationonrat'smemorySongGuoping,HangpuEn,MiaoDanmin,etal.(DepartmentofPsychology,FacultyofAerofore,FourthMilitaryMedicalUniversity.710032)[Abstract]ObjectiveToinvestigateeffectsofsleeponmemoryandlong-termretentionwithinaspecifictimeafterSprague-Dawleyratslearnedshuttle-boxavoidance.MethodsSleepdeprivation(SD)wasinducedinmaleSprague-Dawlayratsbyhousingthemonsmallplatformsoverwater.Controlswerehousedinnormalcages(CC).Afterlearningtheshuttle-boxavoidance,experimentalgroupsweresleepdeprivedforfourhoursatsixdifferenttimepoints.Theyweredividedintosixgroups:GR1〜4(SDHr1〜4aftertraining),GR5〜8(SDHr5〜8aftertraining),GR9〜12(SDHr9-12aftertraining),GR13-16(SDHr13-16aftertraining),GR17〜20(SDHr17〜20aftertraining),GR2〜24(SDHr21〜24aftertraining).ThenmemoryoftheratsfrombothexperimentalandcontrolgroupswastestedimmediatelyfollowingSD,andtestedagain3dayslater.ResultsGR5〜8hadtheworstmemoryafterSD.Paradoxicalsleepwindow(PSW)intheseratsoccurs5〜8hoursaftertraining.ConclusionTheresultsverifythepropositionthatthelearning-relatedsleephasacharacteristicofconfiningitselftoaspecificphase.[Keywords]SleepdeprivationParadoxicalsleepwindow(PSW)RatsMemory睡眠剥夺(sleepdeprivation，SD)是一种在特殊职业环境中存在的特殊生理心理反应，在生活节奏日益加快的今天，发生率明显升高。目前已有许多证据表明，睡眠与记忆关系密切口，2]。在动物学会任务后可见异相睡眠(paradoxicalsleep，PS)明显增多⑴。异相或完全性SD后，记忆力损失。进一步研究表明，PS增多集中于学习后的某段时间，并称之为异相睡眠窗(paradoxicalsleepwindow，PSW)。该PSW随动物的种类、任务的性质及每阶段的数目不同而不同。对于人来说，现在已经证明不同类型的学习记忆对SD有不同的敏感性⑷。在国外进行了大量的有关研究，我国在此方面的研究甚少，但此方面的研究对于揭示睡眠的功能及其与记忆的关系有重要的意义，并且具有军事意义。本文拟用穿梭箱（shuttle-box）研究大鼠在学习后不同时间点SD对短时记忆的影响，并进一步研究对记忆保持能力的影响。材料和方法一、材料实验动物及分组:成年、雄性、健康上海产Sprague-Dawley大鼠51只，体重180±15g（由第四军医大学动物研究所提供）。删除在穿梭实验中在明箱中停留时间超过3分钟的大鼠3只及对电击不敏感的大鼠1只。将余47只大鼠随机分为6组，每组8只，其中SD组4只，正常单独饲养组4只，GR21〜24的正常对照组为3只。学习穿梭实验后的不同时间点，共6个，给予4小时的SD,其余时间在饲养笼中自由活动分为GR1〜4（学习后第1〜4小时SD），GR5〜8（学习后第5〜8小时SD），GR9〜12（学习后第9-12小时SD），GR13〜16（学习后第13〜16小时SD），GR17〜20（学习后第17〜20小时SD），GR21〜24（学习后第21〜24小时SD）。动物模型的制备：采用小平台水环境法（flowerpot）^顶建立大鼠SD模型。本教研室根据文献，制作30X30X30cm的鼠箱，其中有一直径为6.3cm，高8.0cm的平台，在平台周边注满水，水温保持在20°C左右，水面距平台面约1.0cm。鼠在平台上可自行饮食饮水。若其睡眠，则由于肌肉张力松弛而落入水中。在大鼠活动空间内持续40W日灯光照射，室内温度控制在18〜22C。实验前，让鼠熟悉适应环境1wk。行为实验装置：穿梭实验箱由第四军医大学预防医学系防原教研室提供。实验箱由明、暗两个箱子组成，箱底铺以铜丝网，其中暗箱有可控制式电源开关，可通以36v交流电。暗箱与明箱相连的壁中央有8X8cm洞，大鼠可以自由通过。穿梭实验：首先将大鼠放入明箱中，则由于其钻洞及趋黑本性，钻入暗箱中，此时给予36v交流电，大鼠因遭受电击而逃回明箱中，此即为一次学习。以大鼠在明箱中停留时间超过3分钟为学会。实验指标有：动物学会后进入暗箱前，在明箱中停留的时间为潜伏期。以学会后重新进入暗箱为一次错误，记数在10分钟内动物错误的次数。二、行为实验程序学习：各组大鼠均自适应环境后开始学习，训练时间为每天上午8：00-12：00，以10次训练为一单元，休息15分钟，每日共训练80次，共训练3天。学习后不同时间SD后的记忆：在第3天训练结束后，各组于所规定的时间给予4小时SD，并各自在SD后立即测试记忆力。记忆能力的保持：在测试记忆后，令大鼠在独自饲养的箱中自由活动。在3天后重新测试记忆力。三、数据处理潜伏期、错误次数取每组中各只大鼠的平均值，实验数据采用SPSS软件包进行单因素方差检验，两两比较用Neuman-Keuls检验。结果无论SD后立即测试还是3天后测试，GR5〜8组同控制组相比错误次数、潜伏期有显著差异（PV0.01），其他各组均无明显差异，3天后测试各组错误次数增多、潜伏期缩短，但差异不显著，见表1〜4。一、学习后不同时间SD后的记忆表1SD后立即测试各组错误次数组别GR1〜4GR5〜8GR9〜12GR13〜16GR17〜20GR21〜24实验组5.40+1.1214.88+0.564.02+0.855.00+0.606.21+1.234.63+0.89对照组4.41+1.342.72+2.013.80+0.754.44+0.694.80+1.451.98+0.21表2SD后立即测试各组潜伏期（s）组别GR1〜4GR5〜8GR9〜12GR13〜16GR17〜20GR21〜24实验组45.25+5.812.65+4.150.36+6.248.22+8.148.53+4.650.62+7.0919072对照组40.69+6.144.29+4.148.20+5.646.73+6.252.28+7.151.01+5.8166119二、记忆能力的保持

表3SD三天后测试各组错误次数组别GR1〜4GR5〜8GR9〜12GR13〜16GR17〜20GR21〜24实验7.63+1.2015.28+0.776.54+1.354.51+0.868.71+0.946.71+1.11组对照6.88+1.138.04+0.858.60+1.645.78+0.788.52+1.345.73+0.56组表4SD三天后测试各组潜伏期(s)组别GR1〜4GR5〜8GR9〜12GR13〜16GR17〜20GR21〜24实验组67.24+8.214.84+7.270.10+10.62.86+7.769.00+9.164.85+8.51603012对照组72.29+7.171.66+10.69.26+7.865.36+6.274.38+9.62.88+7.653390511讨论结果表明，大鼠穿梭实验中，训练后5〜8小时睡眠增多，在此期间阻止睡眠将会导致记忆能力下降，所以该实验的异相睡眠窗(PSW)在训练后5〜8小时。以前的研究表明，PSW的出现同训练的强度和频率有关。不同的任务，PSW出现的时间不同，强度较大的训练会使PSW出现时间提前。例如：当大鼠被给予每日20次的穿梭实验，共5天，PSW出现在训练后17〜20小时⑺；当训练为每日50次，共2天，PSW出现在训练后9〜12小时；当训练为100次，仅一日时，PSW出现在训练后1〜4小时。综上所述，若在一个训练单元中包含越多的信息，PSW便出现地越早，对训练后PSD出现越敏感。Carlyle宜观察到学习快而多的大鼠较学习慢而少的大鼠有更多的异相睡眠。学习简单的任务受睡眠剥夺的影响较小，并且若动物在实验前便有所准备，则受睡眠剥夺的影响也较小⑼。在训练后某一时期睡眠剥夺，记忆能力降低，从而说明睡眠和记忆及学习之间的关系，睡眠对于短时记忆是不可缺少的。动物和人在此期进行信息编码加工。PSW不仅影响短时记忆能力也影响记忆能力的保持。在本次