睡眠與記憶力的關系

睡眠與記憶力的關系據《自然-神經學》報道稱，經過多年研究，美國科學家發(fā)現了年輕人的記憶形成與夜間睡眠缺乏之間的關系：熬夜或睡眠不足成為青年人的記憶殺手。在過去的十年中，科學家逐漸認識到睡眠和記憶之間的復雜關聯。睡眠不僅為編碼新的記憶做好了準備，而且為大腦提供了一個鞏固、整合信息的機會。因此，睡眠可以使記憶更持久，讓記憶可以抵御更多的干擾。舉例來說，一個晚上的睡眠可以讓你更好地記住前一天晚上學習的東西。但研究顯示，睡眠也能識別、選擇和保存記憶的關鍵特征，讓第二天留下來的記憶更有用。這樣一來，一晚上的睡眠就增加了你發(fā)現一個數學演算過程的捷徑的可能性，而這可能是你前一天晚上需要很費力的演算才能達到的。練習后的睡眠有這么多好處，顯示出睡眠的主要功能是對記憶的處理。另外一個問題是：睡眠怎樣在第二天幫助你學得更好？或者說，缺乏睡眠怎樣影響你新的記憶形成的能力？許多年來，科學家就已經發(fā)現，不管你是不是試著去記住一些東西，睡眠對于集中精力做一件工作都是必須的。尤其是，睡眠的缺乏導致前額頂葉承擔認知任務的注意力網絡活性的減少。另外，前額皮質控制的執(zhí)行功能的能力，在缺乏后，比其他認知能力(如知覺和記憶測驗)更弱。這些發(fā)現使研究人員懷疑，完全是因為睡眠缺失導致記憶編碼不足，從而使人不能集中注意力。注意力分散似乎可以說明個體睡眠缺失使記憶形成的能力下降。但對動物的研究顯示，和記憶形成困難有關的不只是注意力問題。人類和動物研究都表明，海馬區(qū)對于記憶的形成非常關鍵。在分子水平上，這些記憶的形成依賴于一個叫做長時程增強(LTP)的程序，它增強了神經細胞之間的聯系，以更容易的方式在它們之間交換信號，使記憶形成可能發(fā)生。長時程增強過程可以在老鼠海馬區(qū)的切片上看到。當你“剝奪”了一只老鼠的睡眠，然后再切下它的海馬區(qū)，在這些切片上，長時程增強過程被弱化了。很明顯，這和注意力沒有任何關系，而和海馬區(qū)的功能有關系。利用核磁共振成像，科學家監(jiān)視了成年人的大腦活動，他們有的在前一天晚上正常睡覺了，有的根本沒睡。他們要求受試者從主題為人、物體、風景等情景的150張照片前走過，并將這些照片分成室內的和室外的兩類；同時掃描了這些人的大腦。兩天以后，當兩個組的人都很好的休息了以后，科學家向他們出示同樣的150張照片，又在其中混雜了75張新的，要求他們辨別哪些是他們曾經看到的。結果顯示，前兩天睡眠缺乏的那一組，忘記的照片數量大約是睡眠正常的那一組的兩倍。后來，科學家有進行了同樣的照片觀察試驗，這一次的目的在于，觀察兩組受試者在看到照片時，大腦的哪些部分在活動。雖然兩組受試者的同一腦區(qū)都表現出活躍跡象，但睡眠缺失受試者的海馬區(qū)的活躍程度明顯偏低。即便表現最好的睡眠缺失者與表現最差的正常受試者相比，睡眠缺失者的海馬區(qū)活躍程度還是要低一些?？茖W家還注意到，兩個組的注意集中程度大致相當?？茖W家希望這個發(fā)現，能揭示在記憶形成時，哪些區(qū)域和海馬區(qū)共同發(fā)揮作用。和睡眠缺失者比較起來，睡眠充足的人的多個大腦區(qū)域與海馬區(qū)有更緊密的合作關系，而這些區(qū)域通常和事件記憶程序有關。當我們被“剝奪”了越來越多的睡眠，而以咖啡因和濃茶來代替必需的睡眠時，我們越想通過熬夜記住的東西，就越是記不住。你必須想想這樣值不值得。睡眠可以解除大腦疲勞，同時制造大腦需要的含氧化合物，為覺醒后的思維和記憶做好充分的準備。適度睡眠為記憶和創(chuàng)造提供了物質準備，尤其是快速眼動睡眠階段，對促進記憶鞏固起著積極的作用。而熬夜和過度睡眠都會損害記憶力。睡眠對記憶的鞏固作用非常大，甚至超出了我們的想象。”美國波士頓哈佛醫(yī)學院的博士后、研究負責人杰弗里說。他們的研究結果發(fā)布在5月2日在波士頓舉行的美國神經科學年會上。在研究中，研究人員主要集中于睡眠對“陳述性”記憶的作用上，諸如特殊的事實、情節(jié)和事件?！拔覀兊难芯恐荚诹私馑呤欠駥τ洃浀撵柟逃杏绊?，特別是對事實、事件和時間的記憶上?！苯芨ダ镎f。“我們已經知道睡眠對程序性記憶有幫助，比如學習一個新的鋼琴曲目，但是不能確定睡眠是否對百年來都在爭議的陳述性記憶是否有幫助?！边@項研究涉及48名18—30歲的成年人，他們都有正常、健康的睡眠規(guī)律，沒有服用任何藥物。他們被要求背記20組單詞并在12小時后測驗回憶，然后把他們分為不同的環(huán)境組進行測試：在測驗前睡眠組，測驗前清醒組，測驗前有干擾的睡眠組，測驗前有干擾的清醒組。清醒的兩組在早上9點背記單詞，在晚上9點年進行測驗，整日里保持清醒狀態(tài)。睡眠的兩組在晚上9點背記單詞，然后睡眠，早上9點進行測驗。另外，在測驗前，睡眠和清醒各一組要求背記另一組20對單詞進行干擾，然后和其他兩組一起測驗，以了解干擾（競爭性信息）對記憶的影響。結果顯示：睡眠對參與者的回憶有幫助，即使受到了競爭信息的干擾后也是如此。研究者發(fā)現，那些學習完單詞后睡眠的人成績最好，不管他們是否受到干擾，都能成功地回憶多數的單詞。沒有受到干擾的睡眠組參與者回憶的單詞組數比沒有干擾的清醒組多12%（94%比82%）。而受到干擾后，兩組的差別就更明顯了：76%比32%?！拔覀兎浅ｓ@訝地看到，數據比率是如此鮮明的證實了我們的研究設想和努力?！苯芨ダ镎f。德國神經病學教授博恩說，本研究有力證實了睡眠在鞏固記憶方面的作用?！翱紤]到在每個教育機構中（中學、大學等）主要從事的是以大腦海馬相關的記憶（陳述性記憶）為中心的學習，人們應該認識到：好的學習條件需要能保證適當的睡眠?！彼f。適當的睡眠還有其他的好處，紐約羅徹斯特大學睡眠研究所主任邁克爾說，除了記憶外，研究顯示睡眠與身體功能、免疫功能、認知操作、情緒的調節(jié)都有關系?！斑@些全都是理論。我們僅僅需要的是知道，當我們的睡眠被剝奪時，我們就會不在狀態(tài)了。人類要花30%的時間在睡眠上，為什么要睡眠？這仍然是需要我們去解答的謎。摘要】目的通過學習穿梭實驗后的不同時間點睡眠剝奪（sleepdeprivation,SD），探討特定時間內，睡眠對記憶及其保持的意義。方法用小平臺水環(huán)境（FlowerPot）法建立大鼠SD模型。學習穿梭實驗后的不同時間點，共6個時間點，給予4小時的SD，其余時間在飼養(yǎng)籠中自由活動。分為GR1?4（學習后第1?4小時SD），GR5?8（學習后第5?8小時SD），GR9?12(學習后第9?12小時SD),GR13?16(學習后第13?16小時SD),GR17?20(學習后第17?20小時SD),GR21?24(學習后第21?24小時SD)，每組有其正常對照組，觀察記憶情況，并在3天后測記憶保持情況。結果GR5?8組學習穿梭實驗后記憶能力最差，并且在3天后記憶保持也最差。大鼠在學習穿梭實驗后5?8小時對記憶及其保持影響最大。結論同學習記憶有關的睡眠集中于學習后一段時間。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睡眠剝奪(sleepdeprivation，SD)是一種在特殊職業(yè)環(huán)境中存在的特殊生理心理反應，在生活節(jié)奏日益加快的今天，發(fā)生率明顯升高。目前已有許多證據表明，睡眠與記憶關系密切口，2]。在動物學會任務后可見異相睡眠(paradoxicalsleep，PS)明顯增多⑴。異相或完全性SD后，記憶力損失。進一步研究表明，PS增多集中于學習后的某段時間，并稱之為異相睡眠窗(paradoxicalsleepwindow，PSW)。該PSW隨動物的種類、任務的性質及每階段的數目不同而不同。對于人來說，現在已經證明不同類型的學習記憶對SD有不同的敏感性⑷。在國外進行了大量的有關研究，我國在此方面的研究甚少，但此方面的研究對于揭示睡眠的功能及其與記憶的關系有重要的意義，并且具有軍事意義。本文擬用穿梭箱（shuttle-box）研究大鼠在學習后不同時間點SD對短時記憶的影響，并進一步研究對記憶保持能力的影響。材料和方法一、材料實驗動物及分組:成年、雄性、健康上海產Sprague-Dawley大鼠51只，體重180±15g（由第四軍醫(yī)大學動物研究所提供）。刪除在穿梭實驗中在明箱中停留時間超過3分鐘的大鼠3只及對電擊不敏感的大鼠1只。將余47只大鼠隨機分為6組，每組8只，其中SD組4只，正常單獨飼養(yǎng)組4只，GR21?24的正常對照組為3只。學習穿梭實驗后的不同時間點，共6個，給予4小時的SD,其余時間在飼養(yǎng)籠中自由活動分為GR1?4（學習后第1?4小時SD），GR5?8（學習后第5?8小時SD），GR9?12（學習后第9-12小時SD），GR13?16（學習后第13?16小時SD），GR17?20（學習后第17?20小時SD），GR21?24（學習后第21?24小時SD）。動物模型的制備：采用小平臺水環(huán)境法（flowerpot）^頂建立大鼠SD模型。本教研室根據文獻，制作30X30X30cm的鼠箱，其中有一直徑為6.3cm，高8.0cm的平臺，在平臺周邊注滿水，水溫保持在20°C左右，水面距平臺面約1.0cm。鼠在平臺上可自行飲食飲水。若其睡眠，則由于肌肉張力松弛而落入水中。在大鼠活動空間內持續(xù)40W日燈光照射，室內溫度控制在18?22C。實驗前，讓鼠熟悉適應環(huán)境1wk。行為實驗裝置：穿梭實驗箱由第四軍醫(yī)大學預防醫(yī)學系防原教研室提供。實驗箱由明、暗兩個箱子組成，箱底鋪以銅絲網，其中暗箱有可控制式電源開關，可通以36v交流電。暗箱與明箱相連的壁中央有8X8cm洞，大鼠可以自由通過。穿梭實驗：首先將大鼠放入明箱中，則由于其鉆洞及趨黑本性，鉆入暗箱中，此時給予36v交流電，大鼠因遭受電擊而逃回明箱中，此即為一次學習。以大鼠在明箱中停留時間超過3分鐘為學會。實驗指標有：動物學會后進入暗箱前，在明箱中停留的時間為潛伏期。以學會后重新進入暗箱為一次錯誤，記數在10分鐘內動物錯誤的次數。二、行為實驗程序學習：各組大鼠均自適應環(huán)境后開始學習，訓練時間為每天上午8：00-12：00，以10次訓練為一單元，休息15分鐘，每日共訓練80次，共訓練3天。學習后不同時間SD后的記憶：在第3天訓練結束后，各組于所規(guī)定的時間給予4小時SD，并各自在SD后立即測試記憶力。記憶能力的保持：在測試記憶后，令大鼠在獨自飼養(yǎng)的箱中自由活動。在3天后重新測試記憶力。三、數據處理潛伏期、錯誤次數取每組中各只大鼠的平均值，實驗數據采用SPSS軟件包進行單因素方差檢驗，兩兩比較用Neuman-Keuls檢驗。結果無論SD后立即測試還是3天后測試，GR5?8組同控制組相比錯誤次數、潛伏期有顯著差異（PV0.01），其他各組均無明顯差異，3天后測試各組錯誤次數增多、潛伏期縮短，但差異不顯著，見表1?4。一、學習后不同時間SD后的記憶表1SD后立即測試各組錯誤次數組別GR1?4GR5?8GR9?12GR13?16GR17?20GR21?24實驗組5.40+1.1214.88+0.564.02+0.855.00+0.606.21+1.234.63+0.89對照組4.41+1.342.72+2.013.80+0.754.44+0.694.80+1.451.98+0.21表2SD后立即測試各組潛伏期（s）組別GR1?4GR5?8GR9?12GR13?16GR17?20GR21?24實驗組45.25+5.812.65+4.150.36+6.248.22+8.148.53+4.650.62+7.0919072對照組40.69+6.144.29+4.148.20+5.646.73+6.252.28+7.151.01+5.8166119二、記憶能力的保持

表3SD三天后測試各組錯誤次數組別GR1?4GR5?8GR9?12GR13?16GR17?20GR21?24實驗7.63+1.2015.28+0.776.54+1.354.51+0.868.71+0.946.71+1.11組對照6.88+1.138.04+0.858.60+1.645.78+0.788.52+1.345.73+0.56組表4SD三天后測試各組潛伏期(s)組別GR1?4GR5?8GR9?12GR13?16GR17?20GR21?24實驗組67.24+8.214.84+7.270.10+10.62.86+7.769.00+9.164.85+8.51603012對照組72.29+7.171.66+10.69.26+7.865.36+6.274.38+9.62.88+7.653390511討論結果表明，大鼠穿梭實驗中，訓練后5?8小時睡眠增多，在此期間阻止睡眠將會導致記憶能力下降，所以該實驗的異相睡眠窗(PSW)在訓練后5?8小時。以前的研究表明，PSW的出現同訓練的強度和頻率有關。不同的任務，PSW出現的時間不同，強度較大的訓練會使PSW出現時間提前。例如：當大鼠被給予每日20次的穿梭實驗，共5天，PSW出現在訓練后17?20小時⑺；當訓練為每日50次，共2天，PSW出現在訓練后9?12小時；當訓練為100次，僅一日時，PSW出現在訓練后1?4小時。綜上所述，若在一個訓練單元中包含越多的信息，PSW便出現地越早，對訓練后PSD出現越敏感。Carlyle宜觀察到學習快而多的大鼠較學習慢而少的大鼠有更多的異相睡眠。學習簡單的任務受睡眠剝奪的影響較小，并且若動物在實驗前便有所準備，則受睡眠剝奪的影響也較?、?。在訓練后某一時期睡眠剝奪，記憶能力降低，從而說明睡眠和記憶及學習之間的關系，睡眠對于短時記憶是不可缺少的。動物和人在此期進行信息編碼加工。PSW不僅影響短時記憶能力也影響記憶能力的保持。在本次