谷爱凌的秘密武器是每天睡足10小时！为什么睡眠对优化学习和记忆很重要？
2022/2/17 15:23:42 生物密探
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天才滑雪少女谷爱凌在本次2022年北京冬奥会上的出色表现，已为中国摘下一金一银。不仅如此，作为世界冠军的她，还是斯坦福学霸和时尚届的宠儿，活泼积极乐观的性格更是赢得举国老少的喜欢。在被问到自己是如何做好这么多事情的，谷爱凌的回答居然是：因为一天自己要睡觉，一天至少睡足10个小时!
我们大多数人常常牺牲了宝贵的睡眠时间来准备考试、赶项目截止时间或为重要事件做最后的冲刺工作。牺牲睡眠通常似乎是为了完成某个重要项目而付出的小代价。实际上，不足的睡眠会损害表现、干扰学习并破坏记忆形成，使得完成长期任务变得更加困难。本篇文章总结了一些科学知识，解释了睡眠在学习和记忆中的作用，以及为什么睡个好觉对于实现最佳表现至关重要。
人的记忆
我们目前知道人有 3 种不同类型的记忆：工作记忆、短期记忆和长期记忆。工作记忆是你在当下所记得的，工作记忆非常短暂和脆弱，这意味着它不会持续很长时间。比如短暂地记住一个电话号码并来拨打它。
如果有关记忆的某些内容对您有意义，则工作记忆可以成为短期记忆。例如，回想一下你被介绍给一群陌生人的时候，可能有几秒钟并没有记住他们的名字。但是，如果其中一个陌生人与你的妈妈、最好的朋友或最喜欢的歌手同名，你可能更容易记得那个人的名字。因为那个名字对你有一定意义，所以它变成了一个短期记忆。
短期记忆比工作记忆持续时间更长，形成短期记忆不会太晚，也许就在发生当天的晚些时候。而短期记忆可以在睡眠中变成长期记忆。
睡眠有助于将短期记忆转化为长期记忆，并将它们与已经存储在大脑中的信息结合起来。你可以将其想象为将新记忆与所有其他记忆一起整理到文件柜中，以便以后访问它们。这种将短期记忆存储为长期记忆的过程称为巩固，巩固对于学习和记忆至关重要，这可以决定我们的个人功能和执行任务的能力。
记忆的处理
很长一段时间以来，我们都知道短期和长期记忆是在称为海马体的大脑部分形成的。这些知识来自神经科学史上的一位著名患者：Henry Molaison。Henry 出生于 1928 年，早年患有严重癫痫发作，在 20 多岁时，亨利进行了神经外科手术以消除癫痫发作。手术切除了他的海马体内侧颞叶后，癫痫发作得到治愈，但 Henry 却再也无法形成新的记忆。他可以记住手术前的生活事件，但不记得手术后的新人或新事件。例如，如果他在手术前不认识的人来看他，他可以很正常地与他们互动。但是，如果他们走出房间几分钟又回来，亨利就记不起他们了，他们又将是陌生人。
Henry Molaison
H.M.接受内侧颞叶切除后的大脑与正常大脑的对比
科学家通过对大鼠的研究帮助我们了解了短期记忆是如何整合成长期记忆的。当大鼠处于特定位置时，海马体中有一组脑细胞激活会发送信号。科学家称这些脑细胞为“位置细胞 (place cells)”。研究人员在大鼠在迷宫中奔跑时记录了这些位置细胞。当大鼠在迷宫的一个部分时，一些位置细胞会激活，而当大鼠在迷宫的另一部分时，其他位置细胞会激活。研究人员可以通过观察哪些细胞激活来判断老鼠在迷宫中的位置。当大鼠跑过迷宫时，随着大鼠进入迷宫路径上的不同位置，不同的位置细胞会被激活。因此，产生了代表大鼠穿过迷宫的路径的细胞放电模式。
在大鼠结束迷宫并休息后，细胞以相同的模式激活，但向后发生信号就好像大鼠记得他刚刚在哪里一样。然后，让大鼠不受干扰地睡觉。
在睡眠期间，位置细胞以与大鼠一遍又一遍穿过迷宫时相同的模式激活发送信号。研究人员认为，此时大鼠的大脑正在回放穿过迷宫的记忆。在观察了更复杂的大脑活动后，研究人员确定海马体中的这些放电模式(或记忆回放)最终被转移到大脑的其他区域，在那里它们可以被存储。
你可能想知道大鼠对其在迷宫中位置的记忆与人类的学习和记忆有何关系。没错，人类也有位置记忆，就像大鼠一样，我们用它来寻找我们周围环境的方式。然而，这些实验告诉我们的不仅仅是我们的大脑如何帮助我们记住位置方向。这些发现帮助科学家了解，当我们体验生活中的事物时，我们的大脑会将这些体验记录为独特的细胞放电模式。在睡眠期间，这些模式被重新回放，它们所代表的体验被发送到其他大脑区域，在那里它们可以作为长期记忆进行存储。
睡眠在记忆巩固中的作用
那么，在睡眠期间重放短期记忆(脑细胞放电模式)的目的是什么？这些回放是否有助于巩固(加强)记忆？进一步人类的研究有助于回答这个问题。
在一项研究中，研究人员要求参与者记住图像在计算机屏幕网格上的位置。在白天的培训课程中，屏幕上的不同位置会弹出图像(例如猫、茶壶和铃铛)。当每一个图像出现时，都伴随着声音(猫的喵喵声、茶壶的哨声、铃铛的响声等)。当参与者第二天晚上睡觉时，一些声音被一遍又一遍地播放。第二天，参与者被测试他们是否记得每张图像的位置。令人惊讶的是，他们记住了与前一晚睡眠中播放给他们的声音相匹配的图像的位置，而无法记住其他图像的位置。例如，如果在睡觉时发出“喵”的声音而没有发出“哨”的声音，则参与者比茶壶图像更能记住猫图像的位置。
研究者又使用图像-气味记忆进行了类似的研究。在这项研究中，当每张图片出现时，参与者都会接触到玫瑰香味。在睡眠期间，参与者重新接触玫瑰香味或不同的香味。第二天，在睡眠中接触玫瑰香味的参与者比没有接触玫瑰香味的参与者在测试中得分更高。
另一个用大鼠为对象的类似实验也证明了睡眠与记忆的关系。在这个实验中，大鼠受到轻微的足部电击，这是一种可怕的经历，同时这种体验伴随着气味。一些大鼠在睡眠期间暴露在这种气味中，而另一些则没有。第二天，将所有的实验大鼠都暴露在这种气味中，发现那些在睡眠期间接触过这种气味的大鼠比那些在睡眠期间没有接触过气味的有更大的恐惧反应。
以上这三个实验都支持这样一种观点：即当记忆在睡眠期间重放时，它们会得到加强和巩固。
下一步研究
关于大脑如何记录经验并将其整合到记忆中，还有很多东西需要研究和学习。然而，相关研究已经帮助我们了解睡眠对于巩固记忆并将其与现有知识整合是非常重要的。这种整合是洞察力、创造力和利用过去经验应对新挑战的能力的源泉。当考虑睡眠在学习和记忆中的关键作用时，很明显睡眠对年轻人来说尤其重要，因为他们主要通过教育学习获得知识和生活经验。
参考资料：
Sleep On It - Why Sleep is Important for Optimizing Learning and Memory, Sleep Research Society,H. Craig Heller, PhD, & Elsa C. Pittaras, PhD, Biology Department, Stanford University
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