我们睡着的时候大脑并非处于离线状态，而是正忙着组织新的记忆。科学家如今对这一过程有了初步的认识。在5月5日发表于Cell Reports 期刊上的一份报告中，研究者们给出了证据，第一次直接证明人脑会在睡眠中回放清醒时的经历。在一项脑机接口初步临床试验中，他们在两名大脑植入皮质内微电极阵列的受试者身上观察到了这种现象。

 

图源：New Scientist

在睡眠中，大脑会重演清醒时经历的神经放电模式，又称“离线回放”。我们一般认为这种回放是巩固记忆的基础，通过回放，最近的记忆在其神经表征中变得更为持久。科学家此前观察过动物中的回放现象，而本研究（由麻省总医院的Jean-Baptiste Eichenlaub和前BrainGate研究助理教授、现NeuroPace高级研究科学家Beata Jarosiewicz共同领导）则检验了回放现象是否也会在人脑中发生。

在试验中，研究团队要求两名参与者玩一个顺序复刻游戏，类似于80年代的热门游戏Simon，他们要求参与者在玩之前和之后小睡片刻。这款视频游戏中有四块彩色面板，按不同顺序点亮，玩家要复刻面板点亮的顺序。但是参与者不能移动手臂，只能用思维来玩这个游戏——想象自己用手把光标依次移动到不同的目标上，以最快的速度按正确的顺序点击正确的颜色。在参与者休息，玩游戏，然后再休息的过程中，研究人员通过一个植入的多电极阵列记录他们大脑中大量单个神经元的放电活动。

“很少有研究能像我们这样在人脑中植入一个多电极阵列，电极小到可以监测单个神经元的放电活动，”本研究共同一作Jarosiewicz说。批准用于医学指征的电极（诸如用于治疗帕金森病或癫痫的电极）太大，无法追踪单个神经元的放电活动，而BrainGate此次初步临床试验中使用的是首个可以如此细微地记录人脑神经活动的电极阵列。“这就是为什么这次研究可谓史无前例。”她说。

BrainGate是一个学术研究联盟，成员包括布朗大学、麻省总医院、凯斯西储大学和斯坦福大学。BrainGate的研究人员致力于开发能够长期植入的脑机接口，帮助严重运动障碍者用大脑信号来移动电脑光标、机械臂和其他辅助设备，从而重新获得交流和控制能力。

本研究中，研究团队在参与者游戏后的小睡期间，观察到了与游戏期间相同的神经元放电模式。换言之，参与者睡着后，他们大脑中在神经元水平上还在重现与玩游戏时相同的模式，仿佛他们在继续玩Simon游戏。这一发现直接证明了人脑中存在与学习相关的回放现象。

“这是我们首次直接证明，人类学习后小憩期间的回放现象，可能与动物身上的这种现象一样有助于巩固记忆。过去几十年，我们在动物身上研究了与回放相关的记忆巩固机制，如今我们发现这一机制实际上可能也适用于人类。”Jarosiewicz说。

对于旨在理解回放促进记忆巩固的机制的研究，这一发现也开辟了更多问题和未来的研究课题。本研究的下一步是要寻找证据，证明回放在记忆巩固过程中的确发挥了作用。该团队提出一种可能的设计，亦即可以检验是不是脑中回放的强度越大，小睡后能恢复的记忆就越多。

尽管科学家尚未完全了解学习和记忆巩固是如何运作的，但这一系列动物和人类研究都表明，睡眠在学习和记忆巩固的过程中起着至关重要的作用。Jarosiewicz表示，在“考试前和重要的面试前”睡个好觉，有利于实现更好的认知绩效（cognitive performance）。“我们有充分的科学证据表明，睡眠在这些过程中极其重要。”