睡眠的功能是為了遺忘?

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2017/02/08 · 作者 / 楊心怡編譯 · 出處 / Web only
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睡覺一直是件很有魔力的事。感冒時要多休息,幫助身體修復;小孩子要睡好睡滿,才會長高;也有人說,睡眠是大腦在重整記憶的時間,讓短期記憶轉存到長期記憶的資料庫中。但我們仍舊不清楚睡眠時,大腦的狀態是如何?現在,有研究提出有趣的說法。

不論何時,當我們接觸到新事物,學習到新東西,大腦神經元間的突觸就會增加。透過這些連結,神經元間能夠快速並有效地傳遞信號,我們的大腦便是在這些網絡中儲存新的記憶。

但在2003年,威斯康辛大學麥迪遜分校的生物學家朱利奧.托諾尼(Giulio Tononi)和奇婭拉.希雷利(Chiara Cirelli)提出,突觸在白天會快速「繁殖」,大腦會變得很「嘈雜」;而在睡覺時,大腦的連結會削減,讓大腦不那麼吵。

修剪突觸會忘記資訊,但卻有助整理記憶

經過一連串的間接證據,兩位科學家最近在《科學(Science)》期刊上發表,認為睡眠的功能是為了「遺忘」。在睡覺過程中,大腦會自動修剪多餘、不必要的突觸,來重整記憶。

他們先是發現,在實驗室的玻片上,給予神經元叢一種特殊藥劑,以刺激突觸生長;但之後,神經元會自動削減突觸。

另外,科學家也認為,我們腦波在睡眠時會較為平緩,也跟突觸的修整有關。

但最重要的證據是來自兩個不同的研究。托諾尼和希雷利煞費苦心地做了一個實驗:他們從醒著的和睡著的小鼠大腦收集了6920個突觸,之後,他們觀察了所有突觸的形狀和大小,發現睡著的老鼠身上的突觸,體積比醒著的老鼠小了18%。

第二項研究是由約翰霍普金斯大學的另一批研究員所執行。博士後研究員葛蘭姆.迪林(Graham H. Diering)和同事們則是觀察小鼠腦中的蛋白質。他們在小鼠大腦上創造一個極小的窗口,藉此窺視大腦內部的運作。然後,他們在大腦內添加一種化學藥劑,可以點亮腦突觸上的表面蛋白。

(大腦在正常睡眠下的正子掃描圖片。圖片來源:HANK MORGAN / SCIENCE SOURCE)

他們發現,有數百種蛋白質在夜間增加或減少;但整體而言,在睡眠期間,突觸表面蛋白的數量下降。

而且,其中一種名為Homer1A的蛋白質格外突出。迪林的研究表明,「疲倦」會引發神經元製造Homer1A,並將其運送到突觸。當進入睡眠狀態後,Homer1A就會同時啟動它的修剪機制。

為了觀察這種修剪機制如何影響學習,他們更進一步進行記憶測試:前一天先把小鼠放在一個房間裡,當牠們走過地板某一處,就會受到輕微的電擊。

當天晚上,科學家將一種已被證明可阻止神經元修剪突觸的化學物質注入其中一組小鼠的腦中。

第二天,科學家再度把所有小鼠放置在房間裡;兩組小鼠大部分時間都是一動不動,恐懼地回憶起電擊的記憶。

但當研究人員把老鼠放到另一個不同房間時,他們看到了很大的區別:未被注射化學物質的那組老鼠好奇地到處嗅著,而另一組小鼠卻仍舊一動也不動。

迪林博士認為,受注射的小鼠因為突觸沒有經過修剪,記憶出現混亂,無法分辨出牠們是在哪個特定房間遭受電擊,便不敢妄自採取行動。

大腦還是聰明的!不是每個突觸都被修剪

托諾尼也觀察到,並非所有神經元都被修剪。「其中大約有1/5的突觸是沒有受到更動的,」他的解釋是,有可能這些突觸已將記憶「編碼」過、儲存進資料庫中,屬於穩定的記憶,不應該被修改、破壞。

換句話說,大腦在睡眠時的遺忘是很明智的。

不過,這究竟是睡眠的其中一種功能?還是主要功能?大腦這些變化是因為睡眠引起?還是睡眠周期使然?或許還需要更多研究討論。

這個發現還引發一個討論,關於安眠藥的使用。托諾尼博士提醒,雖然安眠藥可以讓人們感到睡意,但它們也可能干擾形成記憶所需的突觸修剪。「你可能其實是在損害自己,」托諾尼博士說。

 

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