纽约大学,北京大学Science揭示睡眠如何促进记忆

【字体: 时间:2014年06月10日 来源:生物通

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  高考在即,一些考生会选择牺牲睡眠来看书,不过不少研究表明睡眠能促进学习和巩固记忆。近期来自纽约大学医学院,北京大学深圳研究生院的研究人员指出睡眠之所以可以促进记忆,是因为前者能促进大脑生长新的突触,从而有益于记忆。

  生物通报道:高考在即,一些考生会选择牺牲睡眠来看书,不过不少研究表明睡眠能促进学习和巩固记忆。早在公元1世纪,古罗马雄辩家Quintilian就对睡眠的作用有过评价,“在睡了一觉之后,之前无法记住的内容突然间就清晰地出现在脑海中。很多人认为睡眠的过程正是导致人们遗忘的过程,但事实上,通过睡眠却恰恰可以加强我们的记忆。”

近期来自纽约大学医学院,北京大学深圳研究生院的研究人员发表了题为“Sleep promotes branch-specific formation of dendritic spines after learning”的文章,指出睡眠之所以可以促进记忆,是因为前者能促进大脑生长新的突触,从而有益于记忆。这一研究成果公布在6月6日Science杂志上。

文章的通讯作者是纽约大学医学院,北京大学深圳研究生院的甘文标教授,这位学者早年毕业于清华大学无线电系。1989年留学美国,在哥伦比亚大学获得生物学博士学位。他致力于与学习记忆、神经退行性疾病等相关的突触可塑性方面的工作,主要采用双光子显微镜技术以可视化手段研究活体动物在各种生理病理条件下的突触变化,在PNAS、Curr Opin Neurobiol、Nat Protoc、Nature、Annu Rev Physiol、Dev Neurobiol、Nat Neurosci等杂志上发表高水平论文三十多篇。

近10年里,有关睡眠对学习及记忆功能作用的论文发表数量激增,比以前增加了5倍。这是因为分子生物学、细胞生物学、生理学以及行为科学等各个学科都发现,睡眠的确与记忆强化巩固过程有关。但是由于“睡眠”、“记忆”以及“巩固记忆”这些现象都非常复杂,难以开展相关的研究,因此至今科学家们还并不是十分清楚这一过程是如何发挥作用的。

在这篇文章中,研究人员采用了可视化技术,记录下来了活体小鼠运动皮层中的树突棘变化,证明了睡眠可导致新突触的生长,从而提出了睡眠可巩固记忆,而这是通过促进脑中新的突触的生长来实现的。、、

研究人员首先教小鼠学习一种新的运动技能,这会引起它们脑中形成新的树突棘,这表明哺乳类动物脑中的突触变化是学习的基础。为了更深入了解睡眠是否会影响突触变化,研究人员又记录下来了活体小鼠运动皮层中的树突棘变化。

结果显示在学习后马上得到睡眠的小鼠,其新形成的树突棘数量增多,而学习后被剥夺了一段8小时的睡眠的小鼠,则新形成的树突棘数量减少。这种差异十分明显,被剥夺睡眠的小鼠即使得到某种运动机能的加强练习,还是会比那些得到休息的小鼠,产生的新突触棘少。

研究显示,与新学技能有关的神经活动会在睡眠时被重新激活。这一重新激活过程与突触棘生长相关,这揭示出了睡眠是如何促成记忆巩固的分子基础。(生物通:万纹)

原文摘要:

Sleep promotes branch-specific formation of dendritic spines after learning

How sleep helps learning and memory remains unknown. We report in mouse motor cortex that sleep after motor learning promotes the formation of postsynaptic dendritic spines on a subset of branches of individual layer V pyramidal neurons. New spines are formed on different sets of dendritic branches in response to different learning tasks and are protected from being eliminated when multiple tasks are learned. Neurons activated during learning of a motor task are reactivated during subsequent non–rapid eye movement sleep, and disrupting this neuronal reactivation prevents branch-specific spine formation. These findings indicate that sleep has a key role in promoting learning-dependent synapse formation and maintenance on selected dendritic branches, which contribute to memory storage.

作者简介:

甘文标教授

本科毕业于清华大学无线电系。1989年留学美国,在哥伦比亚大学获得生物学博士学位。他致力于与学习记忆、神经退行性疾病等相关的突触可塑性方面的工作,主要采用双光子显微镜技术以可视化手段研究活体动物在各种生理病理条件下的突触变化,在PNAS、Curr Opin Neurobiol、Nat Protoc、Nature、Annu Rev Physiol、Dev Neurobiol、Nat Neurosci等杂志上发表高水平论文三十多篇。目前甘文标到北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院组建神经生物学实验室,主要方向是神经可塑性方面的研究。
 

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