睡眠中记忆巩固的神经动态特征：海马-皮层耦合与分离的双阶段模型揭示记忆增强机制

编辑推荐：本研究通过颅内脑电记录(iEEG)技术，首次揭示了人类非快速眼动睡眠(NREM)期间靶向记忆再激活(TMR)诱导的双阶段神经动态模式：早期海马波纹(ripples)与皮层高频宽带活动(HFB)耦合促进信息传递，晚期皮层纺锤波(spindles)主导的独立处理阶段。该发现发表于《Nature Communications》，为理解睡眠依赖性记忆巩固的神经机制提供了重要证据。

　　

记忆是人类认知的核心功能，但每天接触的海量信息中仅有少数能被长期保存。这一选择性记忆巩固的神经机制一直是神经科学领域的重大谜题。传统理论认为，非快速眼动睡眠(NREM)阶段的海马-皮层相互作用对记忆巩固至关重要，但这一过程的具体神经动态特征及其与记忆选择性的关系尚不明确。尤其令人困惑的是，为什么相同的靶向记忆再激活(TMR)刺激会导致不同记忆项目的差异化巩固效果？

为解开这些谜团，中国科学院心理研究所联合国内外团队开展了一项创新性研究。他们利用癫痫患者颅内电极记录的独特优势，结合TMR范式，首次捕捉到睡眠中记忆巩固的双阶段神经动态特征。这项突破性成果发表于《Nature Communications》，揭示了记忆项目在睡眠中被选择性增强的精确神经机制。

研究团队采用多通道颅内脑电(iEEG)记录技术，对11例药物难治性癫痫患者进行对象-位置关联记忆任务研究。通过在学习阶段配对特定声音线索，并在NREM睡眠阶段呈现这些线索诱导记忆再激活。关键技术创新包括：1）高时空分辨率颅内记录海马波纹(80-180Hz)和皮层纺锤波(12-16Hz)；2）表征相似性分析(RSA)量化皮层模式再激活；3）时频分析与功能连接计算揭示神经振荡耦合规律。

结果部分首先通过"学习阶段海马波纹周围的皮层模式"发现，海马波纹事件与特定记忆项目的神经表征显著相关。波纹发生后500ms时间窗内，相同项目的皮层高频伽马波段(50-140Hz)活动相似性显著高于不同项目(t(10)=4.54,p=0.001)，证实波纹事件携带项目特异性信息。

在"睡眠期间两个行为相关的项目再激活"部分，研究揭示了TMR诱导的双阶段再激活模式。表征相似性分析显示，线索呈现后存在两个显著的再激活簇：第一簇(1.6-2.6s)与记忆增强显著相关(p=0.018)，第二簇(2.8-3.8s)同样显著(p=0.020)。这种双阶段再激活模式在个体水平表现出约0.8Hz的周期性特征，暗示记忆信息在睡眠中可能以特定节律被反复处理。

"两个再激活期间海马波纹和皮层纺锤波的不同发生率"部分发现，记忆增强项目在第一再激活期表现出更高的海马波纹率(F(2,20)=3.7,p=0.043)，而在第二再激活期则表现为更高的皮层纺锤波率(F(2,20)=5.58,p=0.012)。时频分析进一步证实，第一再激活期海马波纹频段(80-120Hz)功率显著增强，而第二再激活期纺锤波(12-16Hz)活动更为突出。

最关键的发现体现在"两个再激活期间的动态海马-皮层同步"部分。线性混合效应模型(LME)分析显示，记忆增强项目在第一再激活期表现出更强的海马-皮层相干性(16-45Hz,p<0.001)，且皮层高频宽带活动(HFB)与相干性强度正相关(t(10)=3.02,p=0.013)。令人惊讶的是，这种耦合模式在第二再激活期发生逆转，相干性显著降低(10-21Hz,p<0.001)，提示海马与皮层进入功能分离状态。

讨论部分提出了创新的双阶段模型：第一阶段海马通过波纹事件和增强的功能连接将整合后的记忆信息传输至皮层；第二阶段皮层通过纺锤波活动独立处理信息，完成长期存储的巩固。这一发现为系统巩固理论提供了直接证据，阐明海马与皮层在记忆处理中的动态分工。研究还发现TMR对记忆的增强效应更多体现在学习初期表现较差的记忆项目上，这与"弱记忆优先巩固"假说一致。

该研究的临床意义在于，为开发基于TMR的认知干预方法提供了神经机制基础。技术层面，将高时空分辨率iEEG与先进分析手段结合，为研究人类记忆的神经机制建立了新范式。值得注意的是，研究也存在一定局限性，如样本均来自癫痫患者，且电极位置存在个体差异。未来研究可通过闭环TMR设计和单神经元记录等技术进一步验证这些发现。